離心壓縮機(jī)培訓(xùn)基礎(chǔ)知識(shí)羅文山教材

1、離心壓縮機(jī)離心式壓縮機(jī)是屬于速度式透平壓縮機(jī)的一種。 在早期， 離 心壓縮機(jī)是用來壓縮空氣的， 并且只適用于低、 中壓力和氣量很 大的場(chǎng)合。 但隨著石油化工工業(yè)的迅速發(fā)展， 離心壓縮機(jī)被用來 壓縮和輸送各種石油化工生產(chǎn)過程中的氣體， 其應(yīng)用范圍有了很 大提高。尤其近十幾年來，在離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、制造方面，不斷 采用新技術(shù)、 新結(jié)構(gòu)和新工藝， 如采用高壓浮環(huán)或干氣密封結(jié)構(gòu)， 較好地解決了高壓下的軸端密封， 采用多油楔徑向軸承及可傾瓦 止推軸承 減少了油膜振蕩， 圓筒形機(jī)殼的使用解決了高壓氣缸 的強(qiáng)度和密封性； 電蝕加工使小流量下窄流道葉輪的加工得到解 決。所有這些，都使離心壓縮機(jī)的使用范圍日益擴(kuò)大

2、，在石油化 工生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。一、離心壓縮機(jī)的主要構(gòu)件圖 21是 BI1206.350.95型離心壓縮機(jī)剖面圖。 該機(jī)的 設(shè)計(jì)參數(shù)是：進(jìn)口流量為 125m3min，排氣壓力為 6.23*105Pa; 工作轉(zhuǎn)速達(dá) 13900rpm，壓縮機(jī)需用功率為 660kw，用于輸送空 氣或其他無腐蝕性工業(yè)氣體。 由圖上可看出 該機(jī)由一個(gè)帶有六 個(gè)葉輪的轉(zhuǎn)子及與其相配合的固定元件所組成，其主要構(gòu)件有：(1) 葉輪 是離心壓縮機(jī)中唯一的作功部件。 由于葉輪對(duì)氣體 作功， 增加了氣體的能量， 因此氣體流出葉輪時(shí)的壓力和速度都 有明顯增加。(2) 擴(kuò)壓器 是離心壓縮機(jī)中的轉(zhuǎn)能裝置。 氣體從葉輪流出時(shí)第 1 頁

3、 共 25 頁 速度很大， 為了將速度能有效的轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?便在葉輪出口后 設(shè)置流通截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器。(3) 彎道 是設(shè)置于擴(kuò)壓器后的氣流通道。 其作用是將擴(kuò)壓后 的氣體由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较颍?以便引入下一級(jí)葉輪去繼續(xù) 進(jìn)行壓縮。(4) 回流器 它的作用是為了使氣流以一定方向均勻地進(jìn)入 下一級(jí)葉輪入口。在回流器中一般都裝有導(dǎo)向葉片。(5) 吸氣室 其作用是將進(jìn)氣管 (或中間冷卻器出口 )中的氣 體均勻地導(dǎo)入葉輪。(6) 蝸殼 其主要作用是將從擴(kuò)壓器 (或直接從葉輪 )出來的 氣體收集起來，并引出壓縮機(jī)。在蝸殼收集氣體的過程中，由于 蝸殼外徑及通流截面的逐漸擴(kuò)大，因此它也起著降速擴(kuò)壓的

4、作 用。除了上述組件外， 為減少氣體向外泄漏在機(jī)殼兩端還裝有軸 封 (如干氣密封 )；為減少內(nèi)部泄漏，在隔板內(nèi)孔和葉輪輪蓋進(jìn)口 外圓面上還分別裝有密封裝置 (一般為梳齒密封 ,也叫迷宮密封 )； 為了平衡軸向力，在機(jī)器的一端裝有平衡盤等。在離心壓縮機(jī)中， 習(xí)慣將葉輪與軸的組件稱為轉(zhuǎn)子， 吸氣室 和蝸殼等稱為固定元件。第 2 頁 共 25 頁第 3 頁 共 25 頁二、工作原理 離心壓縮機(jī)的工作原理與離心泵有許多相似處。但氣體是可壓縮 的。氣體由吸氣室 l 吸入，通過葉輪 2 對(duì)氣體作功后，使氣體的壓力、 速度、溫度都得到提高，然后再進(jìn)入擴(kuò)壓器 3，將氣體的速度能轉(zhuǎn)變?yōu)?壓力能。當(dāng)通過一個(gè)葉輪對(duì)

5、氣體作功、擴(kuò)壓后不能滿足輸送要求時(shí)，就 必須把氣體引入下一級(jí)繼續(xù)進(jìn)行壓縮。 為此，在擴(kuò)壓器后設(shè)置了彎道 4、 回流器 5，使氣體由離心方向變?yōu)橄蛐姆较?、均勻地進(jìn)入下一級(jí)葉輪進(jìn) 口。至此，氣體流過了一個(gè)“級(jí)” ，再繼續(xù)進(jìn)入第二、第三級(jí)壓縮后， 經(jīng)蝸殼 6 及排出管 12被引出至中間冷卻器。 冷卻后的氣體再經(jīng)吸氣室 l 進(jìn)入第四級(jí)及以后各級(jí)繼續(xù)壓縮，最后由排出管 12 輸出。氣體在離心 壓縮機(jī)中是沿著與壓縮機(jī)軸線垂直的半徑方向流動(dòng)的。由圖 2 l 還可看出，該機(jī)的六個(gè)級(jí)都裝在一個(gè)機(jī)殼 15 中，這就構(gòu) 成一個(gè) “缸”。而中間冷卻器把 “缸”中全部級(jí)分成兩個(gè) “段”。故 EI120 6.350.95

6、 型離心壓縮機(jī)是一臺(tái)“一缸、兩段、六級(jí)”的壓縮機(jī)，一 至三級(jí)為第一段，四至六級(jí)為第二段。當(dāng)所要求的氣體壓力較高，需用 葉輪數(shù)目較多時(shí)，往往制成多缸壓縮機(jī)。各缸的轉(zhuǎn)速可以相同，也可以 不同。一臺(tái)離心式壓縮機(jī)總是由一個(gè)或幾個(gè)級(jí)所組成的，所以“級(jí)”是離 心壓縮機(jī)的基本單元。在級(jí)的分析和計(jì)算中，著重分析、計(jì)算級(jí)內(nèi)幾個(gè) 關(guān)健截面上的參數(shù)。這些關(guān)健截面的位置，如圖22 所示。第 4 頁 共 25 頁圖 2 2 級(jí)的關(guān)鍵截面位置S 吸氣室進(jìn)口法蘭截面， O 葉輪進(jìn)口截面， 1 葉輪葉道進(jìn)口截面， 2 葉輪 出口截面， 3 擴(kuò)壓器進(jìn)口截面， 4 擴(kuò)壓器出口截面， 5 回流器進(jìn)口截面， 6 回流器出口截面即級(jí)的

7、出口截面 d三、離心壓縮機(jī)的主要優(yōu)缺點(diǎn)(1) 排量大 如 420 萬噸 /年焦化氣壓機(jī)的排氣量為 910m3/min 。圖 2 3 表示出活塞和離心壓縮機(jī)等的應(yīng)用范圍。第 5 頁 共 25 頁圖 2 3 活塞和離心壓縮機(jī)等的應(yīng)用范圍(2) 結(jié)構(gòu)緊湊、尺寸小 機(jī)組占地面積及重量都比同排氣量的活塞壓 縮機(jī)小得多。(3) 運(yùn)轉(zhuǎn)可靠 機(jī)組連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間在一年以上， 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作可靠， 因此它的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠率高，而且易損件少，維修方便。因此，目前長(zhǎng)距離 輸氣、石油化工企業(yè)用的離心壓縮機(jī)多為單機(jī)運(yùn)行。(4) 氣體不與機(jī)器潤(rùn)滑系統(tǒng)的油接觸在壓縮氣體過程中， 可以做到絕對(duì)不帶油，有利于氣體進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。(5) 轉(zhuǎn)

8、速較高 適宜用工業(yè)汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)， 可以合理而 充分利用石油化工廠的熱能，節(jié)約能源。離心壓縮機(jī)的缺點(diǎn)：(1) 還不適用于氣量太小及壓力比過高的場(chǎng)合。(2) 離心壓縮機(jī)的效率一般仍低于活塞式壓縮機(jī)。第6 頁 共25 頁(3) 離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況區(qū)較窄。四、離心壓縮機(jī)的性能曲線 效率分析：在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，由于氣體流動(dòng)情況與葉片幾何形 狀最協(xié)調(diào)，流動(dòng)損失最小，這時(shí)效率最高。當(dāng)流量不等于設(shè)計(jì)流量時(shí)， 隨流量增大或減小，流動(dòng)損失增大，效率下降。因而性能曲線呈現(xiàn)出中 間高，兩頭低的形狀。由于目前對(duì)離心壓縮機(jī)中各元件的流動(dòng)損失還處 于研究階段，要精確計(jì)算各種損失仍缺乏完整可靠的數(shù)據(jù)。因此，離

9、心 壓縮機(jī)級(jí)的性能曲線，還不能用理論計(jì)算的方法準(zhǔn)確地得到，只能在一 定轉(zhuǎn)速、介質(zhì)下，對(duì)壓縮機(jī)的級(jí)逐點(diǎn)實(shí)際測(cè)試，得出性能曲線?；蛘哂?已有的性能曲線利用相似理論進(jìn)行換算。圖 2-4 離心壓縮機(jī)的性能曲線1 喘振工況第7 頁 共 25 頁離心壓縮機(jī)的性能曲線不能達(dá)到流量等于零。當(dāng)流量減小到某值 （稱為最小流量 Qmin）時(shí)，離心壓縮機(jī)就不能穩(wěn)定工作，發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng) 及噪音，這種不穩(wěn)定工況稱為“喘振工況” ，與之對(duì)應(yīng)的流量稱為“喘 振流量”。壓縮機(jī)的喘振是一個(gè)很復(fù)雜的物理現(xiàn)象，它既與氣流邊界層 有關(guān)又與壓縮機(jī)所在的管網(wǎng)系統(tǒng)（容積和背壓）有關(guān)。壓縮機(jī)決不允 許在喘振工況下操作。2 堵塞工況當(dāng)級(jí)中流量不斷

10、增大時(shí)， 氣流沖角不斷減小， 以致變成較大的負(fù)值， 在葉片的工作面上發(fā)生邊界層分離，但不易擴(kuò)展。流量加大，摩擦損失 及沖擊損失都很大； 當(dāng)流量達(dá)到某最大值 Qmax 時(shí)，氣體獲得的理論能頭 全部消耗在流動(dòng)損失上，使氣體壓力得不到提高?；蛘?，當(dāng)流量增大到 最大值 Qmax 時(shí)，葉道喉部截面上的氣速達(dá)到音速， 這時(shí)流量再也不可能 增大了，稱為級(jí)達(dá)到堵塞工況。所以壓縮機(jī)性能曲線右端只能到Qmax由性能曲線還可看出，在每一個(gè)轉(zhuǎn)速下，曲線的左端是各自的喘振 點(diǎn)，將這些點(diǎn)連接起來，形成性能曲線上的一條喘振界限，壓縮機(jī)只能 在喘振界限右邊正常工作。根據(jù)以上對(duì)壓縮機(jī)性能曲線的分析，可得出以下結(jié)論：（1）在一定

11、轉(zhuǎn)速下，增大流量，壓縮機(jī)的壓力比將下降，反之，則上 升。（2）在一定轉(zhuǎn)速下， 當(dāng)流量為設(shè)計(jì)流量時(shí)， 壓縮機(jī)效率達(dá)最高值。當(dāng) 流量大于或小于設(shè)計(jì)流量時(shí)效率都將下降。（3）壓縮機(jī)的性能曲線左端受到喘振工況（ Qmin）的限制，右端受到 堵塞工況（ Qmax）的限制，在這兩者之間的區(qū)域?yàn)閴嚎s機(jī)穩(wěn)定工況區(qū)。第 8 頁 共 25 頁穩(wěn)定工況區(qū)的寬窄，是衡量壓縮機(jī)性能好壞的重要指標(biāo)之一。(4) 壓縮機(jī)級(jí)數(shù)越多，則氣體密度變化影響越大，性能曲線越陡， 穩(wěn)定工況區(qū)越窄。(5) 轉(zhuǎn)速越高，壓力比越大，但性能曲線越陡，穩(wěn)定工況區(qū)越窄。 隨著轉(zhuǎn)速的升高，壓縮機(jī)的性能曲線向大流量、高壓力方向移動(dòng)。此外，在一般情況下，

12、只作出壓縮機(jī)穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)的性能曲線。喘 振區(qū)內(nèi)的性能曲線，只有在專門做喘振試驗(yàn)時(shí)才表示出來。喘振點(diǎn)大多 發(fā)生在壓比流量性能曲線的最高點(diǎn)左邊的下降線上， 有時(shí)下降段也畫在圖上但經(jīng)常仍是以最高點(diǎn)作為喘振點(diǎn)， 因?yàn)檫@樣偏差不大， 且更安全。第 9 頁 共 25 頁圖 2-5 不同的轉(zhuǎn)速下離心壓縮機(jī)的性能曲線綜合圖六、離心壓縮機(jī)的主要零部件離心壓縮機(jī)由很多零件組成， 我們通常把工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件稱為 轉(zhuǎn)子，主要包括軸、葉輪、平衡盤、推力盤等；把不轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件稱為 定子，它包括吸入室、機(jī)殼、隔板、密封和軸承等。擴(kuò)壓器、彎道、回 流器和蝸殼，實(shí)際上是機(jī)殼與隔板之間，或隔板與隔板之間形成的不同 形狀的氣體通

13、流空間。在離心壓縮機(jī)的主要零部件中，有些與離心泵的 相類似， 如吸入室、蝸殼、軸向力、平衡裝置、機(jī)械密封等。 現(xiàn)對(duì)葉輪、 擴(kuò)壓器及密封裝置進(jìn)行討論。1、葉輪 葉輪是離心壓縮機(jī)的傳能部件。和離心泵一樣，對(duì)葉輪的要求主要 有：1 單級(jí)葉輪能使氣體獲得較大的理論能頭或壓力增值； 2 葉輪所組 成的級(jí)有較高的級(jí)效率，且性能曲線的穩(wěn)定工況區(qū)較寬； 3 葉輪要有較 高的強(qiáng)度，以使有較大的圓周速度，使氣體獲得較高的單級(jí)壓力比。若 滿足上述要求，則與葉輪的結(jié)構(gòu)型式、幾何參數(shù)和流動(dòng)參數(shù)有關(guān)。以下 就結(jié)構(gòu)型式方面進(jìn)行分析。第 10 頁 共 25 頁圖 2-6 不同葉片彎曲形式的葉輪(a) 前彎葉片型 (b)徑向(

14、出口)葉片型； (c)徑向直葉片型； (d)后彎葉片型1.1 葉片彎曲形式 葉輪通常分為前彎葉片型葉輪、徑向葉片型葉輪和后彎葉片型葉 輪。徑向葉片型葉輪又分兩種形式，一種是氣體徑向進(jìn)入葉道，具有彎 曲葉片的徑向 (出口 )葉片型葉輪，另一種是徑向直葉片型葉輪，在葉輪 入口處設(shè)有一個(gè)導(dǎo)風(fēng)輪，氣體是軸向進(jìn)入葉輪的。后彎葉片型葉輪通常 將葉片出口角 2A為 3060度的葉輪稱為壓縮機(jī)型葉輪， 2A為 1530 度的葉輪稱為水泵型葉輪。(1) 從葉輪使氣體獲得理論能頭 HT 大小分折 根據(jù)歐垃方程，理論能頭 HT大小與 2A有關(guān)。在其他條件相同時(shí)， 前彎葉片型 葉輪的 HT 最大，后彎葉片型葉輪的 H

15、T最小，徑向葉片型葉輪的第 11 頁 共 25 頁HT 居中。(2) 從級(jí)效率方面分析 前彎葉片型葉輪的級(jí)效率最低，后彎葉片型葉輪的級(jí)效率最高，徑 向葉片型葉輪居中。(3) 葉輪使氣體獲得靜壓能頭的大小分析 不僅希望葉輪有較高的級(jí)效率， 還希望它能使氣體獲得較大的 靜壓能頭，以便有較高的級(jí)壓力比。從提高級(jí)壓力比的角度出發(fā)， 在離心壓縮機(jī)中一般只用后彎型和徑向葉片型葉輪。 只有在通風(fēng)機(jī) 中有時(shí)才用前彎葉片型葉輪。(4) 從級(jí)的穩(wěn)定工況范圍分析試驗(yàn)證明由 2A 小的后彎葉片型葉輪組成的級(jí)，具有較寬的穩(wěn)定工 況范圍。1.2 葉輪結(jié)構(gòu) 在離心壓縮機(jī)中常采用的是閉式葉輪和半開式葉輪。 閉式葉輪是由輪盤、

16、 葉片和輪蓋三部分組成， 如圖中 a、b、d 所示 閉式葉輪的輪蓋開孔大，強(qiáng)度低，這就限制了葉輪圓周速度的提高，一 般都在 320m/s 以下。提高級(jí)壓力比，提高圓周速度的一個(gè)有效途徑， 就是采用半開式葉輪。半開式葉輪沒有輪蓋，如圖c 所示。通常采用徑向直葉片，葉片直接連在輪轂上，工作時(shí)葉片本身不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力，葉 片所受到的離心力也不完全要通過輪盤才傳到輪轂上，相反，葉片本身 會(huì)起到加強(qiáng)筋的作用，有利于輪盤的強(qiáng)度。所以，這種葉輪的強(qiáng)度高， 可采用較大的圓周速度來獲得較高的單級(jí)壓力比。對(duì)于常用鋼材，最大 允許圓周速度可達(dá) 450540m/s 單級(jí)壓力比可達(dá) 65。但從級(jí)效率來看，第 12 頁 共

17、 25 頁 由于沒有輪蓋，葉輪側(cè)面間隙較大，內(nèi)泄漏損失較大，故級(jí)效率比后彎閉式葉輪低一些。徑向直葉片半開式葉輪是由葉輪本體（直葉片部分）和導(dǎo)風(fēng)輪部分 （扭曲葉片部分）組成。導(dǎo)風(fēng)輪是葉輪的進(jìn)氣部分，氣流在導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口 處的圓周速度是從葉片根部向頂部逐漸增加的， 因此氣流角的大小也是 隨半徑的增加而減小。為了減少氣流進(jìn)入葉道時(shí)的沖擊損失，導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn) 口處的葉片做成空間扭曲形的。從制造工藝來看葉輪有鉚接、焊接、 精密鑄造、釬焊及電蝕加工等結(jié)構(gòu)形式。精密鑄造多用于鋁合金葉輪； 鋼制的葉輪多采用鉚接或焊接結(jié)構(gòu)；對(duì)葉道寬度很?。?2mm 以下）的 葉輪可用電蝕加工，且尺寸精度高，表面質(zhì)量好。綜上所述，后彎葉片

18、閉式葉輪具有較高的效率，是固定式離心壓縮 機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)葉輪的主要結(jié)構(gòu)型式， 其中水泵型葉輪具有較寬的穩(wěn)定工況 范圍，可選用較小的流量系數(shù)來獲得較寬的葉道， 有利于減小流動(dòng)損失， 所以常用于小流量級(jí)和高壓級(jí)。 徑向直葉片半開式葉輪目前主要用于運(yùn) 輸式離心壓縮機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)上，因?yàn)檫@時(shí)把提高單級(jí)壓力比，減輕重量和 結(jié)構(gòu)尺寸作為衡量機(jī)器好壞的一個(gè)主要指標(biāo)。2、擴(kuò)壓器離心壓縮機(jī)葉輪出口的氣流絕對(duì)速度一般都達(dá)200 300m/s，對(duì)高能頭的葉輪，其氣流速度可高達(dá) 500m/s 以上。這部分動(dòng)能占葉輪給氣 體的總能頭的相當(dāng)大的比例， 例如徑向直葉片型葉輪占 50；水泵型或 壓縮機(jī)型葉輪也占 2540左右。 所以

19、，這部分動(dòng)能必須有效地轉(zhuǎn)換為 靜壓能，這就是擴(kuò)壓器的任務(wù)。擴(kuò)壓器同時(shí)還起著收集及引出氣體的作 用。 擴(kuò)壓器一般分為無葉擴(kuò)壓器、葉片擴(kuò)壓器和直壁擴(kuò)壓器三種。第 13 頁 共 25 頁2.1無葉擴(kuò)壓器 無葉擴(kuò)壓器通常是由兩個(gè)平行壁面構(gòu)成的環(huán)形通道組成。 它結(jié)構(gòu) 最簡(jiǎn)單，造價(jià)最低。對(duì)工況變化的適應(yīng)性很好，因?yàn)楣r變化時(shí)雖然葉 輪出口氣流速度的大小和方向要改變，但不會(huì)象有擴(kuò)壓器那樣，在葉片 進(jìn)口處要發(fā)生沖擊損失；所以其性能曲線比較平坦，穩(wěn)定工況區(qū)較寬。 無葉擴(kuò)壓器的通用性好，只要選用合適，同一個(gè)擴(kuò)壓器可用于不同 2A的葉輪。它的另一個(gè)重要特點(diǎn)是當(dāng)進(jìn)入擴(kuò)壓器的氣流速度為超音速，在 擴(kuò)壓器內(nèi)是不會(huì)形成激波

20、。 無葉擴(kuò)壓器的缺點(diǎn)是利用增加直徑來達(dá)到擴(kuò) 壓目的，為了增加擴(kuò)壓效果，必然要增大直徑，這就使壓縮機(jī)的徑向尺 寸較大。2.2 葉片擴(kuò)壓器 如果在無葉擴(kuò)壓器的環(huán)形通道中，沿圓周裝有均勻分布的葉片，就 成為葉片擴(kuò)壓器。在環(huán)形通道中裝了葉片后，氣流就受到葉片的引導(dǎo)， 迫使氣流按著葉片方向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡基本上與葉片形狀一致。葉片 擴(kuò)壓器內(nèi)氣速的降低除了利用直徑增大外，還依靠葉片強(qiáng)迫氣流轉(zhuǎn)彎， 因此，在相同的條件下，它的減速能力要比無葉擴(kuò)壓器大。葉片擴(kuò)壓器具有擴(kuò)壓程度大而尺寸小的優(yōu)點(diǎn)。此外，葉片擴(kuò)壓器中 的氣流由于受到葉片的引導(dǎo)，使氣流角不斷增大，因此，它的流道長(zhǎng)度 短，流動(dòng)損失小，在設(shè)計(jì)工況下，其效率

21、一般要比無葉擴(kuò)揮器高 35% 葉片擴(kuò)壓器的缺點(diǎn)是當(dāng)工況偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，要產(chǎn)生沖擊損失，使效率 下降，當(dāng)沖角增大到一定值后，會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的分離現(xiàn)象，導(dǎo)致壓縮機(jī)喘 振。因此，葉片擴(kuò)壓器的級(jí)或壓縮機(jī)，其性能曲線較陡，穩(wěn)定工況區(qū)較 窄。第 14 頁 共 25 頁2.3 直壁擴(kuò)壓器 它也是一種葉片擴(kuò)壓器，由葉片形成的流道前端，是一小段接近于 對(duì)數(shù)螺旋線形的曲壁通道，以便很好地引導(dǎo)氣流進(jìn)入擴(kuò)壓器，后面是一 段接近于直線形的直壁通道，故稱為直壁擴(kuò)壓器。由于直壁擴(kuò)壓器的通 道基本上是直線形的，所以通道中的氣流速度、壓力分布要比彎曲形通 道的葉片擴(kuò)壓器均勻得多，不易產(chǎn)生邊界層分離和二次渦流，故流動(dòng)損 失小。在設(shè)計(jì)

22、工況下有很高的效率，即使在高擴(kuò)壓度下仍有高的效率， 特別適用于高能頭級(jí)。直壁擴(kuò)壓器在設(shè)計(jì)工況下的效率較高，但當(dāng)偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，氣流 在進(jìn)口處發(fā)生沖擊，效率下降。它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工比較麻煩，目前應(yīng) 用還不太多。3、密封裝置 為了防止離心壓縮機(jī)內(nèi)的氣體漏到機(jī)外，以及級(jí)間、輪蓋、平衡盤 等處的泄漏，必須設(shè)置密封裝置。目前用于離心壓縮機(jī)的密封結(jié)構(gòu)有機(jī) 械密封、迷宮密封、浮環(huán)密封、抽氣密封，干氣密封等?，F(xiàn)介紹迷宮密 封、干氣密封的結(jié)構(gòu)和工作原理。3.1 迷宮密封 迷宮密封又稱梳齒密封，在離心壓縮機(jī)中應(yīng)用普遍，它不僅用于空 氣、氮?dú)?、二氧化碳?xì)獾葻o毒害氣體的壓縮機(jī)軸封裝置，而且廣泛用作 壓縮機(jī)內(nèi)部的級(jí)間密

23、封、輪蓋密封以及平衡盤密封。圖27 示出了幾種常用的曲折形迷宮密封的結(jié)構(gòu)， 其中以 (d)形密封效果為最好， 但因加 工及裝配要求較高，應(yīng)用不普遍。為了制造方便，密封段的軸頸也可做 成光軸，如圖 28 所示，這種平滑形密封效果較差。葉輪輪蓋密封可第 15 頁 共 25 頁采用如圖 29 所示的階梯形密封。有時(shí)為了節(jié)省迷宮的軸向尺寸，還 采用密封片徑向排列的形式，如圖 2 10。近年來，平衡盤外沿與機(jī)殼 間的密封出現(xiàn)了蜂窩迷宮密封，由 0.2mm 厚的不銹鋼片焊成蜂窩狀密 封環(huán)，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖 211。圖 2 7 曲折形迷宮密封圖 28 平滑形迷宮密封圖 2 9 階梯形迷宮密封圖 210 徑向

24、排列密封片圖 211 蜂窩密封迷宮密封的工作原理如下：當(dāng)氣流通過齒縫時(shí)，認(rèn)為其近似于絕熱膨脹過程，氣流加速降壓。氣流從齒縫進(jìn)入密封片間空腔時(shí)，通流面積第 16 頁 共 25 頁 突然擴(kuò)大，氣流形成很強(qiáng)的旋渦，從而使速度幾乎完全消失，而且動(dòng)能 不能變?yōu)閴毫δ芏寝D(zhuǎn)化為熱量，即在空腔中進(jìn)行等壓膨脹過程，壓力 不變而溫度上升。回復(fù)到密封片前的溫度。氣流每通過一個(gè)齒縫和空腔 時(shí)，氣流的變化都重復(fù)上述過程。 氣流通過第一齒后， 壓力由 p 降到 pl 然后等壓升溫， 再經(jīng)第二齒降壓至 p2。如此逐齒重復(fù)直至通過全部密封， 壓力越來越低；最后壓力超近于背壓，但溫度卻保持不變，達(dá)到了密封 目的。由此可見，

25、迷宮密封的特點(diǎn)是有一定的漏氣量， 并依靠漏氣經(jīng)過密 封裝置所造成的壓力降來平衡密封前后的壓力差。 要想達(dá)到良好的密封 效果，即漏氣量小，應(yīng)從三方面入手：一方面是減小齒縫面積；另一方 面是增加密封片數(shù)，減小每個(gè)密封片前后的壓力差，第三方面是增大局 部阻力，使氣流進(jìn)入空腔時(shí)動(dòng)能盡可能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃慷皇腔謴?fù)為壓力 能。3.2 干氣密封干氣密封的核心部分是在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能夠產(chǎn)生氣膜的Si C 動(dòng)環(huán)和靜環(huán)。靜環(huán)安裝在一個(gè)不銹鋼座內(nèi)，由彈簧頂在一個(gè)動(dòng)環(huán)上，動(dòng)環(huán)固定于 壓縮機(jī)主軸上，如圖 212 所示。第 17 頁 共 25 頁動(dòng)、靜環(huán)的密封表面被研磨達(dá)到要求的平面度， 在動(dòng)環(huán)密封面上加 工有均勻分布的一定數(shù)量

26、的螺旋槽，深度為 5 50 m。此外 ,螺旋槽的 基本參數(shù)還包括螺旋角、半徑比 R1R0)/( R2R0、槽寬比、槽數(shù) 等，參數(shù)的選取依據(jù)是壓力分布方程的計(jì)算結(jié)果，依壓力沿半徑及圓向 方向的分布式建立壓力與螺旋角等參數(shù)間的代數(shù)關(guān)系式， 進(jìn)而得到加工 螺旋槽所需的所有參數(shù)。當(dāng)動(dòng)環(huán)隨主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)由于泵吸作用， 密封氣沿切線方向進(jìn)入螺旋槽 內(nèi)，在由外徑向中心流動(dòng)的過程中氣體被壓縮，使氣體壓力升高，當(dāng)槽 內(nèi)氣體壓力大于由彈簧和介質(zhì)共同形成的閉合力時(shí)，密封面被分離，槽 內(nèi)氣體壓力隨密封面間隙的增大而降低， 當(dāng)氣體的開啟力與閉合力相等 時(shí)，密封面間隙形成并保持一定厚度(約 2.5-5 m)的氣膜，氣膜具有

27、一定的剛度，保證了密封運(yùn)轉(zhuǎn)的密封及穩(wěn)定性。螺旋槽參數(shù)的選取與工藝介質(zhì)氣壓力主軸轉(zhuǎn)速泄漏量要求等 運(yùn)行條件有關(guān)。鼎名密封公司的專利技術(shù)產(chǎn)品“下游泵送雙列螺旋槽端 面密封”，如圖 213 所示。第 18 頁 共 25 頁主軸旋向圖 2 13 干圖氣三密封副表面螺旋槽“下游泵送雙列螺旋槽端面密封” ，是一種新型流體動(dòng)、靜壓結(jié)合 型非接觸式端面密封， 其基本特征是， 在旋轉(zhuǎn)環(huán)或靜止環(huán)的密封端面上， 或者同時(shí)在這兩個(gè)端面上設(shè)置兩列螺旋槽，一列位于高壓側(cè)，即上游， 另一列位于低壓側(cè)，即下游。兩列螺旋槽總的效果是將密封流體自上游 向下游泵送。 與一般的下游泵送單列螺旋槽密封相比， 在相同的條件下， 該密封具

28、有更大的流體膜厚度， 或者在相同的膜厚下有更大的流體膜剛 度，對(duì)轉(zhuǎn)速的適應(yīng)性更強(qiáng)，對(duì)頻繁啟動(dòng)、停車的適應(yīng)性更強(qiáng)。干氣密封的作用力分析第 19 頁 共 25 頁彈簧力+流體靜壓力閉合力開啟力閉合力開啟力增大c）閉合力圖六 密封件上作用力示意圖圖 2圖六1 4密 封件密上作封用力件示意上圖作用力示意圖從圖 2 14可以看出氣膜在運(yùn)行條件改變時(shí)如何恢復(fù)原有剛度和 厚度以保證密封運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。在正常情況下，閉合力等于開啟力，氣 膜厚度不變；當(dāng)受到外界干擾（如軸向波動(dòng)） ，引起氣膜厚度變小，則 此時(shí)槽內(nèi)氣體受到進(jìn)一步壓縮，使開啟力明顯增大，迫使密封面分離， 密封間隙增大直至閉合力大于開啟力，反之當(dāng)外界干

29、擾使氣膜增大時(shí)， 密封氣由于膨脹導(dǎo)致壓力降低，使閉合力大于開啟力，在彈簧力的作用 下靜環(huán)向動(dòng)環(huán)表面靠攏，直到開啟力升高與閉合力相同，密封恢復(fù)平衡。 因此，在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，當(dāng)外界條件改變后，密封能夠自動(dòng)恢復(fù)到設(shè) 計(jì)工作間隙，保持運(yùn)行的穩(wěn)定可靠。衡量密封穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)是氣膜度的 大小，氣膜剛度越大，密封抗干擾能力越強(qiáng)，密封運(yùn)行越穩(wěn)定。防干氣密封失效采取的措施1 采用平衡管第 20 頁共 25 頁高低壓密封干氣用管道連通作為平衡管， 使壓縮機(jī)進(jìn)出口氣體實(shí)現(xiàn) 內(nèi)部壓力平衡，使壓縮機(jī)兩端密封的封氣壓力近似于壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力。2 防機(jī)組倒轉(zhuǎn) 停機(jī)時(shí)由于背壓高極易導(dǎo)致機(jī)倒轉(zhuǎn)， 此時(shí)螺旋槽的負(fù)作用導(dǎo)致動(dòng)靜 環(huán)接

30、觸發(fā)生干摩擦，密封在很短的時(shí)間內(nèi)即可燒毀。因此，在機(jī)組停機(jī) 時(shí)要求保證出口單向閥和聯(lián)動(dòng)快速切斷閥能正常工作，確保機(jī)組不倒 轉(zhuǎn)。3 防氮?dú)庵袛嗳舻獨(dú)庵袛?，則無法形成氣膜 ,密封立即失效， 此時(shí)如果氮?dú)鈮毫β?lián) 鎖保護(hù)未動(dòng)作，應(yīng)立即停機(jī)。第 21 頁 共 25 頁第二章 振動(dòng)分析振動(dòng)分析的目的主要是尋找設(shè)備的振因，消除振源或減小激勵(lì)，從 而使設(shè)備能夠平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械常見振動(dòng)故障有轉(zhuǎn)子不平衡、 轉(zhuǎn)子不對(duì)中、 轉(zhuǎn)軸缺陷、 油 膜振蕩、 臨界轉(zhuǎn)速、 碰磨、 機(jī)械松動(dòng)、 流體的渦流激振等原因。 近年來， 隨著轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)和磨擦學(xué)的不斷發(fā)展，對(duì)機(jī)械設(shè)備振動(dòng)的理 論研究日趨成熟。一、轉(zhuǎn)子不平衡造成不平

31、衡的原因主要有：材質(zhì)不勻、制造安裝誤差、孔位置有缺 陷、孔的內(nèi)徑偏心、偏磨損、雜質(zhì)沉積、轉(zhuǎn)子零部件脫落、腐蝕等。這 些原因引起轉(zhuǎn)子中心慣性主軸往往偏離其旋轉(zhuǎn)軸線，造成轉(zhuǎn)子不平衡。 轉(zhuǎn)子受不平衡質(zhì)量所產(chǎn)生的離心慣性力的沖擊， 便產(chǎn)生異常的周期性強(qiáng) 迫振動(dòng)。由轉(zhuǎn)子質(zhì)量中心和旋轉(zhuǎn)中心之間的物理差異所引起的不平衡可分 為三種形式：（）靜不平衡。轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心引起的不平衡作用于一個(gè)平面內(nèi)。（）偶不平衡。 不平衡力作用在轉(zhuǎn)子相對(duì)的兩側(cè)面， 其質(zhì)心仍然保 持在旋轉(zhuǎn)中心上，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由每一側(cè)的不平衡重量產(chǎn)生方向相反 的離心力，形成離心力矩，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動(dòng)。（）動(dòng)不平衡。 轉(zhuǎn)子既有靜不平衡又有偶不平衡， 是屬

32、于多個(gè)平面 內(nèi)有不平衡的情況，也是最常見的不平衡形式。絕大多數(shù)情況下， 轉(zhuǎn)子不平衡問題是引起機(jī)組振動(dòng)的主要因素。 機(jī)第 22 頁 共 25 頁 組新安裝或檢修后，動(dòng)平衡一般符合要求，但是運(yùn)行一段時(shí)間以后，由于輪盤或動(dòng)葉片磨損、葉片或輪盤間雜物堆積結(jié)塊，造成轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡破 壞。低速動(dòng)平衡通過平衡靜力和力矩為零，主要解決剛性轉(zhuǎn)子問題，而 高速動(dòng)平衡還需通過振型平衡法或影響系數(shù)平衡法來解決撓性轉(zhuǎn)子問 題。二、轉(zhuǎn)子不對(duì)中旋轉(zhuǎn)機(jī)械在安裝時(shí)應(yīng)保證良好的對(duì)中，對(duì)于冷態(tài)溫差變化小的機(jī)組，聯(lián)接的轉(zhuǎn)子中心線應(yīng)為一條連續(xù)的直線，對(duì)于多機(jī)組往往由于冷熱態(tài)變化大，以及高速機(jī)械對(duì)找正的精度要求，須按設(shè)計(jì)給定的找正曲線找正，并且要求軸承標(biāo)高能適應(yīng)轉(zhuǎn)子軸心運(yùn)動(dòng)要求。然而現(xiàn)場(chǎng)安裝操作 時(shí)往往難以保證，從而