氣體壓縮及輸送設(shè)備

1、設(shè)備基礎(chǔ)知識(shí) 第二章 氣體壓縮及輸送設(shè)備第二章 氣體壓縮及輸送設(shè)備第一節(jié) 壓縮機(jī)的分類與應(yīng)用在石油化工裝置中廣泛地使用氣體壓縮機(jī)來(lái)輸送氣體和提高氣體的壓力。壓縮機(jī)種類繁多，按其工作原理可分為速度式和容積式兩大類。如圖.1所示。圖2.1 壓縮機(jī)的分類速度式（也稱透平式）壓縮機(jī)是依靠高速旋轉(zhuǎn)的工作葉輪，將機(jī)械能傳遞給氣體介質(zhì)，并轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能。容積式壓縮機(jī)依靠容積的周期性變化來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的增壓和輸送。根據(jù)用途進(jìn)行分類，如氫氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)，裂解氣壓縮機(jī)，乙烯壓縮機(jī)等。按出口壓力pd又可分為：通風(fēng)機(jī)，pd0.0142MPa；鼓風(fēng)機(jī)，0.0142MPapd0.245MPa；壓縮機(jī)，pd0.245

2、MPa。壓縮機(jī)由于在原理和結(jié)構(gòu)上的差別，使得在性能特點(diǎn)方面各有不同，各類壓縮機(jī)的適用范圍如圖2.2所示。 圖2.2 各類壓縮機(jī)的適用范圍第二節(jié) 離心式壓縮機(jī)一、概述1. 離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用在現(xiàn)代大型石油化工裝置中，除了個(gè)別需要超高壓、小流量的場(chǎng)合外，離心式壓縮機(jī)已基本取代了活塞式壓縮機(jī)，成為壓縮和輸送各種氣體的關(guān)鍵設(shè)備，占有極其重要的地位。如在化肥廠使用的離心式氮?dú)錃鈮嚎s機(jī)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，石油化工廠使用的離心式石油氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)，煉油廠使用的離心式空氣壓縮機(jī)、烴類氣體壓縮機(jī)，以及制冷用的氨氣壓縮機(jī)等。實(shí)踐證明，在大型化生產(chǎn)中采用離心式壓縮機(jī)具有以下幾方面優(yōu)點(diǎn)：（1）排氣量大，結(jié)構(gòu)緊湊，

3、機(jī)組尺寸小，重量輕，占地面積小。（2）運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，易損件少，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，機(jī)器利用率高，操作維修費(fèi)用低。 （3）可以做到絕對(duì)無(wú)油的壓縮過(guò)程，對(duì)于不允許氣體帶油的某些工藝過(guò)程具有重要意義。（4）機(jī)器轉(zhuǎn)速高，適宜采用工業(yè)汽輪機(jī)或燃汽輪機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，使生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的蒸汽、煙氣的副產(chǎn)品得以利用，降低產(chǎn)品成本。離心式壓縮機(jī)存在的缺點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾方面：（1）目前還不適用于氣量太小及壓比過(guò)高的場(chǎng)合。（2）氣量調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性較差，工作流量偏離設(shè)計(jì)流量時(shí)，效率下降幅度較大。（3）離心式壓縮機(jī)效率一般仍低于活塞式壓縮機(jī)。我國(guó)在五十年代已能制造離心式壓縮機(jī)，從七十年代初開始又以石油化工廠，大型化肥廠為主，引進(jìn)了一

4、系列高性能的中、高壓力的離心式壓縮機(jī)，取得了豐富的使用經(jīng)驗(yàn)，并在對(duì)引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化、吸收的基礎(chǔ)上大大增強(qiáng)了自己的研究、設(shè)計(jì)和制造能力。2. 離心壓縮機(jī)的種類離心壓縮機(jī)的種類繁多，根據(jù)其性能、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可按如下幾方面進(jìn)行分類。表2.1 離心式壓縮機(jī)的分類分類方法類型名稱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或用途按照機(jī)殼數(shù)目分 單缸型 只有一個(gè)機(jī)殼 多缸型 具有二個(gè)以上機(jī)殼按照氣體在壓縮過(guò)程中的冷卻次數(shù)分 單段型 氣體在壓縮過(guò)程中不進(jìn)行冷卻 多段型 氣體在壓縮過(guò)程中至少冷卻一次 等溫型 氣體在壓縮過(guò)程中每次都進(jìn)行冷卻按照機(jī)殼的剖分方式分 水平剖分型 機(jī)殼被水平剖分為上下兩半 筒型 機(jī)殼為垂直剖分的圓筒二、離心壓縮機(jī)的工作原理

5、汽輪機(jī)（或電動(dòng)機(jī)）帶動(dòng)壓縮機(jī)主軸葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪后面的擴(kuò)壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間的進(jìn)汽部份進(jìn)入葉輪，由于工作輪不斷旋轉(zhuǎn)，氣體能連續(xù)不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機(jī)中氣體的連續(xù)流動(dòng)。氣體因離心作用增加了壓力，并以很大的速度離開工作輪，氣體經(jīng)擴(kuò)壓器逐漸降低了速度，動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，進(jìn)一步增加了壓力。如果一個(gè)工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過(guò)使多級(jí)葉輪串聯(lián)起來(lái)工作的辦法來(lái)達(dá)到對(duì)出口壓力的要求。級(jí)間的串聯(lián)通過(guò)彎道、回流器來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就是離心式壓縮機(jī)的工作原理。離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理與離心泵相似，都是依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片推動(dòng)流體流動(dòng)，從而增加流

6、體的動(dòng)能和壓力能。但是離心壓縮機(jī)壓縮的是氣體介質(zhì)，其介質(zhì)密度小，所產(chǎn)生的離心力小，因而依靠離心力作功獲得的能量較少。為使氣體獲得更多的能量以提高氣體的壓力，離心式壓縮機(jī)都采用很高的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速往往高達(dá)每分鐘近萬(wàn)轉(zhuǎn)或每分鐘一萬(wàn)轉(zhuǎn)以上。轉(zhuǎn)速越高，壓縮機(jī)流通內(nèi)氣體的流速也就越高。這些使離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)有其特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造要求比普通離心泵更為嚴(yán)格、難度更大。三、離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)離心式壓縮機(jī)本體結(jié)構(gòu)由轉(zhuǎn)子及定子兩大部分組成，結(jié)構(gòu)如圖2-4所示。轉(zhuǎn)子包括主軸及固定在軸上的葉輪、軸套、平衡盤、推力盤和聯(lián)軸節(jié)等零部件。定子則由氣缸和定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件組成。在轉(zhuǎn)子與定子之間需要密封氣體之處還設(shè)有

7、密封元件。有的壓縮機(jī)，氣體從氣缸中間排出，到缸外進(jìn)行冷卻后，再回到氣缸內(nèi)繼續(xù)進(jìn)行壓縮，有一次這樣中間排出又返回的稱為二段壓縮，有的壓縮機(jī)一缸可以有幾個(gè)這樣的段。下面將對(duì)離心式壓縮機(jī)主要部件的基本結(jié)構(gòu)和作用進(jìn)行介紹。1.吸入室 2.葉輪 3.擴(kuò)壓器 4.彎道 5.回流器 6.蝸殼 7、8.軸端密封 9.支持軸承 10.止推軸承 11.卡環(huán) 12.機(jī)殼 13.端蓋 14.螺栓 15.推力盤 16.主軸 17.聯(lián)軸器 18輪蓋密封 19.隔板密封 20.隔板圖2-4 離心式壓縮機(jī)縱剖面結(jié)構(gòu)圖1.主軸主軸是起支持旋轉(zhuǎn)零件及傳遞扭矩作用的。轉(zhuǎn)子上的各零部件紅套在主軸上，隨主軸高速旋轉(zhuǎn)。過(guò)盈裝配不僅是傳遞

8、扭矩需要，還是為了防止轉(zhuǎn)動(dòng)部件在旋轉(zhuǎn)時(shí)由于離心力的作用而松動(dòng)。另外，主軸與葉輪、平衡盤、推力盤等部件間還設(shè)有鍵，起到放松作用。各轉(zhuǎn)子零部件在主軸上的定位是靠軸肩、定距套、鎖進(jìn)螺母及卡環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)形式分為階梯軸和光軸兩種。2.葉輪 葉輪又稱工作輪，是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子上最主要的部件，葉輪隨主軸高速旋轉(zhuǎn)，對(duì)氣體作功。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪作高速旋轉(zhuǎn)，受旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng)，在流出葉輪時(shí)，氣體的壓力、速度和溫度都得到提高。它是壓縮機(jī)中唯一的作功部件。按結(jié)構(gòu)形式葉輪分為開式、半開式和閉式三種。開式葉輪（見圖2-5）結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，僅由輪轂和徑向葉片組成。在葉輪上，葉片槽道兩

9、個(gè)側(cè)面都是敞開著的，氣體通道是由葉片槽道和與葉片前后有一定間隙的機(jī)殼形成的。這種通道對(duì)氣體流動(dòng)不利，使氣體流動(dòng)損失很大，此外，在葉輪和機(jī)殼之間引起的摩擦鼓風(fēng)損失也最大，故這種葉輪的效率最低，在壓縮機(jī)中很少被采用。 半開式葉輪（見圖2-6）葉片槽道一側(cè)被輪盤封閉，另一側(cè)敞開，改善了氣體通道，減少了流動(dòng)損失，提高了效率。但是，由于葉輪側(cè)面間隙很大，有一部分氣體從葉輪出口倒流回進(jìn)口，內(nèi)泄漏損失大。此外，葉片兩邊存在壓力差，使氣體通過(guò)葉片頂部從一個(gè)槽道潛流向另一個(gè)槽道，因而這種葉輪效率仍不高。閉式葉輪由輪蓋、輪盤和葉片組成。這種葉輪對(duì)氣體流動(dòng)有利。輪蓋處裝有氣體密封，減少了內(nèi)泄漏損失。葉片槽道間潛流引

10、起的損失也不存在，因此效率比前兩種葉輪都高。另外，葉輪側(cè)面和定子間隙也不像半開式葉輪那樣要求嚴(yán)，可以適當(dāng)放大，使檢修時(shí)拆裝方便。這種葉輪在制造上雖較前兩種復(fù)雜，但有較高的效率和其他優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)壓縮機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。 圖2-5 開式葉輪 圖2-6 半開式葉輪3.平衡盤在多級(jí)離心式壓縮機(jī)中因每級(jí)葉輪兩側(cè)的氣體作用力大小不等，使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)指向低壓端的合力，這個(gè)合力即稱為軸向力。軸向力對(duì)于壓縮機(jī)的正常運(yùn)行是有害的，容易引起止推軸承損壞，使轉(zhuǎn)子向一端竄動(dòng)，導(dǎo)致動(dòng)件偏移與固定元件之間失去正確的相對(duì)位置，情況嚴(yán)重時(shí)，轉(zhuǎn)子可能與固定部件碰撞造成事故。平衡盤是利用它兩邊氣體壓力差來(lái)平衡軸向力的零件。如圖2-

11、7所示，平衡盤位于高壓端，它的一側(cè)壓力是末級(jí)葉輪盤側(cè)間隙中的壓力，另一側(cè)通向大氣或進(jìn)氣管，通常平衡盤只平衡一部分軸向力，剩余軸向力由止推軸承承受，在平衡盤的外緣需安裝氣封，用來(lái)防止氣體漏出，保持兩側(cè)的差壓。軸向力的平衡也可以通過(guò)葉輪的兩面進(jìn)氣 和葉輪反向安裝來(lái)平衡。 圖2-7 平衡盤裝置4.推力盤由于平衡盤只平衡部分軸向力，其余軸向力通過(guò)推力盤傳給止推軸承上的止推塊，構(gòu)成力的平衡，推力盤與推力塊的接觸表面，應(yīng)做得很光滑，在兩者的間隙內(nèi)要充滿合適的潤(rùn)滑油，在正常操作下推力塊不致磨損，在離心壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)向另一端竄動(dòng)，為保證轉(zhuǎn)子應(yīng)有的正常位置，轉(zhuǎn)子需要兩面止推定位，其原因是壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，各級(jí)

12、的氣體還未建立，平衡盤二側(cè)的壓差還不存在，只要?dú)怏w流動(dòng)，轉(zhuǎn)子便會(huì)沿著與正常軸向力相反的方向竄動(dòng)，因此要求轉(zhuǎn)子雙面止推，以防止造成事故。5.聯(lián)軸器由于離心壓縮機(jī)具有高速回轉(zhuǎn)、大功率以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)難免有一定振動(dòng)的特點(diǎn)，所用的聯(lián)軸器既要能夠傳遞大扭矩，又要允許徑向及軸向有少許位移，聯(lián)軸器分齒型聯(lián)軸器、膜片聯(lián)軸器和盤膜聯(lián)軸器等，目前常用的是膜片式聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器具有無(wú)油潤(rùn)滑、無(wú)磨損、熱補(bǔ)償性好、自動(dòng)對(duì)中性好等特點(diǎn)。6.氣缸氣缸是壓縮機(jī)的殼體，又稱機(jī)殼。由殼身和進(jìn)、排氣室構(gòu)成，氣缸上，裝有隔板、密封體、軸承體等零部件。對(duì)它有如下要求：(1)有足夠的強(qiáng)度以承受氣體的壓力；(2)法蘭結(jié)合面應(yīng)嚴(yán)密，保證氣體不向機(jī)

13、外泄漏；(3)有足夠的剛度，以免變形。6.1 氣缸的形式離心式壓縮機(jī)氣缸可分為水平剖分型和垂直剖分型(又稱筒型)兩種。氣體壓力比較低(一般低于5MPa)的多采用水平剖分型氣缸，氣體壓力較高或易泄漏的，要采用筒型缸體。水平剖分型氣缸有一個(gè)中分面，將氣缸分為上下兩半，分別稱為上、下氣缸，在中分面處用螺栓把法蘭連接在一起。法蘭結(jié)合面應(yīng)嚴(yán)密，保證不漏氣。一般進(jìn)、排氣接管或其他氣體接管都裝在下氣缸，以便拆卸時(shí)起吊上氣缸方便。打開上氣缸，壓縮機(jī)內(nèi)零部，如轉(zhuǎn)子、隔板、迷宮密封等都容易進(jìn)行拆裝。垂直剖分型氣缸適應(yīng)于中高壓壓縮機(jī)。如圖2-4，氣缸是一個(gè)圓筒，兩端分別有端蓋板，用螺栓把緊。隔板有水平剖分面，隔板之

14、間有止口定位，形成隔板束。轉(zhuǎn)子裝好后放在下隔板束上，蓋好上隔板束，隔板中分面法蘭用螺栓把緊，隔板束件可用貫穿螺栓連起來(lái)，推入筒型缸體安置好后，貫穿螺栓可以卸掉。為了導(dǎo)向和防止隔板束轉(zhuǎn)動(dòng)，在氣缸下部設(shè)有縱向鍵。軸承座可以和端蓋板做成一個(gè)整體，易于保持同心，也可以分開制造，再用螺栓連接。和水平剖分型缸體比較起來(lái)，筒型缸體具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，筒型缸體強(qiáng)度高；第二，筒型缸體泄漏面小，氣密性好；第三，筒型缸體的剛性比水平剖分型好，在相同條件下變形小。筒型缸體的最大缺點(diǎn)是拆卸困難，檢修不便。6.2 氣缸的固定原則氣缸固定在機(jī)座上，壓縮機(jī)在啟動(dòng)、停機(jī)和運(yùn)行中負(fù)荷變化時(shí)，氣缸各部分溫度都會(huì)發(fā)生變化而引起相應(yīng)的

15、膨脹和收縮。如果膨脹和收縮不能合理、自由地進(jìn)行，就可能引起氣缸、軸承座的部件的變形，使中心對(duì)中偏差加大，振動(dòng)加??；同時(shí)引起壓縮機(jī)內(nèi)的間隙變化，造成動(dòng)、靜部分碰傷或者效率降低。因此氣缸固定必須考慮到膨脹和收縮問(wèn)題，要求氣缸合理地自由伸縮。通常在氣缸、軸承座和機(jī)座之間裝設(shè)軸向鍵和水平橫向鍵。有的壓縮機(jī)采用撓性板支撐系統(tǒng)，不設(shè)軸向鍵。如圖2-8所示，A為軸向鍵，B為水平橫向鍵，氣缸可以沿圖中箭頭所示方向自由膨脹和伸縮，而不會(huì)移動(dòng)或旋動(dòng)。圖中A-A和B-B的空間交點(diǎn)E是不動(dòng)點(diǎn)，常稱為氣缸的死點(diǎn)。鍵和機(jī)座之間應(yīng)緊配，而鍵與氣缸鍵槽、氣缸貓抓螺釘與螺釘孔間及螺帽墊圈下均應(yīng)留有足夠的間隙，以使氣缸伸縮。 圖

16、2-8 氣缸機(jī)座滑鍵的布置在氣缸固定時(shí)，要特別注意氣體管道與氣缸的柔性連接，以保證不因管道的收縮影響氣缸的定位。7.隔板隔板形成固定元件的氣體通道，根據(jù)隔板在壓縮機(jī)中所處的位置，隔板有4種類型：進(jìn)氣隔板、中間隔板、段間隔板和排氣隔板。進(jìn)氣隔板和氣缸形成進(jìn)氣室，將氣體導(dǎo)流到第一級(jí)葉輪人口，對(duì)于采用可調(diào)預(yù)旋的壓縮機(jī)，在進(jìn)氣隔板上還要裝設(shè)可調(diào)導(dǎo)葉，以改變氣體流向第一級(jí)葉輪的方向角。中間隔板的任務(wù)有二：一是形成擴(kuò)壓器，二是形成彎道（與氣缸一起）和回流器。段間隔板是指在分段葉輪對(duì)置的壓縮機(jī)中分隔兩段的排氣口。排氣隔板除了與末級(jí)葉輪前隔板形成擴(kuò)壓器外，還要與氣缸形成排氣室（蝸殼）。(1)擴(kuò)壓器：氣體從葉輪

17、流出時(shí)，它仍具有較高的流動(dòng)速度。為了充分利用這部分速度能，以提高氣體的壓力，在葉輪后面設(shè)置了流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器一般有無(wú)葉、葉片、直壁形擴(kuò)壓器等多種形式。無(wú)葉擴(kuò)壓器通常是由兩個(gè)平行壁面組成的環(huán)形通道，氣體在無(wú)葉擴(kuò)壓器中按一定方向角作對(duì)數(shù)螺旋線軌跡運(yùn)動(dòng)，隨擴(kuò)壓器直徑的增大流道面積增大、達(dá)到使氣體降速增壓的目的，其結(jié)構(gòu)如圖2-9所示；葉片擴(kuò)壓器是在環(huán)形通道內(nèi)裝有葉片，如圖2-10所示。由于葉片的導(dǎo)流作用，氣流降低速度快，與無(wú)葉擴(kuò)壓器相比，具有擴(kuò)壓程度大而尺寸小的優(yōu)點(diǎn)；另一種特殊的葉片擴(kuò)壓器，叫直壁擴(kuò)壓器，其擴(kuò)壓器葉片前一小段形成接近對(duì)數(shù)螺旋線的曲壁通道，后一段是接近直線的直壁通道，這種

18、擴(kuò)壓器中葉片的形成與一般葉片擴(kuò)壓器不同，它是由所需的通道形式來(lái)確定通道的兩個(gè)壁面，由相鄰兩通道的側(cè)壁構(gòu)成葉片。這種擴(kuò)壓器看成是一個(gè)單獨(dú)通道，故又稱為通道形擴(kuò)壓器。由于這種擴(kuò)壓器的通道數(shù)僅為412個(gè)也稱為少通道擴(kuò)壓器，如圖2-11所示，其彎道和回流器連成一個(gè)整體。圖2-9 無(wú)葉擴(kuò)壓器 圖2-10 葉片擴(kuò)壓器圖2-11 直壁擴(kuò)壓器 圖2-12 彎道和回流器(2)彎道：彎道是由機(jī)殼和隔板構(gòu)成的彎環(huán)形空間，位于擴(kuò)壓器之后，其作用是為使氣體進(jìn)入下一級(jí)葉輪，將擴(kuò)壓出口流出的離心流動(dòng)的氣體作180°的轉(zhuǎn)向，變?yōu)橄蛐牧鲃?dòng)。(3)回流器：在彎道后面連接的通道就是回流器，回流器的作用是使氣流按所需的方向

19、均勻地進(jìn)入下一級(jí)，它由隔板和導(dǎo)流葉片組成。導(dǎo)流葉片通常是圓弧的，可以和氣缸鑄成一體也可以分開制造，然后用螺栓連接在一起。彎道和回流器如圖2-12。(4)蝸殼：蝸殼的主要目的是把擴(kuò)壓器后面或葉輪后面流出的氣體匯集起來(lái)引出壓縮機(jī)，由于蝸殼外徑的不斷增大和流通截面的漸漸擴(kuò)大，也使氣流起到了一定的降速擴(kuò)壓作用。蝸殼的截面形狀有圓形、犁形、梯形和矩形等。蝸殼可以直接與葉輪出口連通(圖2-13(b)，也有的氣體先進(jìn)擴(kuò)壓器再到蝸殼(圖2-13 (a)。有些蝸殼做成不對(duì)稱的內(nèi)蝸殼形式(圖2-13(c)。圖2-13 蝸殼的結(jié)構(gòu)形式8.密封為了減少氣體通過(guò)轉(zhuǎn)子與固定元件間的間隙的漏氣量，需要采用密封裝置。離心壓縮

20、機(jī)密封分內(nèi)密封和外密封兩種。內(nèi)密封的作用是防止氣體在級(jí)間倒流，如輪蓋處的輪蓋密封，隔板和轉(zhuǎn)子間的隔板密封。外密封是為了減少和杜絕機(jī)器內(nèi)部的氣體向外泄露，或外界空氣竄入機(jī)器內(nèi)部而設(shè)置的，如軸端密封。離心壓縮機(jī)中密封種類很多，常用的有以下幾種：1）迷宮密封迷宮密封目前是離心壓縮機(jī)用得較為普遍的密封裝置，用于壓縮機(jī)的外密封和內(nèi)密封。迷宮密封的氣體流動(dòng)(見圖2-14)，當(dāng)氣體流過(guò)梳齒形迷宮密封片的間隙時(shí)，氣體經(jīng)歷了一個(gè)膨脹過(guò)程，壓力從P1降至右端的P2，這種膨脹過(guò)程是逐步完成的，當(dāng)氣體從密封片的間隙進(jìn)入密封腔時(shí)，由于截面積的突然擴(kuò)大，氣流形成很強(qiáng)的旋渦，使得速度幾乎完全消失，密封面兩側(cè)的氣體存在著壓差

21、，密封腔內(nèi)的壓力和間隙處的壓力一樣，按照氣體膨脹的規(guī)律來(lái)看，隨著氣體壓力的下降，速度應(yīng)該增加，溫度應(yīng)該下降，但是由于氣體在狹小縫隙內(nèi)的流動(dòng)是屬于節(jié)流性質(zhì)的，此時(shí)氣體由于壓降而獲得的動(dòng)能在密封腔中完全損失掉，而轉(zhuǎn)化為無(wú)用的熱能，這部分熱能轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)又加熱氣體，從而使得瞬間剛剛隨著壓力降落下去的溫度又上升起來(lái)，恢復(fù)到壓力沒(méi)有降低時(shí)的溫度，氣流經(jīng)過(guò)隨后的每一個(gè)密封片和空腔就重復(fù)一次上面的過(guò)程，一直到壓力P2為止。由此可見迷宮密封是利用節(jié)流原理，當(dāng)氣體每經(jīng)過(guò)一個(gè)齒片，壓力就有一次下降，經(jīng)過(guò)一定數(shù)量的齒片后就有較大的壓降，實(shí)質(zhì)上迷宮密封就是給氣體的流動(dòng)以壓差阻力，從而減小氣體的通過(guò)量。圖2-14 迷宮密封的

22、氣體流動(dòng)圖常用的迷宮密封有以下幾種。(1)平滑型 見圖2-15，軸作成光軸，密封體上車有梳齒或者鑲嵌有齒片，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。(2)曲折型 見圖2-16，為了增加每個(gè)齒片的節(jié)流降壓效果，發(fā)展了曲折型的迷宮密封，密封效果比平滑形好。 (3)臺(tái)階型 見圖2-17，這種型式的密封效果也優(yōu)于平滑形，常用于葉輪輪蓋的密封，一般有35個(gè)密封齒。(4)蜂窩型 見圖2-18，這種密封加工工藝復(fù)雜，但密封效果好，密封片結(jié)構(gòu)剛度大。圖2-15 平滑型迷宮密封 圖2-16 曲折型迷宮密封 圖2-17 臺(tái)階型迷宮密封圖2-18 蜂窩型迷宮密封 2）油膜密封，即浮環(huán)密封浮環(huán)密封的原理是靠高壓油在浮環(huán)與軸套之間形成油膜而產(chǎn)生節(jié)流

23、降壓，阻止機(jī)內(nèi)與機(jī)外的氣體相通。浮環(huán)密封既能在環(huán)與軸的間隙中形成油膜，環(huán)本身又能自由徑向浮動(dòng)。圖2-19為浮環(huán)密封的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)，它由幾個(gè)浮動(dòng)環(huán)組成，浮環(huán)能在軸上上、下浮動(dòng)，但受銷釘限制不能隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)。浮環(huán)密封需要專門的密封液，一般為潤(rùn)滑油。封油從進(jìn)油口注入，通過(guò)浮環(huán)和軸之間的間隙，沿軸向左右兩端流動(dòng)。封油壓力僅比軸封前機(jī)內(nèi)氣體壓力高約0.05MPa左右，所以向機(jī)內(nèi)泄漏的封油量很少。流至高壓側(cè)的封油與氣混合，排出到油氣分離器，經(jīng)分離后封油繼續(xù)使用。流到低壓側(cè)(即大氣側(cè))的封油沒(méi)有被氣體污染，可以回油箱循環(huán)使用。浮環(huán)密封利用了軸承工作原理，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)且有封油存在時(shí)，磨得很光的浮環(huán)端面，在壓力油和彈簧作用下

24、緊貼在L形固定環(huán)上，防止泄漏。同時(shí)因浮環(huán)不能轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)與軸之間形成油楔。油的流體動(dòng)壓將浮環(huán)托起，軸與環(huán)之間形成油膜，不僅避免了軸和環(huán)的直接接觸磨損，且又阻止了機(jī)內(nèi)氣體的外漏。由于軸與環(huán)的間隙很小，也大大降低了封油的泄漏量。一般高壓側(cè)浮環(huán)只有一個(gè)，低壓側(cè)浮環(huán)數(shù)量由介質(zhì)壓力與大氣壓力的壓差而定，壓差大時(shí)則用兩個(gè)甚至三個(gè)浮環(huán)。浮環(huán)密封安全可靠，在離心壓縮機(jī)上使用比較廣泛。但是這種密封有一套較復(fù)雜的壓力控制系統(tǒng)，包括封油循環(huán)系統(tǒng)、高位罐及控制儀表等。加前所述，該系統(tǒng)應(yīng)嚴(yán)格控制封油壓力。圖2-19 浮環(huán)密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖3）機(jī)械密封壓縮機(jī)用的機(jī)械密封與一般泵用的機(jī)械密封的不同點(diǎn)，主要是轉(zhuǎn)速高，線速度大，PV值高

25、，摩擦熱大和動(dòng)平衡要求高等。因此，在結(jié)構(gòu)上一般將彈簧及其加荷裝置設(shè)計(jì)成靜止式而且轉(zhuǎn)動(dòng)零件的幾何形狀力求對(duì)稱，傳動(dòng)方式不用銷子、鏈等，以減少不平衡質(zhì)量所引起的離心力的影響，同時(shí)從摩擦件和端面比壓來(lái)看，盡可能采取雙端面部分平衡型，其端面寬度要小，摩擦副材料的摩擦系數(shù)低，同時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)冷卻和潤(rùn)滑，以便迅速導(dǎo)出密封面的摩擦熱。4）干氣密封圖2-20 螺旋槽面干氣密封結(jié)構(gòu)圖隨著流體動(dòng)壓機(jī)械密封技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，螺旋槽面氣體動(dòng)壓密封即干氣密封在石化行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。相對(duì)于封油浮環(huán)密封干氣密封具有較多的優(yōu)點(diǎn)：省去密封油系統(tǒng)及排除一些相關(guān)的常見問(wèn)題，泄漏量少、磨損小、使用壽命長(zhǎng)、能耗低、操作簡(jiǎn)單可靠?，F(xiàn)

26、已廣泛用于石化行業(yè)的離心壓縮機(jī)中。圖2-20所示為螺旋槽面干氣密封的示意圖。它由動(dòng)環(huán)1、靜環(huán)2、彈簧4、O形環(huán)3、5、8，組裝套7及軸6組成。圖2-21所示為動(dòng)環(huán)表面精加工出螺紋槽而后研磨、拋光的密封面。一般來(lái)講螺旋槽深度約2.510m，密封環(huán)表面平行度要求很高，需小于1m，螺旋槽形狀近似對(duì)數(shù)螺旋線。 圖2-21 螺旋槽動(dòng)環(huán)密封面如圖2-21所示，當(dāng)動(dòng)環(huán)旋轉(zhuǎn)時(shí)將密封氣周向吸入螺旋槽內(nèi)，由外徑朝向中心，徑向方向朝著密封堰流動(dòng)，而密封堰起著阻擋氣體流向中心的作用，于是氣體被壓縮引起壓力升高，此氣體膜層壓力企圖推開密封， 形成要求的氣膜。此平衡間隙或膜厚h典型值為3m。這樣，被密封氣體壓力和彈簧力與

27、氣體膜層壓力配合好，使氣膜具有良好的彈性既氣膜剛度高，形成穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)并防止密封面相互接觸，同時(shí)具有良好剛度的氣膜可有效的限制泄漏量。干氣密封作用力情況見圖2-22，在正常運(yùn)轉(zhuǎn)條件下該密封的閉合力（彈簧和氣體作用力）等于開啟力（氣膜作用力），當(dāng)受到外力干擾，間隙減小，則氣體剪切率增大，螺旋槽開啟間隙的效能增加，開啟力大于閉合力，恢復(fù)到原間隙，若受到外擾間隙增大，則間隙內(nèi)膜壓下降，開啟力小于閉合力，密封面合攏恢復(fù)到原間隙 。 圖2-22干氣密封作用力圖干氣密封的類型可分成單列密封、串聯(lián)密封、雙列對(duì)置密封和三列密封等。和浮環(huán)油膜密封比較，干氣體密封不需要復(fù)雜的輔助系統(tǒng)。只需要提供簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)

28、密封的情況和自動(dòng)停車的情況。圖2-23所示為一典型的干氣體密封輔助系統(tǒng)。潔凈的密封氣（可以是工藝氣，也可以是外設(shè)的氮?dú)猓┮愿哂趬嚎s機(jī)內(nèi)被封工藝氣體的壓力由入口1注入到密封裝置，用以阻止壓縮機(jī)工藝氣體滲漏。在兩側(cè)干氣密封面間泄漏的工藝介質(zhì)氣和隔離氣的混合氣經(jīng)過(guò)壓力開關(guān)PSM(PAM)、限流孔板3和流量計(jì)4后，排放到主空口，去火炬系統(tǒng)。隔離氣（氮?dú)猓┯扇肟?注入，用以保護(hù)密封部件免受污染和阻止工藝氣體泄漏，而靠近壓縮機(jī)外部的密封泄漏氣體主要為極少量的緩沖氣體，經(jīng)次放空口5放空。壓縮機(jī)油泵運(yùn)行前，必須將隔離氣體（氮?dú)猓┮氲礁蓺饷芊庋b置，以防止密封部件和油接觸。壓縮機(jī)使用前，一般先注入潔凈的氮?dú)鈫?dòng)

29、和保護(hù)密封面，在壓縮機(jī)投入正常運(yùn)行前，置換來(lái)自壓縮機(jī)出口的工藝氣，工藝氣必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾器過(guò)濾。干氣密封的支持系統(tǒng)控制部件及管線遠(yuǎn)不及常規(guī)液體密封安裝的那么復(fù)雜和昂貴，通常具有如下特點(diǎn)： 氣源與支持系統(tǒng)工程簡(jiǎn)單； 操作時(shí)無(wú)磨損，密封壽命可達(dá)數(shù)年； 工藝氣體漏損率低，且工藝介質(zhì)不會(huì)被污染； 對(duì)轉(zhuǎn)子軸向或徑向移動(dòng)不敏感， 對(duì)密封的氣體性能相對(duì)來(lái)說(shuō)不敏感； 低動(dòng)力消耗，約為機(jī)械接觸式密封的l/20 左右。 圖2-23 干氣密封的輔助系統(tǒng)9.軸承離心式壓縮機(jī)有徑向軸承和推力軸承。徑向軸承的作用是承受轉(zhuǎn)子重量和其他附加徑向力，保證轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)中心和氣缸中心一致，并在一定轉(zhuǎn)速下正常旋轉(zhuǎn)。止推軸承的作用是承受轉(zhuǎn)子的

30、剩余軸向力，限制轉(zhuǎn)子的軸向竄動(dòng)，保持轉(zhuǎn)子在氣缸中的軸向位置。離心壓縮機(jī)一般采用油膜滑動(dòng)軸承，它是依靠軸頸（或止推盤）本身的旋轉(zhuǎn)，把潤(rùn)滑油帶入軸頸（或止推盤）與軸瓦之間，形成楔狀油膜，受到負(fù)荷的擠壓建立起油膜壓力以承受載荷。(1)徑向軸承徑向軸承主要由軸承座、軸承蓋、軸瓦等組成。軸承座：是用來(lái)放置軸瓦的，可以與氣缸鑄在一起，也可以單獨(dú)鑄成后支持在機(jī)座上，轉(zhuǎn)子加給軸承的作用力最終都要通過(guò)它直接或間接地傳給機(jī)座和基礎(chǔ)。軸承蓋：蓋在軸瓦上，并與軸瓦保持一定的緊力，以防止軸承跳動(dòng)，軸承蓋用螺栓緊固在軸承座上。軸瓦：用來(lái)直接支承軸頸，軸瓦圓表面澆巴氏合金，由于其減摩性好，塑性高，易于澆注和跑合，在離心壓縮

31、機(jī)中廣泛采用。在實(shí)際中，為了裝卸方便，軸瓦通常是制成上下兩半，并用螺栓緊固，目前使用巴氏合金厚度通常在12mm。潤(rùn)滑油從軸承側(cè)表面的油孔進(jìn)入軸承，在進(jìn)入軸承的油路上，安裝一個(gè)節(jié)流孔板，借助于節(jié)流孔板直徑的改變，就可以調(diào)節(jié)進(jìn)入軸承油量的多少，在軸瓦的上半部?jī)?nèi)有環(huán)狀油槽，這樣使得潤(rùn)滑油能更好地循環(huán)，并對(duì)軸頸進(jìn)行冷卻。離心壓縮機(jī)采用最早和普遍的是圓瓦軸承（圖2-24），后來(lái)逐漸采用橢圓瓦軸承、多油楔軸承，目前大型機(jī)組多采用可傾瓦軸承（圖2-25）。可傾瓦軸承由多塊瓦組成，瓦塊可以擺動(dòng)，在工況變化時(shí)能形成最佳油膜，抗振性好，不容易產(chǎn)生油膜振蕩。如圖2-25，五塊可傾瓦沿軸頸圓周均勻分布，其中一塊在軸頸

32、下方，以便停車時(shí)支撐支撐軸頸及冷態(tài)時(shí)找正。為保證運(yùn)行中適應(yīng)速度、負(fù)載的變化，瓦塊在瓦殼上自由擺動(dòng)，形成最佳油膜。 圖2-24 圓瓦軸承(2)推力軸承推力軸承與徑向軸承一樣，也是分上下兩半，中分面有定位銷，并用螺栓連接，球面殼體與球面座間用定位套筒，防止相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于是球面支承或可根據(jù)軸撓曲程度而自動(dòng)調(diào)節(jié)，推力軸承與推力盤一起作用，安裝在軸上的推力盤隨著軸轉(zhuǎn)動(dòng)，把軸傳來(lái)的推力壓在若干塊靜止的推力塊上，在推力塊工作面上也澆鑄一層巴氏合金，推力塊 圖2-25 徑向可傾瓦軸承厚度誤差小于0.010.02mm。離心壓縮機(jī)中廣泛采用米切爾式止推軸承和金斯泊雷式止推軸承。米切爾式是止推塊直接與基環(huán)接觸，是單

33、層的；金斯伯雷軸承（圖2-26）是止推塊1下有上水準(zhǔn)快2、下水準(zhǔn)快3，然后才是基環(huán)4，相當(dāng)于三層疊起來(lái)。金斯伯雷軸承的特點(diǎn)是載荷分布均勻、調(diào)節(jié)靈活，能補(bǔ)償轉(zhuǎn)子的不對(duì)中、偏斜，但軸向尺寸長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 圖2-25 金斯泊雷式止推軸承離心壓縮機(jī)在正常工作時(shí)，軸向力總是指向低壓端，承受這個(gè)軸向力的推力塊稱為主推力塊。在壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，由于氣流的沖力方向指向高壓端，這個(gè)力使軸向高壓端竄動(dòng)，為了防止軸向高壓端竄動(dòng)，設(shè)置了另外的推力塊，這種推力塊在主推力塊的對(duì)面，稱為副推力塊。推力盤與推力塊之間留有一定的間隙，以利于油膜的形成，此間隙一般在0.250.35mm以內(nèi),最主要的是間隙的最大值應(yīng)當(dāng)小于固定元件與轉(zhuǎn)

34、動(dòng)元件之間的最小軸向間隙,這樣才能避免動(dòng)、靜件相碰。潤(rùn)滑油從球面下部進(jìn)油口進(jìn)入球面殼體，再分兩路，一路經(jīng)中分面進(jìn)入徑向軸承，另一路經(jīng)兩組斜孔通向推力軸承，進(jìn)推力軸承的油一部分進(jìn)入主推力塊，另一部分進(jìn)入副推力塊。四、離心壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)常按一種工況條件設(shè)計(jì)，實(shí)際卻往往要在非設(shè)計(jì)條件下運(yùn)行。工況改變了，壓縮機(jī)的性能也將隨之變化，這時(shí)就需要改變壓縮機(jī)的運(yùn)行工況以適應(yīng)變化了的運(yùn)行條件，滿足使用要求。1. 流量特性1.1 一般特點(diǎn)運(yùn)行中壓縮機(jī)的運(yùn)行工況常常發(fā)生變化。為了反映不同工況下壓縮機(jī)的性能，通常把在一定進(jìn)氣狀態(tài)下對(duì)應(yīng)各種轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣流量與壓縮機(jī)的排氣壓力（或壓比）、功率及效率的關(guān)系用曲線形式表示出

35、來(lái)，這些曲線就稱為壓縮機(jī)的流量特性線或性能曲線。如圖2-26，所示是一臺(tái)離心式壓縮機(jī)排氣壓力-流量、功率-流量的性能曲線。壓縮機(jī)性能曲線通常在試驗(yàn)臺(tái)通過(guò)試驗(yàn)獲得，也可以以級(jí)的性能曲線為依據(jù)通過(guò)計(jì)算方法得到。壓縮機(jī)性能曲線是壓縮機(jī)變動(dòng)工況性能的圖像表示，它清晰地表明了各種工況下的性能、穩(wěn)定工作范圍等，是操作運(yùn)行、分析變工況性能的重要依據(jù)。圖2-26 離心壓縮機(jī)的性能曲線縱觀壓縮機(jī)性能曲線，可以看出如下一般特點(diǎn)：(1)轉(zhuǎn)速一定，流量減少，壓力比增加。起先增加很快，當(dāng)流量減少到一定值開始，壓比增加的速度放慢，有的壓縮機(jī)級(jí)的特性壓比隨流量減少甚至還要減少。(2)流量進(jìn)一步減少，壓縮機(jī)的工作會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定

36、，氣流出現(xiàn)脈動(dòng)，振動(dòng)加劇，伴隨著吼叫聲，這個(gè)現(xiàn)象稱為喘振現(xiàn)象，這個(gè)最小流量稱為喘振流量。因此，特性線上標(biāo)明最小流量限制，當(dāng)然，每個(gè)轉(zhuǎn)速線下都有一個(gè)喘振流量，不同轉(zhuǎn)速下喘振流量工況點(diǎn)的連線稱為喘振線。(3)在增大流量時(shí)也會(huì)有限制，轉(zhuǎn)速不變的情況下，流量加大到某個(gè)最大值時(shí)，壓比和效率垂直下降，出現(xiàn)所謂“阻塞現(xiàn)象”。(4)轉(zhuǎn)速越高，特性線越陡，這主要是由于轉(zhuǎn)速高，氣流馬赫數(shù)就高。因而流量變化引起的損失增加就大，從而使得特性線變陡。(5)多級(jí)壓縮機(jī)特性線比單級(jí)特性線陡，同理，壓縮機(jī)段的特性線疊加后得到整機(jī)特性線要比段的特性線陡，穩(wěn)定工作范圍小。1.2 工作條件變化的影響(1)進(jìn)氣溫度：在轉(zhuǎn)速和體積流量

37、不變的情況下，進(jìn)氣溫度升高，質(zhì)量流量減少，壓比降低，功率降低。(2)進(jìn)氣分子量：在轉(zhuǎn)速和體積流量不變的情況下，分子量增加，質(zhì)量流量增加，壓力比升高，功率增加。(3)進(jìn)氣壓力：在轉(zhuǎn)速和體積流量不變的情況下，進(jìn)氣壓力增加，質(zhì)量流量增加，壓力比基本不變，功率增加。2.管網(wǎng)特性曲線離心式壓縮機(jī)的工況點(diǎn)都表現(xiàn)在其特性曲線上，而且壓力與流量是一一對(duì)應(yīng)的。但究竟將穩(wěn)定在哪一工況點(diǎn)工作，則要與壓縮機(jī)的管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合決定。壓縮機(jī)在一定的管網(wǎng)狀態(tài)下有一定的穩(wěn)定工況點(diǎn)，而當(dāng)管網(wǎng)狀態(tài)改變，壓縮機(jī)的工況也將隨之改變。所謂管網(wǎng)，一般是指與壓縮機(jī)連接的進(jìn)氣管路、排氣管路以及這些管路上的附件及設(shè)備的總稱。但對(duì)離心式壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)，

38、管網(wǎng)只是指壓縮機(jī)后面的管路及全部裝置。因?yàn)檫@樣規(guī)定后，在研究壓縮機(jī)與其管網(wǎng)的關(guān)系時(shí)就可以避開壓縮機(jī)的進(jìn)氣條件將隨工況變化的問(wèn)題，使問(wèn)題得到簡(jiǎn)化。圖2-27表示壓縮機(jī)與排氣系統(tǒng)中第一個(gè)設(shè)備相連的示意圖，排氣管上有調(diào)整閥門。為了把氣體送入內(nèi)壓力為Pr的設(shè)備去，管網(wǎng)始端的壓力（稱為壓縮機(jī)出口的背壓）Pe為：Pe=PrP=PrAQ2 （1）式中P包括管網(wǎng)中的摩擦損失和局部阻力損失，A為總阻力損失的計(jì)算系數(shù)。P=Pr+AQ2P=PrP=AQ2Q 圖2-27 管網(wǎng)性能曲線將式（1）表示在圖2-27上，即為一條二次曲線，它是管網(wǎng)端壓與進(jìn)氣量的關(guān)系曲線，稱為管網(wǎng)性能曲線。管網(wǎng)性能曲線實(shí)際上相當(dāng)于管網(wǎng)的阻力曲線

39、，此曲線的形狀與容器的壓力及通過(guò)管路的阻力有關(guān)。當(dāng)從壓縮機(jī)到容器的管網(wǎng)很短、閥門全開，因而阻力損失很小時(shí)，管網(wǎng)特性曲線幾乎是一水平線，如線1。當(dāng)管路很長(zhǎng)或閥門關(guān)小時(shí)，阻力損失增大，管網(wǎng)性能曲線的斜率增加，于是變成線2所示。閥門開度愈小，曲線變得愈陡，如線3。如果容器中壓力下降，則管網(wǎng)性能曲線將向下平移；當(dāng)Pr為常壓時(shí)，管網(wǎng)性能曲線就是線4，可見管網(wǎng)的性能曲線是隨管網(wǎng)的壓力和阻力的變化而變化的，3.離心壓縮機(jī)的工作點(diǎn)當(dāng)離心壓縮機(jī)向管網(wǎng)中輸送氣體時(shí)，如果氣體流量和排出壓力都相當(dāng)穩(wěn)定（即波動(dòng)甚?。@就是表明壓縮機(jī)和管網(wǎng)的性能協(xié)調(diào)，處于穩(wěn)定操作狀態(tài)。這個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)具有兩個(gè)條件：一是壓縮機(jī)的排氣量等于

40、管網(wǎng)的進(jìn)氣量；二是壓縮機(jī)提供的排壓等于管網(wǎng)需要的端壓。所以這個(gè)穩(wěn)定工作點(diǎn)一定是壓縮機(jī)性能曲線和管網(wǎng)性能曲線交點(diǎn)，因?yàn)檫@個(gè)交點(diǎn)符合上述兩個(gè)相關(guān)條件。為了便于說(shuō)明，把容積流量折算為質(zhì)量流量G。圖2-28中線1為壓縮機(jī)性能曲線，線2為管網(wǎng)性能曲線，兩者的交點(diǎn)為A點(diǎn)。假設(shè)壓縮機(jī)不是在A點(diǎn)而是在某點(diǎn)A1工況下工作，由于在這種情況下，壓縮機(jī)的流量G1大于A點(diǎn)工況下的G0，在流量為G1的情況下管網(wǎng)要求端壓為PB1，比壓縮機(jī)能提供的壓力PA1還大P，這時(shí)壓縮機(jī)只能自動(dòng)減量（減小氣體的動(dòng)能，以彌補(bǔ)壓能的不足）；隨著氣量的減小，其排氣壓力逐漸上升，直到回到A工況點(diǎn)。假設(shè)不是回到工況點(diǎn)A而是達(dá)到工況點(diǎn)A2，這時(shí)壓縮

41、機(jī)提供的排氣壓力大于管網(wǎng)需要的壓力，壓縮機(jī)流量將會(huì)自動(dòng)增加，同時(shí)排氣壓力則隨之降低，直到和管網(wǎng)壓力相等才穩(wěn)定，這就證明只有兩曲線的交點(diǎn)A才是壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況點(diǎn)。 圖2-28 離心壓縮機(jī)的穩(wěn)定工況點(diǎn)4.非穩(wěn)定工況當(dāng)離心式壓縮機(jī)的流量減少或增加到一定值時(shí)都會(huì)出現(xiàn)氣流不穩(wěn)定工況，因而相應(yīng)地有最大流量限和最小流量限，大量理論研究和實(shí)驗(yàn)表明，壓縮機(jī)的氣流不穩(wěn)定工況總是與通流部分各元件氣流的嚴(yán)重脫離密切相關(guān)的。壓縮機(jī)運(yùn)行中出現(xiàn)不穩(wěn)定工況，性能將大大惡化，在喘振下運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的振動(dòng)，機(jī)器不能正常工作，甚至被破壞。4.1 阻塞工況壓縮機(jī)在某轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，轉(zhuǎn)速不變，增加流量，當(dāng)流量增加到某個(gè)值時(shí)，壓縮機(jī)性能急劇

42、惡化，不能再繼續(xù)增加流量或提高排氣壓力。這可能有兩種情況：第一，在壓縮機(jī)內(nèi)流道中某個(gè)截面氣流達(dá)到臨界狀態(tài)，進(jìn)一步加大流量成為不可能，多發(fā)生在高轉(zhuǎn)速；第二，流量增加，損失增加太多，葉輪對(duì)氣體做的功只能用來(lái)克服流動(dòng)損失，而不能提高氣體的壓力，多發(fā)生在低轉(zhuǎn)速。這就是壓縮機(jī)的阻塞。阻塞流量可以通過(guò)試驗(yàn)和計(jì)算來(lái)確定。在試驗(yàn)時(shí)，加大流量，使壓縮機(jī)性能開始急劇惡化的流量就可認(rèn)為是阻塞流量，壓比-流量特性線幾乎成垂直下降形式。一般壓縮機(jī)特性線上阻塞流量限都不明顯標(biāo)明。為確保運(yùn)行穩(wěn)定，可以根據(jù)特性線的形狀大致規(guī)定最大流量限制，也可以以設(shè)計(jì)工況為依據(jù)規(guī)定出一定的范圍。4.2 喘振工況當(dāng)離心壓縮機(jī)流量小到足夠時(shí)，會(huì)

43、在整個(gè)擴(kuò)壓器流道中產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)失速，壓縮機(jī)出口壓力突然下降，使管網(wǎng)的壓力比壓縮機(jī)出口壓力高，迫使氣流倒回壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)壓力下降到低于壓縮機(jī)出口壓力時(shí)，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，壓縮機(jī)恢復(fù)正常工作。當(dāng)管網(wǎng)壓力又恢復(fù)到原來(lái)壓力時(shí)，流量仍小于喘振流量，壓縮機(jī)又產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)失速，出口壓力下降，管網(wǎng)中的氣流又倒流回壓縮機(jī)。如此周而復(fù)始，使壓縮機(jī)的流量和出口壓力周期性的大幅波動(dòng)，引起壓縮機(jī)強(qiáng)烈的氣流波動(dòng)，這種現(xiàn)象就稱為壓縮機(jī)的喘振。一般管網(wǎng)容量大，喘振振幅就大，頻率就低，反之，管網(wǎng)容量小，振幅就小、頻率就高。喘振現(xiàn)象通常具有如下宏觀特征：(1)壓縮機(jī)工作極不穩(wěn)定(2)喘振有強(qiáng)烈的周期性氣流噪聲，出現(xiàn)

44、氣流吼叫聲。(3)機(jī)器強(qiáng)烈振動(dòng)，機(jī)體、軸承等振幅急劇增加。4.2.1 引起喘振的原因?qū)嶋H運(yùn)行中引起喘振的原因很多。從外部條件來(lái)分析，即從壓縮機(jī)與管網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行來(lái)分析，管網(wǎng)流量、阻力的變化與壓縮機(jī)工作不協(xié)調(diào)應(yīng)是引起壓縮機(jī)喘振的重要原因。這種工作的不協(xié)調(diào)可以分為兩點(diǎn)：第一，壓縮機(jī)的流量等于或小于喘振流量；第二，壓縮機(jī)排氣壓力低于管網(wǎng)氣體壓力。因?yàn)槁?lián)合運(yùn)行點(diǎn)是由壓縮機(jī)特性線和管網(wǎng)特性線共同決定的，如果聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)落在壓縮機(jī)特性線的喘振區(qū)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)喘振。實(shí)際運(yùn)行中引起運(yùn)行點(diǎn)變化的情況很多，凡是運(yùn)行中使壓縮機(jī)特性線下移（如進(jìn)氣壓力降低、進(jìn)氣溫度升高、進(jìn)氣分子量減少等）或管網(wǎng)特性線上移，或者兩者同時(shí)發(fā)生，或

45、減量過(guò)多，使聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)落人喘振區(qū)的都會(huì)引起壓縮機(jī)喘振。開車過(guò)程中升速、升壓不協(xié)調(diào)，如升壓太快，降速、降壓不協(xié)調(diào)，如降速太快都可能引起壓縮機(jī)喘振。對(duì)高壓比壓縮機(jī)首末級(jí)容積流量差很大，前面流道寬而后面流道很窄，開車時(shí)（升速過(guò)程）各級(jí)排氣壓力都不高，當(dāng)轉(zhuǎn)速升高到某個(gè)轉(zhuǎn)速時(shí)，前面級(jí)容積流量已足夠大，而后面的級(jí)有可能排不出去，形成對(duì)中間級(jí)的阻塞，壓力升高，造成對(duì)這些級(jí)的背壓超過(guò)該轉(zhuǎn)速下的喘振點(diǎn)的壓力而引起機(jī)器的喘振。4.2.2 喘振實(shí)例分析 當(dāng)壓縮機(jī)的性能曲線與管網(wǎng)性能曲線兩者或兩者之一發(fā)生變化時(shí)，交點(diǎn)就要變動(dòng)，也就是說(shuō)壓縮機(jī)的工況將有變化，從而出現(xiàn)變工況操作。離心壓縮機(jī)的特性曲線（-Q）與壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速

46、、介質(zhì)的性質(zhì)及進(jìn)氣狀態(tài)有關(guān)。性能曲線的變化如圖2-29所示。圖2-29 性能曲線的變化離心壓縮機(jī)的變工況有時(shí)并不是在人們有意識(shí)的直接控制下（例如調(diào)節(jié)閥門等）發(fā)生的，而是間接地接受到生產(chǎn)系統(tǒng)乃至驅(qū)動(dòng)機(jī)的意外干擾而發(fā)生?；S離心式壓縮機(jī)經(jīng)常發(fā)生意料之外的喘振，舉例如下。圖2-30 離心壓縮機(jī)性能變化造成喘振的情況a.某壓縮機(jī)原來(lái)進(jìn)氣溫度為20，工作點(diǎn)在A點(diǎn)（見圖2-30a），因生產(chǎn)中冷卻器出了故障，使來(lái)氣溫度劇增到60，這時(shí)壓縮機(jī)突然出現(xiàn)了喘振。究其原因，就是因?yàn)檫M(jìn)氣溫度升高，使壓縮機(jī)的性能曲線下移，由線1下降為1，而管網(wǎng)性能曲線未變，壓縮機(jī)的工作點(diǎn)變到A點(diǎn)，此點(diǎn)如果落在喘振限上，就會(huì)出現(xiàn)喘振。

47、b.某壓縮機(jī)原在圖2-30b所示的A點(diǎn)正常運(yùn)行，后來(lái)由于某種原因，進(jìn)氣管被異物堵塞而出現(xiàn)了喘振。分析其原因就是因?yàn)檫M(jìn)氣管被堵，壓縮機(jī)進(jìn)氣壓力從Pj下降為Pj使機(jī)器性能曲線下降到1線，管網(wǎng)性能曲線無(wú)變化，于是工作點(diǎn)變到A，落入喘振限所致。c.某壓縮機(jī)原在轉(zhuǎn)速為n1下正常運(yùn)行，工況點(diǎn)為A點(diǎn)（圖2-30c）。后來(lái)因?yàn)樯a(chǎn)中高壓蒸汽供應(yīng)不足，作為驅(qū)動(dòng)機(jī)的蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速下降到n2，這時(shí)壓縮機(jī)的工作點(diǎn)A落到喘振區(qū)，因此產(chǎn)生喘振。此外，還有因?yàn)闅怏w分子量改變而導(dǎo)致喘振的事例。以上幾種情況都是因壓縮機(jī)性能曲線下移而導(dǎo)致喘振的，管網(wǎng)性能并未改變。有時(shí)候則是因?yàn)楣芫W(wǎng)性能曲線發(fā)生變化（例如曲線上移或變陡）而造成喘振

48、。圖2-31 管網(wǎng)性能變化造成喘振的情況某壓縮機(jī)原在A點(diǎn)工作(見圖6-31),后來(lái)因?yàn)樯a(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)不穩(wěn)定,管網(wǎng)中壓力大幅度上升，管網(wǎng)性能曲線由2上移到線2（此時(shí)壓縮機(jī)的性能曲線未變），于是壓縮機(jī)出現(xiàn)了喘振。還有一種類似情況就是當(dāng)把排氣管閥門關(guān)得太小時(shí)，管網(wǎng)性能曲線變陡，一旦使壓縮機(jī)的工作點(diǎn)落入喘振區(qū)，喘振就突然發(fā)生。當(dāng)某種原因使壓縮機(jī)和管網(wǎng)的性能都發(fā)生變化時(shí)，只要最終結(jié)果是兩曲線的交點(diǎn)落在喘振區(qū)內(nèi)，就會(huì)突然出現(xiàn)喘振。譬如說(shuō)在離心壓縮機(jī)開車過(guò)程（升速和升壓）和停車過(guò)程（降速和降壓）中，兩種性能曲線都在逐漸變化，改變轉(zhuǎn)速就是改變壓縮機(jī)性能曲線，使系統(tǒng)中升壓或降壓就是改變管網(wǎng)性能曲線。在操作中必須隨

49、時(shí)注意使兩者協(xié)調(diào)變化，才能保證壓縮機(jī)總在穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)工作。4.2.3 防止與抑制喘振的方法采用防喘裝置是防止和抑制喘振普遍采用的方法。一方面設(shè)法在管網(wǎng)流量減少過(guò)多時(shí)增加壓縮機(jī)本身的流量，始終保持壓縮機(jī)在大于喘振流量下運(yùn)轉(zhuǎn)；另一方面就是控制管網(wǎng)的壓力比和壓縮機(jī)的進(jìn)、出口壓比相適應(yīng)，而不至于高出喘振工況下的壓比。圖2-32示意表明，當(dāng)管網(wǎng)需要的流量Ga減少到壓縮機(jī)喘振 圖2-32 防喘原理示意流量時(shí)，旁通閥打開，讓一部分氣體回流到入口或放空，使實(shí)際通過(guò)壓縮機(jī)的流量為G ，大于喘振流量，防止喘振發(fā)生。在實(shí)際操作中防止壓縮機(jī)喘振可以從以下幾方面入手：防止進(jìn)氣壓力低、進(jìn)氣溫度高和氣體分子量減小等；防止管

50、網(wǎng)堵塞使管網(wǎng)特性改變；在開、停車過(guò)程中，升降速度不可太快，并且先升速后升壓和先降壓后降速；防喘系統(tǒng)在正常運(yùn)行時(shí)應(yīng)當(dāng)投入自動(dòng)。5.離心壓縮機(jī)的工況的調(diào)節(jié)壓縮機(jī)調(diào)節(jié)的實(shí)質(zhì)就是改變壓縮機(jī)的工況點(diǎn)，所用的方法從原理上講就是設(shè)法改變壓縮機(jī)的性能曲線或者改變管網(wǎng)性能曲線兩種。具體地說(shuō)有以下幾種調(diào)節(jié)方式：(1)排氣節(jié)流調(diào)節(jié) 在壓縮機(jī)排氣管上安裝節(jié)流閥，控制流量和管網(wǎng)壓力，改變閥的開度，就改變管網(wǎng)的阻力特性，也就改變了壓縮機(jī)的聯(lián)合運(yùn)行工況。排氣節(jié)流調(diào)節(jié)方法比較簡(jiǎn)單，但帶來(lái)附加的節(jié)流損失，是不經(jīng)濟(jì)的方法，尤其當(dāng)壓縮機(jī)性能曲線較陡而且調(diào)節(jié)的流量（或者壓力）又較大時(shí)，這種調(diào)節(jié)方法的缺點(diǎn)更為突出，目前除了風(fēng)機(jī)及小型鼓

51、風(fēng)機(jī)使用外，壓縮機(jī)很少采用這種調(diào)節(jié)方法。(2)進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié) 在壓縮機(jī)進(jìn)氣管上安裝節(jié)流閥，通過(guò)入口調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)氣壓力。改變了壓縮機(jī)的進(jìn)氣狀態(tài)，壓縮機(jī)性能曲線也就跟著改變，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。與排氣節(jié)流調(diào)節(jié)相比，進(jìn)氣節(jié)流調(diào)節(jié)的經(jīng)濟(jì)性較好。另外，關(guān)小進(jìn)氣閥會(huì)使壓縮機(jī)性能曲線向小流量區(qū)移動(dòng)，因而可使壓縮機(jī)在更小的流量范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。(3)改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 對(duì)于汽輪機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)采用變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)最方便。壓縮機(jī)的不同轉(zhuǎn)速有與之相對(duì)應(yīng)的特性線，變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)就是通過(guò)改變轉(zhuǎn)速來(lái)適應(yīng)管網(wǎng)的要求。變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)并不引起其他附加損失，只是調(diào)節(jié)后的新工況點(diǎn)不一定是最高效率點(diǎn)導(dǎo)致效率有些降低而已。所以從節(jié)能角度考慮，它

52、最經(jīng)濟(jì)，是大型壓縮機(jī)經(jīng)常采用的調(diào)節(jié)方法。(4)變壓縮機(jī)元件調(diào)節(jié) 通過(guò)改變壓縮元件的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)改變壓縮機(jī)的特性線，改變聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)。離心式壓縮機(jī)常采用的方法有可轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)口導(dǎo)葉和可調(diào)葉片擴(kuò)壓器。五、離心壓縮機(jī)的常見故障與處理離心式壓縮機(jī)的性能受吸入壓力、吸入溫度、吸入流量，進(jìn)氣分子量組成和原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和控制特性的影響。一般多種原因相互影響發(fā)生故障或事故的情況最為常見，現(xiàn)將常見的故障可能的原因和處理措施，列于下面表中。1. 壓縮機(jī)性能達(dá)不到要求可能的原因處 理 措 施設(shè)計(jì)錯(cuò)誤審查原始設(shè)計(jì)，檢查技術(shù)參數(shù)是否符合要求，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)與賣方和制造廠家交涉，采取補(bǔ)救措施制造錯(cuò)誤檢查原設(shè)計(jì)及制造工藝要求，檢查材質(zhì)及其

53、加工精度，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)與賣方和制造廠家交涉氣體性能差異檢查氣體的各種性能參數(shù)，如與原設(shè)計(jì)的氣體性能相差太大，必然影響壓縮機(jī)的性能指標(biāo)運(yùn)行條件變化應(yīng)查明變化原因沉積夾雜物檢查在氣體流道和葉輪以及氣缸中是否有夾雜物、如有則應(yīng)清除密封間隙過(guò)大檢查各部間隙，不符合要求者必須調(diào)整2. 壓縮機(jī)流量和排出壓力不足可能的原因處 理 措 施通流量有問(wèn)題將排氣壓力與流量同壓縮機(jī)特性曲線相比較、研究，看是否符合，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題壓縮機(jī)逆轉(zhuǎn)檢查旋轉(zhuǎn)方向，應(yīng)與壓縮機(jī)殼體上的箭頭標(biāo)志方向相一致吸氣壓力低和說(shuō)明書對(duì)照，查明原因分子量不符檢查實(shí)際氣體的分子量和化學(xué)成分的組成，和說(shuō)明書的規(guī)定數(shù)值對(duì)照，如果實(shí)際分子量比規(guī)定值為小，則

54、排氣壓力就不足運(yùn)行轉(zhuǎn)速比設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速低檢查運(yùn)行轉(zhuǎn)速，與說(shuō)明書對(duì)照。如轉(zhuǎn)速確實(shí)低，應(yīng)提升原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自排氣側(cè)向吸氣側(cè)的循環(huán)量增大檢查循環(huán)氣量，檢查外部配管，檢查循環(huán)氣閥開度，循環(huán)量太大時(shí)應(yīng)調(diào)整壓力計(jì)或流量計(jì)故障檢查各計(jì)量?jī)x表，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)進(jìn)行調(diào)校、修理或更換3. 排出壓力波動(dòng)可能的原因處 理 措 施流量過(guò)小增大流量，必要時(shí)在排出管安上旁通管補(bǔ)充流量流量調(diào)節(jié)閥有病檢查流量調(diào)節(jié)閥，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決4. 壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)流量、壓力為零可能的原因處 理 措 施轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)有毛病，如葉輪鍵、連結(jié)軸等裝錯(cuò)或未裝拆開檢查，并修復(fù)有關(guān)部件吸氣閥和排氣閥關(guān)閉檢查閥門，并正確打開到適當(dāng)位置5. 流量降低可能的原因 處 理 措 施進(jìn)口導(dǎo)葉位置不當(dāng)檢查進(jìn)口導(dǎo)葉及其定位器是否正常，特別是檢查進(jìn)口導(dǎo)葉的實(shí)際位置是否與指示器讀數(shù)一致，如有不當(dāng)，應(yīng)重新調(diào)整進(jìn)口導(dǎo)葉和定位器防喘閥及放空閥不正常檢查防喘振的傳感器及放空閥是否正常，如有不當(dāng)應(yīng)校正調(diào)整，使之工作平穩(wěn)，無(wú)振動(dòng)擺振，防止漏氣壓縮機(jī)喘振檢查壓縮機(jī)是否喘振，流量是否足以使壓縮機(jī)脫離喘振區(qū)，特別是要使每級(jí)進(jìn)口溫度都正常密封間隙過(guò)大按規(guī)定調(diào)整密封間隙或更換密封進(jìn)口過(guò)濾器堵塞檢查