轴流压缩机技术及应用

轴流压缩机技术及应用文档编制序号：[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]第一章概述本章介绍压缩机的分类、轴流压缩机的发展概况及技术术语。

第一节 压缩机械的分类轴流压缩机是气体压缩机械的一种形式。

按压缩气体的方式不同，压缩机通常分为两类：容积式压缩机透平式压缩机。

一般容积式压缩机宜用于中小流量的场合，透平式压缩机宜用于大流量的场合。

从能量的观点看，压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。

一、 容积式压缩机 容积式压缩机气体压力的提高，是利用气体容积的缩小来达到的。

二、透平式压缩机透平式压缩机是一种叶片旋转式机械，气体压力的提高是利用叶片和气体的相互作用来达到。

透平式压缩机的分类有下列几种：1、 按气流运动方向分类离心式——气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相垂直，也称径流是压缩机。

轴流式——气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相平行。

斜流式——气体在压缩机中的流动方向介于离心式和轴流式之间，流动方向与旋转轴成某一夹角。

复合式——指同一台压缩机内，同时具有轴流式与离心（斜流）式工作叶轮。

一般轴流在前，离心在后。

气体压缩机械 容积式 透平式回转式 罗茨式叶氏式螺杆式滑片式隔膜式柱塞式活塞式往复式 离心式轴流式斜流式复合式图1—1列出了透平式压缩机械的四种通流形式。

2、按压力分类透平式压缩机械按出口压力高低可分为通风机、鼓风机和压缩机。

通风机：指大气压在，温度为20℃，出口全压值小于15kPa(表压)的风机。

鼓风机——指升压在15kPa～200kPa(表压)之间压比大于小于3的风机。

压缩机——指升压大于200kPa(表压)或压比大于3的风机。

3、其他分类（1）按用途分类。

根据风机用于某种装置的名称或者在装置中的作用来命名分类。

如高炉鼓风机、催化裂化装置用风机、空气分离压缩机、锅炉引风机、烧结鼓风机等。

(2)按介质种类。

如分为氨气压缩机、氢气压缩机、氧气压缩机、天然气压缩机等。

透平机械：透平是外来语Turbine的音译技术名称，可译为涡轮机械，它泛指具有叶片或叶轮的动力机械。

如汽轮机、燃气轮机和水轮机（有时也称为蒸汽透平、燃气透平和水利透平）和风能装置中风力透平等。

对于具有叶片或叶轮的压缩机械，原则称为透平式压缩机和透平式泵。

透平机械中还包括液力透平传动装置，如液力偶合器等。

轴流式压缩机属于透平机械类。

有时也将汽轮机、燃气轮机和透平式压缩机统称为热力透平机械。

第二节轴流压缩机的发展概况在十九世纪，轴流式鼓风机已应用于矿山通风和冶金工业的鼓风。

但限于当时的理论研究和工业水平还很落后，这种风机的全压只有10～30mm H2O，效率仅达15～25%。

1853年都纳尔(Tournaire)向法国科学院提出了多级轴流压缩机的概念。

1884年英国.帕森斯(Parsons)将多级反动式透平反向旋转，得出了第一台轴流式压缩机，19级，流量85m3/min，压力·G，转速4000r/min，效率约60%。

由于效率低，故轴流式压缩机未能成功地推广应用。

从二十世纪三十年代开始，由于航空事业发展的需要，对航空燃气轮机进行了大量的理论和试验研究，特别是对轴流式压缩机的气体动力学的理论研究和平面叶栅吹风的试验研究，使轴流式压缩机的理论和设计方法不断完善，效率提高到80～85%。

从四十年代开始，轴流式压缩机已广泛应用于航空燃气轮机中，迄今仍占有很重要的地位。

现代轴流式压缩机的效率可高达89～91%，甚至更高。

瑞士苏尔寿(SULZER)公司是世界上轴流压缩机设计制造技术的先进代表。

1932年苏尔寿公司制造了世界上第一台增压锅炉使用的工业轴流压缩机，1945年苏尔寿公司制造了第一台轴流式高炉鼓风机，其流量为1200～1800m3/min，压力为78775～142179Pa(G)，转速为5200r/min，功率3900kw，由电动机驱动。

此后轴流式高炉鼓风机逐渐被采用，多为固定静叶式，有汽轮机驱动，通过改变汽轮机的转速来调节高炉使用工况。

这种压缩机的特点是稳定工况区较窄，而且在部分负荷时压缩机的效率比较低。

为了改善变工况时压缩机性能，瑞士BBC公司（苏尔寿公司前成员之一）研制了静叶可调机构，并于1960年制造出第一台静叶可调轴流式高炉鼓风机。

其优点是在压力不变的情况下，流量范围较宽而且变工况运行时效率降低不多，因而在大型高炉鼓风机中得到了广泛应用。

静叶可调机构的主要问题是解决静叶支撑轴承的可靠性和耐用性。

BBC公司采用了特殊的石墨轴承，在200℃的条件下进行了5×106次转动试验，轴承磨损只有18微米。

按每小时转动25次计算，轴承寿命可达20万小时，如果每年工作时间按8000小时计算，可使用25年以上，故可认为是足够可靠耐用的。

随着世界各国氧气炼钢的飞跃发展，轴流压缩机在大型空气分离装置中亦获得了广泛应用。

六十年代初期，日本日立公司在10000Nm3/h的制氧装置中采用了轴流压缩机，其空气流量为1083Nm3/h，出口压力为(G),功率为6300kw，压缩机为双缸，气缸间设有中间冷却器。

近代制氧机装置中的空气压缩机多采用轴流式加离心式的复合式机型，如瑞士苏尔寿公司的等温压缩机ARI型和德国GHH公司的AGR、AKF型。

静叶可调轴流压缩机具有效率高、适于大中流量和工况调节范围宽等特点，除了高炉、空分装置、炼油厂催化裂化装置、大型风源风洞、各种燃气轮机等传统用途外，随着石油、化工等行业的发展而不断扩大新的应用领域，如热压缩装置、液化天然气装置、制药及动力装置等。

在能源日益紧缺的今天，世界各国把节能作为一项重要工作来不断开发新技术和新工艺，其中电站增压流化床燃气/蒸汽联合循环发电装置(PFBC——CC)已从试验进入实验阶段，轴流压缩机作为增压锅炉主风机得到推广应用。

大型钢铁厂为提高综合热效率，也成功地研制了高炉煤气单燃气燃烧综合循环发电装置(CCPP)其中的煤气压缩机采用了轴流压缩机。

另外，以前300～700m3高炉鼓风机多采用效率较低和工况调节范围较窄的离心式鼓风机，由于轴流压缩机效率高、能耗低，以及没有放风损失，没有进口节流调节时压力损失等优点，现已广泛推广应用取代离心式压缩机。

我国的轴流压缩机发展起步较晚，也是从燃气轮机中是压缩机研究开始起步的，到二十世纪六十年代末期第一台试制成功，1970年开始投运。

该轴流压缩机为全部静叶固定，效率为85～86%。

1979年陕西鼓风机(集团)有限公司从已有五十多年轴流压缩机生产历史、具有世界先进水平的苏尔寿公司引进了轴流压缩机的专利和技术秘密，包括试验研究、气动设计、结构设计、强度计算、产品图纸、工艺文件、工装图纸、质量控制、检验文件、技术标准和设计与工艺等的全新计算机软件，为中国的轴流压缩机设计制造技术的发展揭开了新篇章。

通过对苏尔寿轴流压缩机技术消化、吸收、掌握、改进，到1986年完全实现国产化，设计、制造、加工水平完全符合国际有关通用标准以及用户的技术规范，实现了替代进口的目标并销往国外，先后为冶金、石油及化工、电站、制药和风动试验等行业设计制造了140多台套轴流压缩机产品。

目前，陕鼓集团已成为国内唯一独立设计、制造全静叶可调轴流压缩机的企业，其轴流压缩机技术处于国际先进水平，并未我国轴流压缩机的发展和设计应用起到了巨大推动作用。

第三节透平压缩机的主要术语和技术参数一、表征压缩机性能的主要技术参数1、介质压缩机设计时必须明确介质的种类及成分。

2、流量流量，又称风量，指单位时间内流经压缩机的气体量。

通常用容积流量和质量流量表示。

容积流量：指单位时间内流经压缩机的气体容积量。

用Q表示，常用单位m3/min。

用户提供容积流量，应注明容积流量所处位置，如进气管道(与大气连接处)，或压缩机进口法兰处，或压缩机排气法兰处，不注明一般按压缩机进口法兰处容积流量考虑。

标准状态容积流量，又称标态流量：指标准状态下（压力为101325N/m2,温度为0℃）的容积流量。

用Q N表示，常用单位Nm3/min。

质量流量：指单位时间内流经压缩机的气体质量。

用G表示，常用单位为kg/s。

如果忽略外泄量，则压缩机进口与出口处质量流量是相等的。

3、压力气体在单位面积的容器壁上所作用的力叫气体压力，其单位有mmH2O、mmHg、kg/cm2、Pa、bar、MPa等。

压力单位换算详见表1—1。

表1—1 压力单位换算表（1MPa =10bar =106Pa ）动压：单位体积气体流动时所具有的能量，用Pd 表示，Pd =p 2c 2静压：单位体积气体所具有的势能，垂直作用在壁面上，用Pst 表示。

全压：单位体积气体所具有的总能量。

全压等于动压和静压之和，用P 表示，即：P =Pd +Pst 。

表压力：用压力表测量所显示的压力。

在压力单位后用“g ”标注。

绝对压力：气体的真实压力，即表压加上当地大气压。

在压力单位后用“a ”标注。

进口压力：指压缩机进口法兰处的气体压力。

用P j 表示。

出口压力：指压缩机出口法兰处的气体压力。

用P c 表示。

压比：指压缩机出口压力和进口压力之比。

用“ε”表示。

ε=P c P j ⁄。

4、功率：单位时间所作的功叫功率，常用单位是Kw 。

有效功率：用来提高气体压力所消耗的功率。

用N 有表示。

内功率：用于提高气体压力和克服内损失（流动和泄漏）所消耗的功率。

用N i 表示。

轴功率：用于提高气体压力和克服内、外损失（机械损失）所消耗的功率，也就是驱动压缩机所需要的功率。

用N s 表示。

4、 效率：效率是评价透平压缩机质量的重要指标之一，用η表示。

效率是相对值，为因次量。

对透平压缩机来说，它表示气体通过压缩后，气体所获得的有效功与实际耗功的比值，即：η=气体获得的有效功实际耗功由于气体在压缩过程中要发生各种损失，所以效率总是小于1的。

多变效率：指多变压缩功h pol与实际总耗功h tot之比。

用ηpol表示。

绝热效率：指绝热压缩功h ad与实际总耗功h tot之比。

用ηad表示。

等温效率：指等温压缩功h is与实际总耗功h tot之比。

用ηis表示。

6、转速：指压缩机转子在单位时间内的转动速度，用n表示，其单位为r/min(转/分)。

7、温度一般用摄氏温度t（℃）表示，在工程计算中多采用绝对温度T（K）来表示，两者之间的换算关系为：T(K)=t(℃)+273.15每台压缩机必须标出其流量、压力、转速、功率等主要性能参数，并注明其进气条件（进气压力、温度、相对湿度）和介质种类。

二、主要术语1、标准状态：指压力为760mmHg，温度为0℃的干空气。

若为湿标态，须注明。

2、湿度：表示大气干湿程度的物理量。

3、绝对湿度：指单位体积空气中所含的水蒸气质量。

4、相对湿度：指空气中实际所含水蒸气密度和同温度下饱和水蒸气密度的百分比值。