離心式壓縮機(jī)的性能測(cè)試與計(jì)算.doc

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離心式壓縮機(jī)的性能測(cè)試與計(jì)算謝進(jìn)祥 / 中石化股份公司茂名分公司機(jī)動(dòng)部摘要 :介紹了離心式壓縮機(jī)的性能測(cè)試與流量 、壓力 、內(nèi)功率的計(jì)算過程 ,并作出了評(píng)價(jià) 。關(guān)鍵詞 :離心式壓縮機(jī)性能測(cè)試計(jì)算 中圖分類號(hào) : T H452文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :B 文章編號(hào) :1006 - 8155 (2006) 02 - 0006 - 04Pe rfo rma nc e Te st a nd Calculatio n of Ce ntrifugalCo mp re s so rAb stra ct : This article int ro duces t he perfo r mance test and t he calculatio n p rocedure of flow , p ressure and inner power of cent rif ugal co mp resso r .Ke y wo rd s : Cent rif ugal co mp resso r Perfo r mance test calculatio n設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求見表 1 。表 1新的 401/ 2 機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求1引言某煉油廠一催化裝置 401/ 2 壓縮機(jī)組于 1975年安裝投用 。該機(jī)組的蒸汽透平機(jī)是從舊船上拆下來的背壓雙沖動(dòng)級(jí)的透平機(jī) ,經(jīng)過 20 多年的運(yùn) 行 ,早已超過設(shè)計(jì)壽命 。噴嘴和動(dòng)葉柵磨損嚴(yán)重 , 絕熱效率已下降到 45 % 。該透平機(jī)已不能再將壓 縮機(jī)驅(qū)動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速 , 壓縮機(jī)風(fēng)量和出口壓力也不能滿足裝置的正常生產(chǎn)需要 。鑒于這種情況 ,決定對(duì)該機(jī)組進(jìn)行更新改造 。 新機(jī)組 由 離 心 式 壓 縮 機(jī) 、齒 輪 箱 和 電 動(dòng) 機(jī) 組 成 。 離心式壓縮機(jī)由某鼓風(fēng)機(jī)廠設(shè)計(jì)制造 , 齒輪箱由 南京高速齒輪箱廠制造 , 電動(dòng)機(jī)由上海電機(jī)廠制造 。壓縮機(jī)的性能試驗(yàn)3根據(jù)技術(shù)協(xié)議規(guī)定 , 新的離心式壓縮機(jī) 組 采用三元流葉輪設(shè)計(jì) ,在制造廠試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)記錄的 試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 2 。制造廠試驗(yàn)臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)提供的壓縮機(jī)出口管道管 徑 D = 500 mm , 出 口 端 流 量 測(cè) 量 孔 板 直 徑 d =390 mm ,孔板流量系數(shù) a = 0 . 746 ,膨脹系數(shù) = 0 .987 。2新機(jī)組的設(shè)計(jì)參數(shù)和技術(shù)要求新的 401/ 2 機(jī) 組 投 用 后 , 單 獨(dú) 供 風(fēng) 便 能 滿 足一催化裝置的正常生產(chǎn)需要 。新的 401/ 2 機(jī)組的收稿日期 :2005 - 12 - 23 茂名市 525011 6主風(fēng)機(jī)級(jí)數(shù)4 級(jí) ( 按三元流葉輪設(shè)計(jì))轉(zhuǎn)速5500r/ min多變效率83 %流量調(diào)節(jié)進(jìn)口蝶閥設(shè)計(jì)壽命200000h年平均( 工況 2)最熱月平均值( 設(shè)計(jì)點(diǎn))最冷月平均值( 工況 1)進(jìn)口壓力/ MPa(絕)0 . 0960 . 0960 . 096進(jìn)口溫度/ 2330 . 715 . 6相對(duì)濕度/ %82 . 48477流量Nm 3/ min ( 濕基) 設(shè)計(jì)點(diǎn)1150最大值1250出口壓力/ M Pa ( 絕)0 . 32軸功率/ k W4150額定功率/ k W5000離心式壓縮機(jī)的性能測(cè)試與計(jì)算表 2 新的 401/ 2 離心式壓縮機(jī)性能測(cè)試數(shù)據(jù)(8) 計(jì)算壓縮機(jī)出口空氣質(zhì)量流量4壓縮機(jī)各試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果根據(jù)表 2 各測(cè)試點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù) , 利用相關(guān)公qm = d 2 602kp4= 1505 . 1 kg/ min(9) 壓縮機(jī)進(jìn)口質(zhì)量流量與出口質(zhì)量流量之 間的關(guān)系壓縮機(jī)進(jìn)口質(zhì)量流量 qm 1 應(yīng)等于出口質(zhì)量流 量 qm 2及機(jī)外泄質(zhì)量流量 qm x 之和 ,即 qm 1 = qm 2 + qm x 。但 qm x 數(shù)值與 qm 2 數(shù) 值 相 比 極 小 , 故 可 認(rèn) 為qm x 0 。所以 qm 1 = qm 2 = qm = 1505 . 1kg/ min 。(10) 計(jì)算壓縮機(jī)空氣進(jìn)口密度式計(jì)算出新的 401/ 2 離心式壓縮機(jī)的空氣進(jìn)口流量 、內(nèi)功率 、多變效率等 。4 . 1第 4 試驗(yàn)點(diǎn) ,即設(shè)計(jì)點(diǎn)的空氣進(jìn)口流量 、內(nèi) 功率及多變效率計(jì)算查表可知 :水蒸氣氣體常數(shù) R w = 461 . 6J / kg K ;空氣氣體常數(shù) R d = 287 . 04J / kgK ; 壓縮 機(jī) 進(jìn) 口溫 度 下 水 蒸 氣 的 飽 和 壓 力 psat = 3778 Pa ( 28 .31 ) ;空氣絕 熱 指 數(shù) k = 1 . 4 ; 壓 縮 機(jī) 進(jìn) 、出 口 壓 縮性系數(shù) Z1 1 , Z2 1 ;空氣分子量 M = 28 . 97 。(1) 計(jì)算多變指數(shù) p1 = 1 . 09326 kg/ m31 =R T 1 Z1(11) 計(jì)算壓縮機(jī)空氣進(jìn)口容積流量1m = 1 . 5540qm 1q = 1376 . 7 m3 / minlg ( T 2 /T 1 )1 -v 1p1lg ( p2 / p1 )(12) 計(jì)算空氣標(biāo)準(zhǔn)密度N = 28/ 22 . 4 = 1 . 2933 kg/ m3(2) 計(jì)算多變效率 m ( k - 1)p = ( m - 1) k = 80 . 14 %()13 計(jì)算空氣標(biāo)準(zhǔn)容積流量(3) 計(jì)算濕空氣含水蒸氣分量qm3qv N = = 1164 N m / minpsNx = 0 . 622 = 0 . 020023pb - ps(14) 每千克濕空氣壓縮機(jī)耗功(4) 計(jì)算濕空氣氣體常數(shù)p2mm - 1w p = m - 1 R T 1 Z1( )p- 1mx R w + R d1R = 290 . 47 J / kgK1 + x= 128112 . 34 J / kg(15) 壓縮機(jī)內(nèi)功率P = w p qm / p = 4020 . 1 k W第 4 測(cè)試點(diǎn)計(jì)算結(jié)果見表 3 。4 . 2其他測(cè)試點(diǎn)的空氣進(jìn)口流量 、內(nèi)功率 、多變 效率計(jì)算同樣 ,按上述公式和方法可計(jì)算出其它 測(cè) 試點(diǎn)的空氣進(jìn)口流量 、內(nèi)功率 、多變效率等 。其計(jì)算 結(jié)果列于表 3 中 。(5) 計(jì)算出口壓力p2 = 0 . 3107 M Pa(6) 計(jì)算壓力比p2rp = p1 = 3 . 247(7) 計(jì)算孔板前空氣氣體密度 p k 3k = R T Z= 2 . 31492 kg/ mk 2 7測(cè)試點(diǎn)1234 ( 設(shè)計(jì)點(diǎn))5室溫 t 0/ 20 . 520 . 5212121相對(duì)濕度 / %8383797979出口壓力 p 2/ k Pa79 . 726139 . 719207 . 313215 . 178229 . 977孔板前壓力/ k Pa75 . 326136 . 920205 . 446213 . 045228 . 910孔板前后壓力差/ k Pa55 . 19433 . 86319 . 99817 . 59815 . 332大氣壓力 ( 進(jìn)口壓力) p 1/ Pa9570095700957009570095700出口溫度 t 2/ 136 . 31160 . 8183 . 26185 . 43195 . 3進(jìn)口溫度 t 1/ 26 . 9127 . 828 . 1628 . 3129 . 2孔板前溫度/ 136 . 31160 . 8183 . 62185 . 78195 . 3轉(zhuǎn)速/ ( r/ min)55405540554155175540試驗(yàn)研究風(fēng)機(jī)技術(shù)2006 年第 2 期 /表 3 壓縮機(jī)各試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果5第 4 試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化修正后的數(shù)值表 3 中第 4 試驗(yàn)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果 , 只是反映該 臺(tái)壓縮機(jī)在制造廠試驗(yàn)臺(tái)工況條件下的性能 , 并不代表它在用戶 催化裝置工況條件下的 性 能 。因此 ,必須用設(shè)計(jì)點(diǎn)工況對(duì)第 4 試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行修正 。修正后的數(shù)值才能與設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行比 較 ,以判斷它的實(shí)際性能是否符合設(shè)計(jì)性能 。轉(zhuǎn) 化計(jì)算結(jié)果見表 4 。表 4轉(zhuǎn)化計(jì)算結(jié)果6第 4 試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果的轉(zhuǎn)化修正計(jì)算實(shí)例現(xiàn)用近似相似原理的相關(guān)公式把第 4 試驗(yàn)點(diǎn)查表已知 : 在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)進(jìn)口溫度下水 蒸 氣的飽和壓力 ps= 4416 Papsx= 0 . 622 = 0 . 025pb- ps計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)工況進(jìn)行修正計(jì)算 。(1) 原多變指數(shù) m 和效率p 轉(zhuǎn)化后數(shù)值保持 不變 ,即 m= m = 1 . 554 ,p= p = 80 . 14 % 。(2) 設(shè)計(jì)點(diǎn)空氣含水蒸氣分量 x的計(jì)算(3) 計(jì)算設(shè)計(jì)點(diǎn)空氣氣體常數(shù)xR w + R dR= 291 . 3 J / kgK1 + x(4) 計(jì)算設(shè)計(jì)點(diǎn)空氣進(jìn)口密度 8轉(zhuǎn)化修正后數(shù)值第 4 試驗(yàn)點(diǎn)計(jì)算結(jié)果修正到工況 1后的數(shù)值修正到工況 2后的數(shù)值修正到設(shè)計(jì)點(diǎn)后的數(shù)值多變指數(shù) m1 . 5541 . 5541 . 5541 . 554絕熱指數(shù) k1 . 41 . 41 . 41 . 4進(jìn)口壓力 p 1/ M Pa ( 絕)0 . 09570 . 0960 . 0960 . 096進(jìn)口溫度 T 1/ 28 . 3115 . 62330 . 7相對(duì)濕度 / %797782 . 484多變效率 p/ %80 . 1480 . 1480 . 1480 . 14飽和水蒸氣壓力 ps/ Pa3778177228084416含水蒸氣分量 x0 . 0200230 . 008960 . 015360 . 025濕空氣氣體常數(shù) R/ (J / kgK)290 . 47288 . 59289 . 68291 . 30進(jìn)口空氣密度 1/ ( kg/ m3)1 . 093261 . 15201 . 11251 . 0846進(jìn)口質(zhì)量流量 q m 1/ ( kg/ min)1510 . 81581 . 11526 . 91488 . 6進(jìn)口容積流量 q v1/ ( m3/ min)1381 . 91372 . 51372 . 51372 . 5進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)容積流量 q vN 1/ ( Nm3/ min)11681222 . 51180 . 61151壓力比 r p3 . 2473 . 3863 . 2733 . 194出口壓力 p 2/ M Pa ( 絕)0 . 31070 . 32510 . 31420 . 3066單位濕空氣壓縮機(jī)耗能 w p/ (J / kg)128112 . 3133751 . 6129165 . 5125926 . 2壓縮機(jī)內(nèi)功率 P/ k W4020 . 143984101 . 63898 . 5壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 n/ ( r/ min)5517550055005500試驗(yàn)點(diǎn)12345多變指數(shù) m2 . 05501 . 68571 . 56361 . 55401 . 5568絕熱指數(shù) k1 . 41 . 41 . 41 . 41 . 4多變效率 p/ %55 . 770 . 279 . 2780 . 1479 . 9濕空氣氣體常數(shù) R / (J / kgK)290 . 44290 . 64290 . 47290 . 14290 . 48濕空氣含水蒸氣分量 x0 . 019840 . 0210710 . 0200230 . 0200230 . 020085干球溫度下的飽和水蒸氣壓力 ps/ Pa35643777 . 83777 . 83777 . 83789 . 3孔板前空氣氣體密度 k1 . 43771 . 84362 . 26862 . 314922 . 3842壓力比 r p1 . 83252 . 4593 . 16473 . 2473 . 40136質(zhì)量流量 q m/ ( kg/ min)2100 . 61863 . 21588 . 31505 . 11425 . 7空氣進(jìn)口密度 1/ ( kg/ m3)1 . 09811 . 09411 . 093451 . 093261 . 092175空氣進(jìn)口容積流量 q v1/ ( m3/ min)1912 . 917031452 . 61376 . 71305 . 4空氣標(biāo)準(zhǔn)密度 N / ( kg/ m3)1 . 29331 . 29331 . 29331 . 29331 . 2933空氣進(jìn)口標(biāo)準(zhǔn)容積流量 q vN 1/ ( Nm3/ min)1624 . 31440 . 71228111641102 . 3空氣出 、進(jìn)口壓力 ( p 2/ p 1) / M Pa ( 絕)0 . 1754/ 0 . 0950 . 2354/ 0 . 0950 . 3029/ 0 . 0950. 31072/ 0. 09570. 32551/ 0. 0957內(nèi)功率 P/ k W3891 . 34204417440204007 . 7離心式壓縮機(jī)的性能測(cè)試與計(jì)算1果 ,可判定該臺(tái)壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)點(diǎn)工況下的實(shí)際操31= RT 1Z1 = 1 . 0846 kg/ m作標(biāo)準(zhǔn)容積流量 ( q = 1151N m3 / min) 與設(shè)計(jì)標(biāo)v N(5) 第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的質(zhì)量流量計(jì)準(zhǔn)容積 流 量 ( qv N = 1150N m3 / min) 大 約 相 等 。而實(shí)際操作出口絕對(duì)壓力 ( p2= 0 . 3066M Pa) 比設(shè)計(jì) 出口絕對(duì)壓力 ( p2 = 0 . 32M Pa) 低 4 . 19 % 。實(shí)際多變效 率 (p= 80 . 14 %) 比 設(shè) 計(jì) 多 變 效 率 (p =83 %) 低 3 . 45 % 。算 n 1qm= 1 qm = 1488 . 6 kg/ minn(6) 第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的進(jìn)口容積流量計(jì)算 qm3qv1 = 1= 1372 . 5 m / min(7) 第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的壓力比計(jì)算 m p1 m ( m- 1)1 n2m - 1m- 1rp=( )n( rp- 1) + 1mp1m( m - 1)1= 3. 194(8) 第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的出口壓力計(jì)算p2= rp p1= 0 . 3066 M Pa(9) 第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)算 qm3qv N= = 1151 N m / minN(10) 第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的單位耗能圖 11 n2結(jié)論w p= ( n ) w p = 125926 . 2 J / kg91(11) 第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的內(nèi)功率P= ( w pqm) / p = 3898 . 5 k W雖然該臺(tái)壓縮機(jī)的性能沒有達(dá)到設(shè)計(jì) 要 求 ,稍有偏差 ,但根據(jù)催化裝置再生器 、反應(yīng)器的現(xiàn)有 狀況 ,即操作壓力不宜超過 0 . 23M Pa ( 絕) 原設(shè)計(jì)壓力 0 . 26M Pa (絕) , 壓縮機(jī)出口到再生器的壓損約 0 . 05M Pa ,故推算壓縮機(jī)出口壓力不宜超過 0 .28M Pa (絕) 。所以 ,使用該臺(tái)壓縮機(jī)后 ,它的供風(fēng) 量 、壓頭的余量還是相當(dāng)大的 ,完全可滿足目前催化裝置的最大煉油生產(chǎn)能力要求 。性能曲線7根據(jù)上面計(jì)算結(jié)果 ,作曲線如圖 1 所示 。測(cè)試評(píng)價(jià)8根據(jù)第 4 試驗(yàn)點(diǎn)轉(zhuǎn)化到設(shè)計(jì)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)(上接第 37 頁)Clo se ( sockf d) ;也可 以 調(diào) 用 shut dow n ( ) 函 數(shù) 來 關(guān) 閉 socket 。 該函數(shù) 允 許 用 戶 只 停 止 在 某 個(gè) 方 向 上 的 數(shù) 據(jù) 傳 輸 ,而另一個(gè)方向上的數(shù)據(jù)傳輸可繼續(xù)進(jìn)行 。如 :i nt shut dow n (int sockf d , int how) ;更加經(jīng) 濟(jì) 和 方 便 。隨 著 嵌 入 式 設(shè) 備 價(jià) 格 的 逐 步 降低 ,相信不久的將來利用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)信號(hào) 采集 、處理和傳送將是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì) 。參考文獻(xiàn)1王學(xué) 龍. 嵌 入 式 Linux 系 統(tǒng) 設(shè) 計(jì) 與 應(yīng) 用 , 清 華 大 學(xué) 出 版 社 ,2002 .鄒思軼. 嵌入式 Linux 設(shè)計(jì)與應(yīng)用 ,清華大學(xué)出版社 2002 . 陳曉強(qiáng) ,楊建剛. 基于 DSP 的汽輪機(jī)振動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)儀 ,汽輪機(jī) 技術(shù) ,2003 ( 2) .Behro uz A. Fo ro uzan , Sop hia Chung Fegan 著 ,謝希仁譯. TCP/ IP 協(xié)議族. 2 版. 清華大學(xué)出版社 ,2003 .23結(jié)束語5基于嵌入式系統(tǒng)的振動(dòng)信號(hào)的采集 、處理和傳輸 ,將使振動(dòng)信號(hào)的監(jiān)測(cè)和電廠振動(dòng)故障診斷變得4 9