空分配套的透平压缩机讲义全

空分配套的透平压缩机

一，简述

深冷法的空气分离设备中，必须配套有各种用途的压缩机。可以粗分为压送原料空气的空压机，压送产品氧气的氧压机，压送产品氮气的氮压机三大机组，在压缩流程和液体设备中还有对循环气体进行增压的循环压缩机。其他还可能有仪表空气压缩机，氩气压缩机，氦气压缩机等。

对于定指的空分设备，不是所有的压缩机都需要配置。需配置的压缩机的品种，数量和类型是由流程和用途来决定的，但是原料空气压缩机是每套空分必须配置的，因为它是外压缩流程空分设备原料和能量的唯一来源（压缩流程空分的部分能量是由循环压缩机提供的）。

压缩机的种类有很多，在空分领域用得比较多的有离心式压缩机、活塞式压缩机、螺杆式压缩机、轴流式压缩机等，这些压缩机从压缩原理上可分为速度式和容积式两种。

空分工艺流程组织者根据空分设备工艺流程所要求的流量，压力等参数和各种压缩机的参数适用围确定选用压缩机的类型。一般地，原料空气流量在5000Nm3/h（相当于一千空分）及以上和原料空气流量在300000 Nm3/h（相当于六万空分）以下的原料空气压缩机选用离心式。原料空气流量大于300000 Nm3/h的原料空气压缩机采用轴流加离心式(有的离心式机型可做到空气流量最大达600000 Nm3/h)。原料空气流量在5000 Nm3/h以下的原料空气压缩机采用螺杆式或活塞式等容积式压缩机。

离心、轴流等速度式压缩机由于气体压缩部分静动元件无接触，无须润滑，可以做到绝对无油和少维修。螺杆和活塞等容积式压缩机难以做到这点。

二，离心式压缩机的工作原理

离心式压缩机基本工作原理是由装于轴上带有叶片的工作轮（叶轮）在驱动机的驱动下作高速旋转，叶片对气体作功使气体获得动能，经扩压流动后转变为压力能，从而提高气体压力，同时气体温度也相应升高。经过多级组合，也可以有中间冷却的多段组合，甚至多缸组合压缩，获得气体所需的终压要求。

图1-1为典型的离心压缩机简图。气体由吸气室吸入，经过叶轮做功获得能量，使气体的压力、速度提高，并同时提高气体温度，然后进入扩压器扩压，使速度降低，

压力进一步提高。弯道和回流器主要起导向作用，使气流顺利进入下一级继续压缩，最后由末级出来的高压气体经蜗壳和出气管排出。由于气体在压缩过程中温度会逐渐升高，而气体在高温下压缩会消耗更大的压缩功，因此对于压比较高的离心式压缩机，在压缩过程中往往增设中间冷却器，即由某中间级出口的高温气体，不直接进入下一级，而是引至冷却器进行冷却，冷却后的低温气体再进入下一级压缩。

三，离心式压缩机的典型结构

离心式压缩机有单轴型结构的，即同缸的叶轮装在同一根主轴上的两个支承轴承之间，以同一转速旋转。单轴型离心式压缩机又有一些不同的种类，如图1-2为单轴等温型压缩机，其特点是一级一冷却，获得气体所需的终压耗费的压缩功较小。图1-3为单轴多级型压缩机，

其

特点是两次冷却之间的级数不止一级，适用于比热比较小或音速受限制的气体。图1-4a为整体齿轮型压缩机（双轴），图1-4b为整体齿轮型压缩机（三轴），其特点是一根轴一个转速，可以使每个叶轮处于最佳的比转速，最佳的线速度，可以充分发挥每个叶轮的能力，轴向进气也使叶轮效率较高。因此整体齿轮型压缩机近几年的发展较快。

图1-5为英格索兰的多轴型压缩机结构，其特点与整体齿轮型压缩机类似，但它没有蜗壳，并将气体冷却器集成于排气结构上，使整体结构更紧凑。

上述种类的离心式压缩机在空气分离设备中均获得了广泛应用。

四，离心式压缩机的基本组成

无认何种型式的离心式压缩机，都是由各种零件组成。我们将各种组成零件分成两大类：可以转动的零、部件统称为转子，不能转动的零、部件统称为静子或固定元件。气流在各种零、部件相互之间构成的流道中流动，在某些零、部件中获得能量，提高压力和流速；在某些零、部件中进行扩压，提高静压；在某些零、部件中整理流场，为后续工作服务。

（一），转子

转子是离心式压缩机的主要部件，它是由叶轮、主轴、轴套、平衡盘、齿轮轴、推力盘等组成。

1，叶轮

叶轮是离心式压缩机最重要的部件，气体流过高速旋转的叶轮时由于叶片的推动作用，气体跟着叶轮高速旋转获得速度，以及在叶轮流道中的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力、速度均获得提高。因此，可

以认为叶轮是气体获得能量的唯一途径。

离心叶轮按结构型式一般分闭式叶轮和半开式叶轮两种：①由轮盘、轮盖和叶片组成为闭式叶轮；②由轮盘和叶片组成为半开式叶轮。

离心叶轮按叶片形状一般分一元叶轮、二元叶轮和三元叶轮三种：一元叶轮在压缩机中已不用；二元叶轮的叶片为非空间扭曲的：三元叶轮的叶片比较复杂，叶片面是扭曲的空间曲面。若空间曲面的母线是直线则称为直纹面叶轮，这种叶轮可以侧铣加工；若空间曲面没有直线母线则称为自由曲面叶轮，这种叶轮只能点接触加工或压模压制叶片然后焊接。

离心叶轮按工艺方法又可分为铆接叶轮、焊接叶轮、铣制焊接叶轮、整体铣制叶轮、钎接叶轮、整体铸造叶轮等。

2，主轴或齿轮轴

主轴或齿轮轴上安装了所有的旋转零件。它的作用是支承旋转零件和传递扭矩。

3，平衡盘

在多级离心式压缩机中，由于每个叶轮两侧的气体作用力不同，使叶轮具有非零的轴向力，这个力一般指向叶轮进口，而各叶轮的排列无法完全平衡这些轴向力，其合力就是转子的轴向力，若轴向力太大，设置的止推轴承无法承受，则对离心式压缩机的正常运转不利。因此，我们就在转子上设置一平衡盘，它一般位于高压端。平衡盘的外径是迷宫密封，密封前面是高压，密封后面的腔（平衡腔）接入压缩机进口等低压区域，形成平衡盘前后的压力差，依靠压力差，在平衡盘上产生一与叶轮轴向力之和相反的轴向力与之平衡，从而降低转子轴向力。通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余轴向力由设置的止推轴承承受，这样能使转子在变工况和其余外加力的影响下不会产生轴向串动，使压缩机能稳定运行。

（二），静子或固定元件

静子或固定元件不能转动。一般包括机壳（或箱体）、进口导叶、进气室、扩压器、弯道、回流器、蜗壳、轴承和密封等。

1，机壳（或箱体）

对于单轴型离心式压缩机，机壳容纳了离心式压缩机所有零、部件，也包容了所压缩的气体。它是静子中最大的零件，通常是铸造或焊接的，高压离心式压缩机为圆筒形锻钢。压力不太高的机壳一般有水平剖分面，以便于装配及检修。上下机壳用定位销定位，用螺栓连接。吸气室和蜗壳可以部分或全部由机壳形成。

对于整体齿轮式压缩机，没有一个完全独立的机壳包容所有零、部