8 离心压缩机

第八章 离心压缩机离心压缩机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 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。在全低压空分装置中，离心压缩 ，即旋转的叶轮。在全低压空分装置中， 机得到广泛应用，逐渐出现了离心压缩机取代活塞压缩机的趋势。 机得到广泛应用，逐渐出现了离心压缩机取代活塞压缩机的趋势。 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。 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。 工作原理 是工作轮在旋转的过程中， 是工作轮在旋转的过程中，由于旋转离心力的作用及工作轮中的扩 压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。 压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。随后在扩压器 中进一步把速度能转化为压力能。通过它可以把气体的压力提高。 中进一步把速度能转化为压力能。通过它可以把气体的压力提高。

多级离心式空气压缩机

离心压缩机结构离心压缩机是一种速度式压缩机，与其它压缩机相比较： 离心压缩机是一种速度式压缩机，与其它压缩机相比较： 优点： 排气量大，排气均匀，气流无脉冲。 优点：⑴排气量大，排气均匀，气流无脉冲。 转速高。 ⑵转速高。 机内不需要润滑。 ⑶机内不需要润滑。 密封效果好，泄露现象少。 ⑷密封效果好，泄露现象少。 有平坦的性能曲线，操作范围较广。 ⑸有平坦的性能曲线，操作范围较广。 易于实现自动化和大型化。 ⑹易于实现自动化和大型化。 易损件少、维修量少、运转周期长。 ⑺易损件少、维修量少、运转周期长。 缺点： 操作的适应性差， 缺点：⑴操作的适应性差，气体的性质对操作性能有较 大影响。在机组开车、停车、运行中，负荷变化大。 大影响。在机组开车、停车、运行中，负荷变化大。 气流速度大，流道内的零部件有较大的摩擦损失。 ⑵气流速度大，流道内的零部件有较大的摩擦损失。 喘振现象 对机器的危害极大。 现象， ⑶有喘振现象，对机器的危害极大。

适用范围： 适用范围： 大中流量、中低压力的场合。 大中流量、中低压力的场合。 分类： 分类： 按轴的型式分：单轴多级式，一根轴上串联几个叶轮。 ⑴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， 双轴四级式，四个叶轮分别悬臂地装在两个小齿轮的两 旋转靠电机通过大齿轮驱动小齿轮。 端，旋转靠电机通过大齿轮驱动小齿轮。 按气缸的型式分：水平剖分式和垂直剖分式。 ⑵按气缸的

型式分：水平剖分式和垂直剖分式。 按级间冷却形式分类： ⑶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。 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。 机内冷却，冷却器和机壳铸为一体。 按压缩介质分类：空气压缩机、氮气压缩机、 ⑷按压缩介质分类：空气压缩机、氮气压缩机、氧气压缩 机等。 机等。

常用名词解释⑴级：每一级叶轮和与之相应配合的固定元件(如扩压器 每一级叶轮和与之相应配合的固定元件( 构成一个基本的单元，叫一个级。 等)构成一个基本的单元，叫一个级。如：杭氧 2TYS100+2TYS76氧气透平压缩机高低压气缸共有八个叶轮， 氧气透平压缩机高低压气缸共有八个叶轮， 氧气透平压缩机高低压气缸共有八个叶轮 就叫八级。 就叫八级。 以中间冷却器隔开级的单元，叫段。 ⑵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。 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。 可仅有一个级。 标态：0℃ 1标准大气压 标准大气压。 ⑶标态：0℃,1标准大气压。 进气状态：一般指进口处气体当时的温度、压力。 ⑷进气状态：一般指进口处气体当时的温度、压力。 重量流量：一秒时间内流过气体的重量。 ⑸重量流量：一秒时间内流过气体的重量。 容积流量：一秒时间内流过气体的体积。 ⑹容积流量：一秒时间内流过气体的体积。 表压( ):以当地大气为基准所计量的压强。 ):以当地大气为基准所计量的压强 ⑺表压(G):以当地大气为基准所计量的压强。 绝压( ):以完全真空为基准所计量的压强。 ):以完全真空为基准所计量的压强 ⑻绝压(A):以完全真空为基准所计量的压强。 真空度：与当地大气负差值。 ⑼真空度：与当地大气负差值。 压比：出口压力与进口压力的比值。 ⑽压比：出口压力与进口压力的比值。

压缩机级中的气体流动 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。 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↑,温度↑、比容↓。 叶轮转动，又在叶轮槽中流动。反映出气体的压力 ，温度 、比容 。 叶轮转动(理解“转动” 的速度即气体的圆周速度， 叶轮转动(理解“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。 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(理解“流动” 速度为相对速度。 气体在叶轮槽道内相对叶轮的流动(理解“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。 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。 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。

离心压缩机系统组成 离心压缩机系统组成众所周知，整套离心压缩机组是由电气、机械、润滑、冷却、 众所周知，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。 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， 虽然由于输送的介质、压力和输气量的不同，而有许多种规 型式和结构，但组成的基本元件大致是相同的， 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。 转子、定子、和辅助设备等部件组成。

离心压缩机的转子 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、 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。 力盘等部件组成。 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， 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。 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。 一元件。 1.在结构上 叶轮典型的有三种型式： 在结构上,叶轮典型的有三种型式： 在结构上 叶轮典型的有三种型式 闭式叶轮：由轮盘、轮盖、叶片三部分组成。 ⑴闭式叶轮：由轮盘、轮盖、叶片三部分组成。 半开式式叶轮：无轮盖、只有轮盘、叶片。 ⑵半开式式叶轮：无轮盖、只有轮盘、叶片。 双面进气式叶轮：两套轮盖、两套叶片，共用一个轮盘。 ⑶双面进气式叶轮：两套轮盖、两套叶片，共用一个轮盘。 叶轮的结构以叶片的弯曲形式来分： ⒉叶轮的结构以叶片的弯曲形式来分： ⑴前弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮的旋转方向相同。叶片出口角>90°。 前弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮的旋转方向相同。叶片出口角> ° 后弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮的旋转方向相反，叶片出口角< ° ⑵后弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮的旋转方向相反，叶片出口角<90°。 径向

叶片式叶轮：叶片出口方向与叶轮的半径方向一致，叶片出口角= ° ⑶径向叶片式叶轮：叶片出口方向与叶轮的半径方向一致，叶片出口角=90°。

主轴主轴的作用就是支撑安装其上的旋转零部件(叶轮、平衡盘等) 主轴的作用就是支撑安装其上的旋转零部件(叶轮、平衡盘等)及传 递扭矩。在设计轴确定尺寸时，不仅考虑轴的强度问题，而且要仔细计 递扭矩。在设计轴确定尺寸时，不仅考虑轴的强度问题， 算轴的临界转速。 算轴的临界转速。 所谓临界转速就是轴的转速等于轴的固有频率时的转速。 所谓临界转速就是轴的转速等于轴的固有频率时的转速。

平衡盘在多级离心压缩机中，由于每级叶轮两侧的气体作用力不一致， 在多级离心压缩机中，由于每级叶轮两侧的气体作用力不一致，就会 使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力，我们称为轴向力。 使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力，我们称为轴向力。轴向 是不利的，它使转子向一端窜动， 力对于压缩机的正常运转 是不利的，它使转子向一端窜动，甚至使转 子与机壳相碰，发生事故。因此应设法平衡它， 子与机壳相碰，发生事故。因此应设法平衡它，平衡盘就是利用它的两 侧气体的压力差来平衡轴向力的零件。热套在主轴上， 侧气体的压力差来平衡轴向力的零件。热套在主轴上，通常平衡盘只平 衡一部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承来承受。 衡一部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承来承受。

推力盘推力盘是固定在主轴上的止推轴承中的一部分， 推力盘是固定在主轴上的止推轴承中的一部分，它的作用就是将转子 剩余的轴向力通过油膜作用在止推轴承上， 剩余的轴向力通过油膜作用在止推轴承上，同时还确定了转子与固定元 件的位置。 件的位置。

离心压缩机的定子 离心压缩机的定子定子是压缩机的固定元件，由扩压器、弯道、回流器、蜗壳及机壳组成。 定子是压缩机的固定元件，由扩压器、弯道、回流器、蜗壳及机壳组成。 扩压器 扩压器的功能主要是使从叶轮出来的具有较大动能的气流减速， 扩压器的功能主要是使从叶轮出来的具有较大动能的气流减速，把气体的动能 有效地转化为压力能。 有效地转化为压力能。 扩压器一般分为： 叶片扩压器、 直壁式扩压器。 扩压器一般分为：无叶扩压器 、叶片扩压器、 直壁式扩压器。 弯道 其作用使气流转弯进入回流器，气流在转弯时略有加速。 其作用使气流转弯进入回流器，气流在转弯时略有加速。 回流器 其作用使气流按所须方向均匀的进入下一级。 其作用使气流按所须方向均匀的

进入下一级。 蜗壳 其主要作用是把扩压器后面或叶轮后面的气体汇集起来，并把它们引出压缩机， 其主要作用是把扩压器后面或叶轮后面的气体汇集起来，并把它们引出压缩机， 流向输送管道或气体冷却器，此外，在会聚气体过程中，大多数情况下， 流向输送管道或气体冷却器，此外，在会聚气体过程中，大多数情况下，由于蜗 壳外径逐渐增大和流通面积的逐渐增大， 壳外径逐渐增大和流通面积的逐渐增大，也起到了一定的降速扩压作 用。 轴承 支撑轴承：用于支撑转子使其高速旋转。 支撑轴承：用于支撑转子使其高速旋转。 止推轴承：作用是承受剩余的轴向力。 止推轴承：作用是承受剩余的轴向力。

离心压缩机辅助设备㈠离心压缩机传动系统 离心压缩机传动系统空分装置中采用的离心压缩机由于转速高， 空分装置中采用的离心压缩机由于转速高，一般采用电动机通过齿轮增速 箱来拖动。 箱来拖动。 对于齿轮的材质要求相当高，一般采用优质合金钢，并经渗碳处理， 对于齿轮的材质要求相当高，一般采用优质合金钢，并经渗碳处理，以提 高硬度，同时要求提高加工精度。在出厂前，并经严格的静、动平衡实验。 高硬度，同时要求提高加工精度。在出厂前，并经严格的静、动平衡实验。 平衡：包括静平衡、动平衡两种。 平衡：包括静平衡、动平衡两种。 静平衡是检查转子重心是否通过旋转轴中心。如果二者重合， 静平衡是检查转子重心是否通过旋转轴中心。如果二者重合，它能在任意 是检查转子重心是否通过旋转轴中心 位置保持平衡；不重合，它会产生旋转，只有在某一位置时才能静止不动。 位置保持平衡；不重合，它会产生旋转，只有在某一位置时才能静止不动。 通过静平衡实验，找出不平衡质量，可以在其对称部位刮掉相应的质量， 通过静平衡实验，找出不平衡质量，可以在其对称部位刮掉相应的质量，以 保持静平衡。 保持静平衡。 动平衡：经过静平衡试验的转子，在旋转时仍可能产生不平衡。 动平衡：经过静平衡试验的转子，在旋转时仍可能产生不平衡。因为每个 零件的不平衡质量不是在一个平面内。当转子旋转时，他们会产生一个力矩， 零件的不平衡质量不是在一个平面内。当转子旋转时，他们会产生一个力矩， 使轴线发生挠曲，从而产生振动，因此，转子还需要做动平衡试验。 使轴线发生挠曲，从而产生振动，因此，转子还需要做动平衡试验。动平衡 试验就是在动平衡机上使转子高速旋转，检查其不平衡情况， 试验就是在动平衡机上使转子高速旋转，检查其不平衡情况，并设法消除其 不

平衡力矩的影响。 不平衡力矩的影响。

㈡离心压缩机的冷却系统 离心压缩机的冷却系统一、冷却的方式 主要有风冷、水冷。 主要有风冷、水冷。 二、冷却的主要方面 主电机、压缩后的气体、润滑油。 主电机、压缩后的气体、润滑油。 1、冷却主电机 、 主要为了防止电机过度温升、烧损。通常采用的冷却方式有风冷、 主要为了防止电机过度温升、烧损。通常采用的冷却方式有风冷、水 有的大型电机兼而有之。 冷。有的大型电机兼而有之。 2、冷却压缩后的气体 、 主要为了降低各级压缩后气体的温度，减少功率消耗。 主要为了降低各级压缩后气体的温度，减少功率消耗。 通常设置水冷却器。在一台机组上设有多个冷却器，有的一级一个。 通常设置水冷却器。在一台机组上设有多个冷却器，有的一级一个。 有的两级一个，这样根据冷却器的多少，又可以把压缩机分成几个段。 有的两级一个，这样根据冷却器的多少，又可以把压缩机分成几个段。 冷却器内介质流动情况： 冷却器内介质流动情况： 冷却器管程走气，壳程走水； 英格索氮压机、 ⑴冷却器管程走气，壳程走水；如：英格索氮压机、杭氧氧透就是这 同时可以减少噪音。 样，同时可以减少噪音。 冷却器管程走水，壳程走气。 ⑵冷却器管程走水，壳程走气。 3、冷却润滑油： 、冷却润滑油： 压缩机的油站设有油冷却器。降低油温和在一定范围内调节油温。 压缩机的油站设有油冷却器。降低油温和在一定范围内调节油温。

离心压缩机润滑油系统为了保证压缩机组的安全运行， 为了保证压缩机组的安全运行，离心压缩机组需要配备完善的润滑油系 用以向压缩机组的轴承、齿轮、增速机、电机轴承供油， 统。用以向压缩机组的轴承、齿轮、增速机、电机轴承供油，使机组动件 与静件在相对运行过程中实现液体(油膜)与固体的摩擦， 与静件在相对运行过程中实现液体(油膜)与固体的摩擦，并带走产生的 热量以及微小的金属粒子。另外还有部分机组使用的轴位移计， 热量以及微小的金属粒子。另外还有部分机组使用的轴位移计，是依靠压 力油工作。因此，维护和调试好压缩机组的润滑油系统就显得非常重要。 力油工作。因此，维护和调试好压缩机组的润滑油系统就显得非常重要。 离心式压缩机组润滑油系统组成： 离心式压缩机组润滑油系统组成： 整个润滑油系统由以下主要机件组成：油箱、泵前过滤器、油泵、 整个润滑油系统由以下主要机件组成：油箱、泵前过滤器、油泵、油冷 却器、油过滤器、油气分离器、排烟风机、高位油箱、阀门及连接管路。 却

器、油过滤器、油气分离器、排烟风机、高位油箱、阀门及连接管路。 一般组装在油箱的上面及周围，构成一集中式的供油系统。 一般组装在油箱的上面及周围，构成一集中式的供油系统。由操作员通过 电控制系统完成作业。 仪、电控制系统完成作业。 主路线：油箱油→泵前过滤器 油泵加压→油冷却器 油过滤器→调 泵前过滤器→油泵加压 油冷却器→油过滤器 ⑴主路线：油箱油 泵前过滤器 油泵加压 油冷却器 油过滤器 调 压阀→各润滑点 各润滑点→油箱 压阀 各润滑点 油箱 辅助路线：油过滤器→高位油箱 窥镜→油箱 高位油箱→窥镜 ⑵辅助路线：油过滤器 高位油箱 窥镜 油箱 高位油箱→各润滑点 各润滑点→油箱 高位油箱 各润滑点 油箱

安全保护系统为了保证压缩机的安全稳定运行，必须设置一个完整的安全保护系统。 为了保证压缩机的安全稳定运行，必须设置一个完整的安全保护系统。 温度保护系统 观察、控制压缩机各缸、各段间的气体温度、冷却系统温度、 观察、控制压缩机各缸、各段间的气体温度、冷却系统温度、润滑系统 油温、主电机定子温度以及各轴承温度， 油温、主电机定子温度以及各轴承温度，当达到一定的规定值就发出声 光讯号报警和联锁停机。 光讯号报警和联锁停机。 压力保护系统 观察、控制压缩机各缸、各段间的气体压力、冷却系统压力、 观察、控制压缩机各缸、各段间的气体压力、冷却系统压力、润滑系统 油压、当达到一定的规定值就发出声光讯号报警和联锁停机。 油压、当达到一定的规定值就发出声光讯号报警和联锁停机。 流量保护系统 观察、控制压缩机冷却系统水流量， 观察、控制压缩机冷却系统水流量，当达到一定的规定值就发出声光讯 号报警。 号报警。 机械保护系统 包括轴向位移保护、机械振动保护和防喘振保护系统等。 包括轴向位移保护、机械振动保护和防喘振保护系统等。

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