离心压缩机基础知识

分类
（1）按轴的型式分：单轴多级式，一根轴上串联几个叶轮；双轴四级式，四个叶轮分别悬臂地装在两个小齿轮的两端，旋转靠电机通过大齿轮驱动小齿轮。
（2）按气缸的型式分：水平剖分式和垂直剖分式。
（3）按压缩介质分类：空气压缩机、氮气压缩机、氧气压缩机等。

特点与应用
? 优点
由于是连续旋转式机械，可以大大地提高进入其中的工质量，提高功率。所以，离心式压缩机的第一个特点是：功率大。
由于工质量可以提高，必然导致叶片转速的提高，所以第二个特点是高速性。
无往复运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单；
易损部件少，故障少、工作可靠、寿命长；
机组单位功的重量、体积及安装面积小；
机组的运行自动化程度高，调节范围广，且可连续无级调节；
在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度；
润滑油与介质基本上不接触，从而提高了冷凝器及蒸发器的传热性能；
对大型压缩机，可由蒸气动力机或燃气动力机直接带动，能源使用经济合理；

? 缺点
单机容量不能太小，否则会使气流流道太窄，影响流动效率；
因依靠速度能转化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机每级的压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩；
特别情况下，机器会发生喘振而不能正常工作；
离心压缩机的工作原理分析
? 常用名词解释
（1）级：每一级叶轮和与之相应配合的固定元件（如扩压器等）构成一个基本的单元，叫一个级。
（2）段：以中间冷却器隔开级的单元，叫段。这样以冷却器的多少可以将压缩机分成很多段。一段可以包括很多级。也可仅有一个级。
（4）进气状态：一般指进口处气体当时的温度、压力。
（7）表压（G）：以当地大气为基准所计量的压强。
（8）绝压（A）：以完全真空为基准所计量的压强。
（9）真空度：与当地大气负差值。
（10）压比：出口压力与进口压力的比值。

性能参数
? 离心压缩机的主要性能参数是流量、排气压力、有效功率、效率、轴功率、转速、压缩比和温度。
（1）流量：单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体量，通常以体积流量和质量流量两种方法来表示。
??? 体积流量是指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体体积，其单位为m?/s。因气体的体积随温度和压力的变化而变化，当流量以体积流量表示时，须注明温度和压力。
??? 质量流量是指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体质量，其单位为kg/s。
（2）排气压力:即指压缩机出口压力。
（3）有效功率：有效功率是指在气体的压缩过程中，叶轮对气

体所作的功，绝大部分转变为气体的能量，另有一部分能量损失，该损失基本上包括流动损失、轮阻损失和漏气损失三部分，我们将被压缩气体的能量与叶轮对气体所作功的比值称为有效功率。
（4）轴功率：离心式压缩机的转子在为气体升压提供有用功率，以及在气体升压过程中产生的流动损失功率、轮阻损失功率和漏气损失功率外，其本身也产生机械损失，即轴承的摩擦损失，这部分功率消耗约占总功率的2%~3%。如果有齿轮传动，则传动功率消耗同样存在，约占总功率的2%~3%。以上六个方面的功率消耗，都是在转子对气体作功的过程中产生的，它们的总和即为离心式压缩机的轴功率。轴功率是选择驱动机功率的依据。
（6）转速：转速是指压缩机转子旋转的速度。其单位是r/min。
（7）压缩比：出口压力与进口压力的比值。

离心压缩机基本结构
? 整套离心压缩机组是由电气、机械、润滑、冷却、控制等部分组成的一个系统。虽然由于输送的介质、压力和输气量的不同，而有许多种规格、型式和结构，但组成的基本元件大致是相同的，主要由转子、定子、和辅助设备等部件组成。

离心压缩机的转子
? 转子是离心压缩机的关键部件，它高速旋转。转子是由叶轮、主轴、平衡盘、推力盘等部件组成。
? 一、叶轮：叶轮也叫工作轮，是离心式压缩机的一个重要部件，气体在工作路轮中流动，其压力、流速都增加，同时气体的温度也升高。叶轮是离心式压缩机对气体作功的唯一元件。
1、在结构上叶轮典型的有三种型式：
（1）闭式叶轮：由轮盘、轮盖、叶片三部分组成。
（2）半开式式叶轮：无轮盖、只有轮盘、叶片。
（3）双面进气式叶轮：两套轮盖、两套叶片，共用一个轮盘。
2、叶轮的结构以叶片的弯曲形式来分
（1）前弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相同。叶片出口角＞90°
（2）后弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反，叶片出口角＜90°
（3）径向叶片式叶轮：叶片出口方向与叶轮半径方向一致，叶片出口角＝90°
叶轮(工作轮)叶轮是一个最重要的部件，通过叶轮将能量传递给气体，使气体的速度及压力都得到提高。

? 二、主轴
主轴的作用就是支撑安装其上的旋转零部件（叶轮、平衡盘等）及传递扭矩。设计轴确定尺寸时，不仅考虑轴的强度问题，而且要仔细计算轴的临界转速。所谓临界转速就是轴的转速等于轴的固有频率时的转速。
? 三、平衡盘，推力盘
在多级离心压缩机中，由于每级叶轮两侧的气体作用力不一致，就会使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力，我们称为轴

向力。轴向力对于压缩机的正常运转 是不利的，它使转子向一端窜动，甚至使转子与机壳相碰，发生事故。因此应设法平衡它，平衡盘就是利用它的两侧气体的压力差来平衡轴向力的零件。热套在主轴上，通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承来承受。
推力盘是固定在主轴上的止推轴承中的一部分，它的作用就是将转子剩余的轴向力通过油膜作用在止推轴承上，同时还确定了转子与固定元件的位置。

平衡盘
由于叶轮两侧的压力不相等，在转子上受到一个指向叶轮进口方向的轴向椎力。为了减少止推轴承的载荷，往往在末级之后设置一个平衡盘。因平衡盘左侧为高压，右侧与进气压力相通，因而形成一个相反的轴向推力，承担了大部分的轴向推力，减轻了止推轴承的负荷。

平衡鼓
大型离心式压缩机和离心泵的轴向力是相当大的，相应需要的平衡力也很大。在这种情况下，平衡盘自身的强度以及它跟轴的结合难以满足要求，因此在大型离心式压缩机和离心泵上通常使用有足够轴向厚度的平衡鼓结构。
平衡鼓和平衡盘平衡原理一致，结构相似，只是由于结构的原因，平衡鼓不能实现结构上自动调节。
在实际设计中也有采用“鼓+盘”的方式将两者的优势结合起来。
离心压缩机的定子
? 定子是压缩机的固定元件，由扩压器、弯道、回流器、蜗壳及机壳组成。
1、扩压器：扩压器的功能主要是使从叶轮出来的具有较大动能的气流减速，把气体动能有效地转化为压力能。?
扩压器一般分为：无叶扩压器 、叶片扩压器、 直壁式扩压器。
2、弯道：其作用使气流转弯进入回流器，气流在转弯时略有加速。
3、回流器：其作用使气流按所须方向均匀的进入下一级。
4、蜗壳：其主要作用是把扩压器后面或叶轮后面的气体汇集起来，并把他们引出压机机，流向输送管道或气体冷却器，此外，在会聚气体过程中，大多数情况下，由于蜗壳外径逐渐增大和流通面积的逐渐增大，也起到了一定的降速扩压作用。
作用是把扩压器流出的气体汇集起来排出去。由于外径和流通截面逐渐扩大，也起到使气流减速和扩压的作用。

5、轴承：
支撑轴承：用于支撑转子使其高速旋转。
止推轴承：作用是承受剩余的轴向力。
支撑轴承（又称径向轴承）
径向轴承为多油楔、压力润滑的可倾瓦块式轴承。压力油径向进入，通过小孔润滑瓦块和支撑块，然后向侧向排出。轴承由等距离分布在轴径圆周上的几个瓦块组成。瓦块是钢制的，内表面衬有巴氏合金，背面有凹进去的支撑座，相应地在瓦座上有支撑块。瓦面

与轴径及瓦座均为同心圆，而瓦块支撑座的圆弧曲率大于瓦座支撑块的圆弧曲率这样瓦背与瓦座在轴向上为线接触，以利于瓦块摇摆灵活更好地与转轴间形成油楔，但瓦块在轴向上并不能摆动。
? 这种轴承有如下优点：
进一步改善轴瓦中流体的动力学性能。
轴径圆周上受力均匀，因而运转平稳，以最大限度的吸收转子的径向振动。
轴承抗油膜振荡性能好。

止推轴承
离心压缩机在正常工作时，由于出入口存在的压差形成一指向低压侧（入口侧）的轴向推力。压缩机的平衡装置能平衡大部分的轴向力，残余轴向力则由止推轴承承担，其止推块称为主止推块。另外在启动时由于气流的冲击作用，往往产生一个反方向的轴向推力，使转子向高压侧窜动；为此在主推块的对面增设副止推块。这种型式的止推承称作双端面止推轴承。止推轴承一般安装压机吸入侧。

隔板与级间密封
隔板将压缩机的各级分隔开，并由相邻的面构成叶轮出口的扩压器、弯道和回流室。来自叶轮的气体在扩压器通道内将一部分动能转化为压力能并通过弯道和回流室到达下一级叶轮入口，气体在弯道和回流器的流动，可以认为压力和速度不变，仅改变气体的流动方向。隔板分为上、下两半，沿水平中心面分开。在隔板外圆圆周方向装有齿形密封圈，与安装在叶轮轮颈上的耐磨环构成梳齿密封，从而防止气体在级间串通。

离心压缩机安全保护系统
? 为了保证离心压缩机的安全稳定运行，必须设置一个完整的安全保护系统。
? 一、温度保护系统
观察、控制压缩机各缸、各段间的气体温度、冷却系统温度、润滑系统油温、主电机定子温度以及各轴承温度，当达到一定的规定值就发出声光讯号报警和联锁停机。


? 二、压力保护系统
? 观察、控制压缩机各缸、各段间的气体压力、冷却系统压力、润滑系统油压、当达到一定的规定值就发出声光讯号报警和联锁停机。
? 三、流量保护系统
观察、控制压缩机冷却系统水流量，当达到一定的规定值就发出声光讯号报警。


? 四、机械保护系统
? 1、轴向位移保护
? 离心式压缩机产生轴向位移，首先是由于有轴向力的存在。而轴向力的产生过程如下：在气体通过工作轮后，提高了压力，使工作轮前后承受着不同的气体压力。如果所有叶轮同向安装，则总轴向力相当可观。
? 从机组设计、制造、安装方面为了平衡压缩机的轴向力，通常采取了：
? （1）设置平衡盘 （2）设置止推轴承
? （3）采用双进气叶轮（4）叶轮背靠背安装。


? 但是在运行中由于平衡盘等密封件的磨损、间隙的增大、轴向

力的增加、推力轴承的负荷加大，或润滑油量的不足，油温的变化等原因，使推力瓦块很快磨损，转子发生窜动，静动件发生摩擦、碰撞、损坏机器。为此压缩机必须设置轴向位移保护系统，监视转子的轴向位置的变化，当转子的轴向位移达到一定规定值时就能发出声光讯号报警和联锁停机。
? 常见的轴向位移保护器的类型
? （1）电磁式（2）电触式（3）电涡流式（4）液压式
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? 2、机械振动保护
? 离心压缩机是高速运转的设备，运行中产生振动是不可避免的。但是振动值超出规定范围时的危害很大。对设备来说，引起机组静动件之间摩擦、磨损、疲劳断裂和紧固件的松脱，间接和直接发生事故。对操作人员来说，振动噪音和事故都会危害健康。故此，压缩机必须设置机械振动保护系统，当振动达到一定规定值时，就能发出声光讯号报警和联锁停机。
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? 目前，大型机组普遍应用了在线的微机处理技术，可以通过测量的数据进行采集、存储、处理、绘图、分析和诊断。为压缩机的运行维护、科学检修、专业管理提供可靠依据。
另外，我们还针对旋转设备应用手持式测振仪实行动态检测。

? 3、防喘振保护系统
? 离心压缩机是一种高速旋转的 叶片式机械，它的特性是在一定的转速下运行，随着输气量的改变，排气压力、功率消耗和效率也会相应发生变化，当压缩机在某个转速下运行。压缩机的流量减少到一定程度时，会出现喘振现象，对于离心式压缩机有着很严重的危害。造成：
? （1）压缩机性能恶化，工艺参数大幅波动。
? （2）对轴承产生冲击。


? （3）机组静动件碰撞，机器破坏。
? （4）密封破坏，尤其是氧气压缩机，严重时大量气体外逸，引起爆炸恶性事故。
? 为此，设置防喘振保护系统。目前大型压缩机组都设有手动和自动控制系统。即可自动和手动打开回流阀或放空阀，确保压缩机不发生喘振现象。

关于离心式压缩机的几个概念
? 喘振
所谓喘振是指当离心式压缩机的入口流量低于一特定值时压缩机的能量头不足以克服背压而在气道内形成的一种周期性往复振荡现象。
为了防止当压缩机工况发生变化时发生喘振现象，机组中须采取反喘振措施。即从压缩机出口旁通—部分气流直接进入压缩机的吸入口，加大它的吸入量，从而避免喘振现象的发生。
目前，在离心式压缩机上均采用独立的反喘振系统。系统根据出入口压力、温度计算出当前工况下的入口流量并与系统中的当前工况喘振流量进行比较，从而控制反喘振控制阀的开度。

临界转速
转轴的转速达到某一数值时，轴所

受的外力频率与轴的自振频率一致，将发生共振，此时轴的运转便不稳定而发生显著的反复变形。严重时将使轴、轴承、零件甚至于整个机械设备遭到破坏，轴共振时的转速称为临界转速，常用nc表示。
转轴的临界转速nc与转轴材料的弹性特性，轴的形状、尺寸、支承形式以及轴上圆盘动件质量有密切的关系。
轴在共振时的临界转速在理论上有无穷多个，可分为一阶、二阶、三阶……。工作转速高于一阶临界转速(nc1)的轴称为挠性轴，低于一阶临界转速的轴称为刚性轴。
烯烃工厂所有的泵均为刚性轴，不需要考虑临界转速的影响。压缩机则全是挠性轴，由于高于一阶的其他阶次临界转速都远高于工作转速，所以实际运行中只考虑一阶临界转速，我们常说的临界转速也只指一阶临界转速。
压缩机决不允许在临界转速上运行，在压缩机的转速控制系统中，临界转速的±5%区域均不允许停留。