為什么離心式壓縮機要有那么高的轉(zhuǎn)速?
? ????答:離心式壓縮機用于壓縮氣體的主要工作部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和通流面積逐漸增加的擴壓器。簡而言之,離心式壓縮機的工作原理是通過葉輪對氣體作功,在葉輪和擴壓器的流道內(nèi),利用離心升壓作用和降速擴壓作用,將機械能轉(zhuǎn)換為氣體壓力能的。
? ????更通俗地說,氣體在流過離心式壓縮機的葉輪時,高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使氣體在離心力的作用下,一方面壓力有所提高,另一方面速度也極大增加,即離心式壓縮機通過葉輪首先將原動機的機械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的靜壓能和動能。此后,氣體在流經(jīng)擴壓器的通道時,流道截面逐漸增大,前面的氣體分子流速降低,后面的氣體分子不斷涌流向前,使氣體的絕大部分動能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能,也就是進一步起到增壓的作用。
? ????顯然,葉輪對氣體作功是氣體壓力得以升高的根本原因,而葉輪在單位時間內(nèi)對單位質(zhì)量氣體作功的多少是與葉輪外緣的圓周速度u2密切相關(guān)的:u2數(shù)值越大,葉輪對氣體所作的功就越大。而u2與葉輪轉(zhuǎn)速和葉輪的外徑尺寸有如下關(guān)系:
???? ?式中????D2--葉輪外緣直徑,m;?????????n--葉輪轉(zhuǎn)速,r/min。
? ????因此,離心式壓縮機之所以要有很高的轉(zhuǎn)速,是因為:
? ????1)對于尺寸一定的葉輪來說,轉(zhuǎn)速n越高,氣體獲得的能量就越多,壓力的提高也就越大;
?????2)對于相同的圓周速度(亦可謂相同的葉輪作功能力)來說,轉(zhuǎn)速n越高,葉輪的直徑就可以越小,從而壓縮機的體積和重量也就越??;
? ????3)由于離心式壓縮機通過一個葉輪所能使氣體提高的壓力是有限的,單級壓比(出口壓力與進口壓力之比)一般僅為1.3~2.0。如果生產(chǎn)工藝所要求的氣體壓力較高,例如全低壓空分設(shè)備中離心式空氣壓縮機需要將空氣壓力由0.1MPa提高到0.6~0.7MPa,這就需要采用多級壓縮。那么,在葉輪尺寸確定之后,壓縮機的轉(zhuǎn)速越高,每一級的壓比相應(yīng)就越大,從而對于一定的總壓比來說,壓縮機的級數(shù)就可以減少。所以,在進行離心式壓縮機的設(shè)計時,常常采用較高的轉(zhuǎn)速。但是,隨著轉(zhuǎn)速的提高,葉輪的強度便成了一個突出的矛盾。目前,采用一般合金鋼制造的閉式葉輪,其圓周速度多在300m/s以下。? 另外,對于容量較小的離心式壓縮機而言,由于風(fēng)量較小,葉輪直徑也較小,可采用較高的轉(zhuǎn)速;而容量較大的壓縮機,由于葉輪直徑較大,相應(yīng)地轉(zhuǎn)速也應(yīng)低一些。例如,為國產(chǎn)3200m3 /h ? 空分設(shè)備配套的DA350-61型離心式壓縮機,轉(zhuǎn)速為8600r/min;而為國產(chǎn)10000m3 /h空分設(shè)備配套的1TY-1040/5.3型空氣壓縮機,轉(zhuǎn)速6000r/min。? 軸流式壓縮機與離心式壓縮機都屬于速度型壓縮機,均稱為透平式壓縮機。
? ?????速度型壓縮機的含義是指它們的工作原理都是依賴葉片對氣體作功,并先使氣體的流動速度得以極大提高,然后再將動能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ堋?
? ??????透平式壓縮機的含義是指它們都具有高速旋轉(zhuǎn)的葉片?!巴钙健笔怯⑽摹癟URBINE”的譯音,其中文含義為:“葉片式機械”,對于這一英文單詞,全世界不管哪種語言,都采用音譯的方法,所以“透平式壓縮機”的意義也就是葉片式的壓縮機械。
? ??????與離心式壓縮機相比,由于氣體在壓縮機中的流動,不是沿半徑方向,而是沿軸向,所以軸流式壓縮機的最大特點在于:單位面積的氣體通流能力大,在相同加工氣體量的前提條件下,徑向尺寸小,特別適用于要求大流量的場合。
? ??????另外,軸流式壓縮機還具有結(jié)構(gòu)簡單、運行維護方便等優(yōu)點。但葉片型線復(fù)雜,制造工藝要求高,以及穩(wěn)定工況區(qū)較窄、在定轉(zhuǎn)速下流量調(diào)節(jié)范圍小等方面則是明顯不及離心式壓縮機。