1.3.3 压缩机的种类（下）在线视频

同学

你好

本节课我们来了解动力式压缩机

大家知道

动力式压缩机的基本工作原理是

提高气体的速度

而后将气体的速度能转化为压力能

因此提高气体的速度就是动力式压缩机的

基本功能

那么如何提高气体的速度？

每个同学都用过风扇

经过风扇驱动后

空气的速度就增加了

所以我们才能感觉到有风

风扇中有叶轮

叶轮旋转时

叶片驱动气体

使气体的速度提高

工程中把叶轮驱动气体实现气体压缩的压缩机

称为透平压缩机

这个词是英文单词“turbine”的音译

来源于拉丁语“turbo”

意思是“快速旋转运动，

旋风”

离心式压缩机是透平压缩机的一种

这种压缩机的叶轮称为离心式叶轮

叶轮旋转时带动气体旋转

因为旋转运动

气体获得离心力

在离心力的作用下

气体的速度得以提高

所以离心式压缩机的进气

通常在叶轮的轴向

经叶轮加速后

在离心力的作用下

气体从半径方向流出

离开叶轮

离开叶轮后

气体进入离心式压缩机的蜗壳

扩压器

速度下降

速度能转化为气体的压力能和内能

那么离心式压缩机提高气体的能力有多大

我们可以做一个简单的计算

假设压缩机的出口

空气的速度为340米每秒

大家知道这是常压下空气中的声速

因为风速达到声速后可能会发生激波

压缩机出口的速度一般不会超过当地声速

并假设空气的密度为1.2kg/m3

而且（密度）保持不变

如果所有的速度能都转换为压力能

我们可以简化前面提到的

定常 一维 等熵流动的方程

对增压进行计算

也就是ΔP=ρV2/2

等于1.2乘340的平方除以2

约等于0.07MPa

同学们有没有觉得这个压力很低

比如前面提到过空气动力领域用的压缩机

排气压力一般在0.6至1.2MPa之间

显然离心式压缩机提高气体压力的能力

不如容积式压缩机

这也是透平式压缩机与容积式压缩机相比

最重要的特征

而且以上计算是在假设没有任何损失

动能全部转化为压力能的情况下计算的

如果考虑各种损失和内能的增加

实际提高的压力更低

因此工程中排气压力高的时候

若采用离心式压缩机

往往要提高叶轮转速

或增加叶轮的直径

以提高气体的出口速度

离心式空压机的转速

往往高达数万转每分钟

但无论是提高转速还是增大叶轮尺寸

都受到驱动机轴承和负荷的限制

因此往往需要分多次

依次对气体进行压缩

逐步提高气体压力

后面我们会讲到这种分多次压缩

也叫多级压缩

所以在一台离心式压缩机上

往往可以看到

多个叶轮

为了提高叶轮的转速

往往要采用增速齿轮

我们可以在上图和两个视频中

看到离心式压缩机叶轮和增速齿轮的分布

如果采用高转速驱动机直接驱动

可以将多级离心式压缩机的叶轮转到一根轴上

这里上图

就是一台多级离心式压缩机的剖开照片

下图

是多级离心式压缩机的叶轮

我们可以看到叶轮的体型

或者它的尺寸沿着排气方向

越来越小

请同学们课后思考

为什么

多级压缩的叶轮要设计成越来越小？

透平式压缩机的第二大类型

就是轴流式压缩机

与离心式压缩机的气体

径向流出叶轮不同

轴流式压缩机的气体

总体上是沿轴向流动的

一般轴流式压缩机的轴上装有动叶片

动叶片跟随压缩机轴旋转

在动叶片之后

设置有静叶片

静叶片一般安装在固定的气缸上

如图中的动画所示

与家用风扇一样

动叶片通常与轴呈一定角度

这样叶轮就能带动气体旋转

并且能轴向推动气体向前流动

如果我们对气体的流动进行简化分析

气体在被推到静叶片之后只能轴向流动

其圆周方向的分速度的速度能转化为压力能

这样气体的压力就提高了

通过设置多级的动叶片和静叶片

气体的压力就能逐步提高

这两幅图片

就是轴流式压缩机的叶轮和静叶片的布置

与离心式压缩机一样

轴流式压缩机提高气体压力的能力有限

而且比离心式压缩机低

但轴流式压缩机的流量范围比离心式压缩机大

以上就是透平式压缩机的两大类

包括离心式压缩机和轴流式压缩机

另外一种动力式压缩机是速度式压缩机

它是利用一种流体的速度

在黏性力的作用下带动第二种气体流动

提高速度后

再转化为压力能的一种机械

对于第二种气体

其速度增加，

最后压力增加了

相当于被压缩了

当然对于第一种流体

它的压力

实际上是下降的

速度式压缩机提高气体速度的原理

我们可以用一个比喻来形容

假设一个广场上站满了人

而且都站着不动

此时来了一队人马

高速穿过广场中央

当这队人马穿过广场中央时

必然带动周围原本静止的人向前移动

这就是分子间黏性力的作用

表现为流体的黏性

一般

把第一种流体称为工作流体

第二种流体称为引射流体

如上图中所示

速度式压缩机中一般设置有喷嘴

混合室和喉管

工作流体通过喷嘴喷入混合室

引射流体则通过引射口与混合室连接

这样工作流体喷入混合室后带动引射流体流动

并且与之混合

而后喷入喉管之后速度下降

压力提高

因为混合室的引射流体被工作流体带走

混合室内压力下降

这样引射流体就源源不断地流入混合室

工作流体和引射流体

在各个位置压力的变化

就由下面这个图所示

根据以上原理

其工作流体可以是气体

也可以是液体

当工作流体为气体时称为喷射器

当工作流体为液体时称为射流泵

其引射流体

这可以是气体

也可以是液体

甚至是固体粉末以及它们的混合物

当引射流体为气体时

它就是一种压缩机

但学术界和工程领域很少将之称为压缩机

习惯称之为喷射器或喷射泵

很显然这种喷射器

因为混合室内存在两种流体的剧烈混合

涡流

其效率是比较低的

但它可以利用工作流体的压力引射气体

实现压缩

当流程中存在余压

可以利用时

显然是比较划算的

另外喷射器中没有动部件

其可靠性是比较高的

所以这种机械的应用领域广泛

例如

可以用高压水作为工作流体

抽吸泥沙

用于挖沙

甚至填海造岛

也可以抽吸鱼类

因为没有动部件

对鱼类的损伤比较小

在各种工艺流程中

当涉及两种压力不一样的流体

需要混合时

喷射器或射流泵是首选

因为不需要消耗额外的能源

在二氧化碳制冷系统中

用喷射器代替节流阀

除了能实现节流膨胀之外

还能抽吸蒸发器出口的二氧化碳气体

提高制冷量

因为它没有动部件

可靠性高

在航天器上也经常采用

目前

较为热门的一个研究方向是

在燃料电池汽车中采用喷射器驱动氢气侧循环

最后

我们按照工作原理对压缩机的种类进行总结

实际上压缩机可以分为容积式

和动力式两大类

容积式压缩机分为往复式和回转式两大类

动力式压缩机则分为透平式和速度式两大类

透平式又分为离心式和轴流式两大类

实际上工业中压缩机的类型还很多

课程中就不再进行介绍

同学们可以在课后查阅相关资料

另外本节课按照工作原理

对压缩机分类的方法

参考了压缩机分类的国家标准

有兴趣的同学可以查阅

以上就是本节课的内容

谢谢