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钳工集中培训讲义离心压缩机2007年8月本章主要讲述离心式压缩机的工作原理、分类、型号，总体结构，各种流量损失，功率和效率，离心压缩机性能曲线的特点及性能调节，离心压缩机中的工况及喘振，主要零部件的作用及结构、原理，特别是轴承和密封部分。离心压缩机开停车注意事项，以及离心压缩机维护。另结合考试穿插讲一部分有关的知识。第一部分压缩机概述泵和压缩机是输送流体的机器。流体是气体和液体的统称。两者的共同点是：没有固定形状，随盛装容器而定。不同点是：液体是不可压缩流体，气体是可压缩流体。泵是输送液体的机器。压缩机是输送气体的机器。压缩机是给气体增加能量的机器。用来输送气体或提高气体的压力。压缩机的作用：1压缩气体作为动力。如：风动工具、仪表自动化控制。2用于制冷或把气体分离。如：制冷机（冰机）、石油裂解气的分离。3用于合成及聚合。如：氮与氢合成氨、高压聚乙烯。4用于气体输送。如：天然气远程输送。压缩机的分类：按工作原理分为容积型和速度型两大类。1容积型靠工作室容积周期性的变化实现对气体的压缩和输送。它又分为两类：活塞式液环式往复式柱塞式回转式滑片式隔膜式转子式螺杆式2速度型靠叶片高速旋转，使气体得到很大的速度能，再把速度能转换成压力能的机器。按气体排出的流动方向分为：离心式气体沿叶片径向排出。速度型轴流式气体沿叶片轴向排出。混流式气体沿轴向45˚排出。图1－1活塞式图1－2罗茨式图1－3滑片式图1－4螺杆式图1－5离心式图1－6斜流式机图1－7轴流式机械图1－8横流式第二部分离心压缩机一概述1离心式风机的分类。根据排气压力的高低，可分为：通风机，排气压力低于0。015MPa(或小于1500mm水柱)鼓风机，排气压力在0。015—0。35MPa压缩机，排气压力高于0.35MPa图1－9喷射式2离心式压缩机的分类。根据结构分为：水平剖分型、筒型、等温型三种。注：等温型是把各级叶轮压缩的气体，通过级间冷却器冷却后再导入下一级的一种压缩机。3离心压缩机的工作原理一般说，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子间的距离。为了达到这个目标，除了采用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法以外，还有一种用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件(高速回转的叶轮)对气体作功，使气体在离心场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩张流道中流动时这部分动能又转变成静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。4型号目前国家还没有统一的标准编号办法，各生产厂家自行编号。常用的:DA□—□□设计顺序号；叶轮级数；第一级吸入状态下的流量；m³/min离心压缩机的标志。例如：DA220—72吸入状态下气体的流量为220m³/min，压缩机级数为7级，第二次设计的离心压缩机。DA350—61吸入状态下气体的流量为350m³/min，压缩机级数为6级，第一次设计的离心压缩机。还有：□□-□□叶轮数量叶轮直径cm壳体结构型式段数（1不标）结构型式代号：MCL---壳体为水平剖分式BCL---壳体为垂直剖分式例如：2MCL—4562段压缩，壳体为水平剖分，叶轮直径45cm，叶轮数量6只。其它的还有：DH是双轴四级压缩，VK是双轴三级压缩。5离心式压缩机的优缺点：（同往复式比）优点：（1）、离心式压缩机的气量大，结构筒单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。（2）、运转平稳，操作可靠，运转率高，摩擦件少，因之备件需用量少，维护费用及人员少。（3）、在化工流程中，离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。（4）、离心式压缩机为一种回转运动的机器，它适宜于工业汽轮机或燃汽轮机直接拖动。对一般大型化工厂，常用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力，为热能综合利用提供了可能。缺点（1）、离心式压缩机目前还不适用于气量太小及压比过高的场合。（2）、离心式压缩机的稳定工况区较窄，其气量调节虽较方便，但经济性较差。（3）、目前离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低5-10%，因能量损失大。注：压缩比---出口与进口绝对压力之比。二、离心压缩机的总体结构离心式压缩机由转子及定子两大部分组成。转子包括主轴，固定在轴上的叶轮、轴套、平衡盘、推力盘及联轴节等零部件。定子则有气缸，定位于缸体上的各种隔板以及轴承等零部件。在转子轴端及转子与定子之间需要密封气体之处还设有密封元件。在压缩机的每段里，一般是由几个或一个压缩机级所组成。每个级是由一个叶轮及其相配合的固定元件所组成。固定元件有吸气室、扩压器、弯道、回流器及蜗壳等组成。图8-1离心式压缩机纵剖面结构图1:吸气室2:叶轮3:扩压器4:弯道5:回流器6:涡室7，8:密封9:隔板密封10:轮盖密封11:平衡盘12:推力盘13:联轴节14:卡环15:主轴16:机壳17:轴承18:推力轴承19:隔板20:导流叶片三、离心压缩机的基本方程1速度三角形由于叶轮作高速旋转而带动气体随着叶轮作圆周方向的运动（圆周速度u），又由于离心力的作用，气体沿着叶片从叶轮的进口流到叶轮的出口，气流对叶轮作相对运动(相对速度w)。对固定不动的机壳来说，气体在做绝对运动(绝对速度C)。绝对速度C等于圆周速度u和相对速度w的矢量和。即：C=u+w后向叶片叶轮的速度三角形四、离心压缩机的功率和效率离心压缩机中的损失可以分成流动损失，泄漏损失，轮阻损失和机械损失，其中流动损失引起压力的降低，泄漏损失引起流量的减少，轮阻损失和外部机械损失则必多耗功。1流道损失气体在吸气室、叶轮、扩压器、弯道和回流器等元件中流动时产生的损失。包括流动损失和冲击损失。而流动损失又包括摩擦损失、边界层分离损失、局部损失和尾迹损失。（1）摩擦损失---气体在流动过程中，气体之间、与叶轮、轮盖、扩压器等器壁之间产生摩擦而损失的能量。（2）边界层分离损失---在减速增压的通道中，近壁边界层容易增厚，甚至形成分离旋涡巨流，从而造成分离损失。如图所示：边界层分离示意图（3）尾迹损失---由于实际叶片具有一定厚度，气体从叶片之间的流道流出时，产生涡流所造成的损失。（4）冲击损失---当气体流量大于或小于压缩机设计流量时，因为气流进入叶轮和扩压器时与叶片的进口角不一致，所以气流与叶轮和扩压器发生冲击，引起边界层分离而产生的损失，称为冲击损失。不同冲角下叶轮流道中气流分离情况2轮阻损失叶轮是在气体中作高速旋转运动，叶轮的轮盘和轮盖两侧与气体发生摩擦而引起的能量损失。3漏气损失由于内部之间或向外部漏气所造成的能量损失。4功率和效率A有效功率Ne-有效容积流量Q的气体通过压缩机后增加的总能量。B内功率Ni-实际消耗于气体上的功率。C轴功率Ns-压缩机输入的功率为轴功率Ns。D原动机的输出功率-原动机的额定功率一般为Ne≥1.3Nz。五、离心压缩机的性能曲线1级的性能曲线—指气体流过该级时所得到的压力比ε、效率η及功率N随该级的进气量Qj而变化的曲线。即ε-Qj、η-Qj、N-Qj的曲线。这些曲线是由试验测得。2离心压缩机的性能曲线---与级的曲线类似。指整机的压力比ε、效率η及功率N随进口气体流量Q而变化的曲线。也是由试验测得。3压缩机性能曲线的特点：压力比ε随着流量的增加而下降。功率和效率随着流量的增加而增加，当达到某一流量时，流量再增加则功率和效率下降。4管路特性曲线---当管路与设备情况一定时，即管路两端的压力、管路尺寸、长度、管件个数及尺寸、阀门的开启程度都一定时，气体流过管路时对每千克气体所需的功与单位时间流过该管路的气量Q之间的关系曲线Hi-Q（也可用管端压力与气体流量表示，即P-Q曲线）。5离心压缩机的工作点把压缩机的性能曲线Pκ-Qj同管路特性曲线Pe-Qj画在同一坐标上，横轴以Qj表示，纵轴以压力P表示，则两曲线的交点M即为压缩机的工作点。当压缩机和管路的性能曲线一定时，压缩机只能在两曲线的焦点M工作。最佳工况点：通常将曲线上效率最高点称为最佳工况点，一般应是该机器设计计算的工况点。在最佳工况点左右两边的各工况点，其效率均有所降低。6喘振喘振又叫“飞动”，是离心压缩机的一种特殊现象。压缩机有一个最小设计流量，当实际工作流量小于最小流量一定程度时，气流进入叶片的方向与叶片进口角度不一致，即冲角I0这时在叶片的非工作面产生气体分离（旋转分离）。当冲角达到某一值时，旋转分离区域联成一片，占据流道。压缩机不再排气，管路中气体就会倒回来，弥补流量不足，经叶轮压缩重新流出。这一股气打出后，流量又没了，气体又倒回来。这样周而复始的改变流向，机器和管线中就会产生“低频高振幅”的压力脉动，并发出如“牛吼叫”般的噪音。这实际上是气流在交替倒流和排气时产生的强大的气流冲击。这种冲击引起机器强烈的振动，如不及时采取措施，将使压缩机遭到严重破坏。这就是“喘振”离心压缩机的喘振一般是由叶片扩压器中气流边界层分离，并扩及整个流道所引起的。喘振的特征:“低频高振幅”的压力脉动，声音有如牛吼。7离心压缩机的三种工况（1）喘振工况—-最小流量时的工况。(2)阻塞工况（滞止工况）—最大流量时的工况。造成这种工况有两种可能：一是级中流道中某喉部处气流达到临界状态，这时气体的容积流量已是最大值，任凭压缩机背压再降低，流量也不可能再增加，这种情况称为“阻塞”工况。另一种情况是流道内并未达到临界状态，即未出现“阻塞”工况，但压缩机在偌大的流量下，机内流动损失很大，所能提供的排气压力已很小，几乎接近零能头，仅够用来克服排气管的流动阻力以维持这样大的流量，这也是压缩机的最大流量工况。（3）正常工况--喘振工况与滞止工况之间的工作范围。8离心压缩机的工作点与喘振的关系。离心压缩机的ε-Q曲线是一条在气量不为零处有一最高点的曲线。最高点右侧称为稳定工作区，左侧称为不稳定工作区（喘振区）。最高点所对应的气量为压缩机喘振的最小流量Qjmin。9影响、产生喘振的因素。当压缩机的性能曲线与管网性能曲线两者或两者之一发生变化时，交点就要变动，也就是说压缩机的工况将有变化，从而出现变工况操作。离心压缩机的特性曲线（ε-Q）与压缩机的转速、介质的性质及εεε20℃50℃进气状态有关。性能曲线的变化如图所示。离心压缩机的变工况有时并不是在人们有意识的直接控制下（例如调节阀门等）发生的，而是间接地接受到生产系统乃至驱动机的意外干扰而发生。化工厂离心式压缩机经常发生意料之外的喘振。举例如下。a、某压缩机原来进气温度为20℃，工作点在A点（见图a），因生产中冷却器出了故障，使来气温度剧增到60℃，这时压缩机突然出现了喘振。其原因，就是因为进气温度升高，使压缩机的性能曲线下移，由线1下降为1’，而管网性能曲线未变，压缩机的工作点变到A’点，此点如果落在喘振线上，就会出现喘振。b、某压缩机原在图b所示的A点正常运行，后来由于某种原因，进气管被异物堵塞而出现了喘振。分析其原因就是因为进气管被堵，压缩机进气压力从Pj下降为Pj’使机器性能曲线下降到1’线，管网性能曲线无变化，于是工作点变到A’，落入喘振线所致。c、某压缩机原在转速为n1下正常运行，工况点为A点（见图C）。后来因为生产中高压蒸汽供应不足，作为驱动机的蒸汽轮机的转速下降到n2，这时压缩机的工作点A’落到喘振区，因此产生喘振。此外，还有因为气体分子量改变而导致喘振的事例。分子量减小，ε60℃20℃εεPjPjn1n2压缩机的性能曲线将向左下方移动，如进入喘振区，就会发生喘振。以上几种情况都是因压缩机性能曲线下移而导致喘振的，管网性能并未改变。有时候则是因为管网性能曲线发生变化（例如曲线上移或变陡）而造成喘振。管网性能变化造成喘振的情况图某压缩机原在A’点工作(见图6-13),后来因为生产系统出现不稳定,管网中压力大幅度上升，管网性能曲线由2上移到线2’（此时压缩机的性能曲线未变），于是压缩机出现了喘振。还有一种类似情况就是当把排气管阀门关得太小时，管网性能曲线变陡，一旦使压缩机的工作点落入喘振区，喘振就突然发生。当某种原因使压缩机和管网的性能都发生变化时，只要最终结果是两曲线的交点落在喘振区内，就会突然出现喘振。譬如说在离心压缩机开车过程（升速和升压）