離心壓縮機教程.ppt

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1、離 心 壓 縮 機 壓縮機 什么是壓縮機？ 用來壓縮氣體借以提高氣體壓力的機械稱 為壓縮機。也有把壓縮機稱為“壓氣機” 和“氣泵”的。提升的壓力小于 0.2MPa時 ，稱為鼓風機。提升壓力小于 0.02MPa時 稱為通風機。 壓縮機的分類 按工作原理分類 1容積式壓縮機 直接對一可變容積中的氣體進 行壓縮，使該部分氣體容積縮小、壓力提高。其 特點是壓縮機具有容積可周期變化的工作腔。 2動力式壓縮機 它首先使氣體流動速度提高， 即增加氣體分子的動能；然后使氣流速度有序降 低，使動能轉化為壓力能，與此同時氣體容積也 相應減小。其特點是壓縮機具有驅使氣體獲得流 動速度的葉輪。

2、動力式壓縮機也稱為速度式壓縮 機。 按排氣壓力分類 分 類 名 稱 排氣壓力 (表壓 ) 風 機 通風機 100Mpa 按壓縮級數(shù)分類 單級壓縮機 氣體僅通過一次工作腔 或葉輪壓縮 兩級壓縮機 氣體順次通過兩次工作 腔或葉輪壓縮 多級壓縮機 氣體順次通過多次工作 腔或葉輪壓縮，相應通 過幾次便是幾級壓縮機 容積流量分類 名 稱 容積流量 (m3 min) 微型壓縮機 <1 小型壓縮機 1 10 中型壓縮機 10 100 大型壓縮機

3、 100 壓縮機按結構或工作特征的分類 按工作 原理 容積式 動力式 按運動 件工作 特性 往復式 回 轉 式 離 心 式 軸 流 式 旋 渦 式 噴 射 式 按運動 件結構 特征 活 塞 式 隔 膜 式 柱 塞 式 轉 子 式 滑 片 式 液 環(huán) 式 三角 轉子 渦 旋 式 羅 茨 雙 螺 桿 單 螺 桿 葉輪 (透平 ) 式 噴 射 泵 活塞式 轉子式 滑片式 渦旋式 單螺桿 幾種特殊的壓縮機 離心式壓縮機 離心壓縮機的概述 離心 壓

4、縮機 是產生壓力的機械，是透平 壓 縮機 的一種。透平是英譯音 “TURBINE”， 即旋轉的葉輪。 定義： 離心 壓縮機 ：指氣體在 壓縮機 中的運動是 沿垂直于 壓縮機 軸的徑向進行的。所以也 稱徑流壓縮機。 工作原理 具有葉片的工作輪在壓縮機的軸上旋轉，進入工 作輪的氣體被帶著旋轉，增加了動能（速度）和 靜壓頭（壓力），然后出工作輪進入擴壓器內， 在擴壓器內氣體的速度轉變?yōu)閴毫?，進一步提高 壓力，經過壓縮的氣體再經彎道和回流器進入下 一級葉輪進一步壓縮至所需的壓力。 氣體在葉輪中提高壓力的原因有兩個：一是氣體 在葉輪葉片作用下，跟著葉輪做高速的旋轉，而 氣體由于受旋轉所

5、產生的離心力的作用使氣體的 壓力升高；二是葉輪是從里到外逐漸擴大的，氣 體在葉輪里擴壓流動，使氣體通過葉輪后壓力提 高。 分類 （ 1）按軸的型式分：單軸多級式，一根軸 上串聯(lián)幾個葉輪；雙軸四級式，四個葉輪 分別懸臂地裝在兩個小齒輪的兩端，旋轉 靠電機通過大齒輪驅動小齒輪。 （ 2）按氣缸的型式分：水平剖分式和垂直 剖分式。 （ 3）按級間冷卻形式分類：級外冷卻，每 段壓縮后氣體輸出機外進入冷卻器；機內 冷卻，冷卻器和機殼鑄為一體。 （ 4）按壓縮介質分類：空氣 壓縮機 、氮氣 壓縮機 、氧氣 壓縮機 等。 特點與應用 優(yōu)點 1. 由于是連續(xù)旋轉式機械，可以大大地提高進

6、入其中的工質量，提高功率。所以，離心式 壓縮機的第一個特點是：功率大。 2. 由于工質量可以提高，必然導致葉片轉速的 提高，所以第二個特點是高速性。 3. 無往復運動部件，動平衡特性好，振動小， 基礎要求簡單； 4. 易損部件少，故障少、工作可靠、壽命長； 5. 機組單位功的重量、體積及安裝面積?。? 6. 機組的運行自動化程度高，調節(jié)范圍廣，且 可連續(xù)無級調節(jié)； 7. 在多級壓縮機中容易實現(xiàn)一機多種蒸發(fā)溫度 ； 8. 潤滑油與介質基本上不接觸，從而提高了冷 凝器及蒸發(fā)器的傳熱性能； 9. 對大型壓縮機，可由蒸氣動力機或燃氣動力 機直接帶動，能源使用經濟合理； 缺點 1.

7、單機容量不能太小，否則會使氣流流道太 窄，影響流動效率； 2. 因依靠速度能轉化成壓力能，速度又受到 材料強度等因素的限制，故壓縮機每級的 壓力比不大，在壓力比較高時，需采用多 級壓縮； 3. 特別情況下，機器會發(fā)生喘振而不能正常 工作； 離心 壓縮機 的工作原理分析 常用名詞解釋 （ 1）級：每一級葉輪和與之相應配合的 固定元件（如擴壓器等）構成一個基本的 單元，叫一個級。 （ 2）段：以中間冷卻器隔開級的單元， 叫段。這樣以冷卻器的多少可以將 壓縮機 分成很多段。一段可以包括很多級。也可 僅有一個級。 （ 3）標態(tài)： 0 ， 1標準大氣壓。 （ 4）進氣狀態(tài)：一般指

8、進口處氣體當時 的溫度、壓力。 （ 5）重量流量：一秒時間內流過氣體的重 量。 （ 6）容積流量：一秒時間內流過氣體的體 積。 （ 7）表壓（ G）：以當?shù)卮髿鉃榛鶞仕嬃?的壓強。 （ 8）絕壓（ A）：以完全真空為基準所計量 的壓強。 （ 9）真空度：與當?shù)卮髿庳摬钪怠? （ 10）壓比：出口壓力與進口壓力的比值。 （ 11）比容：單位質量的物質所占有的容積 ，符號 V表示，數(shù)值為密度的倒數(shù)。 性能參數(shù) 離心壓縮機的主要性能參數(shù)是流量、排氣 壓力、有效功率、效率、軸功率、轉速、 壓縮比和溫度。 （ 1）流量：單位時間內流經壓縮機流道 任一截面的氣體量，通常以

9、體積流量和質 量流量兩種方法來表示。 體積流量是指單位時間內流經壓縮機流 道任一截面的氣體體積，其單位為 m/s。 因氣體的體積隨溫度和壓力的變化而變化 ，當流量以體積流量表示時，須注明溫度 和壓力。 質量流量是指單位時間內流經壓縮機流 道任一截面的氣體質量，其單位為 kg/s。 （ 2）排氣壓力 :即指壓縮機出口壓力。 （ 3）有效功率：有效功率是指在氣體的 壓縮過程中，葉輪對氣體所作的功，絕大 部分轉變?yōu)闅怏w的能量，另有一部分能量 損失，該損失基本上包括流動損失、輪阻 損失和漏氣損失三部分，我們將被壓縮氣 體的能量與葉輪對氣體所作功的比值稱為 有效功率。 （ 4

10、）軸功率：離心式壓縮機的轉子在為 氣體升壓提供有用功率，以及在氣體升壓 過程中產生的流動損失功率、輪阻損失功 率和漏氣損失功率外，其本身也產生機械 損失，即軸承的摩擦損失，這部分功率消 耗約占總功率的 2%3%。如果有齒輪傳動 ，則傳動功率消耗同樣存在，約占總功率 的 2%3%。以上六個方面的功率消耗，都 是在轉子對氣體作功的過程中產生的，它 們的總和即為離心式壓縮機的 軸功率 。軸 功率是選擇驅動機功率的依據(jù)。 （ 5）效率：效率主要用來說明傳遞給氣 體的機械能的利用程度。由于氣體的壓縮 有等溫壓縮、絕熱壓縮和多變壓縮等三種 過程，所以，壓縮機的效率也有等溫效率 、絕熱效率和多變效率之分

11、。 1、等溫效率 是指氣體在壓縮過程中，等溫壓縮功和 葉輪對氣體所作功的比值。 2、絕熱效率 是指氣體在壓縮過程中，絕熱壓縮功和 葉輪對氣體所作功的比值。 3、多變效率 是指氣體在壓縮過程中，多變壓縮功和 葉輪對氣體所作功的比值。 （ 6）轉速：轉速是指壓縮機轉子旋轉的 速度。其單位是 r/min。 （ 7）壓縮比：出口壓力與進口壓力的比 值。 （ 8）溫度：一般用 t 表示，工程上也用 絕對溫度 TK來表示，兩者換算關系為 TK=t+273。 壓縮機 級中的氣體流動 葉輪被驅動機拖動而旋轉，氣體進入葉輪 后，對氣體作功。那么氣體既隨葉輪

12、轉動 ，又在葉輪槽中流動。反映出氣體的壓力 升高、溫度升高，比容降低。 葉輪轉動的速度即氣體的圓周速度，在不 同的半徑上有不同的數(shù)值，葉輪出口處的 圓周速度最大。氣體在葉輪槽道內相對葉 輪的流動速度為相對速度。因葉片槽道截 面積從進口到出口逐漸增大，因此相對速 度逐漸減少。 氣體的實際速度是圓周速度與相對速 度的合成，又稱之為絕對速度。 級是壓縮機作功的 最基本的單元，在級中 葉片帶動氣體轉動，把 功傳遞給介質，使介質 獲得動能。通過由隔板 構成的擴壓流道和擴壓 槽 ,介質的一部分動能 轉化為壓力勢能，并被 導入下一級繼續(xù)壓縮。 中間級有葉輪、隔板、 級間密封等，末級是由 葉

13、輪、隔板和蝸殼組成 級內氣體流動的能量損失分析 一、能的定義 度量物質運動的一種物質量，一般解 釋為物質作功的能力。能的基本類型有勢 能、動能、熱能、電能、磁能、光能、化 學能、原子能等。一種能可以轉化為另一 種能。能的單位和功的單位相同。能也叫 能量。 二、級內氣體流動的能量損失分析 壓縮機 組實際運行中，通過葉輪向氣 體傳遞能量，即葉輪通過葉片對氣體作功 消耗的功和功率外，還存在著葉輪的輪盤 、輪蓋的外側面及輪緣與周圍氣體的摩擦 產生的輪阻損失，還存在著工作輪出口氣 體通過輪蓋氣封漏回到工作輪進口低壓低 壓端的漏氣損失。都要消耗功。這些損失 在級內都是不可避免的

14、，只有在設計中精 心選擇參數(shù)，再制造中按要求加工，在操 作中精心操作使其盡量達到設計工況，來 減少這些損失。 另外，還存在流動損失以及動能損失以 及在級內在非工況時產生沖擊損失。沖擊 損失增大將引起 壓縮機 效率很快降低。還 有高壓軸端，如果密封不好，向外界漏氣 ，引起壓出的有用流量減少。 故此，我們有必要研究這些損失的原因 ，以便在設計、安裝、操作中盡量減少損 失，維持 壓縮機 在高效率區(qū)域運行，節(jié)省 能耗。 1、流動損失： 定義：就是氣流在葉輪內和級的固定元件 中流動時的能量損失。 產生的原因：主要由于氣體有粘性，在流 動中引起摩擦損失，這些損失又變成熱量 使

15、氣體溫度升高，在流動中產生旋渦，加 劇摩擦損耗和流動能量損失，因旋渦的產 生就要消耗能量；在工作輪中還有軸向渦 流等第二次流動產生，引起流量損失。在 葉輪出口由于出口葉片厚度影響產生尾跡 損失。彎道和回流器的摩擦阻力和局部阻 力損失等。 2、沖擊損失： 定義：是一種在非設計工況下產生的 流動損失。 葉輪進口葉片安裝角 1A（實際）一 般是按照設計氣流的進口角 1（設計 ）來決定的。一般是 1=1A，此時進 氣為無沖擊進氣。但是當工況發(fā)生偏 離設計工況時，氣流進口角 1大于或 小于 1A將發(fā)生氣流沖擊葉片的現(xiàn)象 。 習慣把葉輪進口葉片安裝角 1A（實際 ）與設計氣流

16、的進口角 1（設計）之差叫 做沖擊角，簡稱沖角。用 i表示。 1A 1 ， i 0，叫負沖角。 1A 1 ， i 0，叫正沖角。 在正負沖角的情況下，都將出現(xiàn)氣流 與葉片表面的脫離，形成旋渦區(qū)，使能量 損失。沖擊損失的增加與流量偏離設計流 量的絕對值的平方成正比。 3、輪阻損失 葉輪的不工作面與機殼之間的空間， 是充滿氣體的，葉輪旋轉時，由于氣體有 粘性，也會產生摩擦損失。又由于旋轉的 葉輪產生離心力，靠輪的一邊氣體向上流 ，靠殼的一邊氣體向下流，形成渦流，引 起損失。 4、漏氣損失： 漏氣損失包括內漏和外漏。 內漏氣是指泄露的氣體又漏回到壓縮 氣體中。包

17、括兩種情況：一種是從葉輪出 口的氣體從葉輪與機殼的空間漏回到進口 。另一種是單軸的離心 壓縮機 ，由于軸與 機殼之間也有間隙，氣體從高壓的一邊經 過間隙流入低壓一邊。 外漏是指壓縮氣體通過軸與機殼密封處 間隙或機體的間隙直接漏到大氣中。 漏氣損失是一個不可忽視的問題，有些 空壓機 出現(xiàn)氣量打不到設計值就是內漏和 外漏引起的。 葉輪 止推軸承 支撐軸承 干氣密封 平衡鼓 干氣密封 支撐軸承 蝸殼 彎道 回流器 吸入室 擴壓槽 機殼 壓縮機機殼是將介質與大氣隔絕，使介質在其 間完成能量轉換的重要部件。它還具有支承其 他靜止部件，如隔板、密封等的功能。

18、機殼重 量大，形狀復雜，在其外部連接有進氣、排氣 、潤滑油、密封介質等管道，兩側的端蓋上帶 有軸承箱和軸向密封室。對于高壓壓縮機，機 殼一般采用筒型結 構，低壓壓縮機則 采取水平剖分結構， 烯烴工廠的機組均 采用水平剖分。 吸入室 作用是將介質均勻地引導至葉輪的進口 ，以減少氣流的擾動和分離損失。它的結構 比較簡單，有軸向進氣和徑向進氣兩種。徑 向進氣結構多采用于多級雙支承壓縮機中。 圖 4 - 6 吸入室的結構示意圖 ( a) 軸向進氣 ( b) 徑向進氣 離心壓縮機基本結構 整套離心 壓縮機 組是由電氣、機械、 潤滑、冷卻、控制等部分組成的一個系

19、統(tǒng) 。雖然由于輸送的介質、壓力和輸氣量的 不同，而有許多種規(guī)格、型式和結構，但 組成的基本元件大致是相同的，主要由轉 子、定子、和輔助設備等部件組成。 離心壓縮機的轉子 轉子是離心 壓縮機 的關鍵部件，它高速旋 轉。轉子是由葉輪、主軸、平衡盤、推力 盤等部件組成。 一、葉輪：葉輪也叫工作輪，是離心式 壓 縮機 的一個重要部件，氣體在工作路輪中 流動，其壓力、流速都增加，同時氣體的 溫度也升高。葉輪是離心式 壓縮機 對氣體 作功的唯一元件。 1、在結構上葉輪典型的有三種型式： （ 1）閉式葉輪：由輪盤、輪蓋、葉片三部 分組成。 （ 2）半開式式葉輪：無輪蓋、只有輪盤、 葉

20、片。 （ 3）雙面進氣式葉輪：兩套輪蓋、兩套葉 片，共用一個輪盤。 2、葉輪的結構以葉片的彎曲形式來分 （ 1）前彎葉片式葉輪：葉片彎曲方向與葉 輪旋轉方向相同。葉片出口角 90 （ 2）后彎葉片式葉輪：葉片彎曲方向與葉 輪旋轉方向相反，葉片出口角 90 （ 3）徑向葉片式葉輪：葉片出口方向與葉 輪半徑方向一致，葉片出口角 90 葉輪 (工作輪 )葉輪是一個最重要的部件，通過葉輪將 能量傳遞給氣體，使氣體的速度及壓力都得到提高。 圖 4 - 8 半開式和閉式葉輪 ( a) 開式 ( b) 閉式 1 、輪盤 2 、葉片 3 、輪蓋 影響葉輪性能的主要 因素

21、是葉片的彎曲形狀。 按葉片出口端彎曲方向的 不同，可分為后彎、前彎 及徑向葉輪三種類型。由 于后彎式葉片的級效率較 高，因此被廣泛采用。葉 輪是高速旋轉的部件，要 求材料具有足夠的強度。 為了減少振動，葉輪和軸 必須經過動平衡試驗，以 達到規(guī)定的動平衡要求。 圖 4 - 9 后彎、前彎和徑向葉輪 ( a) 后彎式 ( b) 前彎式 ( c) 徑向式 二、主軸 主軸的作用就是支撐安裝其上的旋轉零部 件（葉輪、平衡盤等）及傳遞扭矩。設計 軸確定尺寸時，不僅考慮軸的強度問題， 而且要仔細計算軸的臨界轉速。所謂臨界 轉速就是軸的轉速等于軸的固有頻率時的 轉速。 三、平衡盤，推力盤

22、 在多級離心 壓縮機 中，由于每級葉輪兩側 的氣體作用力不一致，就會使轉子受到一 個指向低壓端的合力，這個合力，我們稱 為軸向力。軸向力對于 壓縮機 的正常運轉 是不利的，它使轉子向一端竄動，甚至使 轉子與機殼相碰，發(fā)生事故。因此應設法 平衡它，平衡盤就是利用它的兩側氣體的 壓力差來平衡軸向力的零件。熱套在主軸 上，通常平衡盤只平衡一部分軸向力，剩 余的軸向力由止推軸承來承受。 推力盤是固定在主軸上的止推軸承中的 一部分，它的作用就是將轉子剩余的軸向 力通過油膜作用在止推軸承上，同時還確 定了轉子與固定元件的位置。 平衡盤 由于葉輪兩側的壓力不相 等，在轉子上受到一個指 向

23、葉輪進口方向的軸向椎 力。為了減少止推軸承的 載荷，往往在末級之后設 置一個平衡盤。因平衡盤 左側為高壓，右側與進氣 壓力相通，因而形成一個 相反的軸向推力，承擔了 大部分的軸向推力，減輕了止推軸承的負荷。 圖 4 - 13 平衡盤 平衡鼓 大型離心式壓縮機和離心泵的軸向力是相 當大的，相應需要的平衡力也很大。在這種情 況下，平衡盤自身的強度以及它跟軸的結合難 以滿足要求，因此在大型離心式壓縮機和離心 泵上通常使用有足夠軸向厚度的平衡鼓結構。 平衡鼓和平衡盤平衡原理一致，結構相似 ，只是由于結構的原因，平衡鼓不能實現(xiàn)結構 上自動調節(jié)。 在實際設計中也有采用 “

24、鼓 +盤 ” 的方式將兩者的優(yōu)勢結合起來。 離心 壓縮機 的定子 定子是 壓縮機 的固定元件，由擴壓器、彎 道、回流器、蝸殼及機殼組成。 1、擴壓器：擴壓器的功能主要是使從葉 輪出來的具有較大動能的氣流減速，把氣 體動能有效地轉化為壓力能。 擴壓器一般分為：無葉擴壓器 、葉片擴 壓器、 直壁式擴壓器。 2、彎道：其作用使氣流轉彎進入回流器 ，氣流在轉彎時略有加速。 3、回流器：其作用使氣流按所須方向均 勻的進入下一級。 4、蝸殼：其主要作用是把擴壓器后面或 葉輪后面的氣體匯集起來，并把他們引出 壓機機，流向輸送管道或氣體冷卻器，此 外，在會聚氣體過程中，大多數(shù)情

25、況下， 由于蝸殼外徑逐漸增大和流通面積的逐漸 增大，也起到了一定的降速擴壓作用。 作用是把擴壓器流出的氣體匯集起來排出去。 由于外徑和流通截面逐漸擴大，也起到使氣流 減速和擴壓的作用。 圖 4 - 1 1 蝸殼的橫斷面的形狀 ( a) 蝸殼外形 ( b) 梯形 ( c) 正置圓形 ( d) 偏置圓形 圖 4 - 12 迷宮式密封的結構形式 ( a) 整體式 ( b) 鑲嵌式 ( c) 組合鑲嵌式 ( d 、 e) 光軸式 蝸殼 5、軸承： 支撐軸承：用于支撐轉子使其高速旋轉。 止推軸承：作用是承受剩余的軸向力。 51 支撐軸承（又稱徑向軸承） 徑向軸承為多油楔、

26、壓力潤滑的可傾瓦塊式 軸承。壓力油徑向進入，通過小孔潤滑瓦塊 和支撐塊，然后向側向排出。軸承由等距離 分布在軸徑圓周上的幾個瓦塊組成。瓦塊是 鋼制的，內表面襯有巴氏合金，背面有凹進 去的支撐座，相應地在瓦座上有支撐塊。瓦 面與軸徑及瓦座均為同心圓，而瓦塊支撐座 的圓弧曲率大于瓦座支撐塊的圓弧曲率這樣 瓦背與瓦座在軸向上為線接觸，以利于瓦塊 搖擺靈活更好地與轉軸間形成油楔，但瓦塊 在軸向上并不能擺動。 這種軸承有如下優(yōu)點： 1.進一步改善軸瓦中流體的動力學性能。 2.軸徑圓周上受力均勻，因而運轉平穩(wěn)，以 最大限度的吸收轉子的徑向振動。 3.軸承抗油膜振蕩性能好。 止推軸承 離心

27、壓縮機在正常工作時，由于出入口存 在的壓差形成一指向低壓側（入口側）的軸向 推力。壓縮機的平衡裝置能平衡大部分的軸向 力，殘余軸向力則由止推軸承承擔，其止推塊 稱為主止推塊。另外在啟動時由于氣流的沖擊 作用，往往產生一個反方向的軸向推力，使轉 子向高壓側竄動；為此在主推塊的對面增設副 止推塊。這種型式的止推承稱作雙端面止推軸 承。止推軸承一般安裝壓機吸入側。 11-CST-2101 隔板與級間密封 隔板將壓縮機的各級分隔開，并由相鄰的面 構成葉輪出口的擴壓器、彎道和回流室。來 自葉輪的氣體在擴壓器通道內將一部分動能 轉化為壓力能并通過彎道和回流室到達下一 級葉輪入口，氣體

28、在彎道和回流器的流動， 可以認為壓力和速度不變，僅改變氣體的流 動方向。隔板分為上、下兩半，沿水平中心 面分開。在隔板外圓圓周方向裝有齒形密封 圈，與安裝在葉輪輪頸上的耐磨環(huán)構成梳齒 密封，從而防止氣體在級間串通。 離心壓縮機的輔助設備 一、離心壓縮機的傳動系統(tǒng) 離心 壓縮機 由于轉速高，一種采用汽輪機 帶動；一種采用電動機通過齒輪增速箱來 拖動。 當采用電動機通過齒輪增速箱來拖動 時，對于齒輪的材質要求相當高，一般采 用優(yōu)質合金鋼，并經滲碳處理，以提高硬 度，同時要求提高加工精度。在出廠前， 并經嚴格的靜、動平衡實驗。 靜平衡是檢查轉子重心是否通過旋轉 軸中心。如

29、果二者重合，它能在任意位置 保持平衡；不重合，它會產生旋轉，只有 在某一位置時才能靜止不動。通過靜平衡 實驗，找出不平衡質量，可以在其對稱部 位刮掉相應的質量，以保持靜平衡。 動平衡：經過靜平衡試驗的轉子，在 旋轉時仍可能產生不平衡。因為每個零件 的不平衡質量不是在一個平面內。當轉子 旋轉時，他們會產生一個力矩，使軸線發(fā) 生撓曲，從而產生振動，因此，轉子還需 要做動平衡試驗。動平衡試驗就是在動平 衡機上使轉子高速旋轉，檢查其不平衡情 況，并設法消除其不平衡力矩的影響。 二、離心壓縮機的冷卻系統(tǒng) （ 1）冷卻的方式：主要有風冷、水冷。 （ 2）冷卻的主要方面：主電機、壓縮后的 氣

30、體、潤滑油。 1、冷卻主電機 主要為了防止電機過度溫升、燒損。 通常采用的冷卻方式有風冷、水冷。有的 大型電機兼而有之。 2、冷卻壓縮后的氣體 主要為了降低各級壓縮后氣體的溫度， 減少功率消耗。通常設置水冷卻器。在一 臺機組上設有多個冷卻器，有的一級一個 有的兩級一個，這樣根據(jù)冷卻器的多少， 又可以把 壓縮機 分成幾個段。 3、冷卻潤滑油： 壓縮機 的油站設有油冷卻器。降低油溫和 在一定范圍內調節(jié)油溫。 離心壓縮機潤滑油系統(tǒng) 一、潤滑油介紹 潤滑根據(jù)其存在狀態(tài)可分為：固體潤滑劑 、氣體潤滑劑、液體潤滑劑、和半固體潤 滑劑等。 （一） 潤滑油 1、定

31、義：潤滑油是用在各種類型機械上 以減少摩擦，保護機械及加工件的液體潤 滑劑。 2、潤滑油的作用 （ 1）潤滑減摩：防止機件干摩擦，減少 摩擦阻力，在零件表面形成油膜。 （ 2）冷卻降溫：通過潤滑油的循環(huán)帶走 熱量防止燒結。 （ 3）清潔：通過潤滑油的流動沖洗 零件 工作表面摩擦產生的金屬和其它臟物。 （ 4）密封：減少外界的污染物進入。 （ 5）銹防蝕：能吸咐在零件表面防止水 、空氣、酸性物質及害氣體與零件的接觸 。 （ 6）減震緩沖： 壓縮機 運行負荷很大， 這個負荷經過軸承的傳遞潤滑，使承受的 沖擊負荷起到緩沖的作用。 3、潤滑油的性能指標 （ 1）粘度：表示油品

32、流動性大小的指標 。粘度越小，流動性就越好；粘度越大， 流動性就越差。粘度的常見單位是厘斯（ cSt）。 （ 2）運動粘度：表示液體在重力作用下 流動時內摩擦力的量度，其值為相同溫度 下液體的動力粘度與其密度之比，在國際 單位制中以 mm2/s表示。 （ 3）粘度指數(shù)：表示油品的粘度隨溫度 變化的特性。粘度指數(shù)越大，油品的粘度 隨溫度的變化越小。通過加大粘度指數(shù)可 以提高油品在不同溫度下使用性能。一般 以 VI表示。 （ 4）密度：表示在規(guī)定溫度下的單位體積 內所含物質的質量。一般以 KG/L或 kg/m3 表示。 （ 5）傾點：用溫度表示油品在儲運和使 用時的低溫流動性的指標。傾

33、點越低，油 品的低溫性就越好。在某種程度上也表示 了油品脫蠟精制的深度。以 表示。 （ 6）閃點：用溫度表示油品在高溫下蒸 發(fā)性及著火危險性的指標。一般來說，閃 點越高，油品的使用溫度也越高，油品中 混入汽油或柴油時，閃點會明顯降低。以 表示。 （ 7）抗氧化安定性：表示油品在使用和 儲存過程中，在高溫和金屬催化下，油品 抗氧化作用的能力?？寡趸捕ㄐ栽胶?， 油品的使用壽命就越長。 （ 8）總堿值：表示在規(guī)定條件下，中和 存在于 1g油品中全部堿性組分所需的酸量 ，以相當?shù)臍溲趸浐量藬?shù)表示。是測定 油品中有效添加劑成分的指標，表示內燃 機油的清凈性與中和能力。 （二）潤

34、滑脂 1、定義：是將稠化劑分散于液體潤滑劑 中所形成的一種穩(wěn)定的半固體。 2、作用：潤滑脂涂于機械摩擦部位，在 機械表面形成一定強度的油膜，以減小摩 擦磨損，還可以防止金屬氧化，填充機件 空隙，防止漏氣、漏油、漏水，保證設備 正常運轉。 3、潤滑脂的選用要根據(jù)機械的工作溫度 、運轉速度、負荷大小、工作環(huán)境和供脂 方式的不同，綜合考慮，一般應考慮以下 四個方面的因素： （ 1）溫度 溫度對潤滑脂的影響很大， 環(huán)境溫度高和機械運轉溫度高的，應選用 耐高溫的潤滑脂，一般潤滑脂的是溫度都 應低于其滴點 2030攝氏度。 （ 2）轉速 高速運轉的機件溫升高，溫 升快，易使?jié)櫥?/p>

35、稀而流失，使用時應 選用稠度較大的潤滑脂。 （ 3）負荷 根據(jù)負荷選用潤滑脂是保證 潤滑的關鍵之一。潤滑脂錐入度的大小關 系到使用時所能承受的負荷。負荷大應選 用錐入度?。ǔ矶容^大）的潤滑脂。如果 既承受重負荷又承受沖擊負荷，應選用含 有極壓添加劑的潤滑脂，如含有二硫化鉬 的潤滑脂。 （ 4）特殊部位的要求 機械工作環(huán)境的 不同，應選用不同的潤滑脂，在潮濕環(huán)境 下應選用具有抗水性能的潤滑脂；在塵土 較多的環(huán)境下，可選用濃稠的含有石墨的 潤滑脂；在含酸的環(huán)境下可選用經基脂； 如對密封有特殊要求，應選用鋇基脂。 離心壓縮機安全保護系統(tǒng) 為了保證離心 壓縮機 的安全穩(wěn)定運行，

36、 必須設置一個完整的安全保護系統(tǒng)。 一、 溫度保護系統(tǒng) 觀察、控制 壓縮機 各缸、各段間的氣體 溫度、冷卻系統(tǒng)溫度、潤滑系統(tǒng)油溫、主 電機定子溫度以及各軸承溫度，當達到一 定的規(guī)定值就發(fā)出聲光訊號報警和聯(lián)鎖停 機。 二、 壓力保護系統(tǒng) 觀察、控制 壓縮機 各缸、各段間的氣 體壓力、冷卻系統(tǒng)壓力、潤滑系統(tǒng)油壓、 當達到一定的規(guī)定值就發(fā)出聲光訊號報警 和聯(lián)鎖停機。 三、 流量保護系統(tǒng) 觀察、控制 壓縮機 冷卻系統(tǒng)水流量，當 達到一定的規(guī)定值就發(fā)出聲光訊號報警。 四、 機械保護系統(tǒng) 1、軸向位移保護 離心式 壓縮機 產生軸向位移，首先是由于 有軸向力的

37、存在。而軸向力的產生過程如 下：在氣體通過工作輪后，提高了壓力， 使工作輪前后承受著不同的氣體壓力。如 果所有葉輪同向安裝，則總軸向力相當可 觀。 從機組設計、制造、安裝方面為了平衡 壓 縮機 的軸向力，通常采取了： （ 1）設置平衡盤 （ 2）設置止推軸承 （ 3）采用雙進氣葉輪（ 4）葉輪背靠背安 裝。 但是在運行中由于平衡盤等密封件的磨損 、間隙的增大、軸向力的增加、推力軸承 的負荷加大，或潤滑油量的不足，油溫的 變化等原因，使推力瓦塊很快磨損，轉子 發(fā)生竄動，靜動件發(fā)生摩擦、碰撞、損壞 機器。為此 壓縮機 必須設置軸向位移保護 系統(tǒng)，監(jiān)視轉子的軸向位置的變化，當轉

38、子的軸向位移達到一定規(guī)定值時就能發(fā)出 聲光訊號報警和聯(lián)鎖停機。 常見的軸向位移保護器的類型 （ 1）電磁式（ 2）電觸式（ 3）電渦流式 （ 4）液壓式 2、機械振動保護 離心 壓縮機 是高速運轉的設備，運行中產 生振動是不可避免的。但是振動值超出規(guī) 定范圍時的危害很大。對設備來說，引起 機組靜動件之間摩擦、磨損、疲勞斷裂和 緊固件的松脫，間接和直接發(fā)生事故。對 操作人員來說，振動噪音和事故都會危害 健康。故此， 壓縮機 必須設置機械振動保 護系統(tǒng)，當振動達到一定規(guī)定值時，就能 發(fā)出聲光訊號報警和聯(lián)鎖停機。 目前，大型機組普遍應用了在線的微機處 理技術，可以通過測量

39、的數(shù)據(jù)進行采集、 存儲、處理、繪圖、分析和診斷。為 壓縮 機 的運行維護、科學檢修、專業(yè)管理提供 可靠依據(jù)。 另外，我們還針對旋轉設備應用手持式 測振儀實行動態(tài)檢測。 3、防喘振保護系統(tǒng) 離心 壓縮機 是一種高速旋轉的 葉片式機 械，它的特性是在一定的轉速下運行，隨 著輸氣量的改變，排氣壓力、功率消耗和 效率也會相應發(fā)生變化，當 壓縮機 在某個 轉速下運行。 壓縮機 的流量減少到一定程 度時，會出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，對于離心式 壓縮 機 有著很嚴重的危害。造成： （ 1） 壓縮機 性能惡化，工藝參數(shù)大幅波 動。 （ 2）對軸承產生沖擊。 （ 3）機組靜動件碰撞，機器破壞。

40、 （ 4）密封破壞，尤其是氧氣 壓縮機 ，嚴 重時大量氣體外逸，引起爆炸惡性事故。 為此，設置防喘振保護系統(tǒng)。目前大 型 壓縮機 組都設有手動和自動控制系統(tǒng)。 即可自動和手動打開回流閥或放空閥，確 保 壓縮機 不發(fā)生喘振現(xiàn)象。 關于離心式壓縮機的幾個概念 喘振 所謂喘振是指當離 心式壓縮機的入口流 量低于一特定值時壓 縮機的能量頭不足以 克服背壓而在氣道內 形成的一種周期性往 復振蕩現(xiàn)象。 壓縮機工況變化時的特性曲線 圖 4 - 9 后彎、前彎和徑向葉輪 ( a) 后彎式 ( b) 前彎式 ( c) 徑向式 右下圖所示為離心式壓縮機的

41、特 性曲線。若壓縮機在設計工況 A點下 工作時，氣流方向和葉片流道方向一 致，不出現(xiàn)邊界層脫離現(xiàn)象，效率達 最高值。當流量減小時 (工作點向 A1 移動 )，氣流速度和方向均發(fā)生變化 ，使非工作面上出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，當流 量減少到臨界值 (A1)點時，脫離現(xiàn)象 擴展到整個流道，使損失大大增加， 壓縮機產生的能量頭不足以克服背壓 （排氣壓力），致使氣流倒流，倒流 的氣體與吸進來的氣體混合，流量增 大，葉輪又可壓送氣體。但由于吸入 氣體量沒有變化，流量仍然很小，故 又將產生脫離，再次出現(xiàn)倒流現(xiàn)象， 如此周而復始。這種氣流來回倒流撞 擊的現(xiàn)象稱為 “ 喘振 ” ，它將使壓縮 機產生強烈的振動和噪

42、聲，嚴重時會 損壞葉片甚至整個機組。 壓縮機工況變化時的特性曲線 為了防止當壓縮機工況發(fā)生變化時發(fā)生喘振 現(xiàn)象，機組中須采取反喘振措施。即從壓縮機出 口旁通 部分氣流直接進入壓縮機的吸入口，加 大它的吸入量，從而避免喘振現(xiàn)象的發(fā)生。 目前，在離心式壓縮機上均采用獨立的反喘 振系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)出入口壓力、溫度計算出當前 工況下的入口流量并與系統(tǒng)中的當前工況喘振流 量進行比較，從而控制反喘振控制閥的開度。 一般來說，反喘振控 制器具有以下特點： 1. 反喘振控制閥為快開慢關型。 2. 控制系統(tǒng)將設計喘振 線（圖中黑線，制造 工廠運用多點回歸法計算）提前 10%為 實 際

43、控制線 （圖中紅線），再提前 10%為 控 制閥動作線 （圖中藍線）。 也就是說，入 口實際流量點一旦進入藍線左側，反喘 振控制閥就開始打開，并根據(jù)離紅線的 橫坐標距離確定開度，到達紅線時控制 閥全開。 3. 每發(fā)生一次喘振，反喘振控制閥動作線 就提前 10%至 校正動作線 （圖中綠線） 。只有復位后才回歸原位。 堵塞 所謂堵塞 即流量已達最大值 ， 如圖 中的 A2點 ， 此時 ， 壓縮機流道中某個最 小截面處的氣流速度達到了音速 ， 流量 不可能繼續(xù)增加 。 從堵塞點 (最大流量點 )到喘振點 (最 小流量點 )這一范圍 ， 稱為離心式壓縮機 的穩(wěn)定工作區(qū)

44、。 它的大小也是壓縮機性 能好壞的標志之一 。 由右圖可看出，壓 縮機真正安全的運行區(qū) 域是由四部分構成的。 1.脫口轉速 2.密封工作最低轉速 3.喘振工況 4.堵塞工況 喘 振 工 況 堵 塞 工 況 脫扣轉速 密封工作轉速 臨界轉速 轉軸的轉速達到某一數(shù)值時，軸 所受的外力頻率與軸的自振頻率一致， 將發(fā)生共振，此時軸的運轉便不穩(wěn)定而 發(fā)生顯著的反復變形。嚴重時將使軸、 軸承、零件甚至于整個機械設備遭到破 壞，軸共振時的轉速稱為臨界轉速，常 用 nc表示。 轉軸的臨界轉速 nc與轉軸材料的彈 性特性，軸的形狀、尺寸、支承形式以 及軸上圓盤動件質量有

45、密切的關系。 軸在共振時的臨界轉速在理論上有無窮多個 ，可分為一階、二階、三階 。工作轉速高于 一階臨界轉速 (nc1)的軸稱為撓性軸，低于一階 臨界轉速的軸稱為剛性軸。 烯烴工廠所有的泵均為剛性軸，不需要考慮 臨界轉速的影響。壓縮機則全是撓性軸，由于高 于一階的其他階次臨界轉速都遠高于工作轉速， 所以實際運行中只考慮一階臨界轉速，我們常說 的臨界轉速也只指一階臨界轉速。 壓縮機決不允許在臨界轉速上運行，在 壓縮機的轉速控制系統(tǒng)中，臨界轉速的 5% 區(qū)域均不允許停留。 離心式壓縮機的軸端密封 離心式壓縮機的軸端密封是指將壓縮機 內部介質與外部環(huán)境相隔離，防止機內 介

46、質向機體外泄漏的一種裝置。 離心式壓縮機的軸端密封主要有以下幾 種型式： 1. 軸向密封：浮環(huán)密封、阻塞密封 2. 徑向密封：單端面螺旋槽式機械密封、 干氣密封 軸向密封 軸向密封是防止介質沿 軸向 泄漏到機體外。 1. 浮環(huán)密封：常用于中、高壓離心壓縮機中。這 是因為傳統(tǒng)的機械密封在周速大于 40m/s、溫度 高于 200 以后很難適應。 浮環(huán)密封機理 浮環(huán)密封屬于流阻型非接觸式動密封，是 依靠密封間隙內的流體阻力效應而達到阻漏目 的。由于存在間隙，避免了固體摩擦，適用于 高速情況，即可封堵液體，也可封堵氣體。 清潔油出口

47、清潔油進口 污油出口 內浮環(huán) 外浮環(huán) 浮環(huán)密封有下列優(yōu)點 ： 1）密封結構簡單，比機械密封 零件少。 2）對機器的運行狀態(tài)并不敏感， 有穩(wěn)定密封性能。 3）密封件不產生磨損，密封可 靠，維護簡單、檢修方便。 4）因密封件材料為金屬，堅固 耐高溫。 5）浮環(huán)可以多個并列使用，組 成多層浮動環(huán)，能有效的密封 10MPa以上的高壓。 6）能用于 10000 20000r/min的 高速旋轉流體機械，尤其使用于 氣體壓縮機，其許用速度高達 100m/s以上，這是其他密封所不 能比擬的。 7）只要采用耐腐蝕金屬材料或里襯耐腐蝕的非金屬 材料（如石墨）作浮動環(huán)，可以用于強腐蝕介質 的密

48、封。 8）因密封間隙中是液膜，所以摩擦功率極小，使機 器有較高的效率。 浮環(huán)密封的缺點 ： 1. 密封件的制造精度要求高，環(huán)的不同心度和端面 的不垂直度和表面不粗糙度對密封性能有明顯的 影響。 2. 對氣體介質雖然密封性好，但需要一套復雜而昂 貴的自動化供油系統(tǒng)。 2. 阻塞密封：常用于低壓、低轉速且工藝 介質可以與密封介質混合的工況。 密封原理 ：氣體阻塞密封完全是利用梳 齒密封層次減壓的原理。 密封氣體 抽氣 徑向密封 所謂徑向密封是指將介質在軸向的泄漏 通過一定的結構轉變?yōu)閺较虻男孤?，?在徑向進行密封。其典型的結構形式是 機械密封式。目前在壓縮機上使用較多

49、的單端面螺旋槽式機械密封、干氣密封 等均是在機械密封的基礎上加以改進而 來。 1.單端面螺旋槽式機械密封 原理與結構 ：動、靜環(huán)之間依靠軸的高速旋 轉產生相對運動，在密封油的作用下形成油 膜；動環(huán)的密封端面上有螺旋狀牙槽對封油 起泵送循環(huán)作用；外側浮環(huán)對封油起限流保 壓作用；在隔離室內注入干凈的新氫，防止 循環(huán)氣污染封油。 壓力側 螺旋形牙槽 2. 干氣密封：干氣密封是二十世紀六十年代末期 從氣體動壓軸承的基礎上發(fā)展起來的一種新型 非接觸式密封。該密封利用流體動力學原理， 通過 在密封端面上開設動壓槽 而實現(xiàn)密封端面 的非接觸運行。由于密封非接觸運行，因此密 封摩擦副材料基本不受

50、 PV值的限制，適合作為 高速、高壓設備的軸封，在壓縮機應用領域， 干氣密封正逐漸替代浮環(huán)密封、迷宮密封和油 潤滑機械密封 。烯烴工廠的離心式壓縮機全 部采用英國的約翰克蘭公司的這一密封形式。 干氣密封具有如下優(yōu)點： 1）密封無磨損，使用壽命長、運行穩(wěn)定可靠； 2）密封功率消耗小，僅為接觸式機械密封的 5% 左右； 3）與其他非接觸式密封相比，干氣密封氣體泄 漏量小，是一種環(huán)保型密封； 4）密封輔助系統(tǒng)簡單、可靠，不需要密封油系 統(tǒng) ，因此消除工藝流程中的氣體被油污染，使 用中也不需要維護。 干氣密封的缺點： 1. 密封自身結構復雜，零部件多，對加工 工藝、產品設計和裝配能力

51、要求較高。 2. 適應工況變化的能力不強。 3. 工藝介質必須允許與密封干氣相混。 4. 需要一定壓力的氣源，氣源壓力至少高 于介質壓力 0.2MPa。 5. 有微量氣體進入工藝流程。 動壓槽形狀 干氣密封的工作原理 密封用干氣以稍高于介質壓力注入一級密封室， 與工藝介質混合進入一級密封的動靜環(huán)，由于動 環(huán)上動壓槽的泵送增壓作用將動靜環(huán)推開一穩(wěn)定 的間隙，同時在密封室形成一穩(wěn)定的、隨動的、 略高于介質壓力的密封壓力。從一級密封泄漏出 的氣體一部分經一級放空排放出去，另一部分經 級間密封進入第二級密封。這樣，經過兩級密封 后，泄漏出來的氣體量已非常少，壓力也很低， 這部分氣體被隔離氣阻止向外擴散，而是與隔離 氣一道從二級放空安全地排放出去。 干氣密封的關鍵因素有：密封氣的壓力、 一級泄放壓力、級間密封間隙。 其中一級泄放壓力和級間密封間隙直接決 定著二級密封的工作狀態(tài)。 干氣密封的現(xiàn)場控制 謝 謝 大 家 ！