壓縮機(jī)知識(shí)講座

壓縮機(jī)知識(shí)講座（三）第三章離心壓縮機(jī)的基本原理第一節(jié)離心壓縮機(jī)的工作原理分析一、 常用名詞解釋：⑴級(jí)：每一級(jí)葉輪和與之相應(yīng)配合的固定元件（如擴(kuò)壓器等）構(gòu)成一個(gè)基本的單元，叫一個(gè)級(jí)。如：杭氧2TYS100+2TYS76氧氣透平壓縮機(jī)上下壓氣缸共有八個(gè)葉輪，就叫八級(jí)。⑵段：以中間冷卻器隔開級(jí)的單元，叫段。這樣以冷卻器的多少可以將壓縮機(jī)分成很多段。一段可以包括很多級(jí)，也可僅有一個(gè)級(jí)。⑶標(biāo)態(tài)：0°C，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。⑷進(jìn)氣狀態(tài)：一般指進(jìn)口處氣體當(dāng)時(shí)的溫度、壓力。⑸重量流量：一秒時(shí)間內(nèi)流過氣體的重量。⑹容積流量：一秒時(shí)間內(nèi)流過氣體的體積。⑺表壓（G）：以當(dāng)?shù)卮髿鉃榛鶞?zhǔn)所計(jì)量的壓強(qiáng)。⑻絕壓（A）：以完全真空為基準(zhǔn)所計(jì)量的壓強(qiáng)。⑼真空度：與當(dāng)?shù)卮髿庳?fù)差值。（10）壓比：出口（_ya1bi3_chu1kou3）壓力與進(jìn)口壓力的比值。二、 壓縮機(jī)級(jí)中的氣體流動(dòng)葉輪被（ye4lun2bei4）驅(qū)動(dòng)機(jī)拖動(dòng)而旋轉(zhuǎn)，氣體進(jìn)入葉輪后，對(duì)氣體作功。那么氣體既隨葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，又在葉輪槽中流動(dòng)。反映出氣體的壓力f，溫度f、比容I。葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)（理解“轉(zhuǎn)動(dòng)”）的速度即氣體的園周速度，鑰锘同的半徑上有不同的數(shù)值，葉輪出口處的園周速度最大。氣體在葉輪槽道內(nèi)相對(duì)葉輪的流動(dòng)（理解“流動(dòng)”）速度為相對(duì)速度。因葉片槽道截面積從進(jìn)口到出口逐漸增大，因此相對(duì)速度逐漸減少。氣體的實(shí)際速度是園周速度與相對(duì)速度的合成，又稱之為絕對(duì)速度。三、 級(jí)內(nèi)氣體流動(dòng)的能量損失分析（一） 、能的定義：度量物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的一種物質(zhì)量，一般解釋為物質(zhì)作功的能力。能的基本類型有勢(shì)能、動(dòng)能、熱能、電能、磁能、光能、化學(xué)能、原子能等。一種能可以轉(zhuǎn)化為另一種能。能的單位和功的單位相同。能也叫能量。（二） 、級(jí)內(nèi)氣體流動(dòng)的能量損失分析壓縮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行中，通過葉輪向氣體傳遞能量，即葉輪通過葉片對(duì)氣體作功消耗的功和功率外，還存在著葉輪的輪盤、輪蓋的外側(cè)面及輪緣與周圍氣體的摩擦產(chǎn)生的輪阻損失，還存在著筏作輪出口氣體通過輪蓋氣封漏回到工作輪進(jìn)口低壓低壓端的漏氣損失。都要消耗功。這些損失在級(jí)內(nèi)都是不可避免的，只有在設(shè)計(jì)中精心選擇參數(shù)，再制造中按要求加工，鑰鑌作中精心操作使其盡量達(dá)到設(shè)計(jì)工況，來減少這些損失。另外，還存在流動(dòng)損失以及動(dòng)能損失以及在級(jí)內(nèi)在非工況時(shí)產(chǎn)生沖擊損失。沖擊損失增大將引起壓縮機(jī)效率很快降低。還有高壓軸端，如果密封不好，向外界漏氣，引起壓出的有用流量減少。故此，我們有必要研究這些損失的原因，以便在設(shè)計(jì)、安裝、操作中盡量減少損失，維持壓縮機(jī)在高效率區(qū)域運(yùn)行，節(jié)省能耗。1、流動(dòng)損失：定義：就是氣流在葉輪內(nèi)和級(jí)的固定元件中流動(dòng)時(shí)的能量損失。產(chǎn)生的原因：次要由于氣體有粘性，在流動(dòng)中引起摩擦損失，這些損失又變成熱量使氣體溫度升高，在流動(dòng)中產(chǎn)生旋渦，加劇摩擦損耗和流動(dòng)能量損失，因旋渦的產(chǎn)生就要消耗能量；在工作輪中還有軸向渦流等第二次流動(dòng)產(chǎn)生，引起流量損失。在葉輪出口由于出口葉片厚度影響產(chǎn)生尾跡損失。彎道和回流器的摩擦阻力和局部阻力損失等。2、沖擊損失：定義：是一種在非設(shè)計(jì)工況下產(chǎn)生的流動(dòng)損失。葉輪進(jìn)口葉片安裝角P1A（實(shí)際）一般是按照設(shè)計(jì)氣流的進(jìn)口角P1（設(shè)計(jì)）來決定的。一般是P1=P1A，此時(shí)進(jìn)氣為無沖擊進(jìn)氣。但是當(dāng)工況發(fā)生偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，氣流進(jìn)口角P1大于或小于P1A將發(fā)生氣流沖（jiangfashengqiliuchong）擊葉片掂口象。習(xí)慣把葉輪進(jìn)口葉片安裝角P1A（實(shí)際）與設(shè)計(jì)氣流的進(jìn)口角P1（設(shè)計(jì)）之差叫做沖擊角，簡(jiǎn)稱沖角（chajiaozuochongjijiao_jianchengchongjiao）。用i表示。P1A<P1,iV0,叫負(fù)沖角。P1A>P1,i>0,叫正沖角。在正負(fù)沖角的情況下，都將出現(xiàn)氣流與葉片表面的脫離，形成旋渦區(qū)，使能量損失。沖擊損失的增加與流量偏離設(shè)計(jì)流量的絕對(duì)值的平方成正比。3、 輪阻損失葉輪的不工作面與機(jī)殼之間的空間，是充滿氣體的，葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于氣體有粘性，也會(huì)產(chǎn)生摩擦損失。又由于旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生離心力，*輪的一邊氣體向上流，*殼的一邊氣體向下流，形成渦流，引起損失。輪阻損失的計(jì)算，有實(shí)驗(yàn)公式，有興趣可查書籍。4、 漏氣損失：包括內(nèi)漏和外漏。內(nèi)漏氣是指泄露的氣體又漏回到壓縮氣體中。包括兩種情況：一種是從葉輪出口的氣體從葉輪與機(jī)殼的空間漏回到進(jìn)口。另一種是單軸的離心壓縮機(jī)，由于軸與機(jī)殼之（_youyuzhouyujikezhi）間也有間隙，氣體從高壓的一邊經(jīng)過間隙流入低壓一邊。外漏是指壓縮氣體通過軸與機(jī)殼密封處間隙或機(jī)體的間隙直接漏到大氣中。漏氣損失是一個(gè)不可忽視的問題，我們?cè)诰S修、操作中應(yīng)特別注意，有些空壓機(jī)出現(xiàn)氣量打不到設(shè)計(jì)值就是內(nèi)漏和外漏引起的。壓縮機(jī)知識(shí)講座（四）第四章離心壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)第一節(jié)離心壓縮機(jī)系統(tǒng)組成眾說周知，整套離心壓縮機(jī)組是由電氣、機(jī)械、潤滑、冷卻、控制等部分組成的一個(gè)系統(tǒng)。雖然由于輸送的介質(zhì)、壓力和輸氣量的不同，而有許多種規(guī)格、型式和結(jié)構(gòu)，但組成的基本元件大致是相同的，次要由轉(zhuǎn)子、定子、和輔助設(shè)備等部件組成。第二節(jié)主機(jī)部件一、離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是離心壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件，它高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子是由葉輪、主軸、平衡盤、推力盤等部件組成。葉輪葉輪也叫工作輪，是離心式壓縮機(jī)的一個(gè)重要部件，氣體在工作路輪中流動(dòng)，其壓力、流速都增加，同時(shí)氣體的溫度也升高。葉輪是離心式壓縮機(jī)對(duì)氣體作功的唯一元件。在結(jié)構(gòu)上葉輪典型的有三種型式：⑴閉式葉輪：由輪盤、輪蓋、葉片三部分組成。⑵半開式式葉輪：無輪蓋、只有輪盤、葉片。⑶雙面進(jìn)氣式葉輪：兩套輪蓋、兩套葉片，共用一個(gè)輪盤。葉輪的結(jié)構(gòu)以葉片的彎曲形式來分：⑴前彎葉片式葉輪：葉片彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相同。葉片出口角>90°o⑵后彎葉片式葉輪：葉片彎曲方向與葉輪的旋轉(zhuǎn)方向相反，葉片出口角<90°o⑶徑向葉片式葉輪：葉片出口方向與葉輪的半徑方向一致，葉片出口角=90°。我們使用的英格索蘭壓縮機(jī)的葉輪就是半開式后彎型結(jié)構(gòu)。主軸主軸的作用就是支撐安裝其上的旋轉(zhuǎn)零部件(葉輪、平衡盤等)及傳遞扭矩。在設(shè)計(jì)軸確定尺寸時(shí)，不僅考慮軸的強(qiáng)度問題，而且要仔細(xì)計(jì)算軸的臨界轉(zhuǎn)速。所謂臨界轉(zhuǎn)速就是軸的轉(zhuǎn)速等于軸的固有頻率時(shí)的轉(zhuǎn)速。平衡盤推力盤在多級(jí)離心壓縮機(jī)中，由于每級(jí)葉輪兩側(cè)的氣體作用力不一致，就會(huì)使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)指向低壓端的合力，這個(gè)合力，我們稱為軸向力。軸向力對(duì)于壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是不利的(dezhengchangyunzhuanshibulide)，它使轉(zhuǎn)子向一端竄動(dòng)，甚至使轉(zhuǎn)子與機(jī)殼相碰，發(fā)生事故。因此應(yīng)設(shè)法平衡它，平衡盤就是利用它的兩側(cè)氣體的壓力差來平衡軸向力的零件。熱套在主軸上，通常平衡盤只平衡一部分軸向力，剩余的軸向力由止推軸承來承受。推力盤是固定在主軸上的止推軸承中的一部分，它的作用就是將轉(zhuǎn)子剩余的軸向力通過油膜作用在止推軸承上，同時(shí)還確定了轉(zhuǎn)子與固定元件的位置。二、離心壓縮機(jī)的定子定子是壓縮機(jī)的固定元件，由擴(kuò)壓器、彎道、回流器、蝸殼及機(jī)殼組成。擴(kuò)壓器擴(kuò)壓器的功能次要是使從葉(kuoyaqidegongnengciyaoshishicongye)輪出來的具有較大動(dòng)能的氣流減速，把氣體的動(dòng)能有效地轉(zhuǎn)化為壓力能。擴(kuò)壓器一般分為：無葉擴(kuò)壓器、葉片擴(kuò)壓器、直壁式擴(kuò)壓器。彎道其作用使氣流轉(zhuǎn)彎進(jìn)入回流器，氣流在轉(zhuǎn)彎時(shí)略有加速?；亓髌髌渥饔檬箽饬靼此毞较蚓鶆虻倪M(jìn)入下一級(jí)。蝸殼其次要作用是把擴(kuò)壓器后面或葉輪后面的氣體匯集起來，并把它們引出壓縮機(jī)，流向輸送管道或氣體冷卻器，此外，在會(huì)聚氣體過程中，大多數(shù)情況下，由于蝸殼外徑逐漸增大和流通面積的逐漸增大，也起到了一定的降速擴(kuò)壓作用。軸承支撐軸承：用于支撐轉(zhuǎn)子使其高速旋轉(zhuǎn)。止推軸承：作用是承受剩余的軸向力。第三節(jié)輔助設(shè)備㈠離心壓縮機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)空分裝置中采用的離心壓縮機(jī)(yalsuoljil)由于轉(zhuǎn)速高，一般采用電動(dòng)機(jī)通過齒輪增速箱來拖動(dòng)。對(duì)于齒輪的材質(zhì)要求相當(dāng)高，一般采用優(yōu)質(zhì)合金鋼，并經(jīng)滲碳處理，以提高硬度，同時(shí)要求提高加工精度。在出廠前，并經(jīng)嚴(yán)格的靜、動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。平衡：包括靜(ping2heng2_bao1kuo4jing4)平衡、動(dòng)平衡兩種。靜平衡是檢查轉(zhuǎn)子重心是否通過旋轉(zhuǎn)軸中心。如果二者重合，它能在任意位置保持平衡；不重合，它會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，只有在某一位置時(shí)才能靜止不動(dòng)。通過靜平衡實(shí)驗(yàn)，找出不平衡質(zhì)量，可以在其對(duì)稱部位刮掉相應(yīng)的質(zhì)量，以保持靜平衡。動(dòng)平衡：經(jīng)過靜平衡試驗(yàn)的轉(zhuǎn)(dongpingheng_jingguojingpinghengshiyandezhuan)子，在旋轉(zhuǎn)時(shí)仍可能產(chǎn)生不平衡。因?yàn)槊總€(gè)零件的不平衡質(zhì)量不是在一個(gè)平面內(nèi)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，他們會(huì)產(chǎn)生一個(gè)力矩，使軸線發(fā)生撓曲，從而產(chǎn)生振動(dòng)，因此，轉(zhuǎn)子還需要做動(dòng)平衡試驗(yàn)。動(dòng)平衡試驗(yàn)就是在動(dòng)平衡機(jī)上使轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，檢查其不平衡情況，并設(shè)法消除其不平衡力矩的影響。㈡離心壓縮機(jī)的冷卻系統(tǒng)一、 冷卻的方式次要有風(fēng)冷、水冷。二、 冷卻的次要方面主電機(jī)、壓縮后的氣體、潤滑油。1、 冷卻主電機(jī):次要為了防(由yaoweilefang)止電機(jī)過度溫升、燒損。通常采用的冷卻方式有風(fēng)冷、水冷。有的大型電機(jī)兼而有之。2、 冷卻壓縮后的氣體:次要為了降低各級(jí)壓縮后氣體的溫度，減少功率消耗。通常設(shè)置水冷卻器。在一臺(tái)機(jī)組上設(shè)有多個(gè)冷卻器，有的一級(jí)一個(gè)。有的兩級(jí)一個(gè)，這樣根據(jù)冷卻器的多少，又可以把壓縮機(jī)分成幾個(gè)段。冷卻器內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)情況：⑴冷卻器管程走氣，殼程走水；如：英格索氮壓機(jī)、杭氧氧透就是這樣，同時(shí)可以減少噪音。⑵冷卻器管程走水，殼程走氣。3、 冷卻潤滑油：壓縮機(jī)的油站設(shè)有油冷卻(de0you2zhan4she4you3you2leng3que4)器。降低油溫和在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)油溫。㈢離心式壓縮機(jī)組潤滑系統(tǒng)(目錕論壇已發(fā)過)第四節(jié)安全保護(hù)系統(tǒng)為了保證壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須設(shè)置一個(gè)完整的安全保護(hù)系統(tǒng)。溫度保護(hù)系統(tǒng)觀察、控制壓縮機(jī)各缸、各段間的氣體溫度、冷卻系統(tǒng)溫度、潤滑系統(tǒng)油溫、主電機(jī)定子溫度以及各軸承溫度，當(dāng)達(dá)到一定的規(guī)定值就發(fā)出聲光訊號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖停機(jī)。壓力保護(hù)系統(tǒng)觀察、控制壓縮機(jī)各缸、各段間的氣體壓力、冷卻系統(tǒng)壓力、潤滑系統(tǒng)油壓、當(dāng)達(dá)到一定的規(guī)定值就發(fā)出聲光訊號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖停機(jī)。流量保護(hù)系統(tǒng)觀察、控制壓縮機(jī)冷卻系統(tǒng)水流量，當(dāng)達(dá)到一定的規(guī)定值就發(fā)出聲光訊號(hào)報(bào)警。機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)軸向位移保護(hù)離心式壓縮機(jī)產(chǎn)生軸向位移，首先是由于有軸向力的存在。而軸向力的產(chǎn)生過程如下：在氣體通過工作輪后，提高了壓力，使工作輪前后承受著不同的氣體壓力。由于輪子兩側(cè)從外徑D2到輪蓋密封圈直徑Df的軸向受力是互相抵消的，因此，它的軸向力由以下三部分組成：⑴F1---在輪盤背部從直徑Df到軸頸密封圈直徑df這塊面積上所承受的氣體的力。⑵F2---在工作輪進(jìn)靠餛分，(zaigongzuolunjinkaokunfen_)從直徑Df到d這塊面積上所承受的氣體壓力。⑶F3---進(jìn)口氣流以一定的速度對(duì)輪盤所產(chǎn)生的沖擊力。在一定的情況下，F(xiàn)1>(F2+F3)，所以每個(gè)葉輪的軸向推力都是有葉輪的輪盤側(cè)指向進(jìn)靠鐮(輪盤側(cè))。如果所有葉輪同向安裝，則總軸向力相當(dāng)可觀。從機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝方面為了平衡壓縮機(jī)的軸向力，通常采取了：⑴設(shè)置平衡盤⑵設(shè)置止推軸承⑶采用雙進(jìn)氣葉輪⑷葉輪背*背安裝。但是在運(yùn)行中由于平衡盤等密封件的磨損、間隙的增大、軸向力的增加、推力軸承的負(fù)荷加大，或潤滑油量的不足，油溫的變化等原因，使推力瓦塊很快磨損，轉(zhuǎn)子發(fā)生竄動(dòng)，靜動(dòng)件發(fā)生摩擦、碰撞、損壞機(jī)器。為此壓縮機(jī)必須設(shè)置軸向位移保護(hù)系統(tǒng)，監(jiān)視轉(zhuǎn)子的軸向位置的變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子的軸向位移達(dá)到一定規(guī)定值時(shí)就能發(fā)出聲光訊號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖停機(jī)。常見的軸向位移保護(hù)器的類(chang2jian4de0zhou2xiang4wei4yi2bao3hu4qi4de0lei4)型及工作原理如下：⑴電磁式：當(dāng)(_diancishi_dang)轉(zhuǎn)子發(fā)生軸向竄動(dòng)時(shí)，間隙變動(dòng)而引起磁組變化，時(shí)兩側(cè)鐵芯磁極繞組產(chǎn)生不同電勢(shì)，經(jīng)繼電器傳給指示儀表。⑵電觸式：轉(zhuǎn)子竄動(dòng)時(shí)，觸動(dòng)電觸點(diǎn)，即發(fā)出報(bào)警或停車信號(hào)。⑶電渦流式：由傳感器、交換器和指示器三部分組成。傳感器是一個(gè)電感應(yīng)線圈，由于高頻信號(hào)的激勵(lì)，產(chǎn)生一高頻交變磁場(chǎng)，軸表面相應(yīng)產(chǎn)生交變磁場(chǎng)相交鏈的電渦流磁場(chǎng)。由于間隙的變化，引起阻抗的變化，導(dǎo)致輸出電壓的變化。由變換器完成軸向位移與電壓間的轉(zhuǎn)換，通過指示器發(fā)出訊號(hào)。⑷液壓式：噴嘴與轉(zhuǎn)子凸緣的間隙△$變化時(shí)，輸出的油壓發(fā)生變化，由曲線P=F(AS)，得知相應(yīng)的軸向位移。曲(—de2zhi1xiang1ying1de0zhou2xiang4wei4yi2_qu1)線P=F(△(__)S)由實(shí)驗(yàn)測(cè)的。機(jī)械振動(dòng)保護(hù)離心壓縮機(jī)是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)是不可避免的。但是振動(dòng)值超出規(guī)定范圍時(shí)的危害很大。對(duì)設(shè)備來說，引起機(jī)組靜動(dòng)件之間摩擦、磨損、疲勞斷裂和緊固件的松脫，間接和直接發(fā)生事故。對(duì)百作人員來說，振動(dòng)噪音和事故都會(huì)危害健康。故此，壓縮機(jī)必須設(shè)置機(jī)械振動(dòng)保護(hù)(bi4xu1she4zhi4ji1xie4zhen4dong4bao3hu4)系統(tǒng)，當(dāng)振動(dòng)達(dá)到一定規(guī)定值時(shí)，就能發(fā)出聲光訊號(hào)報(bào)警和聯(lián)鎖停機(jī)。目前，大型機(jī)組普遍應(yīng)用了在線的微機(jī)處理技術(shù)，可以通過測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理、繪圖、分析和診斷。為壓縮機(jī)的運(yùn)行維護(hù)、科學(xué)檢修、專業(yè)管理提供可*依據(jù)。另外，我們還針對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)用手持式測(cè)振儀實(shí)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。防(_fang)喘振保護(hù)系統(tǒng)離心壓縮機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的葉片式機(jī)械，它的特性是在一定的轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，隨著輸氣量的改變，排氣壓力、功率消耗和效率也會(huì)相應(yīng)發(fā)生變化，當(dāng)壓縮機(jī)在某個(gè)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行。壓縮機(jī)的流量減少到一定程度(deliuliangjianshaodaoyidingchengdu)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，對(duì)于離心式壓縮機(jī)有著很嚴(yán)重的危害。造成：⑴壓縮機(jī)性能惡化，工藝參數(shù)大幅波動(dòng)。⑵對(duì)軸承產(chǎn)生沖擊。⑶機(jī)組靜動(dòng)件碰撞，機(jī)器破壞。⑷密封破壞，尤其是氧氣壓縮機(jī)，嚴(yán)重時(shí)大量氣體外逸，引起爆炸惡性事故。為此，設(shè)置防喘振保護(hù)系統(tǒng)。目前大型壓縮(ya1suo1)機(jī)組都設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)控制系統(tǒng)。即可自動(dòng)和手動(dòng)打開回流閥或放空閥。確保壓縮機(jī)不發(fā)生喘振現(xiàn)象。具體各套機(jī)組防喘振保護(hù)系統(tǒng)的原理還會(huì)在以后章節(jié)說明。㈣機(jī)前