离心压缩机简介

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。

从能量观点来看：压缩机是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。

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；

透平式压缩机气体压力的提高是利用叶轮和气体的相互作用来达到。

按气体压缩方式：

按气流运动方向：

离心式—气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相垂直。

轴流式—气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相平行。

复合式—在同一台压缩机内，同时具有轴流式与离心式工作叶轮，一般轴流在前，离心在后。

按压力高低分类：

通风机：指大气压在101.325Kpa，温度为20℃,出口全压值小于15 Kpa（表压）的风机。

鼓风机：指升压在15 Kpa~200Kpa（表压）之间或压比大于1.15小于3的风机。

压缩机：指升压大于200 Kpa（表压）或压比大于3的风机。

工作原理：气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体做功，使气体压力、速度、温度提高。然后流入扩压器，使速度降低，压力提高。弯道和回流器主要起导向作用，使气体流入下一级继续压缩。最后，由末级出来的高压气体经涡室和出气管输出。

离心式压缩机零件很多，这些零件又根据它们的作用组成各种部件。我们把离心式压缩机中可以转动的零部件统称为转子，不能转动的零、部件称为静子。

结构及部件：

主轴：主轴上安装所有的旋转零件，它的作用就是支持旋转零件及传递转矩，因此主轴应该具有一定强度与刚度。主轴的轴线也就确定了各旋转零件的几何轴线。

叶轮：叶轮也称为工作轮，它是压缩机中最重要的一个部件。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮做高速的旋转。而气体由于受旋转离心力的作用以及在叶轮里的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力得到了提高。此外，气体的速度能也同样在叶轮里得到了提高。因此可以认为叶轮是使气体提高能量的唯一途径。

隔套：隔套热装在轴上，它们把叶轮固定在适当的位置上，而且能保护没装叶轮部分的轴，使轴避免与气体相接触，同时也起到导流的作用。

平衡盘：平衡盘就是利用它的两边气体压力差来平衡轴向力的零件。它位于高压端，它的一侧压力约为末级出口压力(高压)，另一侧连通进气管（低压）由于平衡盘也是用热套法套在主轴上。上述两侧压力差就使转子受到一个与轴向力反向的力。其大小决定于平衡盘的受力面积。通常，平衡盘只平衡一部分轴向力。剩余的轴向力由止推盘（止推轴承）承受。

机壳：机壳也称为气缸、机壳是静子中最大的零件。通常是用铸铁或铸钢浇铸出来的。机壳一般有水平中分面，以便于装配、检修。

吸气室、蜗壳也是机壳的一部分，它的作用是把气体均匀地引入叶轮，然后顺畅地导出机壳。

扩压器：气体从叶轮流出时，它具有较高的流动速度，为了充分利用这部分速度能，常常在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体的压力。

扩压器一般有无叶型、叶片型、直壁型扩压器等多种形式。

弯道及回流器：多级离心式压缩机中，气体欲进入下一级就必须拐弯，为此要采用弯道。弯道是由机壳和隔板构成的弯环形通道空间。回流器的作用是使气流按所需要的方向均匀地进入下一级。它由隔板和导流叶片组成。

蜗室：蜗室的主要目的是把扩压器后面或叶轮后面的气体汇集起来，把气体引导到压缩机外面去，使它流到气体输送管线或流到冷却器去进行冷却。此外，在汇集气体的过程中，在大多数情况下，由于蜗室外径的逐渐增大和通流截面的渐渐扩大，也对气流起到一定的降速扩压作用。

具有自动调心平衡外载和抑制油膜自激涡动,抗振性能好，不易产生油膜振荡。

压缩机辅助系统：

润滑油系统：压缩机的润滑油系统在压缩机安全运行的过程中起着重要的作用。它不仅仅使压缩机运行时各摩擦部位得到充分的润滑，而且降低了各部件接触面的负荷，还使得压缩机运行摩擦产生的热量有效地扩散。还能减少设备的腐蚀，降低设备的故障率，从而使压缩机的使用寿命得以延长。

润滑油作用：密封、润滑、冲洗、冷却、减震、卸荷、保护。

密封系统：

内密封：

迷宫密封：是一种由一系列节流齿隙和膨胀空腔构成的非接触密封形式，主要用于密封气体介质。

结构形式：在固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴的端部设置密封件，采用梳齿式（迷宫式）密封。

特点：

适应高温、高压、高转速场合。

结构简单，性能稳定可靠。

广泛用作为蒸汽透平、燃气透平、离心式压缩机、鼓风机等热力机械的轴端密封或级间密封。

缺点是泄漏大。

工作原理：利用节流原理，减小通流截面积，经多次节流减压，使在压差作用下的漏气量尽量减小。即通过产生的压力降来平衡密封装置前后的压力差。

减小齿逢间隙；增加密封齿数；

加大齿片间的空腔和流道的曲折程度。

干气密封：

气膜密封：依靠几微米的气体薄膜润滑的机械密封，也称为干气密封。

与其它密封相比，气膜密封可省去密封油系统。

泄漏量少、磨损小、寿命长、能耗低，操作简单可靠，被密封的流体不受油污染。

结构：和传统上的液相用机械密封有相似的剖面外形，特别之处在于动环表面加工出一系列沟槽（深度一般为0.0025～0.01mm），这些沟槽在轴旋转时可对气体的溢出有抑制作用，当气体压力与弹簧力平衡后，在动静环间形成气膜使动静环互不接触。

工作原理：密封气体注入密封装置后，动静环均受到流体的静压力作用。当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切，产生动压力，气体从外缘流向中心，而密封坝抑制气体流动，气体压力升高，动静环分开，当气体压力与弹簧恢复平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，密封工艺气体。

双端面干气密封：

适用于不允许工艺气泄漏到大气中，但允许密封气（例如氮气）进入机内的工况 。

串联干气密封：

适用于不允许工艺气泄漏到大气中，也不允许密封气进入机内的工况。

盘车系统：

冲击式盘车装置：

盘车装置的作用：如果机组在热态停机，转子不再转动，在冷却过程中，会因受力不均出现转子弯曲，这种弯曲导致转子偏心，动平衡被破坏，再重新启动时会造成明显震动，引起叶片、气封的严重损坏，同时震动也会使滑动轴承过早的磨损。

如果停车冷却阶段中，让转子连续转动均匀冷却，就会避免上述情况，冲击式盘车装置就是在每个运转周期使汽轮机转子旋转一定的角度，满足这个条件。

利用电磁阀改变液压油的流向，使之按照一定时间间隔注入油缸活塞上部与下部，带动活塞上下移动，通过棘轮系统将活塞的往复运动转化成主轴的旋转，达到盘车目的。

喘振是离心式压缩机固有的特性，当离心式压缩机的进口流量小到某一值（喘振值）时，就会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速，压缩机的进出口压力和流量会发生周期性的大幅度波动，引起压缩机组的强烈振动并发出风的吼叫声，这种现象叫做压缩机的喘振。

喘振的特征：

喘振时压缩机工作极不稳定 ，气动参数会出现周期性的波动，振幅大，频率低，同时平均排气压力值下降。喘振时有强烈的周期性气流噪声，出现气流吼叫声。喘振时机器强烈振动，机体、轴承等振幅急剧增加。

喘振的危害：

喘振原因：

系统压力升高：系统压力大于压缩机出口压力，使压缩机出口流量降低至喘振流量以下，气体倒流回压缩机，形成喘振。

介质密度改变：

压缩介质密度突然发生大幅变化，在一定压力下，引起出口压力流量下降，造成喘振。

喘振的防治：

防喘振控制系统：

喘振控制策略：

安全裕度：喘振线与控制线的差称为安全裕度；

工作裕度：工作点与喘振点的差称为工作裕度。

如果系统检测到工作点越过喘振线，表示喘振已经发生，喘振控制线将被右移一个校准量，一般为2～4%，用以提高安全裕度。

当工作点在喘振控制线右方时，防喘振控制器的设定点（盘旋点）按照一定速率跟踪当前工作点（2%/s），二者偏离距离可设置，一般为5%左右，当工作点向左侧喘振区移动越过跟踪区间（越过盘旋点）则防喘振阀打开，起到预防喘振的作用。

临界转速：

临界转速：转子在运转中都会发生振动，转子的振幅随转速的增大而增大，到某一转速时振幅达到最大值（也就是平常所说的共振），超过这一转速后振幅随转速增大逐渐减少，且稳定于某一范围内，这一转子振幅最大的转速称为转子的临界转速。这个转速等于转子的固有频率，当转速继续增大，接近2倍固有频率时振幅又会增大，当转速等于2倍固有频率时称为二阶（级）临界转速 ，依次类推有三阶、四阶…

离心压缩机轴的额定工作转速高于或者低于转子的一阶临界转速，n1，或者介于一阶临界转速n1与二阶临界转速n2之间。前者称作刚性轴，后者称作柔性轴。

刚性轴要求： n ≤ 0.7n1

柔性轴要求： 1.3nl≤n≤0.7n2

对于柔性轴，机组升速过程需要快速通过临界转速区间。

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