离心式压缩机知识问答

第二章离心式压缩机 (2)

第一节概述 (2)

第二节离心压缩机的基本工作原理 (2)

第三节工作轮与转子 (3)

第四节离心压缩机的固定元件 (5)

第五节离心压缩机组 (6)

第六节压缩机的特性曲线及调节方法 (7)

第七节离心式压缩机的操作 (7)

第二章离心式压缩机

第一节概述

一、离心压缩机简介及分类

1、谓离心压缩机，故名思议，它是利用了叶片机构的旋转产生气体的离心力，然后又设法把气

体获得的动能转换为压力能的机械。

2、离心式压缩机主要由机壳、主轴、工作轮、轴承、止抵支撑轴承、及固定元件、进气管、排

气管等所组成，气体由进气管进入机壳，流经由主轴带动的工作轮，然后再流入固定元件、

进入排气管；气体流过此路径后则被压缩，产生了们预先设计好的压力，因为气体在工作轮

中的流动是远离轴心的因之称为离心式压缩机。

3、离心式压缩机是指排出压力在0.35MPa以上的机械。

鼓风机的排气压力在0.01～0.35 MPa。

通风机的排气压力在0.01～0.015 MPa 。

扇风机的排气压力在0.01 MPa以下。

二、离心式压缩机的用途

离心式压缩机广泛用于航空、冶金、石油、化工、电力、采矿、纺织等各行业，尤其是离心式压缩机跨入可以排出高压气体后，更加扩大了它的使用范围，加上离心式压缩机与活塞式

压缩机相比具有结构简单、工作可靠、效率高、排气连续，使用维修方便等优点，因之离心式

压缩机具有广阔的发展前景。

第二节离心压缩机的基本工作原理

一、离心压缩机的工作原理

离心压缩机的工作原理是利用机器的做功元件（高速回转的叶轮）对气体做功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩张流道中流动时这部分动能又转变为静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心压缩机的增压原理

二、离心压缩机的主要部件

1、回转部分由主轴、工作轮及其定位件如键、轴套、推力盘，平衡活塞组成。

2、固定部分，由吸气室、扩压器（包括无叶扩压器与叶片扩压器）、弯道回流器、蜗

壳、进口导流器等组成。

三、各主要部分的作用

1、吸气室：是把要压缩的气体，均匀地引入叶轮去增压，为了使气体能均匀在吸气室

中设有导流板或进口导流器，其目的一是使气体流束均匀，二是用来对气体的流量

进行调节。

2、工作轮：也叫叶轮，气体随着叶轮做高速回转运动，使得它的能量增加，增加的途

径主要是工作轮对气体作用，使气体产生旋转，导致离心力产生，在离心式压缩机

中，叶轮是唯一加给气体能量的部件，因此一个工作轮效率的高低，主导了整个压

缩机的效率，所以工作轮的理论研究是非常重要的。最初的工作轮采用直叶片，那

时只考虑了气流的径向流动，后来发展到考虑切向流动即所谓二元流动，为了使气

体的流道形状更加接近于实际的流动，以减少工作轮的能量损失，随着计算机的发

展，人们对轴向流动也予以考虑，这就是今天的三元流动，采用三元流动后，大大

地提高了离心式压缩机的效率。

3、扩压器：从叶轮高速流出的气体依据F·ｖ＝Q的原理（F－截面积ｖ－流速Q－流

量），及P/δ＋ｖ2/2ｇ＝常数的原理，随着流动面积的增大，在流量连续的条件下

则流速下降，由能量定律可知，当ｖ下降时则气体的压力P升高，这样就把高速流

动的气体的动能利用扩压原理转变为压力能，提高了气体的压力。

扩压器依其结构与形状的不同，可以分为无叶扩压器，叶片扩压器及直

臂扩压器。

4、弯道：当气体速度能转变为压能后，为了进一步进行压缩，则需要把气体再返转回

下一级的入口，弯道实际就是为了达到转弯的目的而形成的。

5、回流器：与吸气室具有同样的效力，是把从弯道流过来的气体，均匀地输送到下一

级压缩的入口，气流均匀是依靠回流中的导流叶片来完成的，在回流气中气体的速

度是稍有增加的，这主要是防止压缩机轴向尺寸过长。

6、蜗壳：把完成压缩后的气体，导入冷却器或导出机外，并使气体的动能降低，使其

转化为压能。

7、其它还有支撑轴承，支撑止推轴承，平衡活塞、密封等件。

四、离心压缩机的级、段及罐

每个工作轮与其后部的扩压器、弯头、回流器构成了一个级，一般的压缩机都是由两个以上或多个工作轮的转子构成运动件，因此有n个工作轮的压缩机就叫n级压缩机；由于冷却的出现，又把压缩机分成段，如有两次中间冷却的压缩机即为三段，若每段有两级，则叫三段六级离心压缩机。

如果需要的压力过高亦即级数过多，只靠一个轴是不行的，这就形成数个气缸，这样的压缩机叫多缸压缩机，多缸压缩的气体流动是串联的，多缸中的各个轴可以是同一转速，也可以不同转速运动，可以全安置在电动机一侧，也可以分置于电动机两旁当然如何放置是无关紧要的。

第三节工作轮与转子

一、工作轮的典型结构及相互比较

1、闭式、半开式和双面进气工作轮

工作轮一般由轮盘、轮盖及夹在其中间的叶片组成。

2、后弯式、径向及前弯式叶片

二、转子

1、转子的结构及其基本作用：转子是由主轴、工作轮、轴套、平衡活塞、抵力盘、联轴器

等组成。

⑴、工作轮与主轴的联接一般采用键连接，大型转子每工作轮都是对面键，在装配转子

时各级工作轮的键的方向要错开，以保证转子平衡，静配合一般采用加热红装，工

作轮及转子要做1.15倍设计转速超速试验。

⑵、轴套是主要用于保护轴不被腐蚀、不被密封片刮坏，另外它还有对于工作轮的定位

作用，同时供以形成气体流道的光滑。

⑶、平衡活塞主要是为了抵消一部分轴向力，而其余的轴向力则依靠推力盘来承担，因

此推力盘也是固定转子轴向位置的唯一部件。

2、刚轴、柔轴及临界转速：任何物体自己均有一个自振频率，自振频率分为第一音调、第

二音调等。当工作转速低于轴的第一音调自振频率时这个轴叫做刚性轴，而当工作转速

高于第一音调自振频率时这个轴叫做柔性轴，同时把轴的第一音调自振频率叫做轴的第

一阶临界转速，而把第二音调的自振频率叫做第二阶临界转速，离心式压缩机一般采用

工作转速在第一阶临界转速与第二阶临界转速之间，因此是属于柔性轴，所以离心式压

缩机在启动时将有一个通过第一阶临界转速的问题，如何避免因产生共振而导致压缩机

的损坏是压缩机启动的一个重要问题。

3、压缩机转子的动平衡：压缩机转子是一个不十分规则的组合部件，因之各个角度的质量

是不可能绝对相等的，这就存在着静不平衡与动不平衡的问题，为了避免转子在高旋转

时由于质量分布不均而产生的振动，则需要对转子进行动平衡校验，以消除转子质量上

的不平衡。动平衡是在专用的动平衡校验机上进行的，要注意的是做动平衡试验时要把

转子上所有的全部运动件都一起去做，不能有一点遗忘。

动平衡试验及调正绝不能做到完全平衡，残余的不平衡量总是存在的，残余不平衡量一般是用重心偏移量来规定的，另外对动不平衡量的规定当然也与工作轮的转速

有关，当转速为10,000r.p.m以上时重心偏移不得大于2μ面当转速小于100,000r.p.m

时重心偏移可允许在5μ以下。

三、轴向力及其平衡

作为压缩气体的工作轮，由于气流进入工作轮及排出工作轮的压力不同，则产生了在工作轮前后压力的不相等，这样就使得工作轮在转子轴向承有一个轴向力，这个轴向力将使得转子由高压侧向低压侧有一个运动。

平衡轴向力有几种方法简介如下：

⑴、采用平衡活塞来进行平衡：平衡活塞是安装在高压侧转子上的一种为了平衡一部

分轴向力的平衡装置。它的左侧是末段高压气体，右侧为由通气孔与大气压力或

吸入的压力。因而导致了转子轴向力的部分抵消使转子轴向力下降。

⑵、采用双面进气工作轮：双面进气的工作轮轴向力正好相互抵消，因此双面进气工

作轮不存在轴向力，。但是双面进气由于结构上的原因，只能在一级中使用，由于

双面进气就使得气体流道宽度增加，流量也增加，因此这种形式只能在气体流量

较大的压缩机上的第一级工作轮上使用，故具有一定的局限性。

⑶、利用工作轮，进气方向不同来抵消轴向力。其中1、2级工作轮与3级工作轮安装

不同。