离心式压缩机相关知识

离心式压缩机林昌基linchangji1压缩机的用途压缩机是一种压缩气体，提高气体压力或输送气体的机器，广泛应用于化工企业各部门，主要用途是：①压缩气体用于输送，如远程煤气输送和气体的装瓶。②压缩气体作为动力，如压缩空气驱动各种风动机械、风动工具；用于控制仪表和自动化装置等。③压缩气体用于制冷和气体分离，如氨和氟里昂制冷、空气分离等。④压缩气体用于气体的合成和聚合，如氨的合成、甲醇的合成、尿素的合成和乙烯的聚合。⑤压缩气体用于油的加氢精制，如重油的轻化和润滑油的加氢精制。linchangji2压缩机的种类按作用原理分类可将压缩机分为容积式和速度式（透平式）：容积式压缩机靠在气缸作往复运动的活塞或旋转运动的转子来改变工作容积，从而使气体体积缩小而提高气体的压力，即压力的提高是依靠直接将气体体积压缩来实现的。速度式压缩机靠高速旋转叶轮的作用，提高气体的压力和速度，然后在固定元件中使一部分气体的速度转变为气体的压力能，即借助高速旋转叶轮的作用，首先使气体分子得到一个很高的速度，然后在扩压器中使速度降下来，把动能转化为压力能。linchangjilinchangji容积式中的往复式linchangji容积式中的往复式linchangji容积式中的回转式linchangji速度式linchangji3离心式压缩机离心式压缩机的作用是对流过的气流提高压力。linchangji3.1离心式压缩机的结构linchangji水平剖分式linchangji垂直剖分式(桶式)linchangjilinchangji3.2离心式压缩机的原理离心式气压机是依靠高速旋转的叶轮所产生的离心力来压缩气体的。由于气体在叶轮中的运动方向是沿着垂直于气压机轴的径向进行的，因此叫离心式气压机。linchangji3.3离心式压缩机的一些基本概念3.3.1级：离心式压缩机使气体压力增高的主要部件是叶轮和扩压器，一个叶轮和扩压器就构成离心式压缩机的一个级，级是离心式压缩机的基本单元。3.3.2段：气体经过几级压缩后就必须送到中间冷却器中去等压散热降温，这几个不对引出冷却的级称为一个段。linchangji3.3.3流量流量是单位时间内，通过压缩机流道的气体量，通常以容积流量和重量流量等两种方式表示。(1)容积流量容积流量是单位时间内通过压缩机流道的气体的体积量。单位为m3／min或m3／h。(2)重量流量重量流量是工艺计算中经常碰到的单位，如果已知气体的体积流量，则重量流量可用气体介质容积流量乘以气体介质的密度。它的单位常用的有kg／s。linchangji3.3.4有效功率、内漏损失功率和轮阻损失功率叶轮对气体作功，使气体获得能量头，同时由于叶轮内漏和轮阻的存在，也产生了叶轮漏损能量头和轮阻能量头，这样叶轮在输送气体时，对气体所作的功，就有有效功、内漏损失功和轮阻损失功等3种功耗，3种功耗之和为总功耗，则叶轮对流过的单位重量气体所消耗的功率，也有有效功率、内漏损失功率和轮阻损失功率之分。linchangji3.3.5轴功率的含义叶轮对气体作功，为气体升压提供有效功率，在气体升压过程中，同时也产生了叶轮的内漏损失功率和轮阻损失功率，离心式压缩机的转子，在为气体升压提供以上3种功率时，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，一般要占总功率的2～3%。如有齿轮传动，则传动功率消耗同样存在，且约占总功率的2～3%。以上5个方面的功率消耗，都是在转子转动，并在对气体作功的过程中产生的，因此，离心式压缩机的轴功率，包括有效功率、内漏损失功率、轮阻损失功率以及机械损失和传动损失功率等5个方面的内容。离心式压缩机的轴功率，是选择驱动机功率容量的依据，一般情况下取原动机功率为轴功率的1.05～1.10倍。linchangji3.3.5轴功率的含义离心式压缩机的轴功率，包括有效功率、内漏损失功率、轮阻损失功率以及机械损失和传动损失功率等5个方面的内容。离心式压缩机的轴功率，是选择驱动机功率容量的依据，一般情况下取原动机功率为轴功率的1.05～1.10倍。linchangji3.3.6压缩比压缩比，就是指压缩机排出压力与吸入压力之比，所以有时也称压力比或压比，压缩比越大，离心式压缩机所需级数就越多，其功耗也越大。linchangji国外著名的透平压缩机生产厂主要有:日本有七家：日立（Hitachi）、三井、三菱（Mitsubishi）、川崎、石川岛(IHI)、荏原（EBRARA）和神钢；美国有七家：德莱赛兰（DRESSER-RAND）、英格索兰、埃理奥特（ELLIOTT）、库柏（Cooper）、通用电气动力部（原来的意大利新比隆NuovoPignone公司）、美国A－C压缩机公司和阿里斯；德国有二家：西门子工业（原来的德马格－德拉瓦）、盖哈哈-波尔西克（GHH-BORSIG）……瑞士有一家：苏尔寿（SULZER）瑞典有一家：阿特拉斯（ATLASCOPCO）还有意大利的新比隆，国内有厂家引进过他们的技术。linchangji国内著名的透平压缩机生产厂主要有:沈阳鼓风机厂陕西鼓风机厂上海压缩机有限公司无锡压缩机有限公司柳州空压机集团有限公司linchangji3.4离心式压缩机的型号沈阳鼓风机厂2MCL458—32：段数（2段）MCL：气缸为水平剖分45：45×10mm叶轮直径8：级数（8级）3：设计序号（第3次设计）linchangji陕西鼓风机厂DA120—62DA：机器种类（离心式压缩机）120：设计排气量（吸入状态下的体积流量为120m3/min）6：级数（6级）2：设计序号（第2次设计）linchangji离心压缩机的特性曲线特性曲线是反映其流量、压缩比、功率和效率相互关系的曲线，离心机转速可以在很大范围内调节，对应每个转速都有不同的特性。由特性曲线可得出下列结论：linchangji(1)每个转速下都有一条对应的性能曲线，当转速一定时，流量增加，出口压力减少；流量减少，排气压力增加。流量一定时，转速越高，排气压力越高；转速越高，性能曲线越向右上方移动。(2)随着转速的增加，性能曲线变得越来越陡。linchangji(3)转速一定，流量增加，排气压力降低，当流量增加到一定程度时，压力成直线下降，这就是最大流量的限制。linchangji(4)在一定转速下，当流量减少到一定值时，压缩机便开始喘振，不能正常工作，该流量称为喘振流量，该点称为喘振点。各转速下喘振点连结起来，便构成喘振线。压缩机流量不能等于或小于喘振流量规定值，否则便发生喘振。linchangji(5)防护曲线(防喘振边界线)：为了防止喘振，保证运行的安全，一般最小流量限比喘振流量大，留有5%的流量裕度，叫防喘裕度。防喘振线就是将最小流量限用曲线连结起来，此曲线叫防护曲线或防喘边界线。linchangji(6)压缩机的稳定工作区：压缩机在流量上有最大流量和最小流量限制；压力方面有最大压力限制；转速有最大转速限制，一般压缩机允许短期超速到设计转速的105%～110%；柔性轴必须跳过一阶临界转速，并留有一定的安全裕量，一般为30%左右。压缩机的稳定工作区为最大压力限、最大流量限、防喘边界线(防护曲线)和最小转速限所围成的工况运行区，如图2-18所示。linchangji离心压缩机的喘振当压缩机的气量减少到一定程度，由于体积流量不足，引起瞬时的周期性的气体回流，伴随着低沉的噪音和强烈的震动，使压缩机操作极不稳定，这种现象称为喘振或飞动。linchangji产生喘振现象的原因，首先从级内的流动来考虑在以设计转速转动的叶轮中，如级的进口流量等于设计流量，叶片入口气流角和叶片的进口安装角基本相等，此时冲角等于零。当因某种原因使进气量减小，此时冲角△β＞0，当进气量减小到某一值后，叶道进口气流的方向就和叶片进口安装角很不一致，使冲角大大增加，叶片非工作面气流边界层严重分离。linchangji由于各叶片型线加工和叶片安装的情况不可完全相同，叶道进口气流的流动也存在不均匀性，因此叶道中气流边界层的严重分离不可能在所有叶道同时发生。假设严重分离首先发生在叶道B中，此时叶道B被严重堵塞，有效通流截面大为变窄，在叶道B的进口前缘形成了气流低速区。低速区的气流由于受到阻塞的影响而只得向两侧分流，如图2-16所示。linchangji流入A叶道的气流使进气正冲角有所减小，叶片非工作面侧原有的分离情况得到缓解；而在工作面侧有小片分离区存在，但在二次涡流的作用下，分离区不易扩大，从而使叶道A的流动得到改善。流入C叶道的气流促使进气正冲角更加增大，使C叶道的叶片非工作面侧发生严重分离。C叶道的严重分离则又使该叶道进口前缘气流向相邻的B、D叶道分流，使叶道B分离情况缓解，而D叶道分离情况恶化。依此类推，分离区（或称分离团）是以和叶轮旋转方向相反的方向旋转移动的。linchangji实验证明，这种分离区的旋转移动角速度ω′小于叶轮的角速度ω，ω′约为1/2ω或1/3ω不等。所以，在绝对运动中，分离区以ω-ω′的角速度旋转，其方向与叶轮旋转的方向相同。这种现象通常称为旋转脱离。因为分离区也称为失速区，故旋转脱离也称为旋转失速。linchangji旋转脱离有时也可能在某几个叶道中同时产生。不同的级发生旋转脱离时，其分离团的数目、旋转移动角速度等是各不相同的。随着流量的继续减小，旋转分离团的数目可能增多。在叶片扩压器中同样存在旋转脱离，而且旋转脱离往往首先在叶片扩压器中发生，然后影响到叶轮，并遍及整个流道。旋转脱离的出现，使级的进、出口气体的压力、流量及速度等参数产生较强烈的脉动，且对叶片有周期性的交变作用力，导致叶片发生振动，机器的噪声也明显增大。linchangji如果流量再进一步减小，叶道中若干个分离团就会联在一起，成为一个大的分离团，它可占据叶道的大部分通流面积，甚至整个流道都产生分离现象。这时级的性能出现突变，性能曲线变得不连续或中断，排出压力大幅度下降。但级（或机）是与管网联合工作的，管网具有一定容积，而且气体具有可压缩性，当级（或机）出口压力突然下降时，管网中的压力反而大于出口压力，于是气流由管网向级（或机）内倒流，并把级内的气体冲出级前。由于叶轮仍在旋转，气流又将进入级中，再次发生叶道严重分离与倒流。于是级中时而正流，时而倒流，并导致压缩机发生强烈振动，致使无法正常工作。这种周而复始的低频率、高振幅的气流振荡现象称为喘振。linchangji当进入叶轮的气量小于额定流量时，在流道内会形成旋涡，产生气流分离现象。在流量进一步减少到某一值时，气流的分离区扩大到整个流道，产生严重的旋转脱离，使压缩机的出口压力突然下降，无法向管路压送气体。linchangji这时，具有较高压力的管路气流就会倒流进入叶轮，直至两者的压力相等，压缩机又恢复正常工作，重新向管路压送气体，但这样又使叶轮流量减小，气流分离重新发生，管路气体又倒回来，再一次重复上述过程，如此，周而复始地进行，使压缩机和其后的连接管线产生周期性的气流震荡现象，引起转子动应力的增加，机组强烈振动和压缩机的不稳定运行。linchangji上述分析表明，旋转脱离是喘振的前奏，而喘振是旋转脱离进一步恶化的结果。出现喘振的内因是流量达到最小流量Qmin，气流的边界层严重分离；外因是管网中积蓄着高于级（或机）的排气压力，造成气体倒流。linchangji防止喘振的措施由于喘振的危害性很大，压缩机在运行中应严格防止发生喘振，防止喘振的措施有以下几方面（1）压缩机应备有标明喘振界限的性能曲线。为安全考虑应在喘振线的流量大出5-10％的位置上加一条防喘振警戒线，以提醒操作者的注意。最好设置测量与显示系统，用屏幕显示工况点的位置，严加注意工况点接近喘振线。linchangji（2）在压缩机入口安装流量、温度监侧仪表，出口安装压力监侧仪表，该监侧系统与报警、调节和停机联锁，一旦进入喘振能自动报警、调节和停机。（3）通过降低压缩机出口后路系统压力避免发生喘振。（4）通过降低压缩机转速使流量减少而不至于发生喘振。linchangji（5）在压缩机出入口设置返飞