压缩机组系统

离心压缩机组系统离心压缩机组目前已经广泛应用在炼油化工行业当中，并对整个生产运行起着非常重要的作用。压缩机的驱动方式一般分为电机驱动和汽轮机驱动两种，化工行业中采用汽轮机驱动压缩机占大多数，因此在这里主要介绍汽轮机驱动的压缩机组。压缩机组包括主要设备和辅助系统，主要设备为压缩机和汽轮机，而辅助系统包括油路系统、凝汽系统、轴端密封系统、防喘振系统、监测及自保系统等。一、主要设备1.1离心压缩机1.1.1工作原理透平带动压缩机主轴叶轮高速转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进气部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，还可以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。级间的串联通过弯通，回流器来实现。有的压缩机，气体从气缸中间排出，到缸外进行冷却后，再回到气缸内继续进行压缩，这样中间排出又返回的称为二段压缩，有的压缩机一个缸体中可以包含好几个段。1.1.2性能特点（1）离心式压缩机的气量大，结构简单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。（2）运转平衡，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。但是，离心式压缩机也还存在一些缺点。（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。1.1.3组成结构离心式压缩机由转子部分和定子部分组成。1.1.3.1转子部分转子是压缩机的关键部件，称为做功部件，它高速旋转，通过旋转对气体做功，使气体获得压力能和速度能。转子主要由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、定距套、轴承、联轴器等零件组成。（1）主轴主轴的作用是支承旋转零件并传递扭矩。转子上的各零部件红套在主轴上，随主轴高速旋转。（2）叶轮叶轮是离心压缩机中唯一对气流做功的元件。其主要由轮盘、轮盖和叶片等组成。气体在叶轮叶片的作用下随叶轮高速旋转，产生离心力。气体受旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使气体压力得到提高。（3）平衡盘平衡盘是压缩机安置在高压端（末级叶轮后面）的圆盘，两侧气体压差产生的轴向推力通过它来抵消大部分转子轴向力。平衡盘的外缘与气缸间设有迷宫密封，使平衡盘两侧保持压力差，一侧受到末级叶轮出口气体压力（高压）的作用，另一侧与进气室连通，气体压力接近进气压力（低压）。为了避免工作时转子来回窜动，它只平衡大部分轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受。（4）推力盘推力盘是将剩余的轴向力传递给推力轴承的圆盘。可倾瓦推力轴承的推力瓦块安装与推力盘左右两侧，形成主推力侧和副推力侧，以便承载压缩机开机或正常运行时产生的轴向力。（5）定距套定距套是将各转子零部件在主轴上定位的元件。（6）联轴器联轴器是用于将压缩机转子与驱动源透平转子相连接的零件。由于离心压缩机具有高速回转、大功率以及运转时难免有一定振动的特点，所用的联轴器既要能够传递大扭矩，又要允许径向及轴向有少许位移，联轴器分齿型联轴器、膜片联轴器和盘膜联轴器等，目前常用的是膜片式联轴器，该联轴器具有无油润滑、无磨损、热补偿性好、自动对中性好等特点。1.1.3.2定子部分定子部分主要由气缸、隔板、密封（级间密封和轴密封）、进气室、蜗壳和轴承等组成。其中隔板由扩压器、弯道及回流器等组成。（1）气缸气缸是压缩机的壳体，又称机壳。由壳身和进、排气室构成，气缸上，装有隔板、密封体、轴承体等零部件。离心式压缩机的壳体结构主要有水平剖分型和垂直剖分型两种。水平剖分型的壳体分为上、下两半，是用途最广泛的一种结构形式；垂直剖分型也称筒型，壳体是圆柱形的整体，两端采用封头。气体压力比较低的多采用水平剖分型气缸，气体压力较高或易泄漏的，要采用筒型缸体。（2）隔板是形成固定元件的气体通道，根据隔板在压缩机中所处的位置，隔板有4种类型：进气隔板、中间隔板、段间隔板和排气隔板。进气隔板和气缸形成进气室，将气体导流到第一级叶轮入口。中间隔板作用一是形成扩压器，二是形成弯道（与气缸一起）和回流器。段间隔板是为了分隔两段的排气口或进气口。排气隔板除了与末级叶轮前隔板形成扩压器外，还要与气缸形成排气室（蜗壳）。（3）扩压器气体从叶轮流出时仍具有较高的流动速度，为了充分利用这部分速度能，在叶轮出口处设置了流通面积逐渐扩大的固定元件即为扩压器，以提高气体的压力。（4）弯道和回流器弯道和回流器的作用是把从扩压器出来的气体引导到下一级叶轮，在扩压器后设置了引导气流拐弯的弯道。（5）密封离心压缩机密封分内密封和外密封两种。内密封是指级间密封，主要采用的是迷宫密封，防止气体在级间倒流，安装在各级叶轮进口与隔板轴孔处；外密封为轴端密封，主要采用干气密封，防止压缩气体外漏和润滑油窜入气缸。（6）进气室进气室是把需要压缩的气体，以及通过进气管道或中间冷却器的出口，均匀地引入工作叶轮中。压缩机的每段第一级进口都需设置进气室。（7）蜗壳蜗壳的主要作用是把扩压器后面或叶轮后面流出的气体汇集起来并引出压缩机，进入气体管道或进入冷却器冷却。同时，也可以对气流起到一定的降速扩压作用。（8）轴承离心式压缩机中的轴承分为径向轴承和推力轴承两类。径向轴承的作用是承受转子重量和由于振动等原因引起的附加径向载荷，保证转子转动中心和气缸中心一致，并使其在一定转速下正常旋转；止推轴承的作用是承受转子的剩余轴向力，限制转子的轴向窜动，保持转子在气缸中的轴向位置，它通常安装在转子的低压端。1.2汽轮机1.2.1工作原理汽轮机也称透平，是利用水蒸气的热能来作功的旋转式热能动力机械。从过热器出来的高温高压过热蒸汽，流经汽轮机后，蒸汽在喷嘴中和动叶片中不断膨胀将热能转变为动能，进而在动叶中又将动能转化为机械功，由汽轮机的轴端输出，用于驱动压缩机。1.2.2性能特点（1）使用领域宽广，易实现转速调节，具有较大的转速调节范围。（2）转速高，变转速范围大，转速范围可达3000~16000r/min，可用来直接驱动工作机械。（3）适用于各种工作环境，满足防尘、防爆和防腐蚀等特殊要求，无易燃、易爆危险。（4）根据用户要求，不同的转速、功率、进、抽和排气压力、温度计流量等技术参数，可选择不同的机组布置方式。（5）蒸汽来源稳定、操作可靠、运行安全平稳、效率高，并能利用工厂余热。1.2.3组成结构汽轮机分为静止部分和转动部分。1.2.3.1静止部分汽轮机静止部分主要包括汽缸、喷嘴、导叶持环（或隔板）、汽封、轴承、滑销系统、主汽阀、调节汽阀等。（1）汽缸汽缸是汽轮机通流部分的包容体，用来支撑汽轮机的隔板、导叶持环、调节汽阀等部件。其另一个作用是把通流部分与大气隔开，形成密闭的汽室，保证蒸汽在汽轮机内完成能量转换过程。一般汽缸分为上汽缸和下汽缸两部分，水平中分面法兰用螺栓连接，汽缸体是通过猫爪支撑在机座上。（2）喷嘴汽轮机的喷嘴又叫静叶片，是将蒸汽的热能转变为高速汽流的动能，并使汽流以一定的方向从喷嘴喷出，进入动叶片，推动叶轮旋转作功。在汽轮机第一级喷嘴直接安装在汽缸的喷嘴室上，并多个喷嘴组合在一起，构成一个扇形喷嘴弧段的喷嘴组，又称调节级喷嘴。喷嘴组受到调节汽阀的控制，每个调节汽阀阀口对应一组喷嘴组，用来调节汽轮机的进汽量。而第一级以后的喷嘴通常安装在隔板上。（3）导叶持环和隔板导叶持环也称内缸，是用来安装静叶片、汽封等部件，其内部的钩型槽用于安装导叶（静叶），导叶与转子动叶片构成汽轮机的级。隔板是汽轮机各级之间的间壁，用以固定静叶片和阻止级间漏汽，并将汽轮机通流部分分隔成若干个级。隔板分为上、下两半隔板，在上、下隔板的接合面处，配有密封键，在装配时起定位和密封的作用。（4）汽封为了防止汽轮机动、静部分发生碰磨和减少蒸汽泄漏，提高汽轮机的经济性能，在汽轮机的轴端、级间、段间、围带及平衡活塞处设有汽封。根据汽封在汽轮机中所处的工作部位不同可分为：轴端汽封、隔板汽封和叶片汽封。一般汽轮机采用梳齿迷宫式汽封。（5）轴承汽轮机的轴承与压缩机的轴承结构及作用一样，同样分为径向轴承和推力轴承，用于支撑转子和承受轴向力。（6）滑销系统汽轮机在启动、停机和运行时，汽缸的温度变化很大，因而汽缸要发生相应的热胀冷缩。为保证汽缸受热时能沿着给定的方向自由的膨胀，并保持汽缸中心与转子中心相一致，所以在汽缸、轴承座和支座间均设有滑销系统。根据滑销系统的布置，一般将汽轮机的“死点”设置在低压排汽缸排汽口的中心线或其附近，当汽轮机受热膨胀时排汽端悬挂的冷凝器位置则不发生移动。汽轮机在受热膨胀时，汽缸轴向由“死点”沿轴向向前端膨胀，将前轴承座推向前端，而推力轴承所在的位置是转子相对汽缸的相对膨胀“死点”，转子在受热膨胀时以推力轴承为相对死点向排汽端的方向膨胀。（7）主汽阀主汽阀也称速关阀，使蒸汽进入汽轮机并能迅速关闭的阀门，是主蒸汽管道与汽轮机之间的主切断阀，装在调节汽阀之前。在汽轮机启动和运行中主汽阀处于全开状态，当机组出现紧急状态时能迅速切断汽轮机的进汽，使机组迅速停机。主汽阀一般有手动和自动两种。手动主汽阀上设有手轮，可手动开启或关闭主汽阀，这种主汽阀具有一定的调节作用，在开机冲转汽轮机转速低于调速器控制转速时，可用主汽阀进行节流调节转速，当汽轮机转速达到调速器控制范围后，则由调速器控制调节汽阀的开度来调节进汽量。汽轮机正常运行时，主汽阀处于全开位置，是靠控制油克服阀内弹簧力而保持全开状态，在控制油压失压时，可迅速关闭主汽阀切断汽源。（8）调节汽阀调节汽阀是用以调节进入汽轮机的蒸汽量，使其与汽轮机负荷相适应。调节汽阀主要由调节阀、传动机构和油动机三部分组成。当调节汽轮机的蒸汽进量时，通过控制油使错油门和油动机动作，并带动杠杆和阀杆升降提板，改变阀口的打开数量及其开度，控制汽轮机的进汽量。1.2.3.2转动部分汽轮机的转动部分总称为转子。汽轮机转子是所有转动部件的组合体，主要由主轴、叶轮或转鼓、动叶片、平衡活塞、止推盘、危机保安器、盘车器、联轴器等部件组成。（1）转子的结构型式汽轮机转子一般采用鼓式转子，整个转子由前段、中间部分和后段三大部分组成。前段包括危急遮断器、轴向位移遮断凸肩、推力盘、前轴颈、前汽封段及平衡活塞。中间部分是叶片段，包括调节级叶轮和转鼓段（反动级叶片）。后段包括后端汽封、后轴颈、盘车棘轮、联轴器及后平衡面。鼓式转子结构简单，弯曲刚性大，由于反动式汽轮机的轴向推力较大，所以鼓式转子一般都带有平衡活塞，用来平衡轴向力。（2）叶轮装有动叶片的轮盘成为叶轮，由轮缘、轮毂和轮体三部分组成。轮缘中开有周向的叶根槽或周向的叶根槽，其形状取决于也根的型式。轮毂是叶轮与转子的连接部分，为了减少内孔的应力而加厚，其内表面通常开有键槽。轮毂的形状都是等厚的，套装在叶轮轮毂内孔的应力很大，所以厚度较厚，以减少内孔处的应力。轮体是轮缘与轮毂连成一体的中间部分，高、中压级叶轮的轮体上通常开有平衡孔。（3）动叶片固定在汽轮机轮盘或转子上的叶片称为动叶片，也称工作叶片。动叶片主要由叶根、叶型和叶顶但部分组成。叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分。叶顶部分是指叶顶处将叶片连接成组的围带和在叶型部分将叶片连接成组的拉筋。汽轮机高压段的动叶片一般都装有围带，低压段多设有拉筋。二、辅助系统2.1油路系统压缩机组都有油系统，用来供给机组各轴承、联轴器润滑和冷却以及汽轮机的调节系统供油，保证机组安全平稳的运行。2.1.1油系统作用（1）向压缩机组各轴承提供润滑油，在轴颈与轴承之间形成油膜，以减少摩擦损失，同时带走轴承因摩擦所产生的热量及由转子传来的热量。（2）向汽轮机调节系统和保护