透平压缩机

透平压缩机
工作原理
具有高速旋转叶轮的动力式压缩机[1]。

它依靠旋转叶轮与气流间的相互作用力来提高气体压力，同时使气流产生加速度而获得动能，然后气流在扩压器中减速，将动能转化为压力能，进一步提高压力。

在压缩过程中气体流动是连续的。

透平压缩机是在通风机的基础上发展起来的。

它广泛用于各种工艺过程中输送空气和各种气体，并提高其压力。

分类
按气体流动方向的不同，透平压缩机主要分为轴流式和离心式两类。

在轴流压缩机中，气体近似地沿轴向流动(见彩图[轴流压缩机结构图])。

在离心压缩机中，气体主要沿着径向流动。

另外还有一种斜流（混流）压缩机，其气体流动方向介于这两者之间。

排气压力在 1.5×10(～2×10(帕范围内的透平压缩机又称作透平鼓风机。

排气压力低于1.5×10(帕的则属于通风机，不再称为透平压缩机。

性能
透平压缩机主要性能参数是流量、排气压力、功率、效率和转速。

描绘这些参数之间的关系的曲线称为透平压缩机的性能曲线。

图1 [轴流压缩机与离心压缩机的性能曲线]
是轴流压缩机和离心压缩机在不同转速下排气压力与流量关系的性能曲线。

轴流压缩机的性能曲线比离心压缩机的陡得多，在高速下更为明显。

在等转速下增大流量时，通过压缩机的流量达到某一临界值后便不再继续增加，这一工况称为阻塞工况。

当减小流量至某一工况时，压缩机和管路中气体的流量和压力会出现周期性低频率、大振幅的波动，这种不稳定现象称为喘振。

一旦发生喘振，机组就会产生强烈振动，如不及时防止或停车，机组便会毁坏。

把不同转速下的喘振工况点连接起来的曲线称为喘振线，它表示喘振不稳定工作区的界限。

喘振工况点到同转速下阻塞工况点的范围称为稳定工况区，压缩机必须远离喘振线而在稳定工况区工作。

为了防止喘振，一般采取防喘振措施，例如放气或回流以增加进口流量，把静叶（导流器叶片）做成可以调整角度的形式。

透平压缩机所需功率很大，其通流部分的完善程度，常用绝热效率或多变效率（见热力过程）来评定。

轴流压缩机级的绝
热效率一般可达86～90％，离心压缩机级的多变效率一般可达80～85％。

轴流压缩机与离心压缩机相比，前者流量大，压力比小，而后者压力比大，流量小。

为了充分利用它们的特点，近代空气分离设备中的空气压缩机有的采用轴流-离心串联结构(图2[轴流-离心串联结构]),低压部分采用轴流式，高压部分采用离心式，并安置在同一机壳内。

透平压缩机振动浅析
透平压缩机的振动是压缩机设计制造、安装和运行管理的综合反映。

也就是说，导致或影响透平压缩机正常运行的内部和外界因素很多，而众多因素反映出的就是振动。

简述三台H200－6.3/0.97型透平压缩机组几年来的运行情况，和由于振动所造成的严重危害。

振动的原因
开车运行后的振动
1 原先在安装时电动机和大齿轮的同轴度完全根据设计要求来校正。

由于机组启动电流大，瞬间扭力也很大，造成电动机有移位感。

根据气温，设计要求安装时径向轴向误差允许在±0.02mm，我们严格照办。

机组运行一段时间后再测，明
显测得轴向无变动，而径向的水平方向走动了0.18～0.20mm 左右。

这说明机器在对中后走调的情况下运行，振动就会很大。

2 空气中带有腐蚀性气体的冷凝水造成转子（尤其是3～4级）、气封、扩压器、碳钢空气管道等腐蚀十分严重，产生空气涡流的振动。

管道氧化物的被冲刷造成子平衡百战不殆，振动激烈，因此而被迫停车，此类事故已发生两次。

3 频繁开停车对机组振动也有影响。

由于客观条件不允许或机械故障被迫一年中开停多次，使转子平衡被破坏。

停车时会把积在转子上的尘土或其他氧化物不均衡地脱落，破坏了转子的平衡。

检修后的振动
1 齿轮偏载造成工频振动。

透平机的转速很高，1～2级转速为15200rpm，3～4级为19200rpm，因而齿轮的精度要求也很高。

保持较高的齿轮接触面很重要，在静态下检查齿轮接触面无法得到动态的实际接触情况，我们的做法是在静态下使接触面不低于85%。

其中一台机组在检修时发现齿轮接触面差，一只新齿轮只运行两个多月就严重点蚀和大齿面剥落（一只大齿现价30万元左右）。

机组振动很大，齿轮的损坏就呈恶性循环，难以挽救。

2 油膜涡动引起的低频振动。

轴承中的油膜在转轴和轴承间运行起着盗运和润滑作用，如轴承稳定性不好，会导致油膜半速涡动。

我三透平机转速为19200，约在10000左右产生低频振动。

低频振动产生与转子工作转速不合拍的激振力，对转子和轴寿命的影响程度超过工频振动的影响，它使转子振动总量增大，这历来被人们所禁忌。

如低频值是工频值的105时，就应引起重视。

我们原有的机器低频值大于工频值的5%，已造成严重后果。

轴瓦的锡基合金多次剥落（其实是撞落），被迫停机。

2级转子振裂落掉一块（累计运行了13442小时），约1.5mm2,3～4级
转子轴头振断裂（累计运行11000小时）。

更换两根转子要工几十万无，还直接影响生产
简介
排气压力高于 0.015兆帕、气体主要沿着径向流动的透平压缩机,又称径流压缩
机。

排气压力低于0.2兆帕的，一般又称为离心鼓风机。

离心压缩机广泛用于各种工艺流程中，用来输送空气、各种工艺气体或混合气体，并提高其压力。

工业上常按用途或气体的种类命名，如高炉鼓风机和氨离心压缩机等。

工作原理和结构
离心压缩机由转子、定子和轴承等组成。

叶轮等零件套在主轴上组成转子,转子支承在轴承上，由动力机驱动而高速旋转。

定子包括机壳、隔板、密封、进气室和蜗室等部件。

隔板之间形成扩压器、弯道和回流器等固定元件。

只有一个叶轮的离心压缩机称为单级离心压缩机，有两个以上叶轮的称为多级离心压缩机（见彩图）。

级由叶轮及其后面的扩压器等通道组成。

叶轮是离心压缩机的关键部
离心压缩机
件，有闭式和半开式两种。

闭式叶轮由叶片、轮盖和轮盘组成，半开式叶轮没有轮盖。

当叶轮高速旋转时，由于叶片与气体之间力的相互作用，主要是离心力的作用,气体从叶轮中心处吸入,沿着叶道（叶片之间通道）流向叶轮外缘。

叶轮对气体作功，气体获得能量，压力和速度提高。

然后，气体流经扩压器等通道，速度降低，压力进一步提高，即动能转变为压力能。

由扩压器流出的气体进入蜗室输送出去，或者经过弯道和回流器进入下一级继续压缩。

在整个压缩过程中，气体的比容减小，温度增加。

温度增加后，压缩气体需要消耗更多的能量。

为了节省功率,多级离心压缩机在压力比大于3时常采用中间冷却。

被中间冷却隔开的级组称为段。

气体由上一段进入中间冷却器，经冷却降低温度以后再进入下一段继续压缩。

中间冷却器一般采用水冷。

每个机壳所包含的部分称为缸。

离心鼓风机排气压力较低，所以一般是单缸无中间冷却的结构。

性能
离心压缩机的主要性能参数是流量、排气压力、功率、效率和转速。

描绘同一转速下的排气压力、功率和效率与流量之间的关系的曲线称为性能曲线(图2)。

离
心压缩机最小流量受喘振工况的限制，最大流量受阻塞工况的限制。

可以采用变转速、进口节流、出口节流和可调进口导叶等方法进行调节，以扩大运行工况范围。

二、发展概况
离心压缩机是在通风机的基础上发展起来的。

20世纪初出现了压力比为 4.5的离心压缩机。

50年代开始,离心压缩机制造业得到发展。

1963年,美国生产出第一台合成氨厂用的14.7兆帕高压离心压缩机，采用筒型机壳代替水平剖分型机壳，又称筒型压缩机，它能承受10兆帕以上的压力。

70年
离心压缩机
代，美国、意大利和联邦德国先后制成60～70兆帕高压筒型压缩机，筒体壁厚达280毫米。

80年代初排气压力已达80兆帕。

离心压缩机转速一般为几千转/分以上,有的已达25000转/分以上，所需功率可达几万千瓦,流量已达10000米3/分。

离心压缩机的常规叶轮是以一维流动理论为基础设计的，尚不能反映气流三维流动的复杂性质。

60年代开始应用三维流动理论（见透平机械、气体动力学）设计空间扭曲叶片，以改善级的性能。