离心式压缩机的功耗及效率详细介绍

对整个压缩机来说，叶轮对气体作功转换成下列三个部分：提高气体的静压能（压缩功），使气体从进口压力提高到出口压力。提高气体的动能。在一般情况下，动能的提高不大，常常可以忽略不计。克服气流在级中的流动损失。这部分流动损失，是指气流在叶轮内和级的固定元件（如吸气室、扩压器、弯道、回流器、蜗壳等）内的流动损失。

总之，压缩机级的中功耗有五部分组成，即静压能提高、动能的变化、流动的损失、轮阻损失和漏气损失组成的，但只有静压能的提高对气体的升压是有用的。

1、气体的压缩过程：静压能的提高与气体的压缩过程有关。热力学把气体的压缩过程分为：等温压缩过程、绝热压缩过程和多变压缩过程。压缩机中气体的实际压缩过程是多变压缩过程，但可忽略与外界的热交换。现分析各压缩过程中的静压能提高（压缩功）。设

压缩机进出口参数分别为P1、V1、T1和P2、V2、T2，压缩气体的所需能量的单位Kg.m/Kg表示，它表示压缩1kg气体所需的能量。1.1等温压缩T=Const（恒定）

等温压缩功为His=RTLn(P2/P1)(Kg.m/Kg)（表明等温压缩能量直接与进气温度、气体常数和Ln(P2/P1)成正比）1.2绝热压缩

气体在压缩过程中与外界无热交换且无气体流动损失和摩擦损失。绝热压缩后气体温度：T2/T1=(P2/P1)(k-1)/k

绝热压缩功为：Had=K/(K-1)RT1((P2/P1)(k-1)/k-1)(Kg.m/Kg)（k为绝热指数，对理想气体它等于比热容比）（绝热即等熵压缩功与进气温度成正比；与气体常数成正比，即与气体分子量成反比；与压力比的（k-1)/k次方成正比；还与气体的绝热指数有关，其他条件相同时一般k越大，压缩功越大）

1.3多变压缩过程：此过程存在流动损失和磨擦损失，外界可以有热交换或者无热交换。

多变过程气体温度计算式为：T2/T1=(P2/P1)(M-1)/M

多变压缩功为：m/(m-1)（RT1(ω(m-1)/m-1)）(Kg.m/Kg)（ω=P2/P1）

以上式中R为气体常数，多变压缩功与m有关；与进气温度成正比；与气体常数成正比；即与气体分子量成反比（被压缩气体组份越轻则R越大）；多变过程和理论绝热过程的公式具有同样形式，只是绝热指数K代以多变指数m。多变指数和绝热指数不同，它不仅和气体的

种类有关，而且与设备结构有关系。对于离心式压缩机来说，多变指数m大于绝热指数K。机器设计和控制的愈合理，则m愈接近K值。

2、压缩机过程分析讨论

2.1三种典型压缩过程，如气体温度和压比相同，则等温压缩过程需要的压缩功最小，排气温度最低,等于进气温度。这是一种理想情况，实际上只能接近而不能达到。多变压缩过程需要的能量头最大，所以多级压缩机常做成多段，增加段间冷却器从而使压缩过程向等温压缩过程靠近，对于具有中间冷却器的压缩机常用等温效率来衡量机器的完善程度。

2.2同质量流量的同种气体来说，如初温度相同，当压缩比相同，其功耗也相同。例如把气体从10个大气压压缩到100个大气压，与从1个大气压压缩到10个大气压所需要的功耗相同。

2.3气体所需的压缩功与气体的性质有关，对轻气体，因为气体R大，所以在相同压比下需要的压缩功就比压缩重气体大（从压缩表达式可以看出），但由于同一压缩机及压缩同一体积流量的不同气体，所提供的叶片功是相同的，也即叶片与气体性质无关，所以在同一压力比要求下，压缩轻气体需要的级数比重气体多。

2.4多变过程是具有损失的过程，多变指数m反映多变压缩过程所需功的大小。损失使气体得到附加热量，采用中间冷却器，目的是为了向等温压缩过程靠近。各个不同压缩过程在P-V图和T-S图上的表示如下图2、图3所示。各个过程的压缩功就是各压缩过程线纵坐标及P=P1、P=P2两条等压线所包括的面积。

压缩机的效率

压缩机或级的效率主要是用来说明传给气体的机械能的利用程度。由于有三种压缩过程，则相应的把压缩机效率分为多变效率ηpol、绝热效率ηad和等温效率ηis。多变效率指由压力P1增加到P2所需要的多变压缩功与实际消耗的功之比。目前离心式压缩机的多变效率为0.7～0.84左右。绝热效率指由压力P1增加到P2时绝热压缩功与实际所需消耗的功之比。等温效率指由压力P1增加到P2时等温压缩功与实际所需消耗的功之比。实际的压缩机不可能实现没有损失的绝热压缩过程，但它可以作为比较标准。由于多变压缩功>绝热压缩功>等温压缩功，故有ηpol＜ηad＜ηis，故要注意机器效率使用哪一种表示方法。