离心压缩机基础知识

压缩机压缩机•什么是压缩机？用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机。也有把压缩机称为“压气机”和“气泵”的。提升的压力小于0.2MPa时，称为鼓风机。提升压力小于0.02MPa时称为通风机。压缩机的分类•按工作原理分类1．容积式压缩机直接对一可变容积中的气体进行压缩，使该部分气体容积缩小、压力提高。其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。2．动力式压缩机它首先使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。动力式压缩机也称为速度式压缩机。•按排气压力分类分类名称排气压力(表压)风机通风机15kPa鼓风机0.015～0.2Mpa压缩机低压压缩机0.3～1.0Mpa中压压缩机1.0～10Mpa高压压缩机10～100Mpa超高压压缩机100Mpa•按压缩级数分类单级压缩机气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩两级压缩机气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩多级压缩机气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几级压缩机•容积流量分类名称容积流量／(m3／min)微型压缩机1小型压缩机1～10中型压缩机10～100大型压缩机≥100•压缩机按结构或工作特征的分类按工作原理容积式动力式按运动件工作特性往复式回转式离心式轴流式旋涡式喷射式按运动件结构特征活塞式隔膜式柱塞式转子式滑片式液环式三角转子涡旋式罗茨双螺杆单螺杆叶轮(透平)式喷射泵活塞式转子式滑片式涡旋式单螺杆几种特殊的压缩机离心式压缩机离心压缩机的概述•离心压缩机是产生压力的机械，是透平压缩机的一种。透平是英译音“TURBINE”，即旋转的叶轮。•定义：•离心压缩机：指气体在压缩机中的运动是沿垂直于压缩机轴的径向进行的。所以也称径流压缩机。工作原理•具有叶片的工作轮在压缩机的轴上旋转，进入工作轮的气体被带着旋转，增加了动能（速度）和静压头（压力），然后出工作轮进入扩压器内，在扩压器内气体的速度转变为压力，进一步提高压力，经过压缩的气体再经弯道和回流器进入下一级叶轮进一步压缩至所需的压力。•气体在叶轮中提高压力的原因有两个：一是气体在叶轮叶片作用下，跟着叶轮做高速的旋转，而气体由于受旋转所产生的离心力的作用使气体的压力升高；二是叶轮是从里到外逐渐扩大的，气体在叶轮里扩压流动，使气体通过叶轮后压力提高。分类（1）按轴的型式分：单轴多级式，一根轴上串联几个叶轮；双轴四级式，四个叶轮分别悬臂地装在两个小齿轮的两端，旋转靠电机通过大齿轮驱动小齿轮。（2）按气缸的型式分：水平剖分式和垂直剖分式。（3）按级间冷却形式分类：级外冷却，每段压缩后气体输出机外进入冷却器；机内冷却，冷却器和机壳铸为一体。（4）按压缩介质分类：空气压缩机、氮气压缩机、氧气压缩机等。特点与应用•优点1.由于是连续旋转式机械，可以大大地提高进入其中的工质量，提高功率。所以，离心式压缩机的第一个特点是：功率大。2.由于工质量可以提高，必然导致叶片转速的提高，所以第二个特点是高速性。3.无往复运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单；4.易损部件少，故障少、工作可靠、寿命长；5.机组单位功的重量、体积及安装面积小；6.机组的运行自动化程度高，调节范围广，且可连续无级调节；7.在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度；8.润滑油与介质基本上不接触，从而提高了冷凝器及蒸发器的传热性能；9.对大型压缩机，可由蒸气动力机或燃气动力机直接带动，能源使用经济合理；•缺点1.单机容量不能太小，否则会使气流流道太窄，影响流动效率；2.因依靠速度能转化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机每级的压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩；3.特别情况下，机器会发生喘振而不能正常工作；离心压缩机的工作原理分析•常用名词解释•（1）级：每一级叶轮和与之相应配合的固定元件（如扩压器等）构成一个基本的单元，叫一个级。•（2）段：以中间冷却器隔开级的单元，叫段。这样以冷却器的多少可以将压缩机分成很多段。一段可以包括很多级。也可仅有一个级。•（3）标态：0℃，1标准大气压。（4）进气状态：一般指进口处气体当时的温度、压力。•（5）重量流量：一秒时间内流过气体的重量。（6）容积流量：一秒时间内流过气体的体积。（7）表压（G）：以当地大气为基准所计量的压强。（8）绝压（A）：以完全真空为基准所计量的压强。•（9）真空度：与当地大气负差值。•（10）压比：出口压力与进口压力的比值。•（11）比容：单位质量的物质所占有的容积，符号V表示，数值为密度的倒数。性能参数•离心压缩机的主要性能参数是流量、排气压力、有效功率、效率、轴功率、转速、压缩比和温度。•（1）流量：单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体量，通常以体积流量和质量流量两种方法来表示。体积流量是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m³/s。因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）排气压力:即指压缩机出口压力。•（3）有效功率：有效功率是指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对气体所作功的比值称为有效功率。•（4）轴功率：离心式压缩机的转子在为气体升压提供有用功率，以及在气体升压过程中产生的流动损失功率、轮阻损失功率和漏气损失功率外，其本身也产生机械损失，即轴承的摩擦损失，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%。以上六个方面的功率消耗，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。轴功率是选择驱动机功率的依据。•（5）效率：效率主要用来说明传递给气体的机械能的利用程度。由于气体的压缩有等温压缩、绝热压缩和多变压缩等三种过程，所以，压缩机的效率也有等温效率、绝热效率和多变效率之分。1、等温效率是指气体在压缩过程中，等温压缩功和叶轮对气体所作功的比值。2、绝热效率是指气体在压缩过程中，绝热压缩功和叶轮对气体所作功的比值。3、多变效率是指气体在压缩过程中，多变压缩功和叶轮对气体所作功的比值。•（6）转速：转速是指压缩机转子旋转的速度。其单位是r/min。•（7）压缩比：出口压力与进口压力的比值。•（8）温度：一般用t℃表示，工程上也用绝对温度TK来表示，两者换算关系为TK=t+273。压缩机级中的气体流动•叶轮被驱动机拖动而旋转，气体进入叶轮后，对气体作功。那么气体既随叶轮转动，又在叶轮槽中流动。反映出气体的压力升高、温度升高，比容降低。•叶轮转动的速度即气体的圆周速度，在不同的半径上有不同的数值，叶轮出口处的圆周速度最大。气体在叶轮槽道内相对叶轮的流动速度为相对速度。因叶片槽道截面积从进口到出口逐渐增大，因此相对速度逐渐减少。气体的实际速度是圆周速度与相对速度的合成，又称之为绝对速度。级是压缩机作功的最基本的单元，在级中叶片带动气体转动，把功传递给介质，使介质获得动能。通过由隔板构成的扩压流道和扩压槽,介质的一部分动能转化为压力势能，并被导入下一级继续压缩。中间级有叶轮、隔板、级间密封等，末级是由叶轮、隔板和蜗壳组成级内气体流动的能量损失分析•一、能的定义度量物质运动的一种物质量，一般解释为物质作功的能力。能的基本类型有势能、动能、热能、电能、磁能、光能、化学能、原子能等。一种能可以转化为另一种能。能的单位和功的单位相同。能也叫能量。•二、级内气体流动的能量损失分析•压缩机组实际运行中，通过叶轮向气体传递能量，即叶轮通过叶片对气体作功消耗的功和功率外，还存在着叶轮的轮盘、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦产生的轮阻损失，还存在着工作轮出口气体通过轮盖气封漏回到工作轮进口低压低压端的漏气损失。都要消耗功。这些损失在级内都是不可避免的，只有在设计中精心选择参数，再制造中按要求加工，在操作中精心操作使其尽量达到设计工况，来减少这些损失。•另外，还存在流动损失以及动能损失以及在级内在非工况时产生冲击损失。冲击损失增大将引起压缩机效率很快降低。还有高压轴端，如果密封不好，向外界漏气，引起压出的有用流量减少。•故此，我们有必要研究这些损失的原因，以便在设计、安装、操作中尽量减少损失，维持压缩机在高效率区域运行，节省能耗。•1、流动损失：•定义：就是气流在叶轮内和级的固定元件中流动时的能量损失。产生的原因：主要由于气体有粘性，在流动中引起摩擦损失，这些损失又变成热量使气体温度升高，在流动中产生旋涡，加剧摩擦损耗和流动能量损失，因旋涡的产生就要消耗能量；在工作轮中还有轴向涡流等第二次流动产生，引起流量损失。在叶轮出口由于出口叶片厚度影响产生尾迹损失。弯道和回流器的摩擦阻力和局部阻力损失等。•2、冲击损失：•定义：是一种在非设计工况下产生的流动损失。•叶轮进口叶片安装角β1A（实际）一般是按照设计气流的进口角β1（设计）来决定的。一般是β1=β1A，此时进气为无冲击进气。但是当工况发生偏离设计工况时，气流进口角β1大于或小于β1A将发生气流冲击叶片的现象。•习惯把叶轮进口叶片安装角β1A（实际）与设计气流的进口角β1（设计）之差叫做冲击角，简称冲角。用i表示。β1A＜β1，i＜0，叫负冲角。β1A＞β1，i＞0，叫正冲角。在正负冲角的情况下，都将出现气流与叶片表面的脱离，形成旋涡区，使能量损失。冲击损失的增加与流量偏离设计流量的绝对值的平方成正比。•3、轮阻损失叶轮的不工作面与机壳之间的空间，是充满气体的，叶轮旋转时，由于气体有粘性，也会产生摩擦损失。又由于旋转的叶轮产生离心力，靠轮的一边气体向上流，靠壳的一边气体向下流，形成涡流，引起损失。•4、漏气损失：漏气损失包括内漏和外漏。内漏气是指泄露的气体又漏回到压缩气体中。包括两种情况：一种是从叶轮出口的气体从叶轮与机壳的空间漏回到进口。另一种是单轴的离心压缩机，由于轴与机壳之间也有间隙，气体从高压的一边经过间隙流入低压一边。•外漏是指压缩气体通过轴与机壳密封处间隙或机体的间隙直接漏到大气中。漏气损失是一个不可忽视的问题，有些空压机出现气量打不到设计值就是内漏和外漏引起的。叶轮止推轴承支撑轴承干气密封平衡鼓干气密封支撑轴承蜗壳弯道回流器吸入室扩压槽机壳压缩机机壳是将介质与大气隔绝，使介质在其间完成能量转换的重要部件。它还具有支承其他静止部件，如隔板、密封等的功能。机壳重量大，形状复杂，在其外部连接有进气、排气、润滑油、密封介质等管道，两侧的端盖上带有轴承箱和轴向密封室。对于高压压缩机，机壳一般采用筒型结构，低压压缩机则采取水平剖分结构，烯烃工厂的机组均采用水平剖分。吸入室作用是将介质均匀地引导至叶轮的进口，以减少气流的扰动和分离损失。它的结构比较简单，有轴向进气和径向进气两种。径向进气结构多采用于多级双支承压缩机中。离心压缩机基本结构•整套离心压缩机组是由电气、机械、润滑、冷却、控制等部分组成的一个系统。虽然由于输送的介质、压力和输气量的不同，而有许多种规格、型式和结构，但组成的基本元件大致是相同的，主要由转子、定子、和辅助设备等部件组成。离心压缩机的转子•转子是离心压缩机的关键部件，它高速旋转。转子是由叶轮、主轴、平衡盘、推力盘等部件组成。•一、叶轮：叶轮也叫工作轮，是离心式压缩机的一个重要部件，气体在工作路轮中流动，其压力、流速都增加，同时气体的温度也升高。叶轮是离心式压缩机对气体作功的唯一元件。1、在结构上叶轮典型的有三种型式：（1）闭式叶轮：由轮盘、轮盖、叶片三部分组成。（2）半开式式叶轮：无轮盖、只有轮盘、叶片。（3）双面进气式叶轮：两套轮盖、两套叶片，共用一个轮盘。2、叶轮的结构以叶片的弯曲形式来分（1）前弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相同。叶片出口角＞90°（2）后弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反，叶片出口角＜90°（3）径向叶片式叶轮：叶片出口方