离心压缩机之结构特点

离心压缩机之结构特点压缩机是一种通过压缩气体的体积，给气体增加压力的机械。

压缩机的原理类似于泵，不同的是，泵是给液体加压，液体相对气体而言是一种不可压缩的介质，但气体的压缩性却非常好。

因此，压缩机也有叫做压气机和气泵的。

低压的通风机（~0.02MPa）和鼓风机(~0.2MPa)也是压缩机的一种。

压缩机的应用相当广泛，根据不同的需求，可以分为三类不同的压缩机：离心压缩机、轴流压缩机、容积式压缩（往复压缩机和回转式压缩机（如螺杆压缩机））。

本文主要讨论的是离心压缩机。

下面是不同类型压缩机的性能比较。

其中往复压缩机和回转式螺杆压缩机同属于容积式压缩机，特点是容积式压缩机具有容积周期性变化的工作腔，直接通过减小工作腔的体积来压缩腔内的气体。

离心式压缩机的主要特点•顾名思义，“离心”压缩机的气流方向是径向方向，所以有时也叫做径流压缩机，通过压缩机叶片的旋转（透平）将转子的机械能转换成连续流气体的动能。

通过扩压器，气体的流速减小，气体的动能转换成势能（压能），同时扩压器截面积逐渐变小（不同于容积式，这里的容积的变化是固定的，扩压器是静态的工作腔），从而增加气体的压力。

•易于设计和制造。

•一般由汽轮机、电机、膨胀机或者燃气透平驱动。

•离心压缩机依不同的设计和应用，可有不同的分类。

优点：•离心式压缩机的气量大，结构简单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。

•运转平衡，操作可靠，运转率高，摩擦件少，因之备件需用量少，维护费用低。

•提升到相同的压力，比轴流压缩机需要的级数少。

缺点：•如果不是多级离心压缩机，不能达到往复压缩机那样高的压缩比，不适用于气量太小及压比过高的场合。

•与轴流压缩机比，因为重量和应力的限制，以及扩压器前部的面积的限制，离心压缩机用在大型喷气飞机的燃气引擎里是不切实际的。

离心压缩机的分类：压缩机的分类方法很多，这里分为两类1. 工艺离心压缩机•水平剖分式：适用于低、中压乙烯、化肥行业•垂直剖分式：桶型，用于高压，如氨压机•一体式压缩机：电机和压缩机集成为一个整体，能有效防止泄露。

用于环保要求高的气体压缩•悬臂单级式：石化行业用的增压机•管线压缩机：管线行业用到的低、中压比压缩机2. 离心压缩机组（复合齿轮压缩机）几个压缩机（多轴）集成安装在一个公共基础上，如同一个整体机器总结：按性能划分的不同压缩机的应用范围图离心压缩机的结构图离心压缩机的基本设计所有离心压缩机都有如下部件o缸体o转子部件o静止部件o轴承o密封缸体缸体是叶片的箱体，有水平剖分和垂直剖分两种基本缸体。

垂直剖分缸体有非常高的强度，一般应用于非常高的压力场合。

水平剖分的优势在于维修方便，所以应用于中压范围，也是压缩机常见的缸体结构形式。

1. 水平剖分（轴向）缸体，中分面平行于转子轴线水平剖分缸体的优缺点优点：▪便于压缩机内部检、维修▪制造成本低▪特殊工装要求少缺点▪因为中分面气体泄漏的限制，仅适于较低压力的范围▪密封面积大▪对于喷嘴布置在上部的机器，以及架空管道的拆除，都要求较不方便的高空作业2. 垂直剖分（径向）缸体，中分面垂直于转子轴线，也常称为桶型缸体垂直剖分缸体-桶型缸体的优缺点优点：•桶型圆柱体能提高缸体的强度，所以能承受较高气体压力•缸体单个剖分接触面积小，所以能减小潜在的泄漏缺点：•装拆需要特殊的工具•内部拆分需要更大的维修空间转子转子由下列部件组成•转子本体•叶轮•叶轮隔板•轴向力平衡鼓•密封套•轴肩从中间往两端看，转子轴径逐渐变细，转子一般不会直接与工作介质接触，上面有叶轮和隔板。

转子端部有轴承和密封，叶轮是热套装、键装、或者两者的共同作用。

典型的叶轮叶轮是离心压缩机的心脏叶片安装在叶轮的盘面上，直接接触进气流的是轮毂，叶片中装在盖板上的部分叫做叶冠，叶片表面的命名规则是相同的。

叶轮的进气处为轮眼，叶片在轴向的延伸部分叫做导叶，它引导气流流向径向区域，增加角动量叶片的入口边叫做前缘，而出口边位于叶轮的外径，叫做后缘。

叶片中和旋转方向相同的面（推动气流）为压力面，其背面是负压面。

每个叶片的最小流通面积是垂直流场，由一个叶片前缘和相邻的另一个叶片的后缘围出来的面积，成为导叶喉道或者叶轮喉道。

通常来说，叶片有长有短，较短的叶片常常称为分流叶轮，在不减小叶轮喉部面积的前提下，它们能提供更好的导流作用。

叶轮通过附在轮盘上的叶片提升气体的速度，叶片的倾斜方向与旋转方向相同，径向布置，也有倾斜方向与旋转方向相反的，取决于叶型的性能要求。

反向叶片目的是为了得到一定效率下的宽运行范围，反向叶片是最常用的叶型设计。

叶轮流道的大小取决于叶轮的单位体积流量与气体流速的关系。

也就是说，对于一个多级压缩机，叶轮的大小必须是合适的，以达到最佳的性能，并适当匹配，以适应压缩机体积流量的减少。

叶轮可以是没有盖板的开式叶轮，也可以是有盖板的闭式叶轮。

大部分的多级压缩机的叶轮是用闭式叶轮设计。

叶轮的种类分为全闭式叶轮和半开式叶轮。

全闭式叶轮是叶轮的前后都有盖板，如果仅后面有盖板，则为半开式叶轮。

如果叶轮前后都没有盖板，则为开式叶轮。

叶轮的结构是：铆接的、铜焊的、电子束焊、传统焊。

大多数的应用中，叶轮的材质是高强度合金钢，有防腐要求的有时也选不锈钢材质。

因为叶轮高速旋转，离心力应力大是一个设计时需要重视的因素，所以材质必须是高强度钢。

如果气体中含有硫化氢成分，那么还必须限制叶轮材料的硬度，也就因此限制了材料的强度，以防止应力腐蚀。

平衡鼓因为通过叶轮后压力升高，那么轮毂和盖板间就有压差，也就会产生一个指向气体入口的净推力。

所以在末级叶轮那里设计一个平衡活塞去对抗不平衡的轴向力。

让平衡的活塞的外侧受到一个来自入口方向的低压力作用，产生一个反向的推力作用的压差。

将入口与活塞后端连接起来，得到的这个压力差。

平衡活塞没有平衡掉的叶轮轴向推力最后由推力瓦来承担。

平衡鼓是一个装在末级的大质量轮盘，热套装在转子上，目的是为了减小轴向推力。

静止部件当被压缩气体进入压缩机，首先由导叶均匀地以一定的速度送到第一级叶轮。

此时对静止部件的要求是保证最小的压降。

入口静止导叶通常布置在叶轮的入口附近。

可变入口导叶的角度由压缩机性能曲线的流量决定，但是，可变导叶的调整系统是一个非常复杂的系统，还要考虑到其附加密封的处理。

气体在叶轮的出口处的流速很快，进入扩压器流道，扩压器是一个重要的静止通流部件，入口是径向流，在扩压器内，气体的流速减小，动态压力转换成静压。

扩压器可以是无叶的，也可以是有叶的，气体流出扩压器时，气体进入弯管，使气流速度改变180度角度，从径向往外变为径向朝内，接着，气体经带叶片的回流通道进入下一级叶轮入口。

回流通道的功能类似于第一级的入口调节系统，以最小的损耗将气体均匀地导向下一级叶轮的入口。

入口导叶就布置在回流通道的出口处。

构成回流通道的部件叫做“隔膜”，扩压器通道是临近两个隔膜间的隔板。

入口导叶可以坐在这个隔膜上，或者是集成在隔膜上。

气体流过最后一级叶轮，必须汇聚在一起，然后去向排气法兰的，这个静止部件是排气蜗壳，这个蜗壳需要设计为完美地与排气口配合，极小化压力损耗。

排气口的速度也要控制在一定的范围内，以避免噪声水平超标。

上述描述的所有静止部件在整个压缩机的性能中扮演着各自独特重要的角色。

无叶/有叶扩压器无叶扩压器（左）是环绕转子的简单环形部件，而有叶扩压器（右）是由多个斜装叶片引导气流沿径向流动。

轴承压缩机的转子由两个径向轴承及一个推力轴承支撑。

径向轴承现在多为可倾瓦以提高转子的动态稳定性裕度，可倾瓦用于补偿平衡鼓的剩余压差。

可倾瓦使用轻质透平润滑油连续润滑。

大量使用可倾瓦前一般常用套筒轴承。

可倾瓦的动态特性较优，以保证转子的稳定可靠运行。

径向轴承必须足够大以支承转子的重量，还要足够小以便转子运行在低转速时不会产生过热。

有的离心压缩机安装磁性径向轴承，这种轴承用电磁力使转子悬浮运行在轴承的气隙中心，电磁轴承无须润滑系统，但电磁轴承控制系统也是需要冷却系统的。

离心压缩机每级压缩后都将产生指向入口轴向方向的压力差，如前所述，轴向力主要由平衡活塞平衡，未能平衡完全的轴向力由推力轴承承担。

适当选择直径可以使得剩余的轴向力减小，使轴位移维持在适当的范围。

类似于径向可倾瓦的作用，一些推力瓦设计的是一组推力瓦块以保证载荷的均匀分布。

同样的道理，推力瓦也可以用磁力瓦。

密封两种类型：内部密封和轴密封内部密封–主要是为了减小内部级间直至轴向平衡鼓间的流体泄漏损失。

常用的迷宫密封就是为此目的以提高运行效率。

轴密封–为了防止气体通过转轴渗出缸体。

特别是有毒有害工艺气体泄漏对环境影响非常严重。

现在一般是用干气密封，有时也用到液膜密封.级间密封–迷宫密封迷宫密封用来减小压缩机内部的气体回流，由大量的齿组成，本身可以是静止的，也可以是转动的。

静止的密封齿是固定安装在压缩机的静止部件上，齿间离转子很近。

通过多道齿的阻碍、节气作用达到密封的效果。

密封的材质相对于转子而言软，从而保护了硬质材料。

所以压缩机的制造商选择足够小间隙的迷宫密封来减小气体泄漏和防止伤到转子。

为了防止级间密封的损坏对压缩机整体效率的降低，压缩机供应商想了很多办法去改进密封，最显著的成果是用到耐磨密封技术，最常用的耐磨材料是氟系材料或者石墨镍材料。

特别适合于设计动静间隙小，产生摩擦后对效率的影响小的场合。

对于新密封，较小的间隙及其内产生的气体绕转流动，有效妨碍了气体的泄漏，即使耐磨密封发生了摩擦，间隙还是小，其内的气体绕流依然阻止着气体的泄漏。

优势:•最简单、价格不贵•防止内部回流效果好缺点:•转子的动态特性不好，多刚度耦合，阻尼低•泄漏率高，有时被耐磨密封替代。