離心壓縮機(jī)培訓(xùn)基礎(chǔ)知識(shí)(羅文山)

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(lái)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(lái)壓縮和輸送各種石油化工生產(chǎn)過(guò)程中的氣體，其應(yīng)用范圍有了很大提高。尤其近十幾年來(lái)，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，在石油化工生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用。一、離心

2、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(wú)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)速度很大，為了將速度能有效的轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽阍谌~輪出口后設(shè)置流通截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器。 (

3、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?，以便引入下一?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(lái)的氣體收集起來(lái)，并引出壓縮機(jī)。在蝸殼收集氣體的過(guò)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

4、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(pán)等。 在離心壓縮機(jī)中，習(xí)慣將葉輪與軸的組件稱(chēng)為轉(zhuǎn)子，吸氣室和蝸殼等稱(chēng)為固定元件。第 25 頁(yè) 共 25 頁(yè) 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(guò)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)閴毫δ?。?dāng)通過(guò)一個(gè)葉輪對(duì)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(guò)了一個(gè)“級(jí)”

5、，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2l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EI1206.350.95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)

6、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。圖22 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(wàn)噸/年焦化氣壓機(jī)的排氣量為910m3/min。圖23表示出活塞和離心壓縮機(jī)等的應(yīng)用范圍。圖23 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)，

7、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(guò)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)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(guò)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)。(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)

8、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?；蛘哂梢延械男阅芮€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 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(chēng)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(chēng)為“喘振工況”，與之對(duì)應(yīng)的流量稱(chēng)為“喘振流量”。壓縮

9、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(chēng)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(lái)

10、，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)。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)

11、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，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(zhuān)門(mén)做喘振試驗(yàn)時(shí)才表示出來(lái)。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(huà)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。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(chēng)為轉(zhuǎn)子，主要包括軸、葉輪、平衡盤(pán)、推力盤(pán)等；把不轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件稱(chēng)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，

12、或隔板與隔板之間形成的不同形狀的氣體通流空間。在離心壓縮機(jī)的主要零部件中，有些與離心泵的相類(lèi)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：?jiǎn)渭?jí)葉輪能使氣體獲得較大的理論能頭或壓力增值；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；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。圖2-6 不同葉片彎曲形式的葉輪(a) 前彎葉片型 (b)徑向(出口)葉片型；(c)徑向直

13、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(chēng)為壓縮機(jī)型葉輪，2A為1530度的葉輪稱(chēng)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HT最小，徑向葉片型葉輪的HT居中。(2)從級(jí)效率方面分析前彎葉片型葉輪的

14、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(kāi)式葉輪。閉式葉輪是由輪盤(pán)、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(kāi)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。

15、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(kāi)式葉輪。半開(kāi)式葉輪沒(méi)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(guò)輪盤(pán)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(pán)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(lái)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(lái)看，由于沒(méi)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(kāi)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

16、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(lái)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?。?mm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(lái)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(kāi)式

17、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)200300m/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，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(wú)葉擴(kuò)壓器、葉片擴(kuò)壓器和直壁擴(kuò)壓器三種。2.1無(wú)葉擴(kuò)壓器 無(wú)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)

18、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(wú)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。無(wú)葉擴(kuò)壓器的缺點(diǎn)是利用增加直徑來(lái)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(wú)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

19、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(wú)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，其效率一般要比無(wú)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。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

20、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(chēng)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)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(pán)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

21、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(chēng)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)狻⒍趸細(xì)獾葻o(wú)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)間密封、輪蓋密封以及平衡盤(pán)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210。近年來(lái)，平衡盤(pán)外沿與機(jī)殼間的密封出現(xiàn)了蜂窩迷宮密封

22、，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(jiàn)圖211。 圖27 曲折形迷宮密封圖28平滑形迷宮密封 圖29階梯形迷宮密封圖210徑向排列密封片 圖211蜂窩密封迷宮密封的工作原理如下：當(dāng)氣流通過(guò)齒縫時(shí)，認(rèn)為其近似于絕熱膨脹過(guò)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(guò)程，壓力不變而溫度上升?；貜?fù)到密封片前的溫度。氣流每通過(guò)一個(gè)齒縫和空腔時(shí)，氣流的變化都重復(fù)上述過(guò)程。氣流通過(guò)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

23、過(guò)全部密封，壓力越來(lái)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(jiàn)，迷宮密封的特點(diǎn)是有一定的漏氣量，并依靠漏氣經(jīng)過(guò)密封裝置所造成的壓力降來(lái)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(guò)程中能夠產(chǎn)生氣膜的SiC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。圖212 干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖動(dòng)、靜環(huán)的密封表

24、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)量的螺旋槽，深度為550m。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(guò)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(kāi)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

25、-5m）的氣膜，氣膜具有一定的剛度，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(zhuān)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。圖213 干氣密封副表面螺旋槽“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，該密封具有更大的流體膜厚度，或者在相同的膜厚下有更大的

26、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(chē)的適應(yīng)性更強(qiáng)。干氣密封的作用力分析圖214 密封件上作用力示意圖從圖214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(kāi)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(kāi)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(kāi)啟力，反之當(dāng)外界干擾使氣膜增大時(shí)，密封氣由于膨脹導(dǎo)致壓力降低，使閉合力大于開(kāi)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(kāi)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)

27、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采用平衡管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。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)。防氮?dú)庵袛嗳舻獨(dú)庵袛啵瑒t無(wú)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)。第二章 振動(dòng)分析振動(dòng)分析的目的主要

28、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(jiàn)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(lái)，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：（）

29、 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，是屬于多個(gè)平面內(nèi)有不平衡的情況，也是最常見(jiàn)的不平衡形式。絕大多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)子不平衡問(wèn)題是引起機(jī)組振動(dòng)的主要因素。機(jī)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(pán)或動(dòng)葉片磨損、葉片或輪盤(pán)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(guò)平衡靜力和力矩為零，主要解決剛性轉(zhuǎn)子問(wèn)題，而高速動(dòng)平衡還需通過(guò)振型平衡法或影響系數(shù)平衡法來(lái)解決撓性轉(zhuǎn)子問(wèn)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，從而形成正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸線的不對(duì)中，