離心式空壓機壓縮氣體的主要工作部件是高速旋轉(zhuǎn)的葉輪和流動面積逐漸增大的擴壓器。簡而言之，離心式空壓機的工作原理是通過葉輪對氣體做功。在葉輪和擴壓器的流道中，機械能通過離心增壓和減速擴散轉(zhuǎn)化為氣壓能。更一般地說，當氣體流過離心式壓縮機的葉輪時，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪一方面使氣體的壓力增加，另一方面使速度大大增加，即離心式壓縮機先通過葉輪將原動機的機械能轉(zhuǎn)化為氣體的靜壓能和動能。
之后，氣體流經(jīng)擴散器的通道時，通道的截面逐漸增大，前面的氣體分子流速減小，后面的氣體分子不斷向前流動，使氣體的大部分動能轉(zhuǎn)化為靜壓能，進一步起到增壓的作用。離心式空壓機之所以要有高轉(zhuǎn)速是因為：對于一定尺寸的葉輪，轉(zhuǎn)速越高，氣體得到的能量越多，壓力增加越大；對于相同的圓周速度，轉(zhuǎn)速n越高，葉輪直徑越小，因而壓縮機的體積和重量越??；由于離心式空壓機通過葉輪可以增加的壓力有限，單級壓力比(出口壓力與入口壓力之比)一般只有1.32.0。如果生產(chǎn)過程所需的氣體壓力較高，例如全低壓空分設(shè)備中的離心式空氣壓縮機需要將空氣壓力從0.1兆帕提高到0.60.7兆帕，需要多級壓縮。
然后在確定葉輪尺寸后，離心式空壓機轉(zhuǎn)速越高，每級的壓比越大，這樣對于一定的總壓比可以減少壓縮機級數(shù)。因此，在離心式空壓機的設(shè)計中，經(jīng)常使用較高的轉(zhuǎn)速。然而，隨著轉(zhuǎn)速的提高，葉輪的強度成為一個突出的矛盾。目前，一般合金鋼制造的閉式葉輪的周向速度大多在300米/秒以下.另外，對于容量較小的離心式空壓機，由于風量較小，葉輪直徑較小，可以采用較高的轉(zhuǎn)速；對于容量較大的壓縮機，由于葉輪直徑較大，轉(zhuǎn)速應(yīng)相應(yīng)降低。
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