离心式压缩机

离心式压缩机

一、离心式压缩机的发展概况

离心式压缩机是透平式压缩机的一种，具有处理气量大，体积小，结构简单，运转平稳，维修方便以及气体不受污染等特点。随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提

高，又由于高压密封，小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的一系列问题，使离心压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复活塞式压缩机。

二、离心压缩机的工作原理和基本结构

1、工作原理

一般说，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子之间的距离。为了达到这个目标，除了采用挤压元件来挤压气体的容积式压缩

方法以外，还有一种用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件（高速回转的叶轮）对气体作功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩流道中流动时这部分功能又转变为静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或

增压原理。

2、基础结构

下面分别叙述压缩机流道中各组成部分（或称为通流元件）的作用。

吸气室：压缩机每段的第1级入口都设有吸气室，其作用是将气体从进气管均匀地导入

叶轮的入口以减小气体进入时的流动损失。

叶轮：叶轮是离心压缩机中最重要的一个部件，驱动机的机械即通过此高速回转的叶轮

叶片对气体作功而使气体获得能量，它是压缩机中唯一的作动部件，故亦称工作轮。叶轮一般是由轮盖、轮盘和叶片组成的闭式叶轮，也没有轮盖的半开式叶轮。

扩压器：气体从叶轮流出时，具有很高的速度，为了使这部分速度能尽可能地转化为压

力能，在叶轮外缘的周围设置了流通截面逐渐扩大的流通空间，这就是扩压器。扩压器是由前后隔板组成的环形通道。其中不装叶片的称为无叶扩压器，装有叶片的称为叶片扩压器。

弯道：为了把从扩压器流出来的气体引导到下一级去进行再压缩，在扩压器外围设置了使气体由离心方向改变为向心方向的环形通道，称为弯道。弯道是由隔板和气缸内壁组成的

环形空间。

回流器：为了使气流以一定方向（一般是轴向）均匀地进入下一级的叶轮入口，又在弯

道的出口设置了回流器，使气体依靠回流器中的叶片的导流作用均匀地向心流动，然后流入下一级叶轮。回流器是由两块隔板和装在隔板之间的叶片构成的。

蜗壳：蜗壳的作用是将由扩压器（或由叶轮）出来的气流有序地汇集起来而引出压缩机。

在有些情况下，由于蜗壳中的气流速度有所下降，这时蜗壳也可起一定的扩压作用。

压缩机中间各级一般是由叶轮、扩压器、弯道及回流器组成；第1级还带有吸气室、末级则有蜗壳，但没有回流器，末级也可能没有扩压器。

除了以上所述直接使气体得到压缩的通流元件以外，离心压缩机还具有以下几个重要零

部件：

1、密封件：为了减少机内的气体从高压处向低压处泄漏，在各级叶轮的进口圈外径处

均设有轮盖密封，在级与级之间则有级间密封，这种密封通常是用非接触式的迷宫式密封（或称梳齿式密封）。此外，在转轴伸出机外之处也有密封，称为轴端密封，简称轴封。轴封的

型式对于低压密封也常用边宫式的密封，对于高压密封则大多用浮环油膜密封或机械密封。

2、平衡盘：为了减少或平衡掉离心压缩机转子受到机内气体压力的作用而产生的不平

衡轴向力，通常在轴上靠近最后一级叶轮处装有一旋转圆盘，即为平衡盘。平衡盘的外缘和气缸壳体之间也设有迷宫密封。使平衡盘的内侧和高压气体相通，另一侧则与低压（或压缩机进气口）相通。转子受到的未被平衡盘完全平衡的残余轴向力则由止推轴承加以承担。

3、轴承：离心压缩机是高速回转机械，除了小型压缩机有采用流动轴承的以外。绝大

多数采用特殊型式的动压滑动轴承，有支撑轴承（或称径向轴承）及止推轴承两种。支持轴承承受压缩机转子的重力与其他径向力，止推轴承则主要承担转子所受的不平衡轴向力，并且保证转子的轴向定位，避免在机器运行时发生转子与定子相碰。离心压缩机转子属行高速

轻载转子，为了保证其在轴承中能形成理想的油膜，并防止轴承油膜振荡的不正常现象出现，

一般都采用多块可倾瓦轴承或椭圆形等特殊滑动轴承。多块可倾瓦轴承是利用几千瓦块在其

支点附近作轻微摇摆以形成多油楔，使高速转轴轴颈得到及时的足够的油润滑，并且运转稳定。

4、联轴器：由于离心压缩机具有高速回转，大功能以及运转时难免有一定振动的特点，

所用的联轴器既要能够传递大扭矩，又要允许径向及轴向有少许位移，所以一般常用的是齿型联轴节，依靠齿型的啮合传递扭矩，这种联轴节需要润滑剂。近年来国外创造了一种鼓膜

型联轴器，利用膜片传递扭矩，膜片还可有少许变形。这种联轴器不需要润滑剂，制造也容易，很受欢迎。

离心压缩机的驱动机除了中、小型压缩机有用电动机以外，一般是用汽轮机或燃气轮机

直接驱动，这样既可以满足大功率、高转速的要求，又可以直接利用工厂的副产品——高压

蒸汽或高温燃气作为动力，此外采用这类驱动机还可以使压缩机采用调节转速的方法来调节

压缩机流量或压力，这种调节方法比较经济。

离心压缩机也有冷却水系统及要求很高的润滑油系统。有时还有增速箱以提高压缩机整

机或某一转子的转速。离心压缩机的自控系统比活塞式压缩机的要求为高，除了常规的操作参数测量、显示以外，还有喘振控制系统、轴位移及振动的指示及报警、自动停车等安全设

施。

三、离心式压缩机的性能及调节

反映离心式压缩机性能的主要参数有容积进气量Q j、压力比ε（或排气压力ㄗ，压力差△ㄗ，及能量头h）、功率N和效率η。随着进气量变化，其它各性能参数也将发生相应的

变化，故常以曲线形式来表现压缩机的性能变化关系，例如压力比曲级ε—Q j（或ㄗ—Q j、△ㄗ—Q j及h—Q j曲线），功率曲线N—Q j及效率曲线η—Q j等。也有采用无因次参数表示的

通用性能曲线例如：ψ—曲线（即能量头系数—流量系数）等。图4-49是某离心式压缩机的性能曲线图，它是压缩机运行工况的图象表示，是压缩机选择型式规格、操作运行以及进行性能调节的依据，所以弄清这些性能曲线的特点，了解影响压缩机性能的各种因素，从而灵活地掌握与运用它是十分重要的事情。

性能曲线中的Q j表示压缩机进气状态下的容积流量，η则常以多变效率ηpol表示，N一般是指轴功率。

（1）离心式压缩机级的性能曲线一般具有以下特点

1、随着流量的减小，压缩机能提供的压力比将增大。在最小流量时，压力比达到最大。

反过来说，如果压缩机的背压有所降低的话，其流量也将自动增加。离心压缩机流量和压力比的关系是一一对应的，流量与其它参数的关系也是对应的关系，表现在各条性能曲线上。

2、离心式压缩机有最大流量和最小流量两个极限流量；当然，排出压力也有最大值和

最小值。

3、效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下降较快；

4、功率N与G hrh大致成正比，所以功率曲线一般是随Q j增加而向上倾斜，但当ε—Q j 曲线向下倾斜很快时，功率曲线也可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。

（2）最大流量工况及喘振工况

1、最大流量工况