压缩机知识讲座

1、压压 缩缩 机机内容内容什么是压缩机压缩机的分类各种压缩机的特点及应用工作原理结构关键性的概念压缩机与透平常见的密封型式压缩机压缩机什么是压缩机？ 用来压缩气体气体借以提高气体气体压力的机械称为压缩机。也有把压缩机称为“压气机”和“气泵”的。提升的压力小于0.2MPa时，称为鼓风机。提升压力小于0.02MPa时称为通风机。压缩机的分类压缩机的分类按工作原理分类按工作原理分类1容积式压缩机 直接对一可变容积中的气体进行压缩，使该部分气体容积缩小、压力提高。其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。2动力式压缩机 它首先使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降低，使动能转化为

2、压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。动力式压缩机也称为速度式压缩机。按排气压力分类分分 类类名名 称称排气压力排气压力( (表压表压) )风风 机机通风机通风机15kPa100Mpa100Mpa按压缩级数分类按压缩级数分类 单级压缩机单级压缩机 气体仅通过一次工作腔 或叶轮压缩 两级压缩机两级压缩机 气体顺次通过两次工作 腔或叶轮压缩 多级压缩机多级压缩机 气体顺次通过多次工作 腔或叶轮压缩，相应通 过几次便是几 级压缩机容积流量分类容积流量分类 名 称 容积流量(m3min) 微型压缩机 1 小型压缩机 110 中型压缩机 10100 大型压缩机

3、 100压缩机按结构或工作特征的分类 按工作按工作原理原理容积式容积式动力式动力式按运动按运动件工作件工作特性特性往复式往复式 回回 转转 式式离离心心式式轴轴流流式式旋旋涡涡式式喷喷射射式式按运动按运动件结构件结构特征特征活活塞塞式式隔隔膜膜式式柱柱塞塞式式转转子子式式滑滑片片式式液液环环式式三角三角转子转子涡涡旋旋式式罗罗茨茨双双螺螺杆杆单单螺螺杆杆 叶轮叶轮( (透平透平) )式式喷喷射射泵泵活塞式转子式 滑片式涡旋式单螺杆几种特殊的压缩机 位号位号型号型号型式型式11-C-200011-C-20009H-4M/9H-4B/7H-7B9H-4M/9H-4B/7H-7B5 5段段3 3级离

4、心式级离心式11-C-310111-C-31014V-8B4V-8B2 2段离心式段离心式11-C-350111-C-350111H-5S11H-5S2 2段悬臂式离心式段悬臂式离心式11-C-380111-C-38017H-8S7H-8S2 2段离心式段离心式11-C-1801X11-C-1801XHL-9-065-3HL-9-065-3离心式离心式11-C-550111-C-550111H-5S/3V-311H-5S/3V-3离心式离心式11-C-11-C-2501AX/BX2501AX/BXD604 D604 4 4缸往复式缸往复式 12-C-123112-C-1231KS40LMZ K

5、S40LMZ 单缸单缸1 1段双螺杆式段双螺杆式 11-C-11-C-0101010901010109Y4-73No16.5FY4-73No16.5F单吸入离心式单吸入离心式根据根据seccosecco烯烃包的具体情况，这里只对离心式烯烃包的具体情况，这里只对离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机展开交压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机展开交流。流。离心式压缩机离心式压缩机裂解气压缩机高压段裂解气压缩机高压段 11-C-2000/HP 11-C-2000/HP 型号：型号：7H-7B7H-7B工作原理工作原理离心式压缩机依靠动能的变化离心式压缩机依靠动能的变化来提高气体的压力。当带叶片来提高

6、气体的压力。当带叶片的转子的转子( (即工作轮即工作轮) )转动时，叶转动时，叶片带动气体转动，把功传递给片带动气体转动，把功传递给气体，使气体获得动能。进入气体，使气体获得动能。进入定子部分后，因定子的扩亚作定子部分后，因定子的扩亚作用速度能量压头转换成所需的用速度能量压头转换成所需的压力，速度降低，压力升高，压力，速度降低，压力升高，同时利用定子部分的导向作用同时利用定子部分的导向作用进入下一级叶轮继续升压，最进入下一级叶轮继续升压，最后由蜗壳排出。对于每一台压后由蜗壳排出。对于每一台压缩机，为了达到设计需要压力缩机，为了达到设计需要压力，每台压缩机都设有不同数量，每台压缩机都设有不同数量

7、的级数和段数，甚至有几个缸的级数和段数，甚至有几个缸体组成。体组成。 由物理学可知，回转体的动量矩的变化等于外力矩，则 T=m(C2UR2-C1UR1)两边都乘以角速度，得 T=m(C2UR2-C1UR1)也就是说主轴上的外加功率N为： N=m(U2C2U-U1C1U) 上式两边同除以m则得叶轮给予单位质量介质的功即叶轮的理论能量头。U2C22C2UR1R21C1U1C2R特点与应用特点与应用优点优点1.由于是连续旋转式机械，可以大大地提高进入其中的工质量，提高功率。所以，离心式压缩机的第一个特点是：功率大。2.由于工质量可以提高，必然导致叶片转速的提高，所以第二个特点是高速性。3.无往复运动

8、部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单；4.易损部件少，故障少、工作可靠、寿命长；5.机组单位功的重量、体积及安装面积小；6.机组的运行自动化程度高，调节范围广，且可连续无级调节；7.在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度；8.润滑油与介质基本上不接触，从而提高了冷凝器及蒸发器的传热性能；9.对大型压缩机，可由蒸气动力机或燃气动力机直接带动，能源使用经济合理；缺点缺点1.单机容量不能太小，否则会使气流流道太窄，影响流动效率；2.因依靠速度能转化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机每级的压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩；3.特别情况下，机器会发生喘振而不能正常工作； 由

9、于以上特点，离心式压缩机与其他型式压缩机相比有显著的优越性，被广泛地应用于下列工况：大流量需长周期平稳运行压比不高 在我们石化行业，离心式压缩机傲视群雄地担负着装置或系统的动力循环任务，昵称“循环机”，是装置名符其实的心脏。结构结构离心式压缩机主要由以下几部分组成转子 主要由轴、叶轮、隔套，平衡鼓 (盘），半联轴器组成。 定子 包括机壳，端盖，导流隔板，支 撑轴承和级间密封（梳齿密封） 轴封止推轴承油路及保护装置 级是压缩机作功的级是压缩机作功的最基本的单元，在级中最基本的单元，在级中叶片带动气体转动，把叶片带动气体转动，把功传递给介质，使介质功传递给介质，使介质获得动能。通过由隔板获得动能。

10、通过由隔板构成的扩压流道和扩压构成的扩压流道和扩压槽槽, ,介质的一部分动能介质的一部分动能转化为压力势能，并被转化为压力势能，并被导入下一级继续压缩。导入下一级继续压缩。中间级有叶轮、隔板、中间级有叶轮、隔板、级间密封等，末级是由级间密封等，末级是由叶轮、隔板和蜗壳组成叶轮、隔板和蜗壳组成 吸入室吸入室 作用是将介质均匀地引导至叶轮的进口，以减少气流的扰动和分离损失。它的结构比较简单，有轴向进气和径向进气两种。径向进气结构多采用于多级双支承压缩机中。 图 4-6 吸入室的结构示意图 (a)轴向进气 (b)径向进气 叶轮叶轮( (工作工作轮轮) )叶轮是一个最重要的部件，通过叶轮将叶轮是一个最

11、重要的部件，通过叶轮将能量传递给气体，使气体的速度及压力都得到提高。能量传递给气体，使气体的速度及压力都得到提高。 图 4-8 半开式和闭式叶轮 (a)开式 (b)闭式 1、轮盘 2、叶片 3、轮盖 影响叶轮性能的主要影响叶轮性能的主要因素是叶片的弯曲形状。因素是叶片的弯曲形状。按叶片出口端弯曲方向的按叶片出口端弯曲方向的不同，可分为后弯、前弯不同，可分为后弯、前弯及径向叶轮三种类型。及径向叶轮三种类型。由由于后弯式叶片的级效率较于后弯式叶片的级效率较高，因此被广泛采用。高，因此被广泛采用。叶叶轮是高速旋转的部件，要轮是高速旋转的部件，要求材料具有足够的强度。求材料具有足够的强度。为了减少振动

12、，叶轮和轴为了减少振动，叶轮和轴必须经过动平衡试验，以必须经过动平衡试验，以达到规定的动平衡要求。达到规定的动平衡要求。 图 4-9 后弯、前弯和径向叶轮 (a)后弯式 (b)前弯式 (c)径向式 隔板与级间密封隔板与级间密封隔板将压缩机的各级分隔开，并由相邻的面构成叶轮出口的扩压器、弯道和回流室。来自叶轮的气体在扩压器通道内将一部分动能转化为压力能并通过弯道和回流室到达下一级叶轮入口，气体在弯道和回流器的流动，可以认为压力和速度不变，仅改变气体的流动方向。隔板分为上、下两半，沿水平中心面分开。在隔板外圆圆周方向装有齿形密封圈，与安装在叶轮轮颈上的耐磨环构成梳齿密封，从而防止气体在级间串通。

13、作用是把扩压器流出的气体汇集起来排出去。由于外径和流通截面逐渐扩大，也起到使气流减速和扩压的作用。 图 4-11 蜗壳的横断面的形状 (a)蜗壳外形 (b)梯形 (c) 正置圆形 (d)偏置圆形 蜗壳支撑轴承（又称径向轴承）支撑轴承（又称径向轴承）径向轴承为多油楔、压力润滑的可倾瓦块式轴承。压力油径向进入，通过小孔润滑瓦块和支撑块，然后向侧向排出。轴承由等距离分布在轴径圆周上的几个瓦块组成。瓦块是钢制的，内表面衬有巴氏合金，背面有凹进去的支撑座，相应地在瓦座上有支撑块。瓦面与轴径及瓦座均为同心圆，而瓦块支撑座的圆弧曲率大于瓦座支撑块的圆弧曲率这样瓦背与瓦座在轴向上为线接触，以利于瓦块摇摆灵活更

14、好地与转轴间形成油楔，但瓦块在轴向上并不能摆动。这种轴承有如下优点：1.进一步改善轴瓦中流体的动力学性能。2.轴径圆周上受力均匀，因而运转平稳，以最大限度的吸收转子的径向振动。3.轴承抗油膜振荡性能好。止推轴承止推轴承 离心压缩机在正常工作时，由于出入口存在的压差形成一指向低压侧（入口侧）的轴向推力。压缩机的平衡装置能平衡大部分的轴向力，残余轴向力则由止推轴承承担，其止推块称为主止推块。另外在启动时由于气流的冲击作用，往往产生一个反方向的轴向推力，使转子向高压侧窜动；为此在主推块的对面增设副止推块。这种型式的止推承称作双端面止推轴承。止推轴承一般安装压机吸入侧。常用的型式为：金斯伯利型（KIN

15、GSBURY)。11-CST-2101机壳机壳压缩机机壳是将介质与大气隔绝，使介质在其压缩机机壳是将介质与大气隔绝，使介质在其间完成能量转换的重要部件。它还具有支承其间完成能量转换的重要部件。它还具有支承其他静止部件，如隔板、密封等的功能。机壳重他静止部件，如隔板、密封等的功能。机壳重量大，形状复杂，在其外部连接有进气、排气量大，形状复杂，在其外部连接有进气、排气、润滑油、密封介质等管道，两侧的端盖上带、润滑油、密封介质等管道，两侧的端盖上带有轴承箱和轴向密封室。对于高压压缩机，机有轴承箱和轴向密封室。对于高压压缩机，机壳一般采用筒型结壳一般采用筒型结构，低压压缩机则构，低压压缩机则采取水平剖

16、分结构，采取水平剖分结构，烯烃工厂的机组均烯烃工厂的机组均采用水平剖分。采用水平剖分。平衡盘（鼓）平衡盘（鼓）由于叶轮两侧的压力不相等，在转子上受到一个指向叶轮进口方向的轴向椎力。为了减少止推轴承的载荷，往往在末级之后设置一个平衡盘。因平衡盘左侧为高压，右侧与进气压力相通，因而形成一个相反的轴向推力，承担了大部分的轴向推力，减轻了止推轴承的负荷。 图 4-13 平衡盘 平衡盘的工作原理平衡环平衡环平衡盘平衡盘衬套衬套轴套轴套平衡室平衡室P3P3平衡管平衡管至入口至入口平衡腔平衡腔P4P4轴向力轴向力PA平衡力平衡力PB出口压力出口压力P2P2入口压力入口压力P1P1轴向力的形成：叶片前后的压力

17、差产生了一个由出口指向入口的轴向力。 PA=P2-P1平衡力的形成：压缩机出口介质经过轴套间隙到达平衡腔，形成平衡腔压力P4。再经过平衡盘间隙来到平衡室，形成平衡室压力P3，并通过平衡管回到入口。由于平衡盘间隙和入口压力的双重影响，使得P3P4，二者压力差在平衡盘上产生了一个与轴向力反向的平衡力。 PB=P4-P3注：P1 P3 P4 P2 同时也可以看出作用在叶轮上的压力差与作用在平衡盘上的压力差之间的关系：PA PB 由于平衡盘的面积小于叶轮的公称面积，所以平衡力轴向力，因此，压缩机的平衡装置只能平衡掉一部分轴向力，剩下的则由推力轴承承担。当轴向力发生变化时，平衡力也将随之发生变化，这种自

18、我调整主要表现在以下两个方面：1.压力的自我调节 轴向力发生变化的起源是叶轮的前后压力（P1、P2）发生了变化，由于平衡盘的前后压力（P3、P4）均是来源于P1和P2，所以，平衡力是随动于轴向力的，而且这种调节与轴向力的变化是同向的，但幅度要小于轴向力的变化幅度。2.结构上的自动调节 轴向力的变化会导致转子窜动，这种窜动又会使平衡盘间隙发生改变，从而引起平衡室压力（P4）的变化，最终改变平衡盘的平衡力。这种自动调节同样也是正向的，而且比压力的自动调节高效，幅度也大。平衡鼓 大型离心式压缩机和离心泵的轴向力是相当大的，相应需要的平衡力也很大。在这种情况下，平衡盘自身的强度以及它跟轴的结合难以满足

19、要求，因此在大型离心式压缩机和离心泵上通常使用有足够轴向厚度的平衡鼓结构。加氢压缩机11-C-3501即采用平衡鼓结构。 平衡鼓和平衡盘平衡原理一致，结构相似，只是由于结构的原因，平衡鼓不能实现结构上自动调节。 在实际设计中也有采用“鼓+盘”的方式将两者的优势结合起来。 11-C-5501需要特别说明的是，裂解气压缩机（11-C-2000）属于一个特殊情况。由于压缩机的三个压缩段均属于中间抽气再压缩，因此，设计上巧妙地将每段的两个压缩块采取叶轮“背靠背”的方式，从而使两个压缩块的轴向力相互抵消。因此裂解气压缩机的每个压缩段均没有设置平衡装置。MP段HP段叶轮叶轮止推轴承止推轴承支撑轴承支撑轴承

20、干气密封干气密封平衡鼓平衡鼓干气密封干气密封支撑轴承支撑轴承蜗壳蜗壳弯道弯道回流器回流器吸入室吸入室 扩压槽扩压槽关于离心式压缩机的几个概念关于离心式压缩机的几个概念喘振喘振 所谓喘振是指当离心式压缩机的入口流量低于一特定值时压缩机的能量头不足以克服背压而在气道内形成的一种周期性往复振荡现象。 压缩机工况变化时的特性曲线 右下图所示为离心式压缩机的特右下图所示为离心式压缩机的特性曲线。若压缩机在设计工况性曲线。若压缩机在设计工况A A点下点下工作时，气流方向和叶片流道方向一工作时，气流方向和叶片流道方向一致，不出现边界层脱离现象，效率达致，不出现边界层脱离现象，效率达最高值。当流量减小时最高值

21、。当流量减小时( (工作点向工作点向A1A1移动移动) )，气流速度和方向均发生变化，气流速度和方向均发生变化，使非工作面上出现脱离现象，当流，使非工作面上出现脱离现象，当流量减少到临界值量减少到临界值(A1)(A1)点时，脱离现象点时，脱离现象扩展到整个流道，使损失大大增加，扩展到整个流道，使损失大大增加，压缩机产生的能量头不足以克服背压压缩机产生的能量头不足以克服背压（排气压力），致使气流倒流，倒流（排气压力），致使气流倒流，倒流的气体与吸进来的气体混合，流量增的气体与吸进来的气体混合，流量增大，叶轮又可压送气体。但由于吸入大，叶轮又可压送气体。但由于吸入气体量没有变化，流量仍然很小，故气

22、体量没有变化，流量仍然很小，故又将产生脱离，再次出现倒流现象，又将产生脱离，再次出现倒流现象，如此周而复始。这种气流来回倒流撞如此周而复始。这种气流来回倒流撞击的现象称为击的现象称为“喘振喘振”，它将使压缩，它将使压缩机产生强烈的振动和噪声，严重时会机产生强烈的振动和噪声，严重时会损坏叶片甚至整个机组。损坏叶片甚至整个机组。 压缩机工况变化时的特性曲线 为了防止当压缩机工况发生变化时发生喘振现象，机组中须采取反喘振措施。即从压缩机出口旁通部分气流直接进入压缩机的吸入口，加大它的吸入量，从而避免喘振现象的发生。 目前，在离心式压缩机上均采用独立的反喘振系统。系统根据出入口压力、温度计算出当前工况

23、下的入口流量并与系统中的当前工况喘振流量进行比较，从而控制反喘振控制阀的开度。 烯烃工厂的离心压缩机均采用的是美国GE公司的PLC系统。另外，美国TRICON公司的TS-3000计算机控制系统也被广泛地使用。 一般来说，反喘振控制器具有以下特点：1.反喘振控制阀为快开慢关型。2.控制系统将设计喘振线（图中黑线，制造工厂运用多点回归法计算）提前10%为实际控制线（图中红线），再提前10%为控制阀动作线（图中蓝线）。也就是说，入 口实际流量点一旦进入蓝线左侧，反喘振控制阀就开始打开，并根据离红线的横坐标距离确定开度，到达红线时控制阀全开。3.每发生一次喘振，反喘振控制阀动作线就提前10%至校正动作

24、线（图中绿线）。只有复位后才回归原位。堵塞堵塞 所谓堵塞即流量已达最大值，如图中的A2点，此时，压缩机流道中某个最小截面处的气流速度达到了音速，流量不可能继续增加。 从堵塞点(最大流量点)到喘振点(最小流量点)这一范围，称为离心式压缩机的稳定工作区。它的大小也是压缩机性能好坏的标志之一。 由右图可看出，压缩机真正安全的运行区域是由四部分构成的。1.脱口转速2.密封工作最低转速3.喘振工况4.堵塞工况喘喘振振工工况况堵堵塞塞工工况况脱扣转速脱扣转速密封工作转速密封工作转速临界转速临界转速 转轴的转速达到某一数值时，轴所受的外力频率与轴的自振频率一致，将发生共振，此时轴的运转便不稳定而发生显著的反

25、复变形。严重时将使轴、轴承、零件甚至于整个机械设备遭到破坏，轴共振时的转速称为临界转速，常用nc表示。 转轴的临界转速nc与转轴材料的弹性特性，轴的形状、尺寸、支承形式以及轴上圆盘动件质量有密切的关系。 轴在共振时的临界转速在理论上有无穷多个，可分为一阶、二阶、三阶。工作转速高于一阶临界转速(nc1)的轴称为挠性轴，低于一阶临界转速的轴称为刚性轴。 烯烃工厂所有的泵均为刚性轴，不需要考虑临界转速的影响。压缩机则全是挠性轴，由于高于一阶的其他阶次临界转速都远高于工作转速，所以实际运行中只考虑一阶临界转速，我们常说的临界转速也只指一阶临界转速。 压缩机决不允许在临界转速上运行，在压缩机的转速控制系

26、统中，临界转速的5%区域均不允许停留。离心式压缩机的轴端密封离心式压缩机的轴端密封l离心式压缩机的轴端密封是指将压缩机内部介质与外部环境相隔离，防止机内介质向机体外泄漏的一种装置。l离心式压缩机的轴端密封主要有以下几种型式：1.轴向密封：浮环密封、阻塞密封2.径向密封：单端面螺旋槽式机械密封、 干气密封轴向密封轴向密封l轴向密封是防止介质沿轴向轴向泄漏到机体外。1.浮环密封：常用于中、高压离心压缩机中。这是因为传统的机械密封在周速大于40m/s、温度高于200以后很难适应。 浮环密封机理 浮环密封属于流阻型非接触式动密封，是依靠密封间隙内的流体阻力效应而达到阻漏目的。由于存在间隙，避免了固体摩

27、擦，适用于高速情况，即可封堵液体，也可封堵气体。清洁油出口清洁油出口清洁油进口清洁油进口污油出口污油出口内浮环内浮环外浮环外浮环浮环密封有下列优点：1）密封结构简单，比机械密封零件少。2）对机器的运行状态并不敏感，有稳定密封性能。3）密封件不产生磨损，密封可靠，维护简单、检修方便。4）因密封件材料为金属，坚固耐高温。5）浮环可以多个并列使用，组成多层浮动环，能有效的密封10MPa以上的高压。6）能用于1000020000r/min的高速旋转流体机械，尤其使用于气体压缩机，其许用速度高达100m/s以上，这是其他密封所不能比拟的。 7）只要采用耐腐蚀金属材料或里衬耐腐蚀的非金属材料（如石墨）作浮

28、动环，可以用于强腐蚀介质的密封。8）因密封间隙中是液膜，所以摩擦功率极小，使机器有较高的效率。浮环密封的缺点：1. 密封件的制造精度要求高，环的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗糙度对密封性能有明显的影响。2. 对气体介质虽然密封性好，但需要一套复杂而昂贵的自动化供油系统。2.阻塞密封：常用于低压、低转速且工艺介质可以与密封介质混合的工况。 密封原理：气体阻塞密封完全是利用梳齿密封层次减压的原理。密封气体密封气体抽气抽气径向密封径向密封所谓径向密封是指将介质在轴向的泄漏通过一定的结构转变为径向的泄漏，并在径向进行密封。其典型的结构形式是机械密封式。目前在压缩机上使用较多的单端面螺旋槽式机械密封

29、、干气密封等均是在机械密封的基础上加以改进而来。1.单端面螺旋槽式机械密封 原理与结构：动、静环之间依靠轴的高速旋转产生相对运动，在密封油的作用下形成油膜；动环的密封端面上有螺旋状牙槽对封油起泵送循环作用；外侧浮环对封油起限流保压作用；在隔离室内注入干净的新氢，防止循环气污染封油。 1 2 3 4 7 6 5进油89 1-调整垫; 2-外侧浮环; 3-动环座; 4-静环座; 5-氢气; 6-平衡管; 7-气封 ;8-内泄漏; 9-回油图1 单端面螺旋槽机械密封结构图压力侧螺旋形牙槽2.干气密封：干气密封是二十世纪六十年代末期从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封。该密封利用流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行。由于密封非接触运行，因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制，适合作为高速、高压设备的轴封，在压缩机应用领域，干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和油润滑机械密封 。烯烃工厂的离心式压缩机全部采用英国的约翰克兰公司的这一密封形式。 干气密封具有如下优点：1）密封无磨损，使用寿命长、运行稳定可靠；2）密封功率消耗小，仅为接触式机械密封的5%左右；3）与其他非接触式密封相比，干气密封气体泄漏量小，是