离心压缩机基础知识

向力相反的平衡力P。为避免启动、停车和运转时转
子产生过大的轴向窜动，在设计平衡盘时，不要将转 子上的轴向力完全平衡掉，而保持10kN左右的残留轴 向力，由轴向推力轴承承受，使转子得到轴向定位。
离心压缩机的轴承结构及润滑系统
径向轴承（支承轴承）
作用 承受转子的重力和由于振动等原因引起的附加径向载 荷，以保持转子的转动中心和气缸中心一致，并使其 在一定转速下正常运行。
➢ 压缩功
H pol
pd ps
vdp
m m
1
RTs
pd ps
m1
m
1
mR m 1
Td
Ts
➢ 多变压缩过程方程
pvm psvsm pd vd m const
m
pd ps
Td Ts
m1
离心压缩机的工作原理
级效率
pol
H pol
Htot
Cd 2
2
Cs2
压缩功 可用能头
离心压缩机的工作原理
离心压缩机的性能曲线及操作调节
➢ 性能曲线
一般情况，压缩机的 特性曲线由进口流 量、进气压力、进 气温度及工作转速 等四个独立变量决 定。
离心压缩机的性能曲线及操作调节
✓ 喘振工况：当压缩机进口流量减小到某一值（称为最小流 量）时，离心压缩机就产生强烈的振动及噪音，无法稳定 工作。出现喘振的根本原因是压缩机的流量过小，小于压 缩机的最小流量导致机内出现严重的气体旋转脱离；外因 是管网的压力高于压缩机所提供的排压，造成气体倒流， 并产生大幅度的气流脉动。
然后送往二段转化炉，使甲烷氧化得到氢气。 （3）氮氢合成气压缩机：一是把新鲜的氮氢合成气由2.6MPa压
缩到合成气压力；二是将从合成它反映出来的并经过冷却的 循环气增压到合成气压力。合成反应的压力视工艺而定，低 压流程为15MPa，中压流程为24MPa，高压流程为32MPa。 （4）氨压缩机：以氨作为制冷剂，经压缩机压缩到1.7MPa左右， 送往冷凝器中液化。 （5）二氧化碳压缩机：将合成氨车间脱硫工段来的常压CO2气， 加压到尿素合成压力（15MPa左右），然后送到尿素车间的 气提塔进行反应，生成尿素。
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离心压缩机基础知识
约翰克兰鼎名密封（天津）有限公司
离心压缩机基础知识
▪ 离心压缩机的基本结构 ▪ 离心压缩机的特点 ▪ 离心压缩机在石油、化工上的应用 ▪ 离心压缩机的主要性能参数及型号 ▪ 离心压缩机的工作原理 ▪ 离心压缩机的性能曲线及操作调节 ▪ 高速转子轴临界转速基本概念 ▪ 离心压缩机的轴向力平衡 ▪ 离心压缩机的轴承结构及润滑系统
离心压缩机的轴向力平衡
离心压缩机的轴向力平衡
➢ 设置平衡盘
在离心压缩机中设置平衡盘，是一种常用的平衡轴
向力的方法。平衡盘一般安装在高压端，pz 位于最后一
级叶轮之后，它的一侧受到末级叶轮出口气体压力 的作用；另一侧与机器的进气管相接，气体的压力接 近进气压力 pin 。由于平衡盘的外缘与气缸间设有迷宫 密封，使平衡盘两侧保持压差，产生一个与转子的轴
缺点 ➢ 单级压力比比较低 ➢ 不宜用于流量太小的场合 ➢ 热效率低于往复式压缩机 ➢ 安全防护措施要求高
离心压缩机在石油、化工上的应用
石油炼制
（1）催化、焦化装置富气压缩机（组分复杂、介质脏）： 将分馏塔顶油气经冷却和分离的催化富气吸入，增压至 1.0～1.6MP，再进入吸收解吸塔，以使气体中的碳三、 碳四馏份吸收，而乙烷以下的轻组分被气提出来。
离心压缩机的轴承结构及润滑系统
离心压缩机的轴承结构及润滑系统
油膜振荡 在轴颈发生涡动后，如果继续提高转速，并达到转子第 一阶临界转速时，这种涡动就受到更猛烈的同步振荡 （共振）的影响和激励，振幅增大。当转速超过临界转 速后，共振消失，涡动又重新出现。可是当转速达到两 倍第一阶临界转速时，半速涡动角速度恰好等于转子的 第一阶临界转速，即 q。 这n1 时因涡动频率和转子的固 有频率重合，转子 — 轴承系统发生激烈的振动，这就 是通常所说的油膜振荡。 油膜振荡的振幅（可达100～200μm以上）要比半速涡 动时的振幅大得多，会很快发生局部油膜破裂，引起轴 颈与轴瓦摩擦，轴承温度的突然升高，导致转子和轴承 的损坏。一旦发生油膜振荡，它就保持第一阶临界转速 的频率不变，不再随转子转速的升高而变化。因此，机 器设计时要求 n 。2nc1
离心压缩机的工作原理
离心压缩机的工作原理
基本方程 连续性方程、欧拉方程、焓值方程、伯努利方程、
压缩功计算式、压缩过程方程 ➢ 焓值方程
Htot
k k 1(Td
Ts )
Cd 2
Cs2 2
➢ 伯努利方程
Htot
pd ps
vdp
Cd 2
Cs2 2
(Hhyd )sd
Hl
Hdf
离心压缩机的工作原理
产生轴向力的原因主要有两个：一是叶轮两侧间隙内 气体压力分布不对称，使作用在叶轮两侧的力不平衡所产
生的轴向力F1 ；二是由于气体以速度沿轴向进入叶轮，而
后又改为径向流入叶道，气流速度大小和方向的改变，使
气流对叶轮作用一个轴向反动力F2，它与F1的方向相反。
作用在转子上的总轴向力为各级轴向力的代数和，正常工 作时轴向力的方向是指向叶轮入口的低压端。
高速转子轴临界转速基本概念
高速转子轴临界转速基本概念
✓ 转子的临界转速（即横向弯曲振动的自振频率）有多个，与 系统自由度数目有关。把临界转速中最小的叫一阶临界转速， 从小到大，依次为二阶临界转速，三阶临界转速等。
✓ 根据工作转速小于还是大于一阶临界转速，把轴分成刚性轴 和挠性轴。轴的工作转速低于一阶临界转速称为刚性轴；轴 的工作转速大于一阶临界转速称为挠性轴。
离心压缩机的基本结构
基本结构 （1）转子：主轴以及装在主轴上的叶轮、平衡盘、推力盘、
联轴器、轴端密封的旋转组件、轴套、紧固件等。 （2）定子：机壳、扩压器、弯道、回流器、蜗壳、隔板、
轴端密封的静止组件、级间密封、轮盖密封、支持轴承 和止推轴承等。 （3）辅助系统：驱动机系统（电动机与增速器、汽轮机、 烟气轮机、燃气轮机）、冷却系统（包括中间冷却器、 末端冷却器等）、润滑系统（包括油站、高位油箱等）、 电气控制系统和自动调节及安全防护系统。自动调节及 安全防护系统的功能包括全机组流量、压力、温度、转 子振动与转子轴向位移等物理量的监测，压缩机出口流 量和压力的自动调节，防喘振保护调节与机组启动、停 机逻辑联锁控制等等。
✓ 最大流量工况：一是级的流道中某喉部气体流速达到音速， 气体的容积流量达到最大值（称堵塞工况）；二是流道内 并未达到音速，但在很大的流量下，机内的流动损失非常 大，几乎占据了叶轮提供的全部能量，压缩机的压力比接 近于1。
离心压缩机的性能曲线及操作调节
➢ 特性曲线变化规律 转速改变、入口温度变化、气体常数变化
工作原理 轴颈中心与轴承孔中心不重合，存在一定偏心距，轴 颈与轴承工作表面沿周向形成楔形间隙，轴颈高速旋 转时，润滑油被带入楔形间隙内，从大截面向小截面 流动，产生流体动压力，实现流体动压润滑。
离心压缩机的轴承结构及润滑系统
离心压缩机的轴承结构及润滑系统
半速涡动（油膜半频振荡）
对于高速轻载转子，当转速增加到某一值时，流体 动压力增大，受外界干扰，轴颈中心偏离原来的平衡 位置，此时油膜压力的合力不再与外载荷平衡，形成 一个合力，在该和力的切向分力的作用下，轴颈中心 将按轴的旋转方向绕平衡位置涡动。轴心涡动的角速 度为转子转动角速度的一半或略低，即，故轴心涡动 常称为半速涡动或油膜半频振荡。开始发生半速涡动 的转速称为失稳转速，该失稳的角速度用表示。
离心压缩机的轴承结构及润滑系统
常用结构：可倾瓦轴承（活支多瓦轴承）
在上轴套和下轴套内装有可以自动调节其倾斜角的 多个活动瓦块，瓦块内表面覆有轴承合金。可倾轴承 的每个瓦块都可以产生油楔，使轴颈多方受力，理论 上每个瓦块的油膜合力通过轴颈中心，作用在轴颈上 的力是均称分布的，使轴颈稳定在轴承中心；即使有 外界干扰，载荷失去平衡，这是瓦块可以偏转，使每 个瓦块作用在轴颈上的油膜力自动调整到与外界载荷 平衡的位置，从而消除了构成轴颈维持振荡的因素。 因此。可倾瓦轴承不易产生油膜振荡，具有很高的抗 振性能，同时对载荷变化和转速变化的适应能力强。
离心压缩机的主要性能参数及型号
主要性能参数
流量（进口容积流量、进口质量流量）、出口压力、轴功率、 效率（多变效率、绝热效率、等温效率）、转速。
型号 压缩机型号由一组字母和一组数字表示，字母表示压缩机的
结构型式，MCL表示型壳体水平剖分（适用于低中压工 况），叶轮顺排；BCL表示壳体垂直剖分（适用于高压工 况）；2MCL型表示水平剖分型，叶轮对称布置。数字表 示叶轮外径（单位为cm）及级数（最末一位数字）。如 BCL407，壳体垂直剖分型，叶轮外径400mm，共7级。
➢ 离心压缩机工况的调节 进口节流调节（改变压缩机特性） 改变转速调节
离心压缩机的性能曲线及操作调节
离心压缩机的性能曲线及操作调节Biblioteka 离心压缩机的性能曲线及操作调节
高速转子轴临界转速基本概念
由于材料及加工装配等的影响，转子轴的轴心与质心 不可能绝对重合，总有一定的偏心距存在。高速回转时， 转子轴在受到转子质心偏移产生的离心惯性力这一周期性 的激振力作用下，轴系要产生强迫振动。其强迫振动的频 率即为转子的转速。当轴的工作转速与转子轴横向弯曲振 动的自振频率相等时，转子将产生共振，机器出现剧烈振 动，短时间内可能使机器损坏，此时的转速即为转子的临 界转速。
离心压缩机的轴向力平衡
离心压缩机的轴向力平衡
轴向力的平衡方法 ➢ 叶轮对成排列
因为单级单吸叶轮轴向力的方向是指向低压侧的， 若叶轮按级或按段对称排列，这是轴向力将基本 上互相抵消，使总的轴向力大大降低。2MCL型 压缩机就是叶轮按段对称排列的。这种平衡方法 可靠，但机壳的结构和管路的布置较为复杂。