離心壓縮機(jī)講課

離心壓縮機(jī)知識(shí)培訓(xùn)—

離心式壓縮機(jī)的發(fā)展概況離心式壓縮機(jī)是透平式壓縮機(jī)的一種，具有處理氣量大，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，維修方便以及氣體不受污染等特點(diǎn)。隨著氣體動(dòng)力學(xué)研究的成就使離心式壓縮機(jī)的效率不斷提高,又由于高壓密封，小流量窄葉輪的加工，多油楔軸承等技術(shù)關(guān)鍵的研制成功，解決了離心壓縮機(jī)向高壓力，寬流量范圍發(fā)展的一系列問(wèn)題，使離心壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍大為擴(kuò)展，以致在很多場(chǎng)合可取代往復(fù)活塞式壓縮機(jī)。作為高爐鼓風(fēng)用的離心式鼓風(fēng)機(jī)的流量有大至7000m3/min，功率大的有52900kw的，轉(zhuǎn)速一般在1000r/min以上。二、離心壓縮機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)一、工作原理一般說(shuō)，提高氣體壓力的主要目標(biāo)就是增加

單位容積內(nèi)氣體分子的數(shù)量，也就是縮短氣體分

子與分子之間的距離。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，除了

采用擠壓元件來(lái)擠壓氣體的容積式壓縮方法以外，還有一種用氣體動(dòng)力學(xué)的方法，即利用機(jī)器的作

功元件(高速回轉(zhuǎn)的葉輪)對(duì)氣體作功，使氣體在

離心力場(chǎng)中壓力得到提高，同時(shí)動(dòng)能也大為增加，隨后在擴(kuò)張流道中流動(dòng)時(shí)這部分動(dòng)能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o

壓能，而使氣體壓力進(jìn)一步提高，這就是離心式

壓縮機(jī)的工作原理或增壓原理。基本結(jié)構(gòu)離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示：離心式壓縮機(jī)由轉(zhuǎn)子及定子兩大部分組成。轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸，固定在軸上的葉輪、軸套、聯(lián)軸節(jié)及平衡盤等零部件。定子則有氣缸，定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件.在轉(zhuǎn)子與定子之間需要密封氣體之處還沒(méi)有密封元件。氣體的流動(dòng)過(guò)程是:當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)使轉(zhuǎn)子高速回轉(zhuǎn)時(shí)，葉輪的入口產(chǎn)生負(fù)壓將進(jìn)氣管的氣體連續(xù)吸入機(jī)內(nèi)，氣體在流道中進(jìn)行逐步壓縮后，連續(xù)從排氣口排出。機(jī)內(nèi)的各段流道根據(jù)其作用的不同，有不同的名稱和構(gòu)造型式，它們是依據(jù)氣體的熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)規(guī)律設(shè)計(jì)而成的，,氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入吸氣室,再經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，進(jìn)入擴(kuò)壓器，然后通過(guò)彎道進(jìn)入回流器，從回流器出來(lái)便算完成一個(gè)級(jí)的壓縮過(guò)程.如需要進(jìn)一步提高壓力則再進(jìn)入第二級(jí)、第三級(jí)…。每級(jí)的過(guò)程與上述相同。氣體從最后一級(jí)出來(lái)即進(jìn)入一蝸殼，最后從排氣口排出。級(jí)是離心壓縮機(jī)的基本單元，它是由一個(gè)葉輪和一組與其相配合的固定元件所構(gòu)成。例如型號(hào)為

DA120—61，D為即表示葉輪是單面進(jìn)氣，A是壓縮

機(jī)，120是進(jìn)氣流量120m3/min，6為6個(gè)級(jí)別，1表示第一次設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。壓縮機(jī)的氣體從進(jìn)氣口進(jìn)入，經(jīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、級(jí)，出了第三級(jí)即排出機(jī)外，在機(jī)外進(jìn)行冷卻（或抽、加氣）后，再?gòu)牡冖艏?jí)的吸氣室進(jìn)入，從第Ⅵ級(jí)排出，這稱為兩段壓縮。每一進(jìn)氣口到排氣口之間的級(jí)組成為一個(gè)段，段由一個(gè)或幾個(gè)級(jí)組成。該壓縮機(jī)是由一個(gè)缸組成。一個(gè)缸可容納的級(jí)數(shù)最少一級(jí)，最多達(dá)到十級(jí)。高壓離心壓縮機(jī)有時(shí)需由兩個(gè)或兩個(gè)以上的缸組成。由一缸或幾缸排列在一條軸線上稱為離心壓縮機(jī)的列；不同的列，其轉(zhuǎn)數(shù)也不同，高壓列的轉(zhuǎn)數(shù)高于低壓列。下面分別敘述壓縮機(jī)流道中各組成部分（或稱為通流元件）的作用。吸氣室

壓縮機(jī)每段的第Ⅰ級(jí)入口都設(shè)有吸氣室，其作用是將氣體從進(jìn)氣管均勻地導(dǎo)入葉輪的入口以減小氣體進(jìn)入時(shí)的流動(dòng)損失。葉輪

葉輪是離心壓縮機(jī)中最重要的一個(gè)部件，驅(qū)動(dòng)機(jī)的機(jī)械功即通過(guò)此高速回轉(zhuǎn)的葉輪葉片對(duì)氣體作功而使氣體獲得能量，它是壓縮機(jī)中唯一的作功部件，故亦稱工作輪。葉輪一般是由輪蓋、輪盤和葉片組成的閉式葉輪，也有沒(méi)有輪蓋的半開(kāi)式葉輪。擴(kuò)壓器

氣體從葉輪流出時(shí)，具有很高的速度，為了使這部分速度盡可地轉(zhuǎn)化為壓力能，在葉輪外緣的周圍設(shè)置了流通截面逐漸擴(kuò)大的流通空間，這就是擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器是由前后隔板組成的環(huán)形通道。其中不裝葉片的稱為無(wú)葉擴(kuò)壓器，裝有葉片的稱為葉片擴(kuò)壓器。彎道

為了把從擴(kuò)壓器流出來(lái)的氣體引導(dǎo)到下一級(jí)去進(jìn)行再壓縮，在擴(kuò)壓器外周設(shè)置了使氣體由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较虻沫h(huán)形通道，稱為彎道。彎道是由隔板和氣缸內(nèi)壁組成的環(huán)形空間?；亓髌?/p>

為了使氣流以一定方向（一般是軸向）均勻地進(jìn)入下一級(jí)的葉輪入口，又在彎道的出口設(shè)置了回流器，使氣體依靠回流器中的葉片導(dǎo)流作用均勻地向心流動(dòng)，然后流入下一級(jí)葉輪?；亓髌魇怯蓛蓧K隔板和裝在隔板之間的葉片構(gòu)成的。蝸殼

蝸殼的作用是將由擴(kuò)壓器（或由葉輪）出來(lái)的氣流有序地匯集起來(lái)而引出壓縮機(jī)。在有些情況下，由于蝸殼中的氣流速度有所下降，這時(shí)蝸殼也可起一定的擴(kuò)壓作用。壓縮機(jī)中間各級(jí)一般是由葉輪、擴(kuò)壓器、彎道及回流器組成，第Ⅰ級(jí)還帶有吸氣室，末級(jí)則有蝸殼，但沒(méi)有回流器，末級(jí)也可能沒(méi)有擴(kuò)壓器。離心壓縮機(jī)還具有以下幾個(gè)重要零部件：1

密封件

為了減少機(jī)內(nèi)的氣體從高壓處向低壓處泄漏，在各級(jí)葉輪的進(jìn)口圈外徑處均設(shè)有輪蓋密封，在級(jí)與級(jí)之間則有級(jí)間密封，這種密封通常是用非接觸式的迷宮式密封（或稱梳齒式密封）。此外，在轉(zhuǎn)軸伸出機(jī)外之處也有密封，稱為軸端密封，簡(jiǎn)稱軸封。軸封的型式對(duì)于低壓密封也常用迷宮式密封，對(duì)于高壓密封則大多用浮環(huán)油膜密封或機(jī)械密封2

平衡盤

為了減小或平衡掉離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子受到機(jī)內(nèi)氣體壓力的作用而產(chǎn)生的不平衡軸向力，通常在軸上靠近最后一級(jí)葉輪處裝有一旋轉(zhuǎn)圓盤，即為平衡盤。平衡盤的外緣和氣缸殼體之間也設(shè)有迷宮密封。使平衡盤的內(nèi)側(cè)和高壓氣體相通，另一側(cè)則與低壓（或壓縮機(jī)進(jìn)氣口）相通。轉(zhuǎn)子受到的未被平衡盤完全平衡的殘余軸向力則由止推軸承加以承擔(dān)。軸承離心壓縮機(jī)是高速回轉(zhuǎn)機(jī)械，除了小型壓縮機(jī)有采用滾動(dòng)軸承的以外，絕大多數(shù)采用特殊型式的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，有支撐軸承（或稱徑向軸承）及止推軸承兩種。支撐軸承承受壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的重力及其他徑向力，止推軸承則主要承擔(dān)轉(zhuǎn)子所受的不平衡向力，并且保證轉(zhuǎn)子的軸向定位，避免在機(jī)器運(yùn)行時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子相碰。離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子屬于高速輕載轉(zhuǎn)子，為了保證其在軸承中能形成理想的油膜，并防止軸承油膜振蕩的不正常現(xiàn)象出現(xiàn)，一般采用多塊可傾瓦軸承或橢圓形等特殊滑動(dòng)軸承。多塊可傾瓦軸承是利用幾千瓦塊在其支點(diǎn)附近作輕微搖擺以形成多油楔，使高速轉(zhuǎn)軸軸頸得到及時(shí)的足夠的油潤(rùn)滑，并且運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。4聯(lián)軸器

由于離心壓縮機(jī)具有高速回轉(zhuǎn)、大功率以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)難免有一定振動(dòng)的特點(diǎn)，所用的聯(lián)軸器既要能夠傳遞大扭矩，又要允許徑向及軸向有少許位移，所以一般常用的是齒型聯(lián)軸節(jié)，依靠齒型的嚙合傳遞扭矩，這種聯(lián)軸節(jié)需要潤(rùn)滑劑。近年來(lái)國(guó)外創(chuàng)造了一種鼓膜型聯(lián)軸器，利用膜片傳遞扭矩，膜片還可有少許變形。這種聯(lián)軸器不需要潤(rùn)滑劑，制造也容易，很受歡迎。離心壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)除了中、小型壓縮機(jī)有用電動(dòng)機(jī)外，一般是用汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這樣既可以滿足大功率、高轉(zhuǎn)速的要求，又可以直接利用工廠的副產(chǎn)品——高壓蒸汽機(jī)或高溫燃?xì)庾鳛閯?dòng)力，此外采用這類驅(qū)動(dòng)機(jī)還可以使壓縮機(jī)采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)流量或壓力，這種調(diào)節(jié)方法比較經(jīng)濟(jì)。離心壓縮機(jī)也有冷卻水系統(tǒng)及要求很高的潤(rùn)滑油系統(tǒng)，有時(shí)還有增速箱以提高壓縮機(jī)整機(jī)或某一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。離心壓縮機(jī)的自控系統(tǒng)比活塞式壓縮機(jī)的要求為高，除了常規(guī)的操作參數(shù)測(cè)量、顯示以外，還有喘振控制系統(tǒng)、軸位移及振動(dòng)的批示及報(bào)警、自動(dòng)停車等安全設(shè)施。離心式壓縮機(jī)主要零部件—葉輪葉輪是離心壓縮機(jī)中唯一對(duì)氣體作功的元件，且是高速回轉(zhuǎn)件，所以對(duì)葉輪的設(shè)計(jì)、材料和制

造要求都很高，對(duì)葉輪的要求主要是：第一、提

供盡可能大的能量頭；第二、葉輪以及與之匹配

的整個(gè)級(jí)的效率要比較高；第三、所設(shè)計(jì)的葉輪

型式能使級(jí)及整機(jī)的性能穩(wěn)定工況區(qū)較寬；第四、強(qiáng)度與制造質(zhì)量符合要求。能否達(dá)到以上要求，

首先與葉輪的選型和設(shè)計(jì)參數(shù)的正確選取有關(guān)。葉輪的結(jié)構(gòu)型式：1

1、按葉片的彎曲形式分葉片的彎曲形式是葉輪的主要特征，圖所示出后彎式、徑向式及前彎式三種型式。在圓周速度u2相同的情況下，它們的性能與葉片彎曲有密切關(guān)系。其中的壓縮機(jī)型葉輪（βA2=30°—60°）大多用于大、中型流量的壓縮機(jī)級(jí)，而水泵型（βA2=15°—30°）則常用于中、小流量的高壓壓縮機(jī)最后幾級(jí)；徑向葉片葉輪尤其是帶導(dǎo)風(fēng)輪的直葉片葉輪則用于航空用增壓器居多，也常被大型離心壓縮機(jī)的前兩級(jí)所采用。前彎式葉片葉輪只在通風(fēng)機(jī)中應(yīng)用。由于三元流動(dòng)理論的不斷發(fā)展以及加工技術(shù)的進(jìn)步，近二十多年來(lái)空間扭曲葉片在寬葉輪中的應(yīng)用也逐漸普遍，因?yàn)榕で~片葉輪內(nèi)氣體流動(dòng)比較均勻，速度分布和壓力分布比較合理，流動(dòng)損失小，故級(jí)效率有明顯提高，穩(wěn)定工況區(qū)也有所擴(kuò)大，所以大、中型壓縮機(jī)的前幾級(jí)采用扭曲葉片已愈來(lái)愈多。半開(kāi)式葉輪半開(kāi)式葉輪，特別是帶導(dǎo)風(fēng)輪的徑向直葉片葉輪（如圖示）由于沒(méi)有輪蓋，且葉片本身在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中不產(chǎn)生彎矩。且可起加強(qiáng)筋的作用，所以U2max可達(dá)450—540m/s，一個(gè)級(jí)的壓力比高達(dá)6.5。半開(kāi)式葉輪在葉片與固定壁面的間隙的潛流泄漏又降低了壓縮機(jī)的效率。開(kāi)式葉輪在壓縮機(jī)中基本上不被采用。為了適應(yīng)大氣量壓縮機(jī)的需要，葉輪還可作成雙面進(jìn)氣的型式（如圖示），即由兩個(gè)單吸葉輪并聯(lián)、且背靠背地連在一起，這種葉輪還具有軸向力自動(dòng)平衡的優(yōu)點(diǎn)，但制造稍為困難些。按制造工藝分從制造方法來(lái)看，葉輪有鉚接、焊接、精密鑄造、釬焊及電蝕加工等制造方法，因此為了適應(yīng)制造工藝要求，葉輪又有不同結(jié)構(gòu)型式。目前大多采用鉚接及焊接的結(jié)構(gòu)型式。制作輪盤及輪蓋的材料大多采用低合金鋼如：34GrMo、34GrNi3Mo、CrMn4等，制

作葉片常用20MnV及30CrMnSi等。葉輪的質(zhì)量檢驗(yàn)——超速試驗(yàn)及轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡在葉輪制作過(guò)程中除了對(duì)其材料、加工質(zhì)量需要逐項(xiàng)嚴(yán)格檢驗(yàn)以外，加工完成的葉輪還必須逐個(gè)進(jìn)行超速試驗(yàn)。葉輪超速試驗(yàn)合格后，把葉輪和軸以及其它轉(zhuǎn)子上的附件組裝成轉(zhuǎn)子，還必須進(jìn)行轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)。超速試驗(yàn)是將葉輪安裝在高速回轉(zhuǎn)試驗(yàn)臺(tái)上，用超過(guò)壓縮機(jī)額定轉(zhuǎn)速15——20%（對(duì)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)葉輪只需超速10%）運(yùn)轉(zhuǎn)，然后測(cè)量葉輪內(nèi)孔及外緣的變形率是否在規(guī)定值之內(nèi)，同時(shí)檢驗(yàn)葉輪的表面是否出現(xiàn)裂紋或其它缺陷。用超速試驗(yàn)可以檢驗(yàn)葉輪的材質(zhì)、設(shè)計(jì)和加工的綜合質(zhì)量。轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)是在葉輪以及其它附件（如間距套、平衡盤及止推盤等）裝到軸上的過(guò)程中多次進(jìn)行的。美國(guó)石油協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)（API）規(guī)定對(duì)離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡精度要求是：在轉(zhuǎn)子允許的最高連續(xù)轉(zhuǎn)速下（110%額定轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)子的最大不平衡力應(yīng)不超過(guò)該轉(zhuǎn)子質(zhì)量力的10%。密封1

迷宮密封迷宮密封的結(jié)構(gòu)型式：迷宮密封也稱為梳齒形密封，是一種非接觸

型密封。主要用于離心壓縮機(jī)級(jí)內(nèi)輪蓋密封、級(jí)間密封和平衡盤的密封上。在壓力較低，

且允許流體少量泄出時(shí)，也可以作為軸封（軸與殼體間的密封）使用。迷宮密封的結(jié)構(gòu)用得較多的是以下幾種：平滑形如圖，軸作成光軸，密封體上車有梳齒或者鑲嵌有齒片，結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單。曲折形為了增加每個(gè)齒片的節(jié)流降壓效果，發(fā)展了曲折型的迷宮密封，密封效果比平滑型好，如圖，是整體曲折型，除了密封體上有密封齒（或密封片）外，軸上還有溝槽。整體型的缺點(diǎn)是密封齒之間的間距不可能加工得太短，因而密封的軸向尺寸較長(zhǎng)。如采用鑲嵌型，見(jiàn)圖，就可以大縮短軸向尺寸。臺(tái)階形如圖，這種型式的密封效果也優(yōu)于光滑型，常用于葉輪輪蓋的密封，一般有3——5個(gè)密封齒。2密封原理及漏氣量的計(jì)算式迷宮密封是利用節(jié)流原理使氣體每經(jīng)過(guò)一個(gè)齒片，壓力就有一次下降，經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的齒片后就有較大的壓降，實(shí)質(zhì)上迷宮密封就是給氣體的流動(dòng)以壓差阻力，從而減小氣體的通過(guò)量。迷宮密封設(shè)計(jì)及使用中應(yīng)注意的問(wèn)題為了使密封效果好,應(yīng)注意以下幾項(xiàng)：(1)梳齒密封除了輪蓋密封齒數(shù)較少外,一般密封結(jié)構(gòu)中Z不少于6片,但也不宜過(guò)多,一般不多35片,以免軸間尺寸太長(zhǎng),而且齒片過(guò)多,對(duì)進(jìn)一步降低漏氣量作用也不明顯,為提高節(jié)流降壓效果,梳齒的徑向間隙S應(yīng)盡可能小些,一般為0.4mm左右.梳齒頂端朝向來(lái)流一邊作成尖角形,見(jiàn)圖，以加強(qiáng)氣流的旋渦，提高密封的效果。梳齒材料一般采用青銅、銅銻錫合金及鋁合金等較軟的金屬制作，避免劃傷軸或軸套。浮環(huán)油膜密封浮環(huán)油膜密封主要用于高壓離心壓縮機(jī)的軸封上。浮環(huán)油膜密封（見(jiàn)圖）的工作原理就相當(dāng)于把固定套筒車成若干個(gè)圓環(huán)套在軸套上，環(huán)與軸套之間的間隙中注有高壓油，形成油膜，阻止氣體流出。環(huán)本身能作徑向的自由浮動(dòng)，但不能轉(zhuǎn)動(dòng)，因有定位銷釘3的限制；環(huán)的一個(gè)端面經(jīng)過(guò)研磨，靠彈簧4壓在L型隔距套上。高壓側(cè)壓差較小，一般只用一個(gè)浮環(huán)，低壓側(cè)有2—3個(gè)或更多的浮環(huán)。工作時(shí)圓環(huán)所以能產(chǎn)生自由浮動(dòng)，其原理與滑動(dòng)軸承原理相同，都是因油楔產(chǎn)生浮力的作用結(jié)果，所不同的是，被浮起的對(duì)象不同。對(duì)軸承來(lái)說(shuō)，被浮起的是軸，軸瓦固定不動(dòng)；而對(duì)浮環(huán)密封來(lái)說(shuō)，被浮起的是浮環(huán)，而軸固定不動(dòng)，見(jiàn)圖，浮環(huán)由于自身受到的重力G，使環(huán)與軸存在一定偏心距e，軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)就會(huì)在軸的上方（或某一方）形成油楔而產(chǎn)生油膜浮力W，此浮力而

使環(huán)趨向?qū)χ小８…h(huán)就在其重力、浮力及環(huán)端面摩擦力等的動(dòng)態(tài)平衡中保持環(huán)與軸的基本同心。所有環(huán)都能與軸自動(dòng)“對(duì)中”就能明顯地減小油膜密封的間隙值，從而提高密封的性能，并且大大減小漏油量，這就是浮環(huán)油膜密封的突出優(yōu)點(diǎn)，它解決了離心壓縮機(jī)向高壓發(fā)展的一個(gè)技術(shù)關(guān)鍵。氣體在擴(kuò)壓器中的能量轉(zhuǎn)換離心式壓縮機(jī)入口的氣體速度一般為20-30m/s,出口為25-35m/s,但氣體從葉輪中流出時(shí)具有的速度C2則約為200-300m/s,高能量頭的葉輪甚至達(dá)到500m/s以上.徑向直葉片葉輪其出口的動(dòng)能約占葉輪能量頭的一半,后彎葉片葉輪的動(dòng)能也占

25-40%設(shè)置擴(kuò)壓器的目的就是使這部分動(dòng)能盡可能多地、有效地轉(zhuǎn)換為靜壓能。當(dāng)葉輪的反作用度較小時(shí)，