離心式壓縮機的主要組成零部件

離心式壓縮機是一種常用的旋轉(zhuǎn)機械，主要用于氣體的壓縮，廣泛應用于化工、石油、天然氣、空氣分離、制冷、空調(diào)及電力等行業(yè)。它的工作原理基于動量傳遞理論，通過旋轉(zhuǎn)葉輪給氣體加速，然后在擴壓器中減速，將動能轉(zhuǎn)化為壓力能，從而實現(xiàn)氣體的壓縮。離心式壓縮機主要由傳動元件及固定元件兩部分組成。一、轉(zhuǎn)動元件在離心式壓縮機中，把由主軸、葉輪、平衡盤、推力盤、聯(lián)軸器、套筒(或軸套)以及緊圈和固定環(huán)等轉(zhuǎn)動元件組成的旋轉(zhuǎn)體稱為轉(zhuǎn)子，即轉(zhuǎn)動元件1、主軸主軸是離心式壓縮機的主要零部件之一，其作用是傳遞功率，支承轉(zhuǎn)子與固定元件的位置，以保證機器的正常工作。主軸按結(jié)構(gòu)一般分為階梯軸，節(jié)鞭軸和光軸等三種類型。階梯軸的直徑大小是從中間向兩端遞減。這種形式的軸便于安裝葉輪、平衡盤，推力盤及軸套等轉(zhuǎn)動的元件，葉輪也可由軸肩和鍵定位，而且剛度合理。節(jié)鞭軸上挖有環(huán)狀凹形部分流道，級間無軸套，葉輪由軸肩和銷釘定位。這種形式的主軸既能滿足氣流流道的需要，又有足夠的剛度。光軸的外形簡單，安裝葉輪部分的軸頸是相等的，無軸肩。轉(zhuǎn)子組裝時需要有軸向定位用的工藝卡環(huán)，葉輪由軸套和鍵定位。主軸上的零部件與軸配合，一般都是采用熱套的辦法。即將葉輪、平衡盤等零部件的孔徑加熱，使它比軸徑大0.30~0.50mm，然后迅速套在主軸上指定的位置，待冷卻后就能因孔徑的收縮而緊固在軸上。對于葉輪、平衡盤的孔徑與軸配合，一般按IT7過盈配合選擇。主軸上的零部件除了熱套之外，有時為了防止由于溫度變化，振動或其它原因使零件與軸配合產(chǎn)生松動，也有采用螺釘或鍵連接。用鍵連接時，各級葉輪的鍵應相互錯開180°，這樣對于軸的強度以及轉(zhuǎn)子的平衡較有利。主軸一般是采用35CrMo、40Cr、2Cr13等鋼材鍛成。輪盤和輪蓋的材料一般采用45、35CrMo、35CrMoV、Cr17Ni2、34CrNi3Mo、1CrI8Ni9Ti、2Cr13等材料，葉片一般來用Cr17Ni2，18Cr18Ni9Ti等材料，鉚釘常用20Cr。主軸鍛件粗車以后，應切下金屬試樣，進行強度極限、屈服極限、斷面收縮率、延伸率、沖擊韌性等機械性能試驗，在精車之前進行探傷，以檢查經(jīng)過切削加工與熱處理后，工件內(nèi)部存在的缺陷及加工后的變化情況。對于主軸及其它轉(zhuǎn)動元件的徑向跳動及軸向跳動要求較嚴。軸頸部分一般按IT7精度要求加工，表面粗糙度為0.4，一般精車以后外圓要經(jīng)磨削加工，然后在總裝時以此為基準，與支承軸及止推軸承研配。轉(zhuǎn)子裝好以后測定徑向及軸向擺動的規(guī)定要求。2、葉輪1）葉輪的結(jié)構(gòu)和形式按葉片彎曲的形式，葉輪可分為前彎葉片式葉輪、徑向葉片式葉輪和后彎葉片式葉輪三類。其中徑向葉片式葉輪又有兩種形式，一種是氣流徑向進入葉片流道，具有彎曲葉片的徑向出口葉片式葉輪；另一種是徑向直葉片式葉輪，在葉輪的人口處有一導風輪，氣流軸向進入葉輪，經(jīng)導風輪導流后，再流人徑向式葉片流道。

對于固定離心式壓縮機，其效率是首要的經(jīng)濟指標，故都采用后彎式葉輪；而對于移動離心式壓縮機，為了使結(jié)構(gòu)緊湊、減輕重量，采用徑向葉片式或前彎式葉輪；對于多級離心壓縮機，也常采用徑向葉片式葉輪，以減少級數(shù)。葉輪一般是由輪盤、葉片和輪蓋組成。按其結(jié)構(gòu)形式還可分為閉式葉輪、半開式葉輪、開式葉輪和雙面進氣葉輪四種，離心式壓縮機常用的有閉式葉輪、半開式和雙面進氣葉輪三種。(1)閉式葉輪它是由輪盤、葉片和輪蓋組成。其特點是效率高，應用廣泛。但是，輪蓋鏜孔度大，造成輪蓋強度低，限制了葉輪圓周速度的提高，使提高單級壓力比受到圓周速度這一有效途徑的約束。目前常用鋼材的葉輪圓周速度一般都在320m/s以下。(2)半開式葉輪這種葉輪沒有輪蓋，通常采用徑向直葉片，稱為半開式徑向直葉片葉輪。其特點是沒有輪蓋，適宜于承受離心慣性力，因而對葉輪強度有利，使葉輪圓周的速度比其它形式的葉輪高出許多。對于目前常用鋼材的葉輪圓周速度可達450~540m/s，單級壓力比可達6.5。但是該葉輪流道中氣流速度較高，能量損失較大。又由于葉輪沒有輪蓋，葉輪的軸向間隙較大，容易產(chǎn)生較大的內(nèi)泄漏，因此效率較低。(3)雙面進氣式葉輪又稱雙吸葉輪。它實質(zhì)上是由兩個單吸葉輪并聯(lián)而成。其特點是可以兩面進氣，適用于大流量的離心式壓縮機或多級離心壓縮機的第一級。這種葉輪還具有軸向力自行平衡的優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)和制造工藝較為復雜。葉輪的葉片形狀可分為圓弧面形葉片、拋物面形葉片及扭曲面形葉片等，其中圓弧面形葉片的葉輪最廣。2)葉輪的主要參數(shù)葉輪的主要參數(shù)如下：D2——葉輪外徑；D1—葉輪葉片進口的直徑；Do——葉輪進口直徑；d——葉輪進口輪轂的直徑；b2——葉輪葉片出口寬度；b2——葉輪葉片進口寬度；δ——葉片厚度；Z——葉片數(shù)；β2A——葉片出口安裝角；B1A一葉片進口安裝角；θ——葉輪的輪蓋斜度；γ——葉輪進口斜角；r——輪蓋進口圓角半徑。3、緊圈和固定環(huán)葉輪及主軸上的其它零件與主軸的配合，一般都采用過盈配合，但由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高，離心慣性力的作用將會使葉輪的輪盤內(nèi)孔與軸的配合處發(fā)生松動，以致使葉輪產(chǎn)生位移。為了防止位移的發(fā)生，有過盈配合后再采用埋頭螺釘加以固定，但有的結(jié)構(gòu)本身不允許采用螺釘固定，而采用兩半固定環(huán)及緊圈加以固定。4、轉(zhuǎn)子的軸向力及其平衡在離心式壓縮機中，軸向力的平衡方法，常使用最多的是葉輪對稱排列和設(shè)置平衡盤兩種方法。5、推力盤平衡盤可以平衡掉大部分軸向力，但還有一小部分軸向力未被平衡掉，這一剩余部分軸向力由止推軸承來平衡。推力盤就是將軸向力傳遞給止推軸承的裝置。6、軸套軸套的作用是使軸上的葉輪與葉輪之間保持一定的間距，防止葉輪在主軸上產(chǎn)生竄動。軸套安裝在離心式壓縮機的主軸上，其一端開有凹槽，主要作密封用，另一端也加工有圓弧面形凹面，此圓弧形的面在主軸上位置正好與主軸上的葉輪入口處相連，這樣可以減少因氣流進入葉輪所產(chǎn)生的渦流損失和摩擦損失。二、固定元件離心式壓縮機除上述轉(zhuǎn)動元件外，一般還有吸氣室，擴壓器，彎道，回流器及蝸殼等不隨主軸回轉(zhuǎn)的固定元件，在離心式壓縮機中，葉輪效率和各固定元件的效率直接與壓縮機效率有關(guān)，即使葉輪效率較高但與固定元件不夠協(xié)調(diào)，這樣也會使壓縮機整機效率下降。1、吸氣室吸氣室的作用在于把氣體從進氣管道或中間冷卻器順利的引人葉輪，使氣流從級的吸氣室法蘭到葉輪的吸氣孔產(chǎn)生較小的流動損失，有均勻流速，而且使氣體經(jīng)過吸氣室以后不產(chǎn)生切向的旋繞而影響葉輪的能量頭。吸氣室的形式基本上可以分為下列的四種形式，第一種為軸向進氣的吸氣室，這種形式最簡單，一般多用于單級懸臂式鼓風機或壓縮機，為了使進入葉輪的氣流均勻，其吸氣管可做成收斂形的。第二種是徑向進氣的肘管式吸氣室，由于這種形式的吸氣室進氣時，氣流轉(zhuǎn)彎處容易產(chǎn)生速度不均勻的現(xiàn)象，所以常常把轉(zhuǎn)彎半徑加大，并在轉(zhuǎn)彎的同時使氣流略有加速。第三種是徑向進氣半蝸殼的吸氣室。常用于具有雙支承軸承的壓縮機，當?shù)谝患壢~輪有貫穿的軸時都采用這種形式的吸氣室。第四種是水平進氣半蝸殼的吸氣室，這種吸氣室多用于具有雙支承的多級離心鼓風機或壓縮機。其特點是進氣通道不與軸對稱而是偏在一邊的，與水平部分的機殼上半部不相連，所以檢修很方便。2、擴壓器在離心壓縮機中，氣體從葉輪出來的速度是很大的，特別是較大的高能量頭的葉輪，葉輪出口氣流速度可達500m/s以上。這部分以速度形式表現(xiàn)的動能占整個能量頭中相當大的一部分。對徑向式葉輪來說這部分動能幾乎占葉輪所消耗功的50%；對后彎式或強后彎式的葉輪，這部分動能占葉輪所耗功的25%~40%。對壓縮機來說，是以提高靜壓能(即壓力)為主而不是速度。對速度的要求只是能保證在一定的通流面積的輸氣管中維持所需的氣量就可以了，擴壓器就是起著把葉輪出來的高速氣流的動能轉(zhuǎn)變成靜壓能的作用。擴壓器一般有無葉片的、有葉片的和直壁型的三種結(jié)構(gòu)。3、彎道和回流器為了把擴壓器后的氣流引導到下一級去繼續(xù)進行壓縮，一般在擴壓器后設(shè)置彎道和回流器。彎道是連接擴壓器與回流器一個圓弧形通道，這個圓弧形通道內(nèi)一般不安裝葉片，氣流在彎道中轉(zhuǎn)180°彎才進入回流器，氣流經(jīng)回流器后，再進入下一級葉輪?；亓髌鞯淖饔贸龑饬鲝那耙患夁M入下一級外，更重要的是控制進入下一級葉輪時氣流的預旋度，為此回流器中安裝有反向?qū)~來引導氣流?；亓髌鞣聪?qū)~的進口安裝角是根據(jù)彎道出來的氣流方向角決定，其出口安裝角則決定了葉輪進氣的預旋度。反向?qū)~的作用是使氣流速度能平緩地變化，順利地進入下一級葉輪。其結(jié)構(gòu)形式一般有等厚度導葉和變厚度導葉兩種?；亓髌鞯膶挾纫话闶遣蛔兊摹；亓髌鲗~可以和汽缸鑄成一體，也可以分開制造后用螺栓連接。4、蝸殼蝸殼也稱排氣室，其作用是收集中間段的最后級出來的氣流，把它導入中間冷卻器去進行冷卻，或送到壓縮機后面的輸氣管道中去。下圖所示的是一個沿圓周各通流截面積均相等的截面排氣室，氣流沿圓周進入排氣室匯總后由出氣管引出，由于氣流進入排氣室時總是帶有與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同的旋轉(zhuǎn)性，所以沿排氣室圓周進入的氣流都是向同一個方向轉(zhuǎn)動，這樣就使排氣室到排氣管前一段截面處的氣量最大，而排氣管以后的截面處氣量就最小，于是在等截面排氣室中往往形成在氣量最小的截面處通流面積顯得過大，而在氣量大的截面處又顯得通流面積太小，因此這種等截面排氣室就不能很好的適應這種流量。試驗證明，采用等截面排氣室其效率不如采用截面隨氣量變化的蝸殼形排氣室為好。但等截面的排氣室結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易進行表面機械加工。三、軸承離心壓縮機上有兩種軸承：徑