离心式压缩机
离心压缩机的使用及维修技术
一、离心式压缩机的基本组成及工作原理
气体在高速旋转的叶轮作用下，提高气体的势能和动能，并利用相继的通流元件使气流减速，将动能转变为势能的提高，转变为气体的压力能，气体沿着垂直压缩机轴的径向方向流动，称为离心式压缩机。在分析离心式压缩机的结构时，通常将转动部件总称为转子，不转动部件总称为定子。转子由主轴以及装在主轴上的叶轮、平衡盘、推力盘以及半联轴器等组成；定子由机壳、扩压器、弯道入回流器、蜗壳、隔板、轴端密封、止推轴承和径向轴承等组成。
二、离心式压缩机的分类
离心式压缩机按结构特点可分为水平剖分式、垂直剖分式、等温压缩机以及组合式4种类型，其结构特点如下：
（1）水平剖分离心式压缩机
水平剖分离心式压缩机由定子和转子两部分组成，定子被通过轴心线的水平面剖分为上下两分，通常称它为上下机壳。上下机壳用联接螺栓联盛一个整体，便于拆装检修。
上下机壳均为组合件，由缸体和隔板组成。隔板组装于缸体内，并构成气体流动需要的环形空间。缸体和隔板可用铸铁、铸钢和合金铸成。隔板还可由锻钢制成。
转子由主轴、叶轮、轴套以及平衡元件组成。主轴和轴套等元件多用合金钢锻制而成，叶轮多为焊接结构。该类型压缩机选用于低中压工艺，最高工作压力一般不在于5MPA。
（2）垂直剖分离心式压缩机
垂直剖分离心式压缩机，其缸体为筒形，两端盖用联接螺栓与筒形缸体联成一个整体。隔板与转子组装后，用专用工具送入筒形缸体。隔板为垂直剖分，隔板与隔板由联接螺栓联成一个整体。检修时需打开端盖，将转子和隔板同时由筒形缸体拉出。以便进一步分解检修。
筒形缸体、端盖、隔板和主轴多用碳钢或合金钢锻制而成。叶轮为碳钢合金钢组焊件。该类压缩机最高工作压力可达70Mpa。
（3） 等温压缩机
对于多级压缩的离心式压缩机，如每一级压缩后对出口气体进行冷却，使其达到接近于入口温度后再进入下一级压缩。使该机整个压缩过程中各级压缩前温度相等，称不等温压缩离心式压缩机。该类型机组运行效率较高。等温压缩离心式压缩机的结构形式较多。主要有以下几种：
a、通常称为H型。大齿轮转子带动两根不同齿数的小齿转子，每根转子两端均安装有叶轮，共有4级，用管线和各级间冷却器串联一起，完成从入口到出口空气或其它气体的压缩过程。从其剖分面俯视，其剖面形状与巨文字母H相似。
b、单轴串联式。多级叶轮串联在一根轴上。
冷却器对称地布置在压缩机机壳的两侧，并与机壳铸成一体。气体经每级压缩后经冷却进入下一级，因此，接近等温压缩，机组运行效率较高。
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c、M型多级压缩。有多个叶轮，由大齿轮带动多个不同齿数的小齿轮，使每级叶轮都获得不同的转速，随着介质流向逐渐升高，从而获得相应的出口压力。当然每一级压缩后都要经过冷却，再进入下一级压缩。常见的如英格索兰CM型压缩机，该机为三级压缩、大齿轮带3个独立的转子，每个转子一个叶轮，使每级冷却器能在最佳状况下运行。将级间冷却器与液体设计成一体，从而具有结构紧凑，冷却效率高的特点。
d、组合式压缩。近年压缩机市场出现了许多不同压缩类型涡轮机械，置于一个壳体的机型，这里将其归为一类。
膨胀压缩机大齿轮带两根转子，每根转子端部各有一级叶轮，共4级压缩空气，每级后都有中间冷却器，压缩过程为等温压缩，与H型相似。但大齿轮又带有一个膨胀转子，转子端部各有一个叶轮，利用高温烟气膨胀，完成两级膨胀做功。由于膨胀转子承担部分驱动扭矩，达到降低电机做功，余热利用的目的。
组合式离心压缩机还有一种形式，即在轴流式压缩机的末级，增加一级离心式叶轮，为单轴串联式结构，以提高轴流压缩机的出口压力。
三、压缩机性能曲线有以下特点
1离心式压缩机的技术参数
表征离心式压缩机性能的主要参数有流量、压缩比、转速、有效功率、轴功率和效率等。 （1）流量 指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体体积，其单位为。而气体的体积随温度和压力的变化而变化，当流量以体积流量表示时，须注明温度和压力。
质量流量是指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体质量，其单位为Kg/s。 （2）压缩比 指压缩机的排出压力和吸入压力之比，有时也称压比。计算压比时排出压力和吸入压力都要用绝对压力。
（3）转速 指压缩机转子的旋转速度，其单位是r/min。
（4）有效功率 在气体的压缩过程中，叶轮对气体所作的功，绝大部分转变为气体的能量，另有一部分能量损失，该损失基本上包括流动损失、轮阻损失和漏气损失三部分，我们将被压缩气体的能量与叶轮气体所作的功的比值称为有效功率。
（5）轴功率 离心式压缩机的转子除了为气体升压提供有用功率，以及在气体升压过
程的摩擦损失，这部分功率消耗约占总功率的2%-3%。如果有齿轮传动，则传动功率消耗同样存在，约占总功率的2%-3%。以上功率消耗都是在转子对气体作功的过程中产生的，它们的总和即为离心式压缩机的轴功率。轴功率是选择驱动思想内容功率的依据。
（6）效率 指压缩机输出气体的有效功率与轴功率的比值，主要用来说明传递气体的机械能的利用程度。
离心式压缩机
2、离心式压缩机的特性曲线
在一定的转速下，不同流量Q时的排气压力（或压力比）、功率P和效率用曲线来表示，这些曲线称为压缩机的性能曲线或特性曲线，它反映的是整台压缩机各参数之间的关系。 性能曲线横坐标一般用流量（质量流量或容积流量），纵坐标用出口压力（或压力比）、功率和效率等。
压缩机性能曲线一般由制造厂根据试验数据绘制，或根据压缩机试验数据经过计算得出，并作为技术资料提供给用户，有时为了校核压缩机是否达到设计指标，需要在现场用真实气体作介质，重新标定性能曲线，以便与设计进行比较，运行中性能曲线应以现场实测为准。
压缩机性能曲线有以下特点：
（1)每个转速下都有一条对应的性能曲线，随着气体介质流量的增加，压比曲线由缓慢下降变为陡降，功率和效率的曲线由上升、持平到缓慢下降，效率曲线的持平段为压缩机的最佳工况区，压缩机应在此区段的工况点运行，才能达到最佳状态。
(2）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。 （3）随着转速的增加，性能曲线变得越来越陡。
(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。喘振流量可通过试验或计算方法来确定，并标在性能曲线上。
(5)防护曲线（防喘振边界线）：为了防止喘振，保证运行的安全，一般设置最小流量限，它比喘振流量大，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振边界线。
(6)压缩机的稳定工作区：所谓稳定工作区是指从最小流量限制到最大流量限制以及其他限制之间的稳定工作区。为了机器运转安全，最小流量限制比喘振流量稍大，一般留有5％-10%的流量裕度。就压力来看有最大压力限制，就转速来看有最高转速限制，一般压缩机最大连续运转转速为额定转速的105%一110%。临界转速必须快速通过。衡量一台压缩机的性能好坏，不能只看设计工况下性能如何，更重要的要看整个稳定工作区的性能，包括稳定工作区的大小。
四、离心式压缩机的流量调节 1压缩机管网的联合运行
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压缩机在使用时，总是和其他设备用管道联系起来，和驱动机用传动机构连接起来，构成一个统一的系统。通常把为了输送气体连接压缩机的管道、容器等全套设备，包括进气管线、排气管线称为管网。压缩机稳定运行，不仅仅取决于压缩机本身的性能，还取决于管网的特性和驱动机机械传动系统的性能。管网的阻力特性是由管道和所连接的设备的阻力特性确定的。例如，由压力容器和连接管道组成的管网，阻力特性可用公式表示，式中为容器中气体的压力，Q为管网的体积流量，A为管道阻力系数。如果管道很短，容器压力高，则管网阻力主要由容器内气体的压力来定，即,反之，如果容器内气体的压力低，但管道长，这就是压缩机和管网的联合运行点。
压缩机和管网联合工作，在管网中储有一定量的气体，当压缩机的进口流量小到足够的时候，会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速，压缩机的出口压力突然下降，使管网的压力比压缩机的出口压力高，迫使气流倒回压缩机，一直到管网压力降到低于压缩机出口压力时，压缩机又向管网供气，压缩机又恢复正常工作。当管网压力又恢复到原来压力时，流量仍小于机组喘振流量，压缩机又产生旋转失速，出口压力下降，管网中的气流又倒流回压缩机。如此周而复始，一会气流输送到管网，一会又倒回到压缩机，使压缩机的的流量和出口压力周期的大副波动，引起压缩机的强烈气流波动，这种现象就叫做压缩机的喘振。喘振现象与管网密切相关。管网容量越大，则喘振的振幅越大，频率越低；管网的容量越小，则喘振的振幅越小，频率越高。喘振对机组危害甚大，压缩机与管网联合运行时，应采用各种防喘措施加以防止。
由于联合运行点是由压缩机特性线和管网特性线所共同决定的，所以正确设计、确定管网的性能对压缩机的运行是非常重要的。一台压缩机尽管设计得很好，效率高，但管网特性确定得不好，和压缩机配合的结果使得联合运行点偏离高效率条件，压缩机在运行中的效率也会很低。此外，如果联合运行点离喘振区很近，还会容易出现喘振。总之，管网的性能是很重要的，是确定压缩机运行工况的一个重要的方面。
2离心式压缩机的流量调节
压缩机在运行时，管网的流量、压力是不断变化的，要求压缩机的流量、排气压力也随之变化，也就是要不断地改变压缩机的运行工况，这就是压缩机的调节。
由于压缩机运行工况是由压缩机本身和管网性能共同决定的，所以改变运行工况既可以用改变压缩机性能曲线，也可以用改变管网性能来实现。 1）压缩机出口节流调节
在压缩机排气管上装置节流阀，改变阀门的开度，就可以改变管网的阻力特性，也就改 变了压缩机的联合运行工况。
这种调节方法比较简单，但带来附加的节流损失。如果压缩机特性线比较陡，调节量大，这种附加损失就大，所以这种方法是不经济的，也易引起压缩机喘振，在压缩机上用得较少。 2）压机进口节流调节
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在压缩机进气管上装设节流阀，改变阀门的开度就改变了压缩机的进气状态，压缩机的特性线也就跟着改变。
这种调节方法简便易行，较出口节流调节经济性能好，并且进气节流调节阀开大使压缩机的性能曲线向小流量方向移动，使喘振流量也向小流量方向移动，扩大了稳定工作范围。 3）.变转速调节
压缩机运转转速不同，则性能曲线就不同，可以通过变转速调节来适应管网的需要。转速调节是压缩机最经济的调节方法，与前两种调节相比没有节流损失，但要求驱动机转速可变，在工业汽轮机驱动的压缩机中应用非常多。 4）旁路或放空
工艺要求气量比压缩机排量小时，可采用将多余部分气体经冷却器返回压缩机进口，这种方法称为旁路调节。对空气压缩机，可将多余部分空气直接放人大气中，这种方法称为放空调节。这两种方法不经济。
目前，定转速电动机驱动的压缩机多采用进口节流调节，变转速工业汽轮机驱动的压缩机多采用变转速调节，旁路或放空调节作为辅助调节方法，其他调节方法应用得较少。
五、离心式压缩机的结构特点 1、叶轮
叶轮又称工作轮，是压缩机的最主要的部件。叶轮随主轴高速旋转，对气体做功。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速旋转，受旋转离心力的作用以及叶轮里的 扩压流动，在流出叶轮时，气体的压强、速度和温度都得到提高。
按结构型式叶轮分为开式、半开式、闭式三种，在大多数情况下，后二种叶轮在压缩机中得到广泛的应用。
按照叶轮的叶片弯曲形式，将叶轮分为前弯叶片式叶轮、径向叶片式叶轮和后弯叶片式叶轮图。其中径向叶片式叶轮又分为气体径向进人叶道具有弯曲叶片的径向出口叶片式叶轮和径向直叶片式叶轮。径向直叶片式叶轮的人口处设有一个导轮，气流沿轴向进人导轮的叶道，经导流后再流人径向式叶道，实际上导轮与叶轮组合成轴向一径向式叶轮。 根据加工方法叶轮可以分为铆接型、焊接型和整体型。铆接型叶轮分为一般铆接和整体铣制铆接。一般铆接叶轮的叶片常用钢板压制成型，分别与轮盘、轮盖铆接在一起，叶片的形式可以是U形、Z形截面。一般铆接比整体铣制铆接材料利用率高，但强度低，多用在低中压压缩机中叶片比较宽的情况下。
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