离心式压缩机知识问答.docx
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离心式压缩机知识问答
第二章 离心式压缩机2
第一节 概 述2
第二节 离心压缩机的基本工作原理3
第三节工作轮与转子5
第四节 离心压缩机的固定元件8
第五节 离心压缩机组10
第六节压缩机的特性曲线及调节方法12
第七节离心式压缩机的操作13
第二章 离心式压缩机
第一节 概 述
一、离心压缩机简介及分类
1、谓离心压缩机，故名思议，它是利用了叶片机构的旋转产生气体的离心力，然后又设法把气体获得的动能转换为压力能的机械。
2、离心式压缩机主要由机壳、主轴、工作轮、轴承、止抵支撑轴承、及固定元件、进气管、排气管等所组成，气体由进气管进入机壳，流经由主轴带动的工作轮，然后再流入固定元件、进入排气管；气体流过此路径后则被压缩，产生了们预先设计好的压力，因为气体在工作轮中的流动是远离轴心的因之称为离心式压缩机。
3、离心式压缩机是指排出压力在0.35MPa以上的机械。
鼓风机的排气压力在0.01～0.35MPa。
通风机的排气压力在0.01～0.015MPa。
扇风机的排气压力在0.01MPa以下。
二、离心式压缩机的用途
离心式压缩机广泛用于航空、冶金、石油、化工、电力、采矿、纺织等各行业，尤其是离心式压缩机跨入可以排出高压气体后，更加扩大了它的使用范围，加上离心式压缩机与活塞式压缩机相比具有结构简单、工作可靠、效率高、排气连续，使用维修方便等优点，因之离心式压缩机具有广阔的发展前景。
第二节 离心压缩机的基本工作原理
一、离心压缩机的工作原理
离心压缩机的工作原理是利用机器的做功元件（高速回转的叶轮）对气体做功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩张流道中流动时这部分动能又转变为静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心压缩机的增压原理
二、离心压缩机的主要部件
1、回转部分由主轴、工作轮及其定位件如键、轴套、推力盘，平衡活塞组成。
2、固定部分，由吸气室、扩压器（包括无叶扩压器与叶片扩压器）、弯道回流器、蜗壳、进口导流器等组成。
三、各主要部分的作用
1、吸气室：
是把要压缩的气体，均匀地引入叶轮去增压，为了使气体能均匀在吸气室中设有导流板或进口导流器，其目的一是使气体流束均匀，二是用来对气体的流量进行调节。
2、工作轮：
也叫叶轮，气体随着叶轮做高速回转运动，使得它的能量增加，增加的途径主要是工作轮对气体作用，使气体产生旋转，导致离心力产生，在离心式压缩机中，叶轮是唯一加给气体能量的部件，因此一个工作轮效率的高低，主导了整个压缩机的效率，所以工作轮的理论研究是非常重要的。
最初的工作轮采用直叶片，那时只考虑了气流的径向流动，后来发展到考虑切向流动即所谓二元流动，为了使气体的流道形状更加接近于实际的流动，以减少工作轮的能量损失，随着计算机的发展，人们对轴向流动也予以考虑，这就是今天的三元流动，采用三元流动后，大大地提高了离心式压缩机的效率。
3、扩压器：
从叶轮高速流出的气体依据F·ｖ＝Q的原理（F－截面积ｖ－流速Q－流量），及P/δ＋ｖ2/2ｇ＝常数的原理，随着流动面积的增大，在流量连续的条件下则流速下降，由能量定律可知，当ｖ下降时则气体的压力P升高，这样就把高速流动的气体的动能利用扩压原理转变为压力能，提高了气体的压力。
扩压器依其结构与形状的不同，可以分为无叶扩压器，叶片扩压器及直臂扩压器。
4、弯道：
当气体速度能转变为压能后，为了进一步进行压缩，则需要把气体再返转回下一级的入口，弯道实际就是为了达到转弯的目的而形成的。
5、回流器：
与吸气室具有同样的效力，是把从弯道流过来的气体，均匀地输送到下一级压缩的入口，气流均匀是依靠回流中的导流叶片来完成的，在回流气中气体的速度是稍有增加的，这主要是防止压缩机轴向尺寸过长。
6、蜗壳：
把完成压缩后的气体，导入冷却器或导出机外，并使气体的动能降低，使其转化为压能。
7、其它还有支撑轴承，支撑止推轴承，平衡活塞、密封等件。
四、离心压缩机的级、段及罐
每个工作轮与其后部的扩压器、弯头、回流器构成了一个级，一般的压缩机都是由两个以上或多个工作轮的转子构成运动件，因此有n个工作轮的压缩机就叫n级压缩机；由于冷却的出现，又把压缩机分成段，如有两次中间冷却的压缩机即为三段，若每段有两级，则叫三段六级离心压缩机。
如果需要的压力过高亦即级数过多，只靠一个轴是不行的，这就形成数个气缸，这样的压缩机叫多缸压缩机，多缸压缩的气体流动是串联的，多缸中的各个轴可以是同一转速，也可以不同转速运动，可以全安置在电动机一侧，也可以分置于电动机两旁当然如何放置是无关紧要的。
第三节工作轮与转子
一、工作轮的典型结构及相互比较
1、闭式、半开式和双面进气工作轮
工作轮一般由轮盘、轮盖及夹在其中间的叶片组成。
2、后弯式、径向及前弯式叶片
二、转子
1、转子的结构及其基本作用：
转子是由主轴、工作轮、轴套、平衡活塞、抵力盘、联轴器等组成。
1、工作轮与主轴的联接一般采用键连接，大型转子每工作轮都是对面键，在装配转子时各级工作轮的键的方向要错开，以保证转子平衡，静配合一般采用加热红装，工作轮及转子要做1.15倍设计转速超速试验。
2、轴套是主要用于保护轴不被腐蚀、不被密封片刮坏，另外它还有对于工作轮的定位作用，同时供以形成气体流道的光滑。
3、平衡活塞主要是为了抵消一部分轴向力，而其余的轴向力则依靠推力盘来承担，因此推力盘也是固定转子轴向位置的唯一部件。
2、刚轴、柔轴及临界转速：
任何物体自己均有一个自振频率，自振频率分为第一音调、第二音调等。
当工作转速低于轴的第一音调自振频率时这个轴叫做刚性轴，而当工作转速高于第一音调自振频率时这个轴叫做柔性轴，同时把轴的第一音调自振频率叫做轴的第一阶临界转速，而把第二音调的自振频率叫做第二阶临界转速，离心式压缩机一般采用工作转速在第一阶临界转速与第二阶临界转速之间，因此是属于柔性轴，所以离心式压缩机在启动时将有一个通过第一阶临界转速的问题，如何避免因产生共振而导致压缩机的损坏是压缩机启动的一个重要问题。
3、压缩机转子的动平衡：
压缩机转子是一个不十分规则的组合部件，因之各个角度的质量是不可能绝对相等的，这就存在着静不平衡与动不平衡的问题，为了避免转子在高旋转时由于质量分布不均而产生的振动，则需要对转子进行动平衡校验，以消除转子质量上的不平衡。
动平衡是在专用的动平衡校验机上进行的，要注意的是做动平衡试验时要把转子上所有的全部运动件都一起去做，不能有一点遗忘。
动平衡试验及调正绝不能做到完全平衡，残余的不平衡量总是存在的，残余不平衡量一般是用重心偏移量来规定的，另外对动不平衡量的规定当然也与工作轮的转速有关，当转速为10,000r.p.m以上时重心偏移不得大于2μ面当转速小于100,000r.p.m时重心偏移可允许在5μ以下。
三、轴向力及其平衡
作为压缩气体的工作轮，由于气流进入工作轮及排出工作轮的压力不同，则产生了在工作轮前后压力的不相等，这样就使得工作轮在转子轴向承有一个轴向力，这个轴向力将使得转子由高压侧向低压侧有一个运动。
平衡轴向力有几种方法简介如下：
1、采用平衡活塞来进行平衡：
平衡活塞是安装在高压侧转子上的一种为了平衡一部分轴向力的平衡装置。
它的左侧是末段高压气体，右侧为由通气孔与大气压力或吸入的压力。
因而导致了转子轴向力的部分抵消使转子轴向力下降。
2、采用双面进气工作轮：
双面进气的工作轮轴向力正好相互抵消，因此双面进气工作轮不存在轴向力，。
但是双面进气由于结构上的原因，只能在一级中使用，由于双面进气就使得气体流道宽度增加，流量也增加，因此这种形式只能在气体流量较大的压缩机上的第一级工作轮上使用，故具有一定的局限性。
3、利用工作轮，进气方向不同来抵消轴向力。
其中1、2级工作轮与3级工作轮安装不同。
人们在轴向力及其平衡上想了很多办法，目的是要尽是降低总轴向力，轴向力在机器正常运转时是一个定值，而在起动或停机时，轴向力就发生了变动，同时还要注意到，当吸入状态及排出状态改变时压缩机的轴向力也是在随着变化的。
第四节 离心压缩机的固定元件
除了转动部分之外其余部分都叫做压缩机的固定元件，转子把能量传递气体使气体具有较高的动能（速度）及压能，而固定元件就是要将这部分动能再转化为压能，除此之外固定元件还要起到将气体导入下级工作或送入中间气体冷却器，直至送出机器外，因而固定元件包括吸气室、扩压器、弯道 与回流器、蜗壳、密封元件，机壳。
1、吸气室：
是为了气体从进气管外或冷却器中均匀地引入工作轮中的装置，吸气室除了要使气流外还要尽可能小的流动损失，及在吸气室中气流不产生切向的旋绕，亦即要保证轴向进气，吸气室的型式有直接轴向进气，径向转轴向进气等，一般吸气室效率在0.70～0.90之间。
2、扩压器：
气体经过工作轮在提高了压力的同时增加了速度，在工作轮出口处的绝对速度是很大的，一般可达300米/秒，这部分能量占了工作轮加给气体能量的很重要的部分，对于径向直叶片达50%而对于闭式工作轮也达25～40%，因此如何把这部分动能转化为压能，在压缩机中是占有举足轻重的地位的。
扩压器按结构分为无叶扩压器，叶片扩压器，直臂扩压器等几种类型。
1、无叶扩压器时一种结构最简单的扩压器，这种扩压器一般是由两个相互平等的壁面构成的环形通道，无叶扩压器是依靠直径的增大来减小速度的，当通道宽度b不变时，直径增加一，则速度减小一半，具有结构简单，造价低，性能曲线平坦，工作适应范围大（无冲角影响），能适应较高马赫数M的气流，不产生冲波，介是它的直径如太大则导致了压缩机径向尺寸的增大。
2、直臂扩压器的进口部分呈圆弧形，而且沿着半径有着不变的扩张角，及流动方向不变的角度，因而它比其它开式的扩压器的结构要复杂一些。
3、有叶扩压器因叶片的存在，所以有扩压叶片的压缩机比无扩压叶片的压缩机的稳定工作范围要窄一些。
3、弯道与回流器：
弯道的作用仅仅是使气流转弯进入回流器，因之弯道使气流折转180º，为了减少弯道的流动损失，往往使气流在转弯时略有加速。
回流器内气体流动稍有加速目的是减少回流器中气流的流动损失，回流器的叶片数一般采用12－18片，
4、蜗壳（排气室）蜗壳的形状可分为梯形、等宽梯形、半等宽梯形、矩形、园形等。
一般情况下采用圆形和梯形截面的比较多。
蜗壳一般采用铸铁铸造并与气缸铸成一体，当压力较高时采用铸钢材料，蜗壳截面形状，对流动的影响不大。
5、密封：
为了减少转子与固定元件之间的间隙造成的漏气损失，高潮使回转件与固定件之间少漏气或不漏气的装置叫做密封。
在离心式压缩机中有油密封与气密封两种。
1、油封是设置在压缩机的每个轴承的两外侧，以防止压缩机的润滑油漏出轴承外。
它是利用在轴上加工一个轴齿与油封上的两个密封片构成了一组密封，其中轴齿是随轴转动而油密封装在轴承盖上，当一侧有油通过时时首先受到一片密封片的限制，微量通过第一密封片的油当漏到轴齿时受到离心力的作用被甩到油腔中又流回轴承内，。
密封片与轴的间隙一般为0.20～0.40之间，在油封下油腔的内侧设回油孔，回油孔要足够大，否则油腔油积满将会承受着轴淌出外面，这在检修维护时要给予重视。
2、气密封则是为了防止压缩空气淈机外（外漏气）或级间漏气（内漏气），气密封的形式大多采用梳齿式或迷宫式，其结构上又可分为整体式、薄片镶嵌式与镶嵌式三种。
6、壳：
机壳又叫汽缸，其中安装着压缩机的元件，而且承受着压力，因此它的要求是满足强度与刚度的同时还要有很好的气密性。
汽缸一般采用铸铁制成，高压气缸用铸钢。
机壳一般分为上机室及下机室，机壳在工作时由于气体压缩温升导致机壳温度可达120～130℃，因此机壳在安装时一定要考虑到受热的自然膨胀，一般在止推轴承的机壳下面装有限制轴向运动的横向导向键，面在机壳的另一侧则装有一个轴向布置的导向键，这样才能保持热状态与冷状态各部位置基本相符。
第五节 离心压缩机组
一、驱动机：
分汽轮机传动和电动机拖动
二、变速装置：
离心压缩机使用的增速齿轮都 是制造精度很高传递功率很大的齿轮。
它可以分为：
1、平行轴齿轮传动，所谓平等轴就是齿轮的主动轴与从动轴是平行的，在平行轴齿轮箱中，因为采用的是增速器因此主动齿轮是大齿轮，面从动齿轮为小齿轮，由齿轮的型式可分为：
1、渐开线齿轮传动，这是一种硬齿面，线接触的齿轮传动。
2、圆弧齿轮传动是一种软齿面，理论是点啮合。
3、斜齿与人字齿，人字齿是由两个方向（左右旋）的齿轮组合而成，它具有传递载荷大，无轴向推力（相互抵消）的优点。
2、行置齿轮传动，是用行星轮系组成的增速装置。
主动齿轮大部分采用45＃钢，小齿轮采用高强度，耐磨性能好的不锈钢。
3、联轴器，压缩机组中使用的联轴器大部分是齿轮式。
三、压缩机的油路系统
压缩机的油路系统的作用是润滑作用、冷却作用、清洁作用、防锈作用。
油路系统由油箱、主油泵、辅助油泵，油过滤器、油冷却器、安全阀、逆止阀、高位油箱等部件组成。
为了确保压缩机安全，系统中还接有高位油箱，高位油箱一般设在距机器中心线5米或以上的位置，当突然系统停电时，主机停止运转时，油泵也停止运转，高位油箱就是利用油位高度所造成的压能，在机器全停电后，自动从高位油箱中流出，保证主机惯性运转时间的润滑，防止设备因润滑而造成损坏。
在离心压缩机中当转速超过5000r.p.m时一般彩20＃汽轮机油，而低于5000r.p.m时采用30＃汽轮机油。
四、压缩机的轴向位置保护器
转子的轴向力有一部分是由压缩机的止推轴承来承担珠。
轴承由于有轴向力的存在，才起到了固定转子轴向位置的作用，但是由于某些原因，当止推轴承白合金损坏时，转子将沿着轴向力的方向发生位移。
这种位移会造成很大的事故。
所以压缩机安装有轴安全向位移保护器。
第六节压缩机的特性曲线及调节方法
一、离心压缩机的特性曲线
特性曲线是用来标志离心式压缩机的压力、流量、功率、效率、转速之间的关系的一组曲线。
从性能曲线可以直观的看出当流量上升时压力下降，当流量增加时，功率增加。
二、压缩机的串联与并联。
无论是串联运行还是并联运行，都是不可取的，从理论上讲这两种方法都是只有在做为补救措施时才能使用。
三、压缩机的调节方法
当用气状态改变时，设法改变压缩机的状态使之与其适应的办法叫做压缩机的调节方法。
有以下几种调节方法：
4、放气调节：
这是最原始的方法。
5、排气节流调节是在排气管线上加一阀门的调节方式。
就是常说的出口阀门调节。
6、变转速调节：
利用改变压缩机转速来调节气量的方法。
7、转动叶片调节：
①、可调进口导叶；②可转动的扩压叶片的调节。
8、进气节流调节在进气管道上装一个阀门，一般是蝶阀，因为蝶伐的局部阴力系数较低。
第七节离心式压缩机的操作
一、起动前的准备工作
1、空气过滤器投入工作、并检查确认工作正常。
2、打开上水阀，回水阀，使各级气体冷却器和电机冷却器通水，（如油温低油冷却器暂不通水），打开冷却水侧放气阀，排出冷却器水侧气体，同时检查供水情况有无异常现象。
3、润滑系统投入工作。
化验油质应符合要求、油箱油位正常、油温应高于25℃，起动油泵、检查各部供油情况，排烟风机投入工作、向高位油箱或压力油箱充油。
4、气路系统阀门做好起动准备
为降低起动负荷和防止吸入负压过大、应按规定将吸入阀或吸入导叶放在关闭或微开状态，出口阀处于关闭状态，全开放空阀。
5、进行盘车、确认机械内部无卡住和碰撞现象。
6、电控、仪控系统投入工作、确认各仪表灵敏可靠、并在起动前做好各项联销和保护试验，如油压降低，防喘振、轴位移、振动等项试验、确认可靠。
二、起动及起动后检查
1、确认起动准备工作结束后、起动电动机、机组起动后应仔细检查下列项目：
1、机组各部有无异常声音和振动。
2、各部轴承供油情况是否正常。
3、各部轴承温度、温升是否正常。
4、电机电流是否正常。
2、检查结束后将进口阀或吸入导叶逐渐打开到正常工作开度、然后逐渐关小放空阀、使空压机排气压力逐渐升至0.5Mpa左右、升压操作的方法必须是先加量后升压，以防升压操作过急产生喘振现象，同时根据离心式压缩机的特点，为防止轴向力和振动增大，机组处于不稳定工作状态，应尽量缩短压缩机在非设计状态下工作、所以应该注意压缩机起动到升压这段时间不应过长。
3、压缩机升压后、就详细检查下列各项内容。
1、各级吸入、排出压力和温度。
2、调节供油温度在40±5℃，检查各轴承温度不超过65℃。
3、检查电机转子电流和定子温度，不超过规定值。
4、检查各部振动、声音以及转子轴向位移等是否正常。
5、检查自动控制调节装置的工作情况。
4、检查结束确认机组工作正常后，向系统供气，逐渐全开出口阀 关放空阀、使压缩机排气压力稳定在工作压力下、如排出压力没有自动调节控制，应将其投入自动工作状态。
三、正常停车和紧急停车
正常停车步骤：
1、逐渐打开放空阀、关闭出口阀，使压缩机排气压力保持在0.4～0.5Mpa，当出口阀关闭后，全开放空阀。
2、将吸入阀或吸入导叶关到起动位置。
3、停止主电机。
4、压缩机停车三十分钟后，停止油泵和排烟风机工作。
5、关闭冷却水阀门停止供水，并排出冷却器内积水。
6、空气过滤器停止工作。
紧急停车
当设备出现下列情况之一时，应立即采取紧急停车。
1、停电、停水、润滑油中断。
2、轴承温度突然升高超过规定值并继续上升。
3、机器产生强烈的振动和异响。
4、轴位移突然超过确定值。
5、电机产生火花、冒烟等异常现象。
紧急停车步骤：
1、立即停止电机。
2、迅速全开放空阀，关闭出口阀。
3、其余步骤按正常停车处理。
四、常见故障的分析和处理
1、空气过滤器的常见故障
一般空气中灰尘含量为0.005～0.01g/m3。
空气过滤器分为干式过滤器和湿式过滤器两种、干式过滤器有脉冲反吹袋式和卷帘带式等几种是靠纤维纺织物（滤料）来过滤灰尘。
湿式过滤器是靠油粘附灰尘，以达到清除灰尘的目的。
（1）、油浸式过滤器的常见故障
1、空气过滤器堵塞、阻力增大。
原因有以下几点
a、由于滤网长期不转动、大量灰尘粘附在滤网上使网堵塞。
b、冬季气温低时滤网结冰或油凝结使滤网堵塞。
c、油槽中的油太脏变成粘稠的油泥混合物、堵塞了滤网。
2、过滤后空气带油严重。
原因有以下几点
a、由于过滤器堵塞流通面积减少，使空气通过过滤器时流速过高，把油滴带走。
b、滤网转速快，从油槽带上的过量油还没有足够时间靠自重流回油箱就气流带走。
c、油质选择不当、油粘度过低，造成滤网上的油不能很快流回油箱就被气体带走。
3、过滤效率降低。
油浸式过滤器滤网长期不运转、使其失去过滤作用。
（2）、干式过滤器的常见故障
1、空气过滤器阻力过大：
阻力过大的原因是：
a、过滤器反吹清灰系统失灵、造成滤料上灰尘过多致使阻力增大。
b、滤料使用期过长被灰尘积满，使其阻力增加。
2、空气过滤器效率降低
造成效率降低的原因是滤料破损或滤袋脱落，造成灰尘带入压缩机内。
2、离心式压缩机生产能力降低。
⑴、影响压缩机排气量的原因：
a、电压不足或电网频率降低。
b、吸气温度升高。
c、吸气压力的。
d、冷却水温度，水量及中间冷却器效率对排气量的影响。
e、密封间隙增大泄漏量增加。
2、关于提高排气量的几个方法
a、降低冷却水温度，改善水质条件、进行水质软化处理，减少冷却器结垢，提高冷却器的冷却效果，并定期检查清洗冷却器清除积垢，运行中随时排放冷凝水，保证冷却器正常工作。
b、维护好空气过滤器、减少吸气阻力。
c、在检修中严格控制各部密封间隙，减少泄漏损失。
3、冷却器泄漏的判断
当冷却器的水侧压力大于气侧压力时，冷却器泄漏、冷却水会进入空气通道，并被气体带入后几级叶轮里，判断方法是从冷却器气侧冷凝水排放阀排入出大量积水。
当冷却器气侧压力大于水侧压力时，冷却器的泄漏比较容易判断，可以从冷却器回水试水管中看到水中夹有气泡，当泄漏严重时，冷却器回水温度将会升高。
压缩机停车后，可先将各级冷却器回水阀关闭，上水阀打开，如发现从冷却器气侧冷凝水排入阀连续有水流出，则可判断该冷却器泄漏。
3、离心式压缩机的喘振
当压缩机的流量减少到一定值时，进口气流方向与进口安装角之间产生正冲角，同时由于轴向涡流量的影响，造成叶道内的速度很不均匀和气体出现倒流，这样使气体在叶片非工作面上出现严重分离现象，这时压缩机会突然出现不稳定工作状态，这种现象称为喘振。
喘振总是发生在流量减少或出口压力升高的情况下。
发生喘振的主要原因是流量减少，排出压力升高，所以在操作时一定要避免这种情况的发生，为了防止喘振、离心式压缩机都设有防喘振装置。
以便起到保护作用，所以在运转中要加强对防喘振装置的检查和维护。
4、离心式压缩机的轴向位移增大
高速旋转的压缩机转子、由于作用在叶轮两侧的压力不同而产生一定的轴向力，这个轴向力作用在推力轴承上，当推力轴承的合金过度磨损或由于故障突然熔化，转子就会产生较大的轴向位移面与隔板相撞，造成严重机械事故，所以在压缩机中一般均采用轴向位移监视器，来监视转子的轴向位移，当转子轴向串动超过规定值时发出警报信号和停车信号，以达到保护压缩机安全运转的目的。
引起轴向位移过大的原因有：
1、机械方面的原因。
2、润滑方面的原因。
3、平衡遭到破坏而引起轴向位移增大。
发生轴向位移突然增大事故时，应立即停车，查明原因进行处理。
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