离心式压缩机相关知识

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离 心 式 压 缩 机
林昌基
1 压缩机的用途

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压缩机是一种压缩气体,提高气体压力或输送气 体的机器,广泛应用于化工企业各部门,主要用 途是: ①压缩气体用于输送,如远程煤气输送和气体的 装瓶。 ②压缩气体作为动力,如压缩空气驱动各种风动 机械、风动工具;用于控制仪表和自动化装置等。 ③压缩气体用于制冷和气体分离,如氨和氟里昂 制冷、空气分离等。 ④压缩气体用于气体的合成和聚合,如氨的合成、 甲醇的合成、尿素的合成和乙烯的聚合。 ⑤压缩气体用于油的加氢精制,如重油的轻化和 润滑油的加氢精制。
水平剖分式
垂直剖分式(桶式)
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3.2 离心式压缩机的原理
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离心式气压机是依靠高速旋转的叶轮所产生 的离心力来压缩气体的。由于气体在叶轮中的运 动方向是沿着垂直于气压机轴的径向进行的,因 此叫离心式气压机。
linchangji 3.3 离心式压缩机的一些基本概念
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国内著名的透平压缩机生产厂主要有:
沈阳鼓风机厂 陕西鼓风机厂 上海压缩机有限公司 无锡压缩机有限公司 柳州空压机集团有限公司

3.4离心式压缩机的型号

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沈阳鼓风机厂 2MCL458—3 2:段数(2段) MCL:气缸为水平剖分 45: 45×10mm 叶轮直径 8:级数(8级) 3:设计序号(第3次设计)

linchangji (4)在一定转速下,当流量减少到一定值时,压缩 机便开始喘振,不能正常工作,该流量称为喘振 流量,该点称为喘振点。各转速下喘振点连结起 来,便构成喘振线。压缩机流量不能等于或小于 喘振流量规定值,否则便发生喘振。

(5)防护曲线(防喘振边界线):为了防止喘振, 保证运行的安全,一般最小流量限比喘振流量 大,留有5%的流量裕度,叫防喘裕度。防喘 振线就是将最小流量限用曲线连结起来,此曲 线叫防护曲线或防喘边界线。
(1)每个转速下都有一条对应的 性能曲线,当转速一定时,流 量增加,出口压力减少;流量 减少,排气压力增加。流量一 定时,转速越高,排气压力越 高;转速越高,性能曲线越向 右上方移动。 (2)随着转速的增加,性能曲线 变得越来越陡。
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linchangji (3)转速一定,流量增加,排气压力降低,当流量 增加到一定程度时,压力成直线下降,这就是最大 流量的限制。
旋转脱离有时也可能在某几个叶道中同时产 生。不同的级发生旋转脱离时,其分离团的数目 、旋转移动角速度等是各不相同的。随着流量的 继续减小,旋转分离团的数目可能增多。在叶片 扩压器中同样存在旋转脱离,而且旋转脱离往往 首先在叶片扩压器中发生,然后影响到叶轮,并 遍及整个流道。旋转脱离的出现,使级的进、出 口气体的压力、流量及速度等参数产生较强烈的 脉动,且对叶片有周期性的交变作用力,导致叶 片发生振动,机器的噪声也明显增大。
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上述分析表明,旋转脱离是喘振的前奏,而 喘振是旋转脱离进一步恶化的结果。出现喘振的 内因是流量达到最小流量Qmin,气流的边界层 严重分离;外因是管网中积蓄着高于级(或机) 的排气压力,造成气体倒流。
防止喘振的措施
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由于喘振的危害性很大,压缩机在运行中应严格 防止发生喘振,防止喘振的措施有以下几方面 (1)压缩机应备有标明喘振界限的性能曲线。为安全 考虑应在喘振线的流量大出5-10%的位置上加一条防喘 振警戒线,以提醒操作者的注意。最好设置测量与显 示系统,用屏幕显示工况点的位置,严加注意工况点 接近喘振线。
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流入A叶道的气流使进气正冲角有所减小,叶 片非工作面侧原有的分离情况得到缓解;而在工作 面侧有小片分离区存在,但在二次涡流的作用下, 分离区不易扩大,从而使叶道A的流动得到改善。 流入C叶道的气流促使进气正冲角更加增大,使C 叶道的叶片非工作面侧发生严重分离。C叶道的严 重分离则又使该叶道进口前缘气流向相邻的B、D 叶道分流,使叶道B分离情况缓解,而D叶道分离 情况恶化。依此类推,分离区(或称分离团)是以 和叶轮旋转方向相反的方向旋转移动的。
3.3.4有效功率、内漏损失功率和 轮阻损失功率
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叶轮对气体作功,使气体获得能量头,同时 由于叶轮内漏和轮阻的存在,也产生了叶轮漏损 能量头和轮阻能量头,这样叶轮在输送气体时, 对气体所作的功,就有有效功、内漏损失功和轮 阻损失功等3种功耗,3种功耗之和为总功耗,则 叶轮对流过的单位重量气体所消耗的功率,也有 有效功率、内漏损失功率和轮阻损失功率之分。
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容积式中的往复式
容积式中的往复式
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容积式中的回转式
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速度式
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3 离心式压缩机
离心式压缩机的作用是对流过的气
流提高压力。
3.1 离心式压缩机的结构
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3.3.5轴功率的含义
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叶轮对气体作功,为气体升压提供有效功率,在气体 升压过程中,同时也产生了叶轮的内漏损失功率和轮阻损 失功率,离心式压缩机的转子,在为气体升压提供以上3 种功率时,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,一般要占总功率的2~3%。如有齿轮传 动,则传动功率消耗同样存在,且约占总功率的2~3% 。以上5个方面的功率消耗,都是在转子转动,并在对气 体作功的过程中产生的,因此,离心式压缩机的轴功率, 包括有效功率、内漏损失功率、轮阻损失功率以及机械损 失和传动损失功率等5个方面的内容。 离心式压缩机的轴功率,是选择驱动机功率容量的依 据,一般情况下取原动机功率为轴功率的1.05~1.10倍。
3.3.1级:离心式压缩机使气体压力增高的主要部 件是叶轮和扩压器,一个叶轮和扩压器就构成离 心式压缩机的一个级,级是离心式压缩机的基本 单元。 3.3.2段:气体经过几级压缩后就必须送到中间冷 却器中去等压散热降温,这几个不对引出冷却的 级称为一个段。

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3.3.3流量
流量是单位时间内,通过压缩机流道的气体量,通 常以容积流量和重量流量等两种方式表示。 (1)容积流量 容积流量是单位时间内通过压缩机流道的气体的体 积量。单位为m3/min或m3/h。 (2)重量流量 重量流量是工艺计算中经常碰到的单位,如果已知 气体的体积流量,则重量流量可用气体介质容积流量乘 以气体介质的密度。它的单位常用的有kg/s。
linchangji 实验证明,这种分离区的旋转移动角速度 ω′小 于叶轮的角速度ω,ω′约为1/2ω或1/3ω不等。所以 ,在绝对运动中,分离区以ω-ω′的角速度旋转,其 方向与叶轮旋转的方向相同。这种现象通常称为旋 转脱离。因为分离区也称为失速区,故旋转脱离也 称为旋转失速。
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离心压缩机的喘振
当压缩机的气量减少到一定程度,由于 体积流量不足,引起瞬时的周期性的气体回 流,伴随着低沉的噪音和强烈的震动,使压 缩机操作极不稳定,这种现象称为喘振或飞 动。
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产生喘振现象的原因,首先从级内的流动来考虑 在以设计转速转动的叶轮中,如级的进口流量 等于设计流量,叶片入口气流角和叶片的进口安装 角基本相等,此时冲角等于零。当因某种原因使进 气量减小,此时冲角△β>0,当进气量减小到某一 值后,叶道进口气流的方向就和叶片进口安装角很 不一致,使冲角大大增加,叶片非工作面气流边界 层严重分离。
linchangji 当进入叶轮的气量小于额定流量时,在流道 内会形成旋涡,产生气流分离现象。在流量进一 步减少到某一值时,气流的分离区扩大到整个流 道,产生严重的旋转脱离,使压缩机的出口压力 突然下降,无法向管路压送气体。
这时,具有较高压力的管路气流就会倒流进 入叶轮,直至两者的压力相等,压缩机又恢复正 常工作,重新向管路压送气体,但这样又使叶轮 流量减小,气流分离重新发生,管路气体又倒回 来,再一次重复上述过程,如此,周而复始地进 行,使压缩机和其后的连接管线产生周期性的气 流震荡现象,引起转子动应力的增加,机组强烈 振动和压缩机的不稳定运行。
3.3.5轴功率的含义
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离心式压缩机的轴功率,包括有效功
率、内漏损失功率、轮阻损失功率以 及机械损失和传动损失功率等5个方面 的内容。
离心式压缩机的轴功率,是选择驱动
机功率容量的依据,一般情况下取原 动机功率为轴功率的1.05~1.10倍。
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3.3.6压缩比
2 压缩机的种类

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按作用原理分类可将压缩机分为容积式和速度式 (透平式): 容积式压缩机靠在气缸作往复运动的活塞或旋转 运动的转子来改变工作容积,从而使气体体积缩 小而提高气体的压力,即压力的提高是依靠直接 将气体体积压缩来实现的。 速度式压缩机靠高速旋转叶轮的作用,提高气体 的压力和速度,然后在固定元件中使一部分气体 的速度转变为气体的压力能,即借助高速旋转叶 轮的作用,首先使气体分子得到一个很高的速度, 然后在扩压器中使速度降下来,把动能转化为压 力能。
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linchangji (6)压缩机的稳定工作区:压缩机在流量上有最大 流量和最小流量限制;压力方面有最大压力限制; 转速有最大转速限制,一般压缩机允许短期超速到 设计转速的105%~110%;柔性轴必须跳过一阶临 界转速,并留有一定的安全裕量,一般为30%左右 。压缩机的稳定工作区为最大压力限、最大流量限 、防喘边界线(防护曲线)和最小转速限所围成的工 况运行区,如图2-18所示。
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陕西鼓风机厂
DA120—6
2 DA:机器种类(离心式压缩机) 120:设计排气量(吸入状态下的体 积流量为120m3/min) 6:级数(6级) 2:设计序号(第2次设计)
离心压缩机的特性曲线

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特性曲线是反映其流量、压缩比、功率和效率相互关系 的曲线,离心机转速可以在很大范围内调节,对应每个 转速都有不同的特性。 由特性曲线可得出下列结论:
linchangji 如果流量再进一步减小,叶道中若干个分离团 就会联在一起,成为一个大的分离团,它可占据叶 道的大部分通流面积,甚至整个流道都产生分离现 象。这时级的性能出现突变,性能曲线变得不连续 或中断,排出压力大幅度下降。但级(或机)是与 管网联合工作的,管网具有一定容积,而且气体具 有可压缩性,当级(或机)出口压力突然下降时, 管网中的压力反而大于出口压力,于是气流由管网 向级(或机)内倒流,并把级内的气体冲出级前。 由于叶轮仍在旋转,气流又将进入级中,再次发生 叶道严重分离与倒流。于是级中时而正流,时而倒 流,并导致压缩机发生强烈振动,致使无法正常工 作。这种周而复始的低频率、高振幅的气流振荡现 象称为喘振。
压缩比,就是指压缩机排出压力与吸 入压力之比,所以有时也称压力比或压比 ,压缩比越大,离心式压缩机所需级数就 越多,其功耗也越大。
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国外著名的透平压缩机生产厂主要有:

日本有七家:日立(Hitachi)、三井、三菱 (Mitsubishi)、川崎、石川岛(IHI)、荏原(EBRARA) 和神钢; 美国有七家:德莱赛兰(DRESSER-RAND)、英格索 兰、埃理奥特(ELLIOTT)、库柏(Cooper)、通用电 气动力部(原来的意大利新比隆Nuovo Pignone公司)、 美国A-C压缩机公司和阿里斯; 德国有二家:西门子工业(原来的德马格-德拉瓦)、 盖哈哈-波尔西克(GHH-BORSIG)…… 瑞士有一家:苏尔寿(SULZER) 瑞典有一家:阿特拉斯(ATLAS COPCO) 还有意大利的新比隆,国内有厂家引进过他们的技 术。
由于各叶片型线加工和叶片安装的情况不可完 全相同,叶道进口气流的流动也存在不均匀性,因 此叶道中气流边界层的严重分离不可能在所有叶道 同时发生。假设严重分离首先发生在叶道B中,此 时叶道B被严重堵塞,有效通流截面大为变窄,在 叶道B的进口前缘形成了气流低速区。低速区的气 流由于受到阻塞的影响而只得向两侧分流,如图216所示。
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