離心式壓縮機(jī)又稱透平式壓縮機(jī)，主要用來(lái)壓縮和輸送氣體。離心式壓縮機(jī)，它是幾種重要的氣體壓縮機(jī)類型之一。
　　
　　機(jī)殼
　　
　　根據(jù)氣壓的不同，離心式壓縮機(jī)的主體可能有幾種形式，根據(jù)壓縮機(jī)負(fù)載、工作溫度、待處理氣體以及壓縮機(jī)尺寸的差異，它們可由不同的材料制成。
　　
　　水平剖分式機(jī)殼
　　
　　水平剖分式機(jī)殼由兩半機(jī)殼組成，它們沿著水平中線緊密結(jié)合在一起，如圖4.1所示。所有的連接部件，如吸氣和排氣接管、支流接管（如果有的話）和油管，通常安裝在機(jī)殼的下半部分，因此，機(jī)殼的上半部分成為了一個(gè)便于移動(dòng)的活動(dòng)蓋。機(jī)殼可以由鑄鐵、鑄鋼或者結(jié)構(gòu)鋼2制成。　　垂直剖分式機(jī)殼
　　
　　具有垂直剖分式機(jī)殼的離心壓縮機(jī)主要有四類，即筒形、管道式、整體組裝齒輪式和外懸式壓縮機(jī)。
　　
　　根據(jù)額定壓力的不同，筒形壓縮機(jī)具有幾種不同的形狀和厚度。圖4.2顯示了一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的筒形壓縮機(jī)。它們被設(shè)計(jì)用于處理高壓負(fù)載。根據(jù)額定壓力的不同，其機(jī)殼可由軋鋼或者鍛鋼制成，并具有一或兩個(gè)端蓋，端蓋由螺栓連接或者剪環(huán)固定。通過(guò)拆卸端蓋即可移開(kāi)轉(zhuǎn)子隔膜束組件，并能接觸到內(nèi)部元件，這樣就無(wú)需拆卸機(jī)殼，使其保持與工廠管道系統(tǒng)的連接。　　水平剖分式和筒形機(jī)殼有多種配置形式，如直列式、背向式或者雙流式，根據(jù)工藝要求，它們還可以與支流和同級(jí)冷卻（iso-cooling）結(jié)合應(yīng)用。
　　
　　在管道式壓縮機(jī)中（圖4.3），吸氣和輸氣噴嘴通常安裝在彼此相對(duì)的位置上，以滿足站場(chǎng)布局要求。當(dāng)壓力比允許安裝單一的葉輪時(shí)，壓縮機(jī)中還有軸向進(jìn)氣口2。　　壓縮機(jī)機(jī)殼由鍛鋼制成，以提供zui大的材料強(qiáng)度和冶金穩(wěn)定性。為確保無(wú)振動(dòng)運(yùn)行，需要在機(jī)殼的兩端均安裝軸承，因?yàn)檩S承為轉(zhuǎn)子提供了必要的剛度2。
　　
　　圖4.4所示為一臺(tái)整體齒輪式壓縮機(jī)。它具有一個(gè)大齒輪，以及一到四個(gè)高速小齒輪。每根小齒輪軸上可以安裝一或兩個(gè)葉輪2。　　鑄鐵通常用于低壓應(yīng)用場(chǎng)合，鑄鋼、球墨鑄鐵以及鍛鋼或結(jié)構(gòu)鋼用于1MPa或者更高的壓力，具體取決于機(jī)殼的尺寸。根據(jù)所處理的氣體和溫度，還可以使用不銹鋼。
　　
　　外懸式壓縮機(jī)主要用在石化應(yīng)用中，充當(dāng)增壓器，或者用在聚丙烯和聚乙烯生產(chǎn)車間2內(nèi)，以便回收物質(zhì)。機(jī)殼采用碳鋼或者不銹鋼材料、結(jié)構(gòu)鋼或者鑄鋼制成。設(shè)計(jì)允許不同的排氣接管安裝位置，以簡(jiǎn)化工藝管道的布置。
　　
　　隔板
　　
　　吸氣、級(jí)間和排氣隔板生成靜止部件內(nèi)的氣體流路。吸氣隔板將氣體輸送到首級(jí)葉輪的吸入孔內(nèi)，它可以裝配可調(diào)導(dǎo)葉片，以便優(yōu)化吸入氣流角。級(jí)間隔板發(fā)揮雙重功效，形成擴(kuò)壓器流道（氣體流速在這里轉(zhuǎn)變成壓力）和返回流道，使氣體導(dǎo)向下級(jí)葉輪的吸入孔。排氣隔板構(gòu)成zui后一級(jí)葉輪的擴(kuò)壓器和排氣蝸殼。隔板通常為水平剖分式。兩半固定葉片隔板的下半部分如圖4.5所示?？烧{(diào)葉片隔板用于調(diào)節(jié)壓縮機(jī)性能，它們?cè)谥械鹊礁吡魉俚膯渭?jí)構(gòu)造中應(yīng)用得尤為有效。　　在中小型水平剖分式壓縮機(jī)中，隔板的上半部分安裝在上半部機(jī)殼內(nèi)，以便于檢查，而在大型壓縮機(jī)中，機(jī)殼則與隔板的下半部分相連，筒形壓縮機(jī)的內(nèi)部元件組裝成一束，能夠方便地將其從機(jī)殼中抽出（圖4.6）。　　對(duì)于中低壓力的應(yīng)用，隔板可以采用鑄鐵、鑄鋼、結(jié)構(gòu)鋼，或者不銹鋼制成。對(duì)于高壓負(fù)載的工作情況，在實(shí)踐中它們*通過(guò)機(jī)加工制成，以利于提率。
　　
　　便于拆卸的篦齒密封安裝在葉輪蓋板的隔板上，以防止氣流從排氣口倒流至吸氣口，同時(shí)還在軸套上安裝篦齒密封以防出現(xiàn)級(jí)間泄露2（圖4.6）。
　　
　　轉(zhuǎn)子
　　
　　轉(zhuǎn)子是任何離心式機(jī)械的主要部件，它由軸、葉輪、軸套、平衡鼓和止推環(huán)組成。
　　
　　葉輪從一系列標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中來(lái)挑選。每個(gè)系列都包括了一組幾何相似的葉輪，它們具有不同的流量系數(shù)，可滿足特定的流量要求2。葉輪收縮安裝在鍛鋼軸上。圖4.7所示為一帶有閉式葉輪的多級(jí)轉(zhuǎn)子，它安裝在機(jī)殼的下半部分。　　葉輪可以是閉式或者開(kāi)式。利用磨銑或者電子放電加工技術(shù)可以生產(chǎn)出整體式無(wú)焊縫葉輪。利用具有足夠屈服強(qiáng)度的任何材料都可以生產(chǎn)磨銑式葉輪。閉式葉輪葉片還可以通過(guò)焊接或者釬焊的方式固定在葉輪盤(pán)和蓋板上2。通常采用精密焊接或者高溫真空釬焊技術(shù)。閉式葉輪可以是二維或者三維的，它們由鍛鋼制成。根據(jù)具體的應(yīng)用情況，開(kāi)式葉輪可以由精密鑄鋼制成，或者對(duì)整體鍛件進(jìn)行磨銑加工而成。鑄造開(kāi)式葉輪的標(biāo)準(zhǔn)材料為X5CrNi13.4（A743-86a）和Armco17-4PH。
　　
　　在組裝之前，每個(gè)葉輪都必須進(jìn)行動(dòng)態(tài)平衡和超速試驗(yàn)。當(dāng)所有部件都裝配到主軸上之后，還要檢查整個(gè)轉(zhuǎn)子組件的動(dòng)態(tài)平衡性。
　　
　　密封
　　
　　密封用于阻止氣體從一級(jí)流向相鄰的另一級(jí)中，還用于防止或者盡量減小工藝氣體的泄露，以及/或者空氣進(jìn)入壓縮機(jī)機(jī)殼內(nèi)。所用的密封型式取決于工藝和安全要求。
　　
　　軸端密封主要是干氣密封（圖4.8），但是也可以采用篦齒（圖4.9）或者油膜密封（圖4.10）。浮動(dòng)碳密封和機(jī)械式密封也用于zui小的泄露應(yīng)用中，但是它們的應(yīng)用非常有限。　　級(jí)間泄露由篦齒密封（靜態(tài)或者旋轉(zhuǎn)式）來(lái)控制。除了傳統(tǒng)的篦齒，級(jí)間密封還可以是耐磨密封或者蜂窩密封，以優(yōu)化壓縮機(jī)的整體性能2。篦齒密封由輕合金或者其他耐蝕材料制成（鋁、黃銅等）。　　軸承
　　
　　在離心式壓縮機(jī)中優(yōu)先使用滑動(dòng)軸承。常見(jiàn)的組合方式是在主軸的兩端各安裝一個(gè)徑向軸承，并僅在其中一端安裝一個(gè)軸向止推軸承。為了便于安裝和維護(hù)，所有這些軸承都制成兩半的形式。小型軸承由填充了巴氏合金的鋼體制成。中、大型徑向滑動(dòng)軸承目前采用填充了巴氏軸承合金的幾塊鋼制傾斜軸瓦制成。如今，通常采用傾斜軸瓦的原理來(lái)設(shè)計(jì)適用于大多數(shù)離心式壓縮機(jī)的止推軸承。對(duì)于高溫有油的工作情況，有些制造商使用填充了鉻-銅合金的徑向軸承和止推軸承。　　zui近已經(jīng)開(kāi)始引進(jìn)主動(dòng)磁浮軸承（AMB）技術(shù)。徑向軸承的轉(zhuǎn)子裝備有磁鐵片層，位于定子上的電磁鐵所形成的磁場(chǎng)使這些磁鐵片保持原位。止推軸承基于相同的原理。轉(zhuǎn)子由一個(gè)磁盤(pán)構(gòu)成，它安裝在與轉(zhuǎn)軸垂直，并與電磁鐵相對(duì)的位置上3（圖4.11）。　　在該技術(shù)中，利用一個(gè)精密的控制系統(tǒng)使轉(zhuǎn)子懸浮起來(lái)，該系統(tǒng)地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子間距，避免部件之間出現(xiàn)任何接觸，而且無(wú)需使用潤(rùn)滑劑。AMB消除了摩擦，避免了傳統(tǒng)軸承中容易發(fā)生泄露的潤(rùn)滑油系統(tǒng)。AMB系統(tǒng)保證轉(zhuǎn)子在起動(dòng)、正常運(yùn)行和停機(jī)（包括緊急停機(jī)）期間都維持懸浮狀態(tài)，并且該系統(tǒng)備份有滾動(dòng)軸承，它們可使壓縮機(jī)無(wú)損傷地停機(jī)4。
　　
　　潤(rùn)滑系統(tǒng)
　　
　　應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體的工作要求，使用標(biāo)準(zhǔn)的成套組件來(lái)設(shè)計(jì)潤(rùn)滑系統(tǒng)，并使其能接受工廠沖洗和試驗(yàn)。其設(shè)計(jì)必須確保壓縮機(jī)軸承（徑向和止推軸承）、齒輪箱和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)始終能受到合適的潤(rùn)滑。不必始終保證潤(rùn)滑系統(tǒng)*符合API614或者API672的要求，因此其便利性值得評(píng)估。
　　
　　潤(rùn)滑油系統(tǒng)可以是單獨(dú)的控制臺(tái)，或者與壓縮機(jī)底板集成在一起，形成緊湊的成套設(shè)備，以便安裝2。
　　
　　封油系統(tǒng)
　　
　　當(dāng)安裝了液膜環(huán)或者機(jī)械式密封件時(shí)，必須設(shè)計(jì)一個(gè)封油系統(tǒng)，它能夠在要求的壓力和溫度下提供過(guò)濾了的封油。該系統(tǒng)還可以與潤(rùn)滑油系統(tǒng)組合在一起。在這種情況下，使用同一個(gè)儲(chǔ)油器來(lái)實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)功能2。
　　
　　氣體密封系統(tǒng)
　　
　　在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該考慮使系統(tǒng)能滿足每個(gè)特定的干氣密封結(jié)構(gòu)的要求。作為一個(gè)分組件，它不僅為初級(jí)、次級(jí)和第三級(jí)密封提供所需的緩沖氣體，還能對(duì)它們進(jìn)行全面地檢測(cè)2。
　　
　　氣體冷卻器
　　
　　這些部件用于在壓縮級(jí)之后（級(jí)間冷卻器）或者在壓縮工藝結(jié)束時(shí)（zui終冷卻器）對(duì)氣體進(jìn)行冷卻。有各種不同類型的冷卻器可供使用，但是應(yīng)用得zui普遍的是具有多種設(shè)計(jì)形式的各類殼式和管式冷卻器（直管或U形管、固定頭或浮頭、臥式或立式管）。本系列第3篇文章中的圖3.7顯示了這種冷卻器的一個(gè)實(shí)例。冷卻介質(zhì)通常是未凈化的水，偶爾也用海水。在小型壓縮機(jī)中，普遍使用空氣作為冷卻介質(zhì)，但是，在制冷量較大的應(yīng)用中也有用空氣冷卻的換熱器（強(qiáng)制或者誘導(dǎo)通風(fēng)設(shè)計(jì)）。
　　
　　在低壓應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)級(jí)間冷卻器為水冷管/氣冷殼的形式，而在中高壓工況下，則采用氣冷管/水冷殼。在這兩種設(shè)計(jì)中，通常都在排氣口處安裝一個(gè)除霧器。
　　
　　離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)
　　
　　軸向推力
　　
　　因?yàn)榇嬖谥肟?，所以葉輪前面的表面積小于后面。此外，當(dāng)氣體流過(guò)葉輪時(shí)，氣壓增大，所以，葉輪背面所受的壓力高于前面。由于氣壓不同，以及這些氣壓所作用的表面面積不同，因此產(chǎn)生了一個(gè)與主軸平行，且指向葉輪吸入面的合力。該力被稱為軸向推力。它來(lái)自于每個(gè)葉輪，所以軸向推力會(huì)隨著葉輪數(shù)量的增多而增大。通過(guò)在同一個(gè)轉(zhuǎn)子上安裝相反的葉輪，或者在軸端安裝一個(gè)平衡鼓，能夠減小軸向推力，但是并不能*消除它。所以，離心式壓縮機(jī)必須裝有軸向止推軸承，它們能夠吸收殘余的軸向推力。
　　
　　臨界轉(zhuǎn)速
　　
　　制造缺陷會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子機(jī)械失衡；也就是說(shuō)，質(zhì)量中心與幾何軸中線不重合。當(dāng)組件旋轉(zhuǎn)時(shí)，將出現(xiàn)一個(gè)會(huì)使轉(zhuǎn)子彎曲的離心力。當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到某一特定的轉(zhuǎn)速，即‘臨界轉(zhuǎn)速’時(shí)，將出現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)的不穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致大幅振動(dòng)。當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行在該轉(zhuǎn)速或接近該轉(zhuǎn)速時(shí)，情況非常危險(xiǎn)，因?yàn)楣潭ú考娃D(zhuǎn)動(dòng)部件之間可能出現(xiàn)摩擦。工作轉(zhuǎn)速被設(shè)計(jì)為低于或者高于臨界轉(zhuǎn)速的20%到30%，以保證轉(zhuǎn)子能夠正常工作。
　　
　　特性曲線
　　
　　利用在生產(chǎn)車間或者工作現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)得到的不同曲線，能夠圖形化地表示離心式壓縮機(jī)的主要工作參數(shù)之間的相互關(guān)系，這些曲線統(tǒng)稱為給定轉(zhuǎn)速下的特性曲線。圖4.12所示即為這樣的一組曲線，其中顯示了揚(yáng)程與輸氣量（H比Q）、能耗與輸氣量（KW比Q），以及效率與輸氣量（η比Q）之間的關(guān)系。由于存在摩擦，所以管道系統(tǒng)阻礙了氣流。摩擦損耗與氣流有關(guān)，這種關(guān)系同樣也能用一條曲線（Hs比Q）來(lái)進(jìn)行圖形化地表示。
　　
　　負(fù)責(zé)挑選壓縮機(jī)的工程師必須與供應(yīng)商就壓縮機(jī)的工作點(diǎn)達(dá)成一致意見(jiàn)。工作點(diǎn)應(yīng)該達(dá)到或者接近zui大效率，也被稱為*效率點(diǎn)（BEP）。
　　
　　H-Q壓縮機(jī)曲線與Hs-Q系統(tǒng)曲線的交點(diǎn)（圖4.12中的L點(diǎn)）確定了當(dāng)排氣閥*打開(kāi)時(shí)，壓縮機(jī)在某一恒定轉(zhuǎn)速下的zui大輸氣量（QL）。
　　
　　H-Q曲線分為兩段，一段呈上升趨勢(shì)，壓縮機(jī)在此期間工作不穩(wěn)定，另一段呈下降趨勢(shì)，此期間的工作穩(wěn)定。理解壓縮機(jī)在這兩段分別是如何工作的非常重要。我們首先假設(shè)壓縮機(jī)工作在O點(diǎn)，輸送氣流量為QO，產(chǎn)生的揚(yáng)程為HO。如果系統(tǒng)內(nèi)的氣體需求量減小，并且工作點(diǎn)的位置朝臨界點(diǎn)C的左側(cè)移動(dòng)，那么壓縮機(jī)的工作將變得不穩(wěn)定，因?yàn)楣ぷ鼽c(diǎn)將位于曲線中的某一段，而在該區(qū)段時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)的壓力低于系統(tǒng)中的壓力HC。這會(huì)引起壓縮機(jī)無(wú)法克服的反向壓力梯度。結(jié)果，氣體將從壓縮機(jī)的排氣口流過(guò)葉輪返回至吸氣口，從而導(dǎo)致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速增大，出現(xiàn)噪聲、強(qiáng)烈的振動(dòng)及發(fā)熱。該現(xiàn)象一直持續(xù)，直到系統(tǒng)內(nèi)的氣體壓力下降至低于空載工作時(shí)的壓力Hu。在此當(dāng)口，壓縮機(jī)再次開(kāi)始?jí)嚎s過(guò)程，但是工作方式異于尋常，其工作點(diǎn)迅速地向R點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)排氣系統(tǒng)再次充滿氣體時(shí)，工作點(diǎn)又向左移動(dòng)，該現(xiàn)象不斷重復(fù)。渦輪壓縮機(jī)不同尋常的這一現(xiàn)象被稱為變速運(yùn)行或者波動(dòng)運(yùn)行（surgingoroscillatingrunning）。因?yàn)樵谠摴r下的工作非常危險(xiǎn)，所以每臺(tái)離心式壓縮機(jī)都安裝了防波動(dòng)裝置（anti-surgingdevices）。
　　
　　壓縮機(jī)的每種轉(zhuǎn)速都對(duì)應(yīng)著一組特性曲線（圖4.13）。將每條曲線的臨界點(diǎn)連接起來(lái)即可得到一條新的曲線，我們稱其為壓縮機(jī)的波動(dòng)極限。在該曲線的左側(cè)，壓縮機(jī)的工作不穩(wěn)定，必須避免這類情況。在實(shí)踐中，會(huì)選取一定的安全帶。
　　
　　如果工作點(diǎn)到達(dá)該安全帶的右極限（M點(diǎn)），則防波動(dòng)裝置將使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)腘1減小至N，使工作點(diǎn)從M轉(zhuǎn)變到O1，后者處于穩(wěn)定工作區(qū)間。如有必要，防波動(dòng)控制裝置將再次起效，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至N2，并使工作點(diǎn)改變至O2。在達(dá)到較低的轉(zhuǎn)速極限后，足夠多的氣體被排放至大氣中，或者再次循環(huán)到吸氣口，以維持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。
　　
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