流体机械课程论文
题目：离心式压缩机
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时间：2012 年06 月10 日
离心式压缩机结构原理
压缩机是一种用于压缩气体以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。压缩机种类繁多，尽管用
途可能一样，但其结构型式和工作原理都可能有很大的不同。
气体的压力取决于单位时间内气体分子撞击单位面积的次数与
强烈程度。因此，提高气体压力的主要方法就是增加单位容积
内气体分子数目，也就是容积式压缩机（活塞式、滑片式、罗
茨式螺杆式等）的基本工作原理；而利用惯性的方法，通过气
流的不断加速、减速，因惯性而彼此挤压，缩短分子间的距离，来提高气体的压力，离心式压缩机的工作原理属于这一类。
离心式压缩机的主要参数是流量、压缩比、有效功率、轴功率、转速、效率。1）流量指单位时间内流经压缩机流道任一截面
的气体量，通常以体积流量和质量流量两种方法来表示。体积
流量是指单位内流经压缩机流道任一截面的气体体积，其单位
为m3/s。因气体的体积随温度和压力的变化而变化，当流量以
体积流量表示时，须注明温度和压力。质量流量是指单位时间
内流经压缩机流道任一截面的气体质量，其单位为kg/s。2）压
缩比指压缩机的排出压力和吸入压力之比，有时也称压比。计
算压比时排出压力和吸入压力都要用绝对压力。3）转速指压缩机转子旋转的速度，其单位是r/min。4）有效功率在气体的压缩过程中，叶轮对气体所作的功，绝大部分转变气体的能量，另有一部分能量损失，该损失基本上包括流动损失、轮阻损失和漏气损失三部份，我们将压缩气体的能量与叶轮对气体所作的功的比值称为有效功率。5）轴功率离心式压缩机的转子在气体升压过程中产生的流动损失功率、轮阻损失功率和漏气损失功率外，其本身也产生机械损失，即轴承的摩擦损失，这部分功率消耗占总功率的2%~3%。如果有齿轮传动、则传动功率消耗同样存在，约占功率的2%~3%。以上功率消消耗都是在转子对气体作功过程中产生的，它们的总和即为离心式压缩机的轴功率，轴功率是选则驱动机功率的依据。6）效率指压缩机输出气体的有效功率与轴功率的比值，主要用来说明传递给气体的机械能的利用程度。
离心式压缩机用途很广最经济，气体的流动是连续的，其流量比容积型、压缩机要大得多。例如石油化学工业中，炼油和石化工业中普遍使用各种氢气压缩机，富气压缩机，离心式压缩机主要用于小功率的燃气轮机，内燃机增压以及动力风源等。
1．结构简单，易损零件少，运转可靠。一般能连续运行2年以上，因此不需要备用机。2．转速高、生产能力大，体积小。投资减少，操作人员减少。3．供气均匀有利稳定生产；气
体不必与油相接触，正常情况下气体不带油，有利于化学反应。
4．由于离心式压缩机多采用蒸汽轮机驱动，有利于合理使用工
厂余热，降低能源消耗。水平剖分型气缸被剖分为上、下两
部分，一般用于空压机，排气压力限在4—5MPa。不适合用于
高压和含氢多且分子量小的气体压缩。筒形也就是垂直剖分
型，筒形气缸里装入上、下剖分的隔板和转子，气缸二侧端盖
用螺栓紧固。由于气缸是圆筒形的，抗内压能力强，对温度和
压力所引起的变形也较均匀。主要用于汽油改质、脱硫等石油
精制装置的循环机和其他石油化工用的循环机，使用压力可达
45MPa。
离心式压缩机的术语
在离心式压缩机的术语中，常用的有“级”、“段”和“缸”。所谓压缩机的“级”，是由一个叶轮及与其相配合的固定元件所构成。
压缩机的“段”，是以中间冷却器作为分段的标志。如图离心式压缩机中，气流在第三级后被引出进行冷却，所以它是两段压缩机，一至三级是第一段，后面的四至五级为第二段。
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一台离心式压缩机总是由一级或几级所组成。从级的类型来看，一般可分为中间级和末级两类。中间级是由叶轮、扩压器、弯道、回流器所组成。在离心式压缩机的段中，除了段的最后一级外，其余的级均为中间级。末级是由叶轮、扩压器和蜗壳所组成（有的末级只有叶轮和蜗壳而无扩压器）。
一台离心式压缩机总是由一级或几级所组成。从级的类型
来看，一般可分为中间级和末级两类。中间级是由叶轮、扩压
器、弯道、回流器所组成。在离心式压缩机的段中，除了段的
最后一级外，其余的级均为中间级。末级是由叶轮、扩压器蜗
壳所组成（有的末级只有叶轮和蜗壳而无扩压器）。
一台离心式压缩机总是由一级或几级所组成。从级的类型来看，一般可分为中间级和末级两类。中间级是由叶轮、扩压器、弯道、回流器所组成。在离心式压缩机的段中，除了段的最后一级外，其余的级均为中间级。末级是由叶轮、扩压器和蜗壳所组成（有的末级只有叶轮和蜗壳而无扩压器）。
水平剖分型这种气缸壳体是在中心线处剖分为上、下两部份，用锥销定位和螺栓联接。接合面的密封采用涂密封胶或专
配密封剂，拧紧联接螺栓。此类结构的气缸进、出气管口一般
布置在气缸壳体的下半部（简称缸体），检修时揭去气缸壳体上
半部（简称缸盖），便可拆装和检修内件。缸体上装有两个导柱，作为装卸缸盖时引导用，以免缸盖隔板同转子相碰。
垂直剖分型（又称筒型），气缸壳体是个整体圆筒，两端或一端设有端盖封头，用高压螺栓与筒体紧固，或用剪力环定
位。端盖封头与圆筒机壳密封，常采用“O”形环和背环密封，
绕型垫密封或其它型式的密封。“O”形环的材料可根据介质性
质、温度和压力的不同，选用硅橡胶或氟塑料等材料做成。圆
筒式壳体的轴承架有与端盖封头铸成一体的，也有的用螺钉将
轴承架与端盖封头联接固
压缩机的结构
?隔板：隔板安装在气缸壳体内，与气缸壳体或内机壳组成压缩机的气道，即形成扩压器、弯道及回流器等。隔板一般采用铸铁件，经时效热处理后加工而成。隔板均为水平剖分，以便拆卸装配。
?垂直剖分型（又称筒型），气缸壳体是个整体圆筒，两端或一端设有端盖封头，用高压螺栓与筒体紧固，或用剪力环定位。
端盖封头与圆筒机壳密封，常采用“O”形环和背环密封，绕型垫密封或其它型式的密封。“O”形环的材料可根据介质性质、温度和压力的不同，选用硅橡胶或氟塑料等材料做成。圆筒式壳体的轴承架有与端盖封头铸成一体的，也有的用螺钉将轴承架与端盖封头联接固
?扩压器扩压器的种类一般可分为无叶扩压器、叶片扩压器和直叶壁形扩压器。图5一2为无叶扩压器，由二个隔板平行壁构成的等宽度环形通道。这种扩压器结构最简单，造价最低，工作范围大，一般离心式压缩机都采用这种结构型式的扩压器离心式压缩机工作原理。
离心式压缩机工作原理
离心式压缩机利用高速回转的叶轮对气体做功，使气体的动能大为增加。同时，气体在离心惯性力以及在叶轮叶道中降速的共同作用下，其静压能也得到大幅度提高，在叶轮后面的扩张流道（即扩压
器）中部分气体动能又转变为静压能，而使气体压力进一步提高，经过几级压缩后，被压缩的气体排出机外。
离心式压缩机的特点
①在相同功率时，其外形尺寸小、重量轻、占地面积小。
②无往复运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单。
③磨损部件少，连续运行周期长，维修费用低，使用寿命长。
④易于实现多级压缩。
⑤能够经济地进行无级调节。
⑥对大型压缩机，若用经济性高的工业汽轮机或燃气轮机直接带
动，实现变转速调节，节能效果更好。
⑦转速较高，不适用于太小的流量。
⑧单级压力比不高，高压力比所需的级数比活塞式的多。
⑨当入口压力太低时，压缩机组会发生喘振而不能正常工作。状态参数
①气流温度
压缩机的进口截面0-0到第一级叶轮叶道入口截面1-1之间没有外力做功，所以
带入真实温度与滞止温度的关系式，可得：
Tst0=Tst1
没有热、功转变，气流的滞止温度保持不变
状态参数
增压比的影响因素：
级中气体的增压比与叶轮的总功耗htot基本成正比关系；
在其它条件相同的情况下，气体常数R增大（气体分子量减 小），级的增压比减小。也就是说，如果要求相同的压力比，压缩较轻气体需要的级数较多。
离心式压缩机的工作特性及调节
造成喘振的内因是级的流量太小，外因是级后有高压气体。
持续的喘振会造成叶片破坏，甚至整个转子变形或折断。在实际运行中，应避免喘振的发生。
增大进气流量、降低运行转速、设置旁通管道、减小背压可防止喘振。
离心式压缩机的最小流量工况一般称之为“喘振”工况。当级的流量大幅度减小时，几乎在所有的叶道内部发生严重的边界层分离，使来流受阻，能量损失严重，压力比大大下降，致使气体不能向后排出，级后的高压气体将发生倒流。当级后的气体压力下降低到级的零流量所对应的排气压力时，倒流停止，压缩机恢复排气，使得级后气体压力再次逐渐升高，流量又对应减小。这种在压缩机中时而正流时而倒流的现象称为喘振。
造成喘振的内因是级的流量太小，外因是级后有高压气体。
持续的喘振会造成叶片破坏，甚至整个转子变形或折断。在实际运行中，应避免喘振的发生。
增大进气流量、降低运行转速、设置旁通管道、减小背压可
防止喘振。
离心式压缩机工作特性
离心式压缩机串联可以增大排气压力，两台压缩机串联的性能曲线是在同样质量流量下把它们各自的压力比相乘而得到的，其性能曲线比单台的要陡一些，稳定工况范围更窄。
离心式压缩机并联可以增大排气量，两台压缩机并联的性能曲线是在相同压力比的条件下把它们各自的流量相加而得到的。
工况调节
调节目的：使压缩机适应变工况下操作，保持生产系统的稳定。调节方法：保证使用压力不变调节流量；保证流量不变调节使用压力。
调节原理：设法改变压缩机的性能曲线和改变管网性能曲线，其实质是改变压缩机的工况点。