第3章离心式压缩机_v61

广东石油化工学院化工过程机器第3章离心式压缩机广东石油化工学院化工过程机器第3章离心式压缩机§3.1离心式压缩机的主要构件及基本原理§3.2气体在级中的流动及基本方程（略）§3.3级中能量损失（略）§3.4离心式压缩机的特性曲线§3.5离心式压缩机的性能调节§3.6相似原理在离心式压缩机中的应用§3.7离心式压缩机的主要零部件§3.8离心式压缩机密封装置§3.9离心式压缩机润滑系统广东石油化工学院化工过程机器§3.1离心式压缩机的主要构件及基本原理离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。广东石油化工学院化工过程机器3.1.1离心式压缩机的主要构件（1）离心式压缩机的典型结构结构型式：中低压水平剖分型垂直剖分（高压圆筒）型多轴式例：沈阳鼓风机厂MCL系列中低压水平剖分式多级离心压缩机、BCL系列高压筒形压缩机。广东石油化工学院化工过程机器水平剖分型：气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机（一般低于5MPa）。广东石油化工学院化工过程机器垂直剖分型：气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧固。隔板转子组装后送入筒形缸体。抗内压能力强，密封好，刚性好，温度、压力引起的变形均匀，适于压力高、易泄漏的气体。广东石油化工学院化工过程机器广东石油化工学院化工过程机器多轴式：齿轮箱中一个大齿轮驱动几个小齿轮，每个轴的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况下运行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。广东石油化工学院化工过程机器广东石油化工学院化工过程机器结构组成：转子，定子，以及辅助系统。广东石油化工学院化工过程机器定子部分1、气缸：是压缩机的壳体，又称为机壳。由壳体和进排气室组成，内装有隔板、密封体、轴承等零部件。对它的主要要求是：有足够的强度以承受气体的压力，法兰结合面应严密，主要由铸钢组成。广东石油化工学院化工过程机器2、隔板：隔板是形成固定元件的气体通道根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为4种类型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。广东石油化工学院化工过程机器广东石油化工学院化工过程机器转子部分－主轴压缩机的关键部件，主要起到装配叶轮、平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位。广东石油化工学院化工过程机器压缩机装置系统图广东石油化工学院化工过程机器广东石油化工学院化工过程机器转子：叶轮与轴的组件。（1）叶轮——离心式压缩机中唯一的作功部件。它随轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流动作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明显提高。广东石油化工学院化工过程机器（1）扩压器——离心式压缩机中的转能部件。气体从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转变为压力能。（2）弯道——设置于扩压器后的气流通道。其作用是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便引入下一级叶轮去继续进行压缩。定子：扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳等固定元件。广东石油化工学院化工过程机器（3）回流器——使气流以一定方向均匀进入下一级叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。（4）吸气室——将气体从进气管（或中间冷却器出口）均匀地引入叶轮进行压缩。（5）蜗壳——把从扩压器或直接从叶轮出来的气体收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着一定的降速扩压作用。广东石油化工学院化工过程机器3.1.2离心式压缩机的基本工作原理气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的速度能转变为压力能。当通过一级叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就必须把气体再引入下一级继续进行压缩。为此，在扩压器后设置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向，均匀地进入下一级叶轮进口。各级经蜗壳及排出管被引出至中间冷却器。冷却后的气体再经吸气室进入以后各级继续压缩，最后由排出管输出。气体在离心式压缩机中是沿着与压缩机轴线垂直的半径方向流动的。广东石油化工学院化工过程机器3.1.3离心式压缩机的主要优缺点广东石油化工学院化工过程机器优点：（1）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达6000m3/min以上。在产量大于600吨/日的合成氨厂中主要的工艺用压缩机几乎都采用了离心式压缩机。（2）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。（3）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前大型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。（4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。（5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。广东石油化工学院化工过程机器缺点：（1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。（2）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。（3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。广东石油化工学院化工过程机器§3.3级中能量损失（略）§3.2气体在级中的流动及基本方程（略）广东石油化工学院化工过程机器§3.4离心式压缩机的特性曲线3.4.1级的特性曲线离心压缩机工作性能最主要的参数是压力比、效率和流量。为将其工作性能形象表示出来，一般以曲线的形式表示，就得到了压缩机的性能曲线。级的性能曲线是指在气体状态（进口流量Qs，进气压力Ps，进气温度Ts）一定，转速不变的条件下，级的压力比ε、多变效率ηpol以及功率Ntot随该级进气量Qs而变化的关系曲线。性能曲线由实验确定。广东石油化工学院化工过程机器性能曲线的一般特点：•随流量的减小，压缩机提供的压力比将增大。在最小流量时，达到最大。流量和压力比的关系是一一对应的，流量与其他参数的关系也是一一对应的。•流量有最大和最小两个极限流量；排出压力也有最大值和最小值。广东石油化工学院化工过程机器性能曲线的一般特点：•效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下降很快。广东石油化工学院化工过程机器（2）压缩机的喘振——压缩机喘振的机理——•旋转脱离流量减小边界层分离旋转脱离•压缩机喘振流量进一步减小脱离团阻塞叶道出口压力显著下降倒流•整个压缩机系统发生周期性的低频大振幅的气流振荡现象，就称为喘振。现象：级进出口参数产生强烈脉动，叶片振动，机器噪音增大。广东石油化工学院化工过程机器喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出现严重的气体旋转脱离；喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管网容量有关。——喘振的危害——•压缩机性能恶化，压力、效率降低；•出现异常噪声、吼叫和爆音；•机组出现强烈振动，使得压缩机的轴承、密封损坏，转子和固定部件发生碰撞，造成机器严重破坏。——喘振原因——广东石油化工学院化工过程机器操作者和运行人员的要求：•应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在性能曲线图上的位置；•熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。——防喘振的措施——广东石油化工学院化工过程机器•在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，使流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。•在压缩机出口设置旁通管道，让压缩机通过足够的流量，以防进入喘振状态。•在压缩机进口设置温度、流量监视仪表，出口设置压力监视仪表，一旦出现异常或喘振及时报警；设有与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。系统要求：广东石油化工学院化工过程机器当转速可调时，降低运行转速，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低。开大入口阀，提高压缩机入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。降低后部系统的压力。压力降低，工作点下移，喘振区范围变窄，工作范围变宽。后部系统压力无法降低而生产需求流量又很小的情况下，可开大压缩机防喘振阀（放空系统或将出口部分回流到入口）来提高入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。操作要求：广东石油化工学院化工过程机器产生原因：•流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作面上发生边界层分离，叶片做功全部转变为能量损失，压力不再升高，仅用于维持在该流量下流动；•在流道最小截面处出现了声速，边界层分离区急剧扩大，压缩机达到了阻塞工况，此时压力得不到提高，流量不再增大。（3）压缩机的堵塞工况（最大流量工况）广东石油化工学院化工过程机器在性能曲线上，处于喘振工况和阻塞工况之间的区域，称为稳定工作范围。衡量压缩机性能好坏，除要求有较高的压力比和较高的效率外，还有较宽的稳定工作范围。（4）压缩机的稳定工况区广东石油化工学院化工过程机器3.4.2压缩机的性能曲线（1）级数对压缩机性能的影响广东石油化工学院化工过程机器级与多级压缩机的性能曲线形状基本一致。由于受逐级气流密度的变化与影响，级数愈多，密度变化越大，压缩机的性能曲线愈陡，喘振流量愈大，堵塞流量愈小，稳定工况区也就越窄。多级离心式压缩机稳定工况区的宽窄，主要取决于最后几级的特性。广东石油化工学院化工过程机器（2）转速对压缩机性能的影响•转速增大时，压缩机的压力比将显著增加。•转速增大时，气流马赫数增大，这时流量若偏离设计工况，就会使损失大大增加，性能曲线变陡，使稳定工况范围变窄。•压缩机只能在喘振界限右边正常工作。广东石油化工学院化工过程机器一定转速下，增大流量，压缩机的压力比将下降；反之则上升。一定转速下，如流量为设计流量时，压缩机效率达最高值。当流量大于或小于设计流量时，压缩机效率都下降。广东石油化工学院化工过程机器压缩机的性能曲线左端受到喘振工况的限制，右端受到堵塞工况的限制，在这两者之间的区域为压缩机稳定工况区。稳定工况区的宽窄，是衡量压缩机性能的重要指标之一。压缩机级数越多，则气体密度越大，性能曲线越陡，稳定工况区越窄。转速越高，压力比越大，但性能曲线越陡、稳定工况区越窄。随着转速的增高，压缩机的性能曲线向大流量、高压力方向转移。广东石油化工学院化工过程机器（3）气体和进气温度对压缩机性能的影响如进气温度Ts不变，在相同容积流量Qs下(此时Hpol也基本对应相等)，压缩重的气体(R小的气体)所得到的压力比较大；反之，压缩轻的气体，所得的较小。假设压缩的是同一种气体介质，进气温度较高的气体，其ε—Qs曲线在下方，进气温度较低的性能曲线在上方。spolRTH广东石油化工学院化工过程机器§3.5离心式压缩机的性能调节广东石油化工学院化工过程机器管网性能曲线:指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网所需要的压力之间的关系曲线，即p=f（Q）曲线。每一种管网都有自己的特性曲线，其决定于管网本身的结构和用户要求。有三种形式：•管网阻力与流量无关；•二次曲线；•上面两种形式的混合。3.5.1管网性能曲线广东石油化工学院化工过程机器•管网阻力与流量无关；2sAQprspAQp2rpp背压）管网端压（压缩机出口•可用表示的二次曲线；•上面两种形式的混合：QsQsAQs2QsAQs2广东石油化工学院化工过程机器3.5.2离心式压缩机的工作点压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作的工作点具有两个条件；压缩机的排气量等于管网的进气量；压缩机提供的背压等于管网所需的端压。所以这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线与管网性能曲线之交点。广东石油化工学院化工过程机器调节的目的：使压缩机适应变工况下操作，保持生产系统的稳定。调节的方法：等压调节（保持排气压力不变，只改变气体流量的调节）和等流量调节（保持气体流量不变，只改变排气压力的调节）。调节原理：设法改变压缩机的性能曲线和改变管网性能曲线，其实质是改变压缩机的工况点。3.5.3离心式压缩机工况的调节广东石油化工学院化工过程机器（1）压缩机出口节流调节方法：调节压缩机出口管道中节流阀