轴流压缩机技术及应用

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1、. . 风机技术资料2010轴流压缩机技术 及 应 用轴流压缩机应用培训教材关于陕鼓轴流压缩机应用指南金秀璋 整理第一章概述4第一节压缩机械的分类4第二节轴流压缩机的发展概况5第三节透平压缩机的主要术语和技术参数7第二章轴流压缩机的基本工作原理9第一节全静叶可调轴流压缩机的典型结构与工作过程9第二节轴流压缩机的基本研究方法11第三节基元级叶型与叶栅主要几何参数11第四节基元级增压原理13第五节压缩过程、压缩功与效率15第六节流量与流量系数、能量头与能量头系数、反动度与预旋17第三章轴流压缩机选型21第一节轴流压缩机与离心压缩机的比较21第二节几种不同形式的轴流压缩机的比较23第三节风机的选型参

2、数25第四节如何正确提供风机的设计参数、使用条件和要求26第五节轴流压缩机与管网联合工作26第四章陕鼓轴流压缩机的技术优势与特点28第一节陕鼓轴流压缩机的技术优势28第二节陕鼓轴流压缩机系列30第三节气体动力学设计特点32第四节主要零部件的结构与特点33第五节转子动力学和强度设计37第五章轴流压缩机的改造39第一节改造原理40第二节几种改造方案41第二节成功改造示例43第六章轴流压缩机自动化控制46第一节控制系统概述46第二节主风流量静叶定位串级调节系统47第二节防喘振控制系统53第四节主风机的逆流保护57第七章轴流压缩机组的成套设计59第一节陕鼓轴流压缩机组的特点59第二节机组的成套围和配套

3、水平60第三节为机组成套所做的工作63第八章轴流压缩机组的安装调试67第一节轴流压缩机组安装调试概述67第二节施工前的准备工作68第三节机组就位与找正73第四节轴流压缩机的部组装80第五节辅机安装应注意的几个问题82第六节轴流压缩机组的试运行83第七节轴流压缩机的检验与维修85第一章 概 述本章介绍压缩机的分类、轴流压缩机的发展概况与技术术语。第一节 压缩机械的分类气体压缩机械轴流压缩机是气体压缩机械的一种形式。按压缩气体的方式不同，压缩机通常分为两类：容积式压缩机透平式压缩机。一般容积式压缩机宜用于中小流量的场合，透平式压缩机宜用于大流量的场合。从能量的观点看，压缩机是把原动机的机械能转变为

4、气体能量的一种机械。透平式容积式离心式轴流式斜流式复合式往复式回转式罗茨式叶氏式螺杆式滑片式隔膜式柱塞式活塞式一、 容积式压缩机容积式压缩机气体压力的提高，是利用气体容积的缩小来达到的。二、透平式压缩机透平式压缩机是一种叶片旋转式机械，气体压力的提高是利用叶片和气体的相互作用来达到。透平式压缩机的分类有以下几种：1、 按气流运动方向分类离心式气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相垂直，也称径流是压缩机。轴流式气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相平行。斜流式气体在压缩机中的流动方向介于离心式和轴流式之间，流动方向与旋转轴成某一夹角。复合式指同一台压缩机，同时具有轴流式与离心（斜流）式工作叶轮。

5、一般轴流在前，离心在后。图11列出了透平式压缩机械的四种通流形式。2、 按压力分类透平式压缩机械按出口压力高低可分为通风机、鼓风机和压缩机。通风机：指大气压在101.325kPa，温度为20，出口全压值小于15kPa(表压)的风机。鼓风机指升压在15kPa200kPa(表压)之间压比大于1.15小于3的风机。压缩机指升压大于200kPa(表压)或压比大于3的风机。3、其他分类（1）按用途分类。根据风机用于某种装置的名称或者在装置中的作用来命名分类。如高炉鼓风机、催化裂化装置用风机、空气分离压缩机、锅炉引风机、烧结鼓风机等。(2)按介质种类。如分为氨气压缩机、氢气压缩机、氧气压缩机、天然气压缩机

6、等。透平机械：透平是外来语Turbine的音译技术名称，可译为涡轮机械，它泛指具有叶片或叶轮的动力机械。如汽轮机、燃气轮机和水轮机（有时也称为蒸汽透平、燃气透平和水利透平）和风能装置中风力透平等。对于具有叶片或叶轮的压缩机械，原则称为透平式压缩机和透平式泵。透平机械中还包括液力透平传动装置，如液力偶合器等。轴流式压缩机属于透平机械类。有时也将汽轮机、燃气轮机和透平式压缩机统称为热力透平机械。第二节 轴流压缩机的发展概况在十九世纪，轴流式鼓风机已应用于矿山通风和冶金工业的鼓风。但限于当时的理论研究和工业水平还很落后，这种风机的全压只有1030mm，效率仅达1525%。1853年都纳尔(Tourn

7、aire)向法国科学院提出了多级轴流压缩机的概念。1884年英国C.A.帕森斯(Parsons)将多级反动式透平反向旋转，得出了第一台轴流式压缩机，19级，流量85，压力12.1kPaG，转速4000r/min，效率约60%。由于效率低，故轴流式压缩机未能成功地推广应用。从二十世纪三十年代开始，由于航空事业发展的需要，对航空燃气轮机进行了大量的理论和试验研究，特别是对轴流式压缩机的气体动力学的理论研究和平面叶栅吹风的试验研究，使轴流式压缩机的理论和设计方法不断完善，效率提高到8085%。从四十年代开始，轴流式压缩机已广泛应用于航空燃气轮机中，迄今仍占有很重要的地位。现代轴流式压缩机的效率可高达

8、8991%，甚至更高。瑞士尔寿(SULZER)公司是世界上轴流压缩机设计制造技术的先进代表。1932年尔寿公司制造了世界上第一台增压锅炉使用的工业轴流压缩机，1945年尔寿公司制造了第一台轴流式高炉鼓风机，其流量为12001800，压力为78775142179Pa(G)，转速为5200r/min，功率3900kw，由电动机驱动。此后轴流式高炉鼓风机逐渐被采用，多为固定静叶式，有汽轮机驱动，通过改变汽轮机的转速来调节高炉使用工况。这种压缩机的特点是稳定工况区较窄，而且在部分负荷时压缩机的效率比较低。为了改善变工况时压缩机性能，瑞士BBC公司（尔寿公司前成员之一）研制了静叶可调机构，并于1960年

9、制造出第一台静叶可调轴流式高炉鼓风机。其优点是在压力不变的情况下，流量围较宽而且变工况运行时效率降低不多，因而在大型高炉鼓风机中得到了广泛应用。静叶可调机构的主要问题是解决静叶支撑轴承的可靠性和耐用性。BBC公司采用了特殊的石墨轴承，在200的条件下进行了5次转动试验，轴承磨损只有18微米。按每小时转动25次计算，轴承寿命可达20万小时，如果每年工作时间按8000小时计算，可使用25年以上，故可认为是足够可靠耐用的。随着世界各国氧气炼钢的飞跃发展，轴流压缩机在大型空气分离装置中亦获得了广泛应用。六十年代初期，日本日立公司在10000的制氧装置中采用了轴流压缩机，其空气流量为1083，出口压力为

10、6.03bar(G),功率为6300kw，压缩机为双缸，气缸间设有中间冷却器。近代制氧机装置中的空气压缩机多采用轴流式加离心式的复合式机型，如瑞士尔寿公司的等温压缩机ARI型和德国GHH公司的AGR、AKF型。静叶可调轴流压缩机具有效率高、适于大中流量和工况调节围宽等特点，除了高炉、空分装置、炼油厂催化裂化装置、大型风源风洞、各种燃气轮机等传统用途外，随着石油、化工等行业的发展而不断扩大新的应用领域，如热压缩装置、液化天然气装置、制药与动力装置等。在能源日益紧缺的今天，世界各国把节能作为一项重要工作来不断开发新技术和新工艺，其中电站增压流化床燃气/蒸汽联合循环发电装置(PFBCCC)已从试验进

11、入实验阶段，轴流压缩机作为增压锅炉主风机得到推广应用。大型钢铁厂为提高综合热效率，也成功地研制了高炉煤气单燃气燃烧综合循环发电装置(CCPP)其中的煤气压缩机采用了轴流压缩机。另外，以前300700高炉鼓风机多采用效率较低和工况调节围较窄的离心式鼓风机，由于轴流压缩机效率高、能耗低，以与没有放风损失，没有进口节流调节时压力损失等优点，现已广泛推广应用取代离心式压缩机。我国的轴流压缩机发展起步较晚，也是从燃气轮机中是压缩机研究开始起步的，到二十世纪六十年代末期第一台试制成功，1970年开始投运。该轴流压缩机为全部静叶固定，效率为8586%。1979年鼓风机(集团)从已有五十多年轴流压缩机生产历史

12、、具有世界先进水平的尔寿公司引进了轴流压缩机的专利和技术秘密，包括试验研究、气动设计、结构设计、强度计算、产品图纸、工艺文件、工装图纸、质量控制、检验文件、技术标准和设计与工艺等的全新计算机软件，为中国的轴流压缩机设计制造技术的发展揭开了新篇章。通过对尔寿轴流压缩机技术消化、吸收、掌握、改进，到1986年完全实现国产化，设计、制造、加工水平完全符合国际有关通用标准以与用户的技术规，实现了替代进口的目标并销往国外，先后为冶金、石油与化工、电站、制药和风动试验等行业设计制造了140多台套轴流压缩机产品。目前，陕鼓集团已成为国唯一独立设计、制造全静叶可调轴流压缩机的企业，其轴流压缩机技术处于国际先进

13、水平，并未我国轴流压缩机的发展和设计应用起到了巨大推动作用。第三节 透平压缩机的主要术语和技术参数一、表征压缩机性能的主要技术参数1、介质压缩机设计时必须明确介质的种类与成分。2、流量流量，又称风量，指单位时间流经压缩机的气体量。通常用容积流量和质量流量表示。容积流量：指单位时间流经压缩机的气体容积量。用Q表示，常用单位。用户提供容积流量，应注明容积流量所处位置，如进气管道(与大气连接处)，或压缩机进口法兰处，或压缩机排气法兰处，不注明一般按压缩机进口法兰处容积流量考虑。标准状态容积流量，又称标态流量：指标准状态下（压力为101325,温度为0）的容积流量。用表示，常用单位。质量流量：指单位时

14、间流经压缩机的气体质量。用G表示，常用单位为。如果忽略外泄量，则压缩机进口与出口处质量流量是相等的。3、 压力气体在单位面积的容器壁上所作用的力叫气体压力，其单位有、等。压力单位换算详见表11。表11 压力单位换算表（1=10=）（）（）标准大气压（即物理大气压）（）毫米汞柱（）毫米水柱（）工业大气压（）（）巴（）10.990.00750.1021.021013251760103321.0331.0133133.320.00132113.60.001360.0013329.8070.96780.073610.00010.9807980670.9678735.610.98070.9869750.

15、1101971.021动压：单位体积气体流动时所具有的能量，用表示，静压：单位体积气体所具有的势能，垂直作用在壁面上，用表示。全压：单位体积气体所具有的总能量。全压等于动压和静压之和，用P表示，即：。表压力：用压力表测量所显示的压力。在压力单位后用“g”标注。绝对压力：气体的真实压力，即表压加上当地大气压。在压力单位后用“a”标注。进口压力：指压缩机进口法兰处的气体压力。用表示。出口压力：指压缩机出口法兰处的气体压力。用表示。压比：指压缩机出口压力和进口压力之比。用“”表示。4、功率：单位时间所作的功叫功率，常用单位是Kw。有效功率：用来提高气体压力所消耗的功率。用表示。功率：用于提高气体压力

16、和克服损失（流动和泄漏）所消耗的功率。用表示。轴功率：用于提高气体压力和克服、外损失（机械损失）所消耗的功率，也就是驱动压缩机所需要的功率。用表示。4、 效率：效率是评价透平压缩机质量的重要指标之一，用表示。效率是相对值，为因次量。对透平压缩机来说，它表示气体通过压缩后，气体所获得的有效功与实际耗功的比值，即：由于气体在压缩过程中要发生各种损失，所以效率总是小于1的。多变效率：指多变压缩功与实际总耗功之比。用表示。绝热效率：指绝热压缩功与实际总耗功之比。用表示。等温效率：指等温压缩功与实际总耗功之比。用表示。6、转速：指压缩机转子在单位时间的转动速度，用n表示，其单位为(转/分)。7、温度一般

17、用摄氏温度t（）表示，在工程计算中多采用绝对温度T（K）来表示，两者之间的换算关系为：每台压缩机必须标出其流量、压力、转速、功率等主要性能参数，并注明其进气条件（进气压力、温度、相对湿度）和介质种类。二、主要术语1、标准状态：指压力为760，温度为0的干空气。若为湿标态，须注明。2、湿度：表示大气干湿程度的物理量。3、绝对湿度：指单位体积空气中所含的水蒸气质量。4、相对湿度：指空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。用表示。5、多变压缩过程：压缩过程与外界有（或无）热交换，过程方程指数为m的压缩过程。1mk。6、绝热压缩过程：压缩过程与外界没有热交换，过程方程指数为K的压缩

18、过程。7、等温压缩过程：保持温度不变的压缩过程，过程方程指数等于1.8、气体常数R：（是分子量），对每一种气体它是一个常数，单一气体可以查表，混合气体可以计算。气体常数单位为。9、绝热指数K：气体的定压比热与定容比热之比。10、马赫数M：表征气体可压缩性的无因次数，它表示惯性力与气体弹性力的比值，等于气流速度与当地音速之比值。11、雷诺数：表征粘性流体流动状态的无因次数，等于惯性力与粘性力的比值。12、几何相似：两台风机流道的所有几何尺寸（包括流道表面粗糙度）对应值之比等于常数。13、运动相似：两台风机在几何相似的基础上，流道中各对应点处的速度比值相等，个对应点的速度三角形相似。14、动力相似

19、：在几何相似和运动相似的基础上，两台风机对应点上性质相同的力大小成比例，方向相同。平衡管道：在压缩机上设有一个高压平衡管道和排空管道，高压平衡管道的作用是将排气侧的高压气体引向进气侧的平衡活塞，用来平衡一部分由于气动而引起的指向进气侧的轴向推力，以减轻止推轴承的负载，增加止推轴承的寿命。排空管道：是将排气侧的密封后的泄漏气体与机壳与叶片承缸之间的泄漏气体排向大气。第二章 轴流压缩机的基本工作原理本章要介绍轴流压缩机的基本工作原理、压缩过程、压缩功、效率、流量系数，能量头系数、反动度等概念。第一节 全静叶可调轴流压缩机的典型结构与工作过程一、典型结构（如图21）一台全静叶可调轴流压缩机主要由机壳

20、、转子、叶片承缸、调节缸、进口圈、扩压器、轴承等组成。图 21轴流压缩机的典型结构示意图1-平衡管道；2-进口圈；3-机壳；4-进口蜗室；5-调节缸；6-叶片承缸；7-转子；8-扩压器；9-排气蜗室；10-排气管道；11-轴承箱1、机壳：又称外缸，即为支承部件（如叶片承缸、调节缸等）之用，又辅助作为进气、排气蜗室。2、调节缸：又称中缸，通过轴向移动改变静叶角度，从而改变压缩机的工作工况。若为静叶固定型轴流压缩机，则无调节缸。3、叶片承缸：又称缸，支承静叶，又作为气体在压缩过程中气流通道。4、转子：是压缩机的最重要部件，在转子上装有多级动叶。通过转子的高速旋转来提高气体压力。5、进口圈：又称收敛

21、器，它使气流逐渐均匀和适当加速。6、扩压器：它将压缩气体中一部分动能进一步有效转化为压力能。7、轴承：支承压缩机转子用。包含支承轴向（径向）和轴向推力轴承。二、轴流压缩机的工作过程：一级动叶与紧跟其后的一级静叶构成轴流压缩机的一个级。这种首尾相接、串联而成的各个级构成轴流压缩机最主要的工作部分，即压缩机的通流部分。轴流压缩机的整个流道由进气管、进气蜗室、进气圈、进口导流叶片、通流部分、扩压器、排气蜗室、排气管组成。其过程是：气流首先通过进气管进入进气蜗室，气体在进气蜗室中的流动不均匀。气体由进气蜗室进一步流入进口圈（又称收敛器），气流逐渐均匀轴向流动，并适当加速。进口圈后是第0级进口导叶（又称

22、进气导流器），气流经过导叶后更加均匀并以一定的速度和方向进入第一级静叶和后面的通流部分。当气流通过最后一级动叶和最后一级静叶后进入扩压器。扩压器的作用是将大部分动能进一步转化为压力能，提升压力。从扩压器出来的高压气体进入排气蜗室，改变方向流至排气管处。通过与排气法兰连接的管道送入工艺系统供风。气体流经高速旋转的动叶时，动叶将机械能转变为气体的压力能和动能，从而提高了气体的压力和速度。在能量转变过程中有少部分机械能通过其他损失方式转变为热能，故压缩过程中气体温度会逐渐提高。气体流经静叶时，一方面将部分动能进一步转化为压力能，起到扩压作用，另一方面将气体以一定速度和方向引入下一级动叶，通过一级气体

23、的压力提高了。对于一般固定式轴流压缩机叶栅，其单级压比通常为1.11.25。故一台轴流压缩机往往是通过多级的串联工作达到所需要的压力。轴流式压缩机的命名缘于气体在逐级压缩过程中基本是沿轴向方向流动的。第二节 轴流压缩机的基本研究方法气流通过级时，从外界获得能量，提高了压力，所以级是轴流压缩机最基本的工作单元，只要掌握了级中的气流特点与增压原理，即可了解其他各级以至整台压缩机的工作原理了。级中的流动，主要是分析1、2、3、特征截面，如图22所示。即使在这些特征截面上，气流的流动情况也是很复杂的。例如动叶根部和顶部的圆周速度就大不相同，各截面的叶型角度也不相同。也就是说，由于所处半径位置的不同，叶

24、片沿径向各截面的流动情况是各异的。故研究讨论时，先化整为零，从分析某一截面的流动情况入手，掌握了不同截面的流动后，再化零为整，将各个截面进行叠加，进而了解整个级与整台压缩机中的气流流动情况。因而引入基元级和平面叶栅。基元级：设想用一个轴线和压缩机轴线重合的圆柱面去割切级的叶片排，得到两排叶片（动、静叶）的切面，这样的动叶环形叶栅和静叶环形叶栅组成了一个基元级。平面叶栅：假定环形叶栅的半径无限大，即将基元级在平面上展开，而得到平面叶栅，用平面叶栅代替环形叶栅，既方便又基本上符合实际情况。研究压缩机中气体流动与工作原理可先从基元级着手，进而研究级，最后整个多级压缩机的工作情况。第三节 基元级叶型与

25、叶栅主要几何参数基元级平面叶栅是由一定数量的相同叶型，相隔一定距离，按照给定的要求排列组成的。要了解气流在叶栅中的流动，必须先对叶型和叶栅有所了解。下面介绍基元级叶型与叶栅的主要几何参数与气流特征角。一、叶型几何参数（图23）型面叶型型线所包围的切面。中线叶型型线切圆圆心的连线。b弦长，连接中线两端点的长度。c叶型最大厚度。叶型相对厚度。f叶型中线最大挠度。叶型相对挠度。a叶型前缘至最大挠度处的距离，相对距离。e叶型前缘至最大厚度处的距离，相对距离e。前缘方向角，叶型前缘点处中线的切线与叶弦所形成的夹角。后缘方向角，叶型后缘点处中线的切线与叶弦所形成的夹角。叶型弯曲角。叶型前缘小圆半径。叶型后

26、缘小圆半径。二、叶栅几何参数（图24）叶栅前额线各叶型前缘点之连线。叶栅后缘线各叶型后缘点之连线。t栅距，叶栅中两相邻叶型在圆周方向之距离。相对栅距。叶栅稠度，它反映了叶栅中叶型的稠密程度。叶型安装角，叶弦与圆周方向之夹角。进口安装角，叶型前缘点中线切线与圆周方向之夹角。出口安装角，叶型后缘点中线切线与圆周方向之夹角。叶型弯曲角。三、气流特征角（图24）气流进口角，是气流进口相对速度与叶栅前额线之夹角。气流出口角，是气流出口相对速度与叶栅后额线之夹角。气流进口冲角。气流出口落后角。气流转折角。攻角，叶弦与平均速度（或）之夹角，它是研究弧立叶型的主要气流特征角。第四节 基元级增压原理一、气流在基

27、元级中的流动在基元级中叶栅所构成的通道是弯曲、扩、流线形的。如有气体以亚音速气流流过扩形通道时，其速度减小，静压提高。气体在动叶的转动下获得了动能与压力能，由动叶进口向出口移动，造成了后面静叶的进口 以轴流压缩机中动叶栅在前，静叶栅在后，构成一个级。气体先在动叶栅中得到外加能量，一方面加大了气流的动能，同时又增加了气体的压力能，其中动能的一部分在后面的静叶栅中，进一步转化为压力能，于是通过一个 压力提高了。分析基元级中的气流速度的变化。见图26，设动叶进口气流 是轴向的，动叶随转子以圆周速度U运动，则U为牵连速度，那么 动叶栅的相对速度为，有：如气流以相对速度为离开动叶栅，动叶栅出口的气流的绝

28、对压力 则有：即气流以速度进入后面的静叶栅，并在静叶栅中转向减速，以速度流出，进入下一级。由于动、静叶栅通道都是扩形的，,所以有：, 则 ,于是 即基元级中气体压力得到了提高。二、动叶栅对气体做功在动叶栅中，外界传给气体的能量可根据伯努利方程和欧拉动量矩方程分析表示如下：式中：动叶栅中的损失功。将上两式合并，得出动叶栅中相对运动的伯努利方程式： 21可见，相对速度减少所转换的能量，等于动叶栅中气体升压的压缩功和克服流动损失功之和。三、静叶栅中气体压力的提高在静叶栅中无外功加入，只存在能量转换，其伯努利方程式为：或 22式中：导流叶栅中的损失功。可见，速度减小（扩压效果）相应地使气体继续压缩并克

29、服流动损失。四、基元级中能量分析基元级中的能量转换为动叶栅与静叶栅中能量转换的总和。将式21和22相加得：改写成：或 23式中：式23充分说明了基元级中能量转换机理，即加入基元级的外功，用于压缩气体以提高气体的压力，克服流动损失，使气体动能发生变化。式23即基元级的伯努利方程式。五、基元级速度三角形图26上示出了气流在动叶栅和静叶栅中的变化规律，为方便起见，常将动叶栅进、出口的速度三角形画在一起，图27所示。该图作两点假设：（1）基元级；（2）气体密度和通流截面变化不大，。在导流叶栅中，气流以绝对速度，气流角进入，而以绝对速度，气流角流出，一般，。第五节 压缩过程、压缩功与效率压缩过程主要是绝

30、热压缩、等温压缩和多变压缩过程。绝热压缩是指与外界无热交换，同时又无损失的理想过程。应更确切的叫“绝热等熵压缩过程”。多变指数.等温压缩过程是指始终与外界有热交换，且压缩终了温度和过程间温度与初态温度相等的压缩过程。多变指数。多变压缩过程是指过程中有损失，可与外界无热交换或有热交换（如进行中间冷却时）的压缩过程。多变指数m为：和外界有热交换时，；和外界无热交换时，。图28表示了图上的各种压缩过程，图29表示了图上的各种压缩过程，在图上，各压缩过程线所包含的面积表示了各个过程的压缩功。不同压缩过程的压缩功表示在图上，见图210。其中：面积表示绝热压缩功； 面积表示等温压缩功； 面积表示多变压缩功

31、； 面积表示流动损失所转换的焓增。比多出了一块小面积表示绝热压缩功，用表示，称为热阻损失。热阻损失的物理意义是：在实际压缩过程中，由于流动损失对气体加热，使得气体的体积增大而额外增加的压缩功。面积表示等温压缩功。压缩机在工作过程中，损失是客观存在的，故外界传给气体的能量不能全部转换为气体的有效能量。为此，我们用效率来表征压缩机在工作过程中能量转换的完善程度。效率有多种表达形式，但无论采用哪种表达形式，它们的本质是一致的，即它们的耗功是相同的。一、绝热压缩功与绝热效率过程方程式为：绝热压缩功为：绝热效率为：绝热效率的意义是：用于实际压缩气体的多变压缩功和克服流动损失的耗功中，有多少转变为气体的有

32、用功。它表征了压缩机通流部分完善程度，有多少转变为气体的有用功。因而，它表征了压缩机通流部分的寄送程度，即当流动损失减少时，热阻损失也相应减少，也减少，而不变，则增加。在压缩机中，理想的绝热压缩过程是不能实现的。但它可以作为一个比较标准，即实际过程越接近绝热过程，熵增越小，则说明压缩级中的损失越小。二、多变压缩功与多变效率过程方程式为：多变压缩功为：多变效率为：并有指数系数：因为，故，所以在谈到压缩机效率或级效率时，应指明是哪种效率。两种效率的关系为：三、等温压缩功与等温效率过程方程为：等温压缩功为：等温效率为:是具有中间冷却的压缩机各段或各级的热焓增值之和。等温效率不能作为评定压缩机通流部分

33、完善程度的指标。因为冷却器与其影响很大。因此，它主要用来评价包括冷却系统在的透平压缩机装置的动力经济性的指标。因为等温压缩功最小，所以带有多次冷却的等温压缩机需要的功率最小。另外，如果实际过程越接近等温过程，则压缩机的等温效率越高。第六节 流量与流量系数、能量头与能量头系数、反动度与预旋本节讨论轴流压缩机流量系数、能量头系数、反动度等相关概念。一、流量与流量系数叶栅的进口容积流量为： 2424式表达了压缩机的童柳能力与通流面积和气流轴向速度有关，而气流气流轴向速度与压缩机转速有关。定义流量系数为,是个无因次参数，用来表征级的通流能力。一般平均半径处基元级的流量系数,叶顶处（大者可达0.7）。二

34、、能量头与能量头系数1、动叶栅传给单位质量气体的机械功称为理论能量头 (欧拉动量矩方程)该式又表达为：要增加级的压比，则必须增加级的理论能量头。其途径有：（1）增加叶轮的圆周速度u（或），但它受到叶片材料强度的限制。目前固定式压缩机,运输式压缩机。（2）增大气流转折角，但过大会使气流易于脱离，流动恶化，一般。（3）增加轴向速度，但主要是引起动压头增大，且会引起马赫数增大的负效应。由于受到上述种种限制，单级轴流压缩机的增压比是不大的，一般亚音速压缩机级的压比1.351.45，固定式压缩机级的压比约1.101.25.2、有效能量头气体从压缩机基元级所获得的有效能量头用或表示。3、对于基元级，理论能

35、量头系数定义为：则有4、有效能量头系数分别有：5、级的理论能量头系数为：当圆周速度一定时，能量头系数就表征了能量的大小。所以，它是表征能量的无因次参数，是轴流压缩机设计、特性与相似的主要参数之一。三、反动度与预旋1、反动度（或称反作用度）在动叶栅中增加的理论静压能量头与动叶栅传给气体的能量头之比称为反动度，用表示，即：其中 当，可写成下面的形式：式中，称为扭速。它表征气流在叶栅中绕流现象，与气流转折角的意义是一致的，并且。2、几种典型反动度的基元级图211示出了四种典型反动度的基元级的速度三角形。现假定它们具有相同的圆周速度u、轴向速度扭速(或)，则四者具有相同的流量系数、理论能量头系数，即相

36、当于它们具有相同的流量和能量头。如果进改变反动度，从图211中可以看出，动叶栅进、出口速度三角形具有不同的形式，且各具特点。下面分别讨论之。(1)的基元级 且, 这种动叶栅的形式称为冲动式级，其意义是指动叶栅传给气体的能量全部转换为气体的动能。为了达到所要求的级压比，必须要求静叶栅具有大的扩压度（或气流转折角），因而容易引起静叶栅负荷过大而增加损失。另外，很大，也使其损失增大。故轴流压缩机一般不采用的级。（2）的基元级， 这种基元级的特点是动叶栅进口和出口速度三角形对称，级压升在动、静叶中平均分配，损失较小，效率较高。故在设计中，特别是在高压比的级中多采用的级。（3）的基元级, 这种基元级的特

37、点是在动叶栅进、出口绝对速度相等，方向相反，理论静压能量头全部在动叶栅中获得。在静叶栅中，气流仅改变方向，而无扩压作用。故在固定静叶压缩机或固定式压缩机中常采用的基元级，但应注意过大而使超过许可的值。(4)的基元级, , 这种基元级的特点是轴向进气，动叶栅前可不设导流叶栅（进气整流叶栅或可调进气导叶除外），因而能减小整机轴向尺寸。这种基元级的速度三角形与基形介于和的之间，其工作特点也介于二者之间。3、预旋预旋，即气流进入动叶栅前具有预先旋绕，用来表示其值的大小。当（即预旋方向与圆周速度方向一致）时，称为正预旋；当, 称为负预旋；当时，为轴向进气，即。如果u、和(或)不变，这时不同的反动角就是改

38、变预旋所致。而且改变预旋，也改变了和的数值，下面简述预旋的作用。（1）正预旋（）从图211中轴向进气的速度三角形可以看出，时，是进、出口速度的最大值，即马赫数最大，当圆周速度很大时，可能超过一般亚音速叶栅所允许的值。为此，在大圆周速度的情况下，可以用正预旋来减小和，如的级。但是，当增加到使得时,虽然减小了，却增加到,如就是明显的例子。这时达极大值，也会超过所允许的值。因此，在实际设计中，在平均半径处是不采用的。（2）负预旋（）当时，,为速度三角形的最大值。但是，如果圆周速度u本身不大，而任然在所允许的围时，则采用负预旋（如叶栅）可以增加级的压比，所以的级常应用于低圆周速度的固定式压缩机中。第三

39、章 轴流压缩机选型压缩机是高炉、石化等应用领域里重要的动力供风设备，因此，选取适宜的压缩机，使其安全、可靠、经济地运行，是保证正常生产、降低运行成本的重要环节。一般压缩机的选取原则是，“技术先进，安全性好，效率高，能耗低，性能可靠”等。在本章中对不同压缩机类型和型式进行比较，供选择压缩机时参考。本章还简单介绍了轴流压缩机的选型参数、压缩机与管网联合工作方向的基本知识。第一节 轴流压缩机与离心压缩机的比较由于轴流压缩机气体压缩过程的流到短且简单，气体转向变化小，基本是沿轴流动，离心压缩机压缩气体的流道长且有较多的急剧转弯，因而轴流压缩机损失小，效率高。另外，轴流压缩机的叶栅在空气动力学方面的理论

40、研究和试验工作相对比较充分，试验数据和设计方法比较成熟，所以轴流压缩机效率通常比离心压缩机高8%10%。压缩相同容积的气体时，具有复杂流道的多级离心压缩机机器尺寸比轴流压缩机大得多，重量重成本高。因而离心压缩机适合于中、小流量的场合，轴流压缩机适合于中、大流量的场合。轴流式压缩机：适合于大、中流量，中等压力围，流量在950以上，一般流量越大越好，但一般受压缩机结构限制，单台最大流量一般小于17500；压比一般适合于2.57.2。当流量较大时可采用两台轴流并联方式；当压力较低可采用特殊结构；当压力更高时，可采用一台轴流与一台离心或一台轴流串联方式。采用全静叶可调式轴流压缩机，调节工况围宽，不用放

41、风运行，效率高，比离心式压缩机效率高10%左右，省功节能，噪音低。离心式压缩机：适合于1000以下流量，单缸离心压缩机一般允许压比小于9，压比再大可采用一台多缸串联式离心式压缩机。离心压缩机效率低，能耗大；调节工况围窄，在较多情况下存在放风损失；采用进口节流调节，存在压力损失，噪音大，但技术简单，造价低。我国在5080年代由于轴流压缩机技术落后，在流量1000到3000或4000以下多采用离心式压缩机，如K3250、K4250、02700、AK1300等。现今由于轴流压缩机技术日益成熟，流量在1000以上，已广泛采用效率高、节能效果较好的轴流压缩机。全静叶可调轴流压缩机流量调节围（非等力工况调

42、节）可达约50%115%以上，进口节流调节离心式压缩机的流量调节围（非等力工况调节）约为85%105%，而若为排气管网自调的离心压缩机只能沿其一条性能曲线调节，调节围更小。离心式与全静叶可调轴流式压缩机工况调节围的比较见图31。以一台450高炉鼓风机为例，轴流压缩机与相应的离心式压缩机相比，由于效率高和没有放风损失等每年节能约275.6万元。功率对照见表31。流量越大，节能越明显。表31 轴流、离心式压缩机在各工况点效率、耗功对比表压缩机形式单位ABCDE进口压力0.9410.9410.9610.9610.952进口温度23.223.2-7.3-7.39.0相对湿度%6060787870流 量

43、21461717160918781985排气压力3.22.72.73.23.2轴流效率%87.588.28789.589.8耗功70184679386752165928离心效率%84*81耗功7490*6640说明：*点为离心风机需放风运行。每度电按0.4元计，离心按15%时间放风15%计，每年运行8000小时，则轴流较离心节能：表32 同等装置中轴流与离心式压缩机的对比项 目轴流压缩机离心压缩机风机体积小大风机重量轻重机组运行经济性高，因风机效率高，调节围宽低，因风机效率低，调节围窄机组控制自动化控制手动操作风机噪音低高基础尺寸小大表33 轴流压缩机与离心压缩机的对比序号项 目轴 流 式离

44、心 式1适用流量950以上950以下2适用压比2.78中低压比高中压力3效率（8992）%一元流小于80%，三元流82%左右4调节方式静叶角度调节或转速调节进口节流调节或转速调节5调节围AV型为（50125）%A型为（60120）%调节围很有限，难以满足不同工况6需否放风不需要放风常需放风7调节稳定性风量风压波动小风量风压波动大8起动速度快（1小时）慢（3小时）9噪音较低较高10经济性高、能耗小低，能耗大11技术密集程度高低12结构复杂较简单13制造成本高较低因此，建议流量在1000以上的鼓风机、压缩机选用轴流式压缩机有利于降低能耗和运行成本。第二节 几种不同形式的轴流压缩机的比较一、静叶可调

45、式与变转速（静叶固定式）轴流压缩机比较静叶可调轴流压缩机：喘振线比较平坦，调节围宽。一般工作转速固定，原动机电动机或汽轮机，叶片振动频率容易避开，安全性高。有调节缸，利于降低噪音。但采用电动机拖动时，机组布置时多一变速器。因有调节机构，静叶可调轴流压缩机成本较高。静叶固定轴流压缩机：一般须采用变转速汽轮机或可调速电机拖动。变转速调节，避开叶片共振频率和临界转速难度较大，故安全性差。噪音稍大，但无需调节缸和调节机构，成本稍低。静叶可调式与变转速（静叶固定式）轴流压缩机工况调节围比较，前者比后者一般大1030%左右，见图32。若用户要求工况调节围较大时，建议选用静叶可调式轴流压缩机。二、全静叶可调

46、与部分静叶可调轴流压缩机的比较全静叶可调轴流压缩机：在变工况运行时，由于其每级静叶角度均可作相应的改变，因而避免了压缩机过早发生喘振或阻塞，减少气流在流动中是冲击损失，有利于增大调节围和提高效率，但设计制造成本稍高。部分静叶可调轴流压缩机：前几级静叶角度可根据工况变化而进行调节，但其余后面静叶固定，容易导致压缩机在部分变工况区域运行时提前喘振或阻塞，同时增大后面级的冲击损失，因而调节围窄、效率较低。部分静叶可调与全静叶可调轴流压缩机工况调节围比较，后者一般比前者大约520%，见图33。建议尽量选用全部静叶可调型式，有利于降低能耗，增大调节围。三、等径与等外径轴流压缩机的比较等径轴流压缩机：指每

47、级动叶根部的流道直径都相等，见图21。等外径轴流压缩机：指每级动叶顶部的流道直径都相等，见图34。等径式轴流压缩机，各级径相等，均径与外径逐级下降，逐级减少，因而加工量减少，级数要增多，轴向尺寸长。通流部分叶高逐级下降的速度较等外径慢，其末级叶片较后者较高，故流动损失较小，效率较高。另外，转子加工较容易。相应的等外径式轴流压缩机，级数较少，效率较低，末级容易出现阻塞，因而调节围较窄，转子加工较难。对于固定式轴流压缩机建议选用等径，有利于降低能耗，增大调节围。四、空心转子轴流压缩机与实心转子轴流压缩机的比较空心转子指主轴中间段加工为空心，转子较轻，容易启动，但转子刚性较差，检修维护难度较大，实心

48、转子则加工容易，刚性大，几乎不需要检修和维护。五、三层缸与双层缸轴流压缩机的比较三层缸：叶片承缸称为缸，调节缸称为中缸，以与机壳称为外缸，此三层缸结构使压缩机的稳定性较好，振动地，噪音低，同时有利于避免外部灰尘或腐蚀性气体对部调节机构的侵蚀，因而使用寿命长，但成本稍大。三层缸示意图见21。双层缸：叶片承缸与调节机构直接暴露于外面。此种压缩机造价低，但稳定性差，噪音大，外部灰尘或腐蚀性气体容易对部机构产生侵蚀。双层缸轴流压缩机示意图见图34。建议选用三层缸形式，有利于降低噪音和保护部调节机构。第三节 风机的选型参数风机的选型参数和选型要求，必须准确、可靠、合理，这样风机的选型才能准确、合理，将来

49、风机才能高效率的运行。风机的选型参数和选型要求主要包括以下容：1、当地的大气条件：不同季节的平均值，如夏季、冬季、年平均的大气压力、大气温度和湿度。2、当地水资源条件：水温、水压、硬度、酸碱度等。3、当地环境质量：有无腐蚀性气体、灰尘含量等。4、当地电气条件：决定压缩机启动方式。5、压缩介质：明确介质种类。6、流量（又称风量）：提供平均最大、正常、平均最小流量，但最好不要是极端（偶尔用）流量。要注明流量单位：标态流量（）、风机进口态流量（）、质量流量（）。7、压力（又称风压）：通常指压缩机排气法兰处压力。注明单位，是表压（g）还是绝压（a），若不注明，通常当成绝压处理。8、压缩机拖动方式：汽拖

50、、电拖等。9、压缩机配套水平和围。10、机组控制方式水平。11、其它特殊要求。第四节 如何正确提供风机的设计参数、使用条件和要求风机的设计参数、使用条件和要求要准确、可靠、合理、充分，否则不利于风机的设计和使用，甚至使风机长期偏离设计点运行，十分不经济。从我们的经验出发，用户在提供参数时应注意以下几方面：1、当地大气条件：包括大气温度、大气压力和湿度，最好为夏季平均、冬季平均、年平均的平均参数作为设计条件。不宜将夏季极端最高温度、冬季极端最低温度以与极端大气压力等作为设计条件，否则容易缩小压缩机的允许工况调节围，同时也不利于长期运行点的运行效率，增大能耗。2、风机设计工况点的风量、风压要准确。

51、切记勿留太大富余量，因为压缩机设计人员是根据所要求的风量、风压进行设计的，并使其效率较高，并在设计时已将工况点离喘振区、旋转失速区等留有足够余量。若用户提供的风量、风压富余量太大，容易造成风机长期运行点偏离设计点和高效区，运行不经济，甚至不能满足实际需要而放风运行。3、变工况围切忌太宽。无论是变转速调节，或是全静叶轴流压缩机允许有较宽的工况调节围并在一定的围效率较高。如所提供的工况点风量、风压围太宽，容易造成压缩机各运行工况点长期处于低效区，特别是长期运行工况点效率较低，能耗损失更大。甚至每年能耗损失达数百万元以上。建议高压等压力调节的进口容积流量围在65110%较理想，围越窄，长期运行点效率

52、越高。4、适当放风，有时更有利于压缩机运行的经济性。即要求的工况围太宽而导致压缩机长期运行工况点效率较低，会使能耗损失较大。因此，可通过冬季小流量高压力工况点偶尔的适当放风可达到减低能耗损失，提高整机经济性的目的。5、流量的单位要求准确。干、湿标态流量与压缩机进口法兰处的容积流量相差较大，必须明确。进口容积流量通常指进口法兰处状态，而此处压力为大气压力减去进口管道系统压力损失，注意不要与大气状态下的容积流量混淆。6、压力单位一定要注明表压、绝压，两者相差一个当地大气压。如不注明，则当成绝压处理。7、如果用户将来有装置扩大的可能性，可以提前告知，便于风机选型、设计时特殊考虑和处理，有利于将来改造

53、。8、应事先明确有无其它条件限制，如转速、场地大小等。第五节 轴流压缩机与管网联合工作一、静叶可调式轴流压缩机的运行围静叶可调式轴流压缩机，静叶角度有一允许的变化围，超出此围运行，压缩机容易处于不安全状态。运行时超过最大允许角度，压缩机有可能进入第一级阻塞状态，不适于长期运行；若小于最小安全角运行，压缩机极易进入旋转失速状态，非常危险，故不允许压缩机小于最小安全角运行；将各静叶角度下喘振点连成线，即为喘振线，喘振对压缩机危害非常大，为确保压缩机不发生喘振，在喘振线下还设有防喘振线或报警线。轴流压缩机的有效运行区域，见图35。以高炉鼓风机为例，其要求的运行围通常为工况点A、B、C、D、E、F所确

54、定的围。一般的轴流压缩机有效运行区域超过用户要求工况围。二、静叶可调式轴流压缩机的启动角若原动机为电机，根据电机的特性，希望启动时阻力矩小，便于安全、快速地启动。因此，静叶可调式轴流压缩机在启动时，一般都将静叶角度开到最小即启动角，同时将放风阀打开，此时风量、风压、功率较小。当风机在启动角从零转速升至额定转速时，风机处于不安全的旋转失速状态，因此必须尽快静叶角度从释放到最小安全运行角。若原动机汽轮机等变转速，压缩机启动时静叶角一般等于最小安全角即可。三、压缩机运行时与管网的关系任何压缩机都不是独立运行的，而是与管网协调工作。所谓管网，是指压缩机后面全部装置的总称。当期流通过管网系统时，存在压力

55、损失（阻力损失），气体压力不断下降。每一种管网系统都有自己的性能曲线，它是指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网所需的压力之间的关系曲线，即。这个压力P是用来克服管网系统阻力的，所以管网性能曲线也称为管网阻力曲线。管网阻力曲线可以是各种各样的，它决定于管网本身结构和用户的要求，基本可以归纳为三种形式：1、管网阻力与流量无关（如图36（a）它的压力基本保持不变。如污水处理风机，曝气池污水深度不变，则风机压力基本不变；如向大型储气筒供气，储气筒容积甚大，则压力也基本保持不变，表示为。2、管网阻力与流量平方成正比（如图36（b）从流体力学中知道，管道阻力的大小与流速的平方成正比，即与流量成正比，

56、用表示。大部分管网都有这种特性。如输气管道，高炉鼓风、燃气轮机等。其中A由管网构造组成输送介质决定，为常数。3、综合形式（图36（c）其表示为。例如转炉组成的管网。对于压缩机的工况点（），则位于压缩机性能曲线与管网阻力交叉点上。在管网系统上的任何改变，如闸阀、高炉炉阻改变等，则管网阻力线发生变化，运行工况点（Q，P）发生改变。如轴流压缩机静叶角度或转速改变，性能曲线也会发生改变，则工况点也会发生变化。（如图37）第四章 陕鼓轴流压缩机的技术优势与特点陕鼓集团于1979年引进瑞士尔寿公司轴流压缩机设计制造技术，1986年生产了第一台用于炼油厂的AV4512轴流压缩机，1988年全部实现了国产化，

57、从1986年至2002年已累计设计制造了150余台套的轴流压缩机产品。在已设计的风机中，最大流量达7800，最高压力达7.2，最大功率达4000Kw，规格从AV40到AV100，广泛应用于石化、冶金、风洞实验、电站和制药等领域。第一节 陕鼓轴流压缩机的技术优势一、拥有长期经验早在1932年，尔寿公司就制造了世界上第一台增压锅炉使用的工业轴流压缩机，1945年制造了世界上第一台轴流式高炉鼓风机，1960年制造了世界上第一台静叶可调式轴流压缩机。到目前为止，已生产了1000多台产品，包括工业用轴流压缩机460多台，其中445台以上在连续工作，有210多台用于高炉鼓风（最大功率为54000Kw）。此

58、外，约有720台轴流压缩机用于燃气轮机组。尔寿公司是工业用轴流压缩机一流的供货商，它比西欧、美国与日本等任何制造厂至少要有多出四倍的业绩。二、应用围1、可是用于炼油、冶炼高炉、化肥、电站、制药、污水处理、风洞实验、天然气输送、空气分离等各种行业。2、适用介质：空气、天然气、氮气、煤气、水蒸气等介质。3、可以与离心压缩机串联应用，提高压力。三、具有先进的气动设计1、气动设计采用先进、可靠的模化设计方法。2、先进的大型实验设备进行不同条件下的模型试验。基本级叶栅性能优良，试验数据的充分广泛性、准确可靠性，为产品设计奠定了良好的基础。3、偏离试验状态的各种因素修正全面。修正关系式也都是在大量的试验基

59、础上总结归纳出的。4、有多种反动度叶型叶片组合设计，扩大工况调节围，提高效率。5、采用等经通流形式，效率高，最高效率在90%以上，省功节能。6、整套严格的设计规。四、机械设计安全灵活1、可靠性高的强度、刚性设计。主要零部件的强度在系列化、标准化、通用化时都按照最苛刻的条件进行了核算。如机壳进行了强度与刚度计算，在大的应力变形处对结构进行了改进，使其符合要求。动、静叶片，叶根，主轴，静叶轴承等所有通用、标准零部件都进行了疲劳强度核算，确保强度安全。2、机组采用机壳、叶片承缸、调节缸的三缸设计，边线小，应力低，吸噪减振。3、稳定的机组支撑和完善的滑销系统。4、安全灵活的叶片调节机构。五、制造和安装

60、简单1、全部标准围的压缩机具有高度的三化水平，即系列化、标准化、通用性。机壳是标准化的，同一型号不同级数的机壳，其进气室、排气室的尺寸相同，机体长度的改变用组合积木来实现。转毂是标准化的，叶片是标准化的，轴承、轴承座、拉别令密封（用于空气）、联轴器、静叶调节机构也都是标准化的。叶片、曲柄、滑块、静叶轴承、伺服马达、轴承等通用性很强。产品的高度三化，有利于减短产品的设计、制造周期，有利于降低成本，提高产品的产量。2、等经转子使加工方便。3、叶片等通用件加工所用工具、卡具、卡尺、靠模样板等数量少，并可制造库存叶片等。4、合理的结构使安装、拆卸和日常维护非常容易。六、可靠的安全设计1、现代设计方法结合大量试验使叶片强度和振动安全性高。2、用不平衡响应法进行转子动力学计算，具有准确、可靠的特点。3、转子扭曲临界转速计算分析保证轴系安全。七、拥有先进的实验设备和运用现代测试手段，对轴流压缩机的运行过程进行动态测量，不断研究和开发新技术。八、具有先进的电子控制系统。第二节