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壓縮機功率

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更新時間：2017-01-22
發布人：fjb123456

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壓縮機功率壓縮機氣體需要消耗的能，大型離心壓縮機由原動機（如汽輪機.燃動機等）驅動，原動機軸端所傳遞的功率包括壓縮機軸承、齒輪箱及聯軸節等傳動部分的機械損失以及壓縮機內功率。內功率指的是壓縮機轉子對氣體所消耗的功率。壓縮機轉子是通過葉輪向氣體傳遞能量的。葉輪除對氣體作功外，葉輪的輪盤、輪蓋的外側面及輪緣與周圍氣體的摩擦所產生的輪阻損失、葉輪出口高壓氣體漏回到葉輪低壓端的漏氣損失也都要消耗功。
       對整個壓縮機來說，葉輪對氣體作功轉換成下列三個部分：提高氣體的靜壓能（壓縮功），使氣體從進口壓力提高到出口壓力。提高氣體的動能。在一般情況下，動能的提高不大，常常可以忽略不計。克服氣流在級中的流動損失。這部分流動損失，是指氣流在葉輪內和級的固定元件（如吸氣室、擴壓器、彎道、回流器、蝸殼等）內的流動損失。
      總之，壓縮機級的中功耗有五部分組成，即靜壓能提高、動能的變化、流動的損失、輪阻損失和漏氣損失組成的，但只有靜壓能的提高對氣體的升壓是有用的。
      1 氣體的壓縮過程：靜壓能的提高與氣體的壓縮過程有關。熱力學把氣體的壓縮過程分為：等溫壓縮過程、絕熱壓縮過程和多變壓縮過程。壓縮機中氣體的實際壓縮過程是多變壓縮過程，但可忽略與外界的熱交換。現分析各壓縮過程中的靜壓能提高（壓縮功）。設壓縮機進出口參數分別為P1、V1、T1和P2、V2、T2，壓縮氣體的所需能量的單位Kg.m/Kg表示，它表示壓縮 1kg氣體所需的能量。
      1.1等溫壓縮 T=Const （恒定）
      等溫壓縮功為 His=RTLn(P2/P1) (Kg.m/Kg)（表明等溫壓縮能量直接與進氣溫度、氣體常數和Ln(P2/P1)成正比）
     1.2絕熱壓縮
      氣體在壓縮過程中與外界無熱交換且無氣體流動損失和摩擦損失。
      絕熱壓縮后氣體溫度： T2/T1=(P2/P1)(k-1)/k
     絕熱壓縮功為： Had=K/(K-1)RT1((P2/P1)(k-1)/k-1) (Kg.m/Kg) （k為絕熱指數，對理想氣體它等于比熱容比）（絕熱即等熵壓縮功與進氣溫度成正比；與氣體常數成正比，即與氣體分子量成反比；與壓力比的（k-1)/k次方成正比；還與氣體的絕熱指數有關，其他條件相同時一般k越大，壓縮功越大）
      1.3多變壓縮過程：此過程存在流動損失和磨擦損失，外界可以有熱交換或者無熱交換。
      多變過程氣體溫度計算式為： T2/T1=(P2/P1)(k-1)/k
      多變壓縮功為： k/(k-1)（RT1(ω(k-1)/k -1) ） (Kg.m/Kg)（ω= P2/P1）
     以上式中R為氣體常數，多變壓縮功與k有關；與進氣溫度成正比；與氣體常數成正比；即與氣體分子量成反比（被壓縮氣體組份越輕則R越大）；多變過程和理論絕熱過程的公式具有同樣形式，只是絕熱指數K代以多變指數m。多變指數和絕熱指數不同，它不僅和氣體的種類有關，而且與設備結構有關系。對于離心式壓縮機來說，多變指數m大于絕熱指數K。機器設計和控制的愈合理，則m愈接近K值。
      2 壓縮機過程分析討論
     2.1三種典型壓縮過程，如氣體溫度和壓比相同，則等溫壓縮過程需要的壓縮功最小，排氣溫度最低,等于進氣溫度。這是一種理想情況，實際上只能接近而不能達到。多變壓縮過程需要的能量頭最大，所以多級壓縮機常做成多段，增加段間冷卻器從而使壓縮過程向等溫壓縮過程靠近，對于具有中間冷卻器的壓縮機常用等溫效率來衡量機器的完善程度。
     2.2同質量流量的同種氣體來說，如初溫度相同，當壓縮比相同，其功耗也相同。例如把氣體從10個大氣壓壓縮到100個大氣壓，與從1個大氣壓壓縮到10個大氣壓所需要的功耗相同。
      2.3氣體所需的壓縮功與氣體的性質有關，對輕氣體，因為氣體R大，所以在相同壓比下需要的壓縮功就比壓縮重氣體大（從壓縮表達式可以看出），但由于同一壓縮機及壓縮同一體積流量的不同氣體，所提供的葉片功是相同的，也即葉片與氣體性質無關，所以在同一壓力比要求下，壓縮輕氣體需要的級數比重氣體多。
      2.4多變過程是具有損失的過程，多變指數m反映多變壓縮過程所需功的大小。損失使氣體得到附加熱量，采用中間冷卻器，目的是為了向等溫壓縮過程靠近。各個不同壓縮過程在P-V圖和T-S圖上的表示如下圖2、圖3所示。各個過程的壓縮功就是各壓縮過程線縱坐標及P=P1、 P=P2兩條等壓線所包括的面積。...

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