第3章离心式压缩机v61

第3章离心式压缩机第3章离心式压缩机§3.1离心式压缩机的主要构件及基本原理§3.2气体在级中的流动及基本方程（略）§3.3级中能量损失（略）§3.4离心式压缩机的特性曲线§3.5离心式压缩机的性能调节§3.6相似原理在离心式压缩机中的应用§3.7离心式压缩机的主要零部件§3.8离心式压缩机密封装置§3.9离心式压缩机润滑系统§3.1离心式压缩机的主要构件及基本原理

离心压缩机是利用旋转叶轮实现能量转换，使气体主要沿离心方向流动从而提高气体压力的机器。3.1.1离心式压缩机的主要构件（1）离心式压缩机的典型结构

结构型式：中低压水平剖分型垂直剖分（高压圆筒）型多轴式例：沈阳鼓风机厂MCL系列中低压水平剖分式多级离心压缩机、BCL系列高压筒形压缩机。水平剖分型：气缸剖分为上下两部分，螺栓连接。上下机壳为组合件，由缸体和隔板组成。适于中低压压缩机（一般低于5MPa）。垂直剖分型：气缸为筒形。隔板上下剖分（螺栓连接成为整体，气缸两侧端盖用螺栓紧固。隔板转子组装后送入筒形缸体。抗内压能力强，密封好，刚性好，温度、压力引起的变形均匀，适于压力高、易泄漏的气体。多轴式：齿轮箱中一个大齿轮驱动几个小齿轮，每个轴的一端或两端安装有叶轮。叶轮轴向进气，径向排气，以管道连接各级。从动轴转速不同，各级均在最佳状况下运行。适于中低压空气、蒸汽或惰性气体。结构组成：转子，定子，以及辅助系统。定子部分1、气缸：是压缩机的壳体，又称为机壳。由壳体和进排气室组成，内装有隔板、密封体、轴承等零部件。对它的主要要求是：有足够的强度以承受气体的压力，法兰结合面应严密，主要由铸钢组成。2、隔板：隔板是形成固定元件的气体通道

根据隔板在压缩机所处的位置，隔板可分为4种类型：进口隔板、中间隔板、段间隔板、排气隔板。转子部分－主轴压缩机的关键部件，主要起到装配叶轮、平衡盘、推力盘的作用，是转子部分的中心部位。压缩机装置系统图转子：叶轮与轴的组件。（1）叶轮——离心式压缩机中唯一的作功部件。它随轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流动作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明显提高。（1）扩压器——离心式压缩机中的转能部件。气体从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口后设置流通截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转变为压力能。（2）弯道——设置于扩压器后的气流通道。其作用是将扩压器后的气体由离心方向改为向心方向，以便引入下一级叶轮去继续进行压缩。定子：扩压器、弯道、回流器、吸气室和蜗壳等固定元件。（3）回流器——使气流以一定方向均匀进入下一级叶轮入口。回流器中一般都装有导向叶片。（4）吸气室——将气体从进气管（或中间冷却器出口）均匀地引入叶轮进行压缩。（5）蜗壳——把从扩压器或直接从叶轮出来的气体收集起来，并引出机外。在蜗壳收集气体的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着一定的降速扩压作用。3.1.2离心式压缩机的基本工作原理

气体由吸气室吸入，通过叶轮对气体作功后，使气体的压力、速度、温度都得到提高，然后再进入扩压器，将气体的速度能转变为压力能。当通过一级叶轮对气体作功、扩压后不能满足输送要求时，就必须把气体再引入下一级继续进行压缩。为此，在扩压器后设置了弯道、回流器，使气体由离心方向变为向心方向，均匀地进入下一级叶轮进口。各级经蜗壳及排出管被引出至中间冷却器。冷却后的气体再经吸气室进入以后各级继续压缩，最后由排出管输出。气体在离心式压缩机中是沿着与压缩机轴线垂直的半径方向流动的。3.1.3离心式压缩机的主要优缺点

优点：（1）单级流量大。目前合成氨装置中合成气体压缩机的排气量达6000m3/min以上。在产量大于600吨/日的合成氨厂中主要的工艺用压缩机几乎都采用了离心式压缩机。（2）重量轻、体积小。无论机组占地面积还是质量都比同一气量的活塞式压缩机小得多。（3）运转可靠性。机组连续运转时间在一年以上，运转平稳，操作可靠，因此它的运转率高，而且易损件少，维修方便。目前大型石油化工过程用离心式压缩机多为单机运行。（4）气体不与机器润滑系统的油接触。在压缩气体过程中，可以做到绝对不带油，有利于气体进行化学反应。（5）转速较高。适宜用工业汽轮机或燃气轮机直接驱动，可以合理而充分的利用工艺过程本身的热能，节约能源。

缺点：（1）还不适用于气量太小及压力比过高的场合。（2）离心式压缩机的效率一般低于活塞式压缩机。（3）离心式压缩机的稳定工况区较窄。§3.3级中能量损失（略）§3.2气体在级中的流动及基本方程（略）§3.4离心式压缩机的特性曲线3.4.1级的特性曲线

离心压缩机工作性能最主要的参数是压力比、效率和流量。为将其工作性能形象表示出来，一般以曲线的形式表示，就得到了压缩机的性能曲线。

级的性能曲线是指在气体状态（进口流量Qs，进气压力Ps，进气温度Ts）一定，转速不变的条件下，级的压力比ε、多变效率ηpol

以及功率Ntot

随该级进气量Qs

而变化的关系曲线。性能曲线由实验确定。性能曲线的一般特点：随流量的减小，压缩机提供的压力比将增大。在最小流量时，达到最大。流量和压力比的关系是一一对应的，流量与其他参数的关系也是一一对应的。流量有最大和最小两个极限流量；排出压力也有最大值和最小值。性能曲线的一般特点：效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下降很快。（2）压缩机的喘振——压缩机喘振的机理——旋转脱离流量减小边界层分离旋转脱离压缩机喘振流量进一步减小脱离团阻塞叶道出口压力显著下降倒流整个压缩机系统发生周期性的低频大振幅的气流振荡现象，就称为喘振。现象：级进出口参数产生强烈脉动，叶片振动，机器噪音增大。喘振的内因：流量过小，小于压缩机的最小流量，导致机内出现严重的气体旋转脱离；喘振的外因：管网有一定容积，且压力高于压缩机的排压，造成气流倒流，产生大幅度的气流脉动。脉动的频率和振幅与管网容量有关。——喘振的危害——压缩机性能恶化，压力、效率降低；出现异常噪声、吼叫和爆音；机组出现强烈振动，使得压缩机的轴承、密封损坏，转子和固定部件发生碰撞，造成机器严重破坏。——喘振原因——操作者和运行人员的要求：应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在性能曲线图上的位置；熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。——防喘振的措施——在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，使流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。在压缩机出口设置旁通管道，让压缩机通过足够的流量，以防进入喘振状态。在压缩机进口设置温度、流量监视仪表，出口设置压力监视仪表，一旦出现异常或喘振及时报警；设有与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。系统要求：当转速可调时，降低运行转速，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低。开大入口阀，提高压缩机入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。降低后部系统的压力。压力降低，工作点下移，喘振区范围变窄，工作范围变宽。后部系统压力无法降低而生产需求流量又很小的情况下，可开大压缩机防喘振阀（放空系统或将出口部分回流到入口）来提高入口流量，让压缩机的工作点离开喘振区。操作要求：产生原因：流量增大，气流的冲角达到较大的负冲角，在叶片工作面上发生边界层分离，叶片做功全部转变为能量损失，压力不再升高，仅用于维持在该流量下流动；在流道最小截面处出现了声速，边界层分离区急剧扩大，压缩机达到了阻塞工况，此时压力得不到提高，流量不再增大。（3）压缩机的堵塞工况（最大流量工况）在性能曲线上，处于喘振工况和阻塞工况之间的区域，称为稳定工作范围。衡量压缩机性能好坏，除要求有较高的压力比和较高的效率外，还有较宽的稳定工作范围。（4）压缩机的稳定工况区3.4.2压缩机的性能曲线（1）级数对压缩机性能的影响级与多级压缩机的性能曲线形状基本一致。由于受逐级气流密度的变化与影响，级数愈多，密度变化越大，压缩机的性能曲线愈陡，喘振流量愈大，堵塞流量愈小，稳定工况区也就越窄。多级离心式压缩机稳定工况区的宽窄，主要取决于最后几级的特性。（2）转速对压缩机性能的影响转速增大时，压缩机的压力比将显著增加。转速增大时，气流马赫数增大，这时流量若偏离设计工况，就会使损失大大增加，性能曲线变陡，使稳定工况范围变窄。压缩机只能在喘振界限右边正常工作。一定转速下，增大流量，压缩机的压力比将下降；反之则上升。一定转速下，如流量为设计流量时，压缩机效率达最高值。当流量大于或小于设计流量时，压缩机效率都下降。压缩机的性能曲线左端受到喘振工况的限制，右端受到堵塞工况的限制，在这两者之间的区域为压缩机稳定工况区。稳定工况区的宽窄，是衡量压缩机性能的重要指标之一。压缩机级数越多，则气体密度越大，性能曲线越陡，稳定工况区越窄。转速越高，压力比越大，但性能曲线越陡、稳定工况区越窄。随着转速的增高，压缩机的性能曲线向大流量、高压力方向转移。（3）气体和进气温度对压缩机性能的影响如进气温度Ts不变，在相同容积流量Qs下(此时Hpol也基本对应相等)，压缩重的气体(R小的气体)所得到的压力比较大；反之，压缩轻的气体，所得的较小。假设压缩的是同一种气体介质，进气温度较高的气体，其ε—Qs曲线在下方，进气温度较低的性能曲线在上方。§3.5离心式压缩机的性能调节管网性能曲线:

指通过管网的气体流量与保证这个流量通过管网所需要的压力之间的关系曲线，即p=f（Q）曲线。每一种管网都有自己的特性曲线，其决定于管网本身的结构和用户要求。有三种形式：管网阻力与流量无关；二次曲线；上面两种形式的混合。3.5.1管网性能曲线管网阻力与流量无关；可用表示的二次曲线；上面两种形式的混合：QsQsAQs2QsAQs23.5.2离心式压缩机的工作点压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作的工作点具有两个条件；压缩机的排气量等于管网的进气量；压缩机提供的背压等于管网所需的端压。所以这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线与管网性能曲线之交点。调节的目的：使压缩机适应变工况下操作，保持生产系统的稳定。调节的方法：等压调节（保持排气压力不变，只改变气体流量的调节）和等流量调节（保持气体流量不变，只改变排气压力的调节）。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。3.5.3离心式压缩机工况的调节（1）压缩机出口节流调节

方法：调节压缩机出口管道中节流阀门的开度。特点：改变管网阻力特性曲线；减小阀门开度，减小流量，反之亦然；阀门关小，管网阻力损失增大，系统效率降低；方法简单，操作方便。仅在风机和小型压缩机上采用。（2）压缩机进口节流调节方法：调节进口管道中阀门开度。特点：比出口节流调节节省功率；

改变压缩机性能曲线的位置，达到调节输送气体的流量和压力的目的；压缩机性能曲线向小流量方向移动，使其在更小流量下稳定运行。带来一定压力损失使排气压力降低。简便常用的方法。

进气压力（3）改变压缩机转速的调节方法：利用原动机改变转速。特点：改变压缩机性能曲线位置；流量和压力的变化较大，扩大了稳定工况范围；经济简便的方法，不增加附加能量损失，不需改变压缩机的结构，但驱动机必须是可调速的。（4）采用可转动的进口导叶调节（又称进气预旋调节）

方法：在叶轮之前设置进口导叶，并用专门机构，使各个叶片绕自身的轴转动，从而改变导向叶片的角度，使叶轮进口气流产生预旋。分为正预旋和负预旋。特点：改变压缩机性能曲线；经济性好于进出口节流调节；机构复杂，实际应用不多，一般只在风机上使用。正预旋角越大，曲线越陡（5）采用可转动的扩压器叶片调节方法：改变扩压器叶片的进口角，来适应流角。特点：改变压缩机性能曲线；扩大了稳定工作范围喘振流量减小，对于等压下调节流量有利；压力、效率变化小，很少单独使用；调节机构复杂。应用不多。（6）三种调节方法的经济性比较及联合采用两种调节

（1）进口节流、进气预旋和改变转速比较，改变转速最为经济。（2）两种方法联合使用例如：改变转速和改变扩压器叶片角度，稳定工作范围扩大。改变转速的调节方法，经济性最好，调节范围广，适用于蒸汽轮机、燃气轮机驱动的压缩机。压缩机进口节流调节方法，方法简单，经济性较好，且具有一定的调节范围，在转速固定的压缩机、鼓风机等采用。转动进口导叶调节方法，调节范围较广，经济性也好，但结构较复杂。转动扩压器叶片调节方法，使压缩机性能曲线平移，对减小喘振流量，扩大稳定工作范围很有效，经济性也好，但结构复杂，目前该法很少单独采用，有时同转速调节法联合使用。出口节流调节方法最简单，但经济性最差，目前只在通风机和小功率的压缩机、鼓风机上使用。同时采用两种调节方法，可取长补短，最有效地扩大压缩机的稳定工作范围。（7）对上述调节方法做一综合比较：3.5.4压缩机的串联与并联串联：增大气流的排出压力；并联：增大气流的输送流量。不适于管网阻力较大的系统。要求：需保证压缩机的特性与管网特性相互匹配，防止使用不当出现问题。串联和并联操作适用于流量或压力需长时间增加的操作，在风机或离心泵中使用普遍，在压缩机不常应用。当压缩机串联工作时：两台压缩机的质量流量G应相等，对应的进口体积流量应满足的关系。两台压缩机串联后，总的性能曲线要比单机陡。为了保证合适的稳定工作范围，一般要求第二台压缩机的稳定工况区最好比第一台宽。由于压缩机的串联增加了整个系统的复杂性，因此很少采用。一般在设计时，应使一台压缩机就能满足压力要求。压缩机的并联常用于以下情况：(1)必须增加输气量，而又不需要对现有的压缩机作重新改造；(2)气体用量很大，用一台压缩机可能尺寸过大或制造上有困难，这时应考虑两台小的压缩机并联供气；(3)用户的用气量经常变动，这时用两台机器并联，一台作为主要工作机，另一台作辅机。3.6.1相似理论的应用价值按照性能良好的模型级或机器，快速设计出性能良好的新机器；将模型化试验的结果，换算成设计条件或使用条件下的机器性能；相似的机器可用通用性能曲线表示其性能；使产品系列化、通用化、标准化，利于产品设计制造，也利于产品的选型使用。利用相似理论中的一些规律，与试验结合，有效解决一些复杂过程的研究和设计问题：大致有以下四方面用途：相似理论的主要任务在于揭示满足相似所需的足够条件，包括找出决定流动相似的相似准数。在离心式压缩机中的应用有重要意义。§3.6相似原理在离心式压缩机中的应用对于离心压缩机的相似原理，主要是研究气体在机内接受叶轮外功，进行能量交换过程中的流动相似问题。为简化讨论，仅研究理想气体在一元稳定流动中的流动相似。3.6.2离心压缩机流动相似应具备的条件流动相似：流体流经几何相似的通道或机器时，其任意对应点上同名物理量比值相等，就可认为机器的流动性能相似。相似条件：几何相似、运动相似、动力相似、热力相似。为了保证两机流动相似必须具备的相似条件：对于离心压缩机要保持两机流动相似必须具备的条件：（1）几何相似：两机通流部件对应的线性尺寸之比为常数，对应角度相等。即：几何相似是物理现象相似的先决条件。（2）运动相似：流动过程中两机对应点的同名速度大小成比例，且为一常数，速度方向角相同。实际上一般只要求叶轮进口速度三角形对应相似就满足运动相似的要求。（3）动力相似：指两机对应点上作用的同名力大小成比例，且为一常数，力的方向对应相同。判别动力相似的判据是动力相似准数：表示粘性影响的决定性准数是雷诺数；表示可压缩性影响的决定性准数是马赫数。离心式压缩机的雷诺数往往大于临界值（5×106～107），摩阻系数近似常数，可不考虑。

在气体压缩过程中，气体参数的变化受气体可压缩性的影响，随马赫数的增大，其影响愈加显著。所以，要保持两机流动相似，各对应点的马赫数应相等。为了简化以不随工况改变的机器特征马赫数代替第一级进口马赫数，即动力相似的条件是两机的特征马赫数相等。（4）热力相似：指气体在两机内的流动过程中，气体的热力过程相似，即两机的气体等熵指数应相等。等熵指数相等是两机相似的必需条件。若k相等，还可证明两机多变指数m相等，多变效率ηpol相等。所以，要保持两台离心压缩机流动完全相似，必须具备以下相似条件：几何相似；叶轮进口速度三角形相似（运动相似）；特征马赫数相等（动力相似）；气体等熵绝热指数相等（热力相似）。3.6.3离心式压缩机的性能换算（1）符合相似条件的性能换算（完全相似）两台机器符合相似条件时，只要知道一台机器的性能参数，就可应用相似换算得到另一台机器的性能参数。解决的问题：将模型机试验条件下的性能参数，换算成实物机设计条件时的性能参数；新设计制造的机器在产品试验条件下的性能参数，换算成产品设计时的性能参数。压力比关系多变效率关系能量头关系功率关系转速关系流量关系(2)模化设计模化设计：把一台已有性能良好的压缩机作为样机（模型机），设计一台完全相似的新机器（实物机）的过程。设计过程：选择合适的模化样机和模化点；确定几何尺寸的缩放比；确定新机器的转速；确定功率；根据模型机的性能曲线，利用上述符合相似条件的性能参数换算有关公式，得到新机器的性能曲线。§3.7离心式压缩机中的主要零部件3.7.1

叶轮叶轮是主要的做功元件，它将外界（原动机）的能量传递给气体，使气体增压。（1）叶轮组成及种类：按叶轮结构型式闭式叶轮：性能好、效率高；由于轮盖的影响，叶轮圆周速度受到限制。半开式叶轮：效率较低，强度较高。双面进气叶轮：适用于大流量，且轴向力平衡好。闭式叶轮半开式叶轮双面进气叶轮按叶轮叶片型式后弯型叶轮：βA2＜90°，级效率高，稳定工作范围宽。径向型叶轮：

βA2

＝90°，性能介于后弯型和前弯型之间。前弯型叶轮：

βA2＞90°，级效率较低，稳定工作范围窄。（2）叶片安装角

叶片入口安装角βA1的确定是从避免气体进入叶道时产生冲击损失考虑的，即在设计工况下，基本上应等于入口气流相对速度方向角β1。

βA1不能过小(≮15°)，否则叶道将过长，会增流动损失。一般取30°～34°。在多级压缩机中，为了便于设计及加工，常对同一段叶轮取同一个βA1值。叶片出口安装角βA2一般＝16°～40°，最常用的是20°～30°。（3）流量系数流量系数是一个随压缩机气量变化而变化的气动参数，要选择的是设计工况下的流量系数。的取值合理与否对级的能头及效率影响很大。从欧拉方程式当取较小时，HT较大。为了保证级的能头不至于太小，应该选取较小的值。但因为叶道中的气流受轴向涡流和曲线形通道造成的离心惯性力影响，气流分布是不均匀的，为了不使低速处的气流速度小到零，甚至为负值(倒流)，就必须保证叶道中具有足够大的平均速度，因此太小也不利。叶道中气流的不均匀程度随βA2增大而增大，因此流量系数的适宜值也就随βA2的增大而增大。不同型式叶轮的流量系数推荐值（4）叶轮相对宽度b2/D2叶轮宽度b2与进气量、叶轮直径以及所选择的流量系数均有关系。在叶轮直径一定的情况下，大流量要求b2大，小流量则b2小。如b2／D2过大，叶道中气速分布严重不均匀，容易出现边界层分离，导致叶轮及扩压器效率下降。若b2／D2过小，则叶道水力半径减小，Re数减小而使摩擦系数增大。若b2／D2过小，轮阻损失及泄漏损失增大，级效率下降。试验表明0.025<b2／D2<0.065较合适。对径向叶片型叶轮宜取较小值，对后弯叶片型叶轮取偏大值。（5）叶轮直径比D1/D2叶轮入口直径与出口直径之比D1／D2过大或过小都会降低气流在叶轮中的流动效率。若D1／D2过大，则会增加叶道的扩张角，容易造成边界层分离，同时还会使()减小，不能充分利用叶轮给气体的旋转惯性力来提高气体静压，降低了级效率。若D1／D2过小，则使叶道过长，摩擦阻力损失增加，也影响效率。根据试验结果，一般认为D1／D2=0.45～0.65较合适。（6）叶轮叶片型线叶片一般有圆弧型、直线型、机翼型及扭曲型等。一般多采用圆弧型，因为它加工方便，且性能较好。（7）叶片数z叶轮中的叶片起着对气体作功、并引导气体作有效流动的作用。叶片太少，有效导流作用弱，轴向涡流的强度增加，使能量头HT减小。叶片过少，还会增大扩张角，使级效率降低。若叶片数太多，将使叶片阻塞系数τ1及τ2减小，增加摩擦损失，对HT及η都不利。对于βA2大的叶轮，叶片数z应多取些，以限制其扩张角；而对于βA2小的叶轮，叶片数z应取少些，以减少摩擦损失。一般取14～32片。（8）三元叶轮的应用为满足离心压缩机对增大流量、提高效率、提高单级压力比，并具有较宽的变工况范围的要求，研制开发了三元叶轮。三元叶轮特点：叶片既弯又扭，气流参数变化均匀；液流流动更加符合实际情况；多变效率达80%～86%；变工况的工作范围宽。叶轮出口的气流绝对速度较大，为了提高级的增压比和效率，设置了扩压器使气流降速增压。无叶扩压器：结构简单，级变工况较好，稳定工作范围宽。隔板直径大。叶片扩压器：结构复杂，效率高，隔板直径小。变工况性能差，稳定工作范围窄。3.7.2

扩压器（1）无叶扩压器

结构和工作原理：无叶扩压器通常是由两个平行壁面构成的环形通道所组成。从叶轮中流出的气体，经过扩压器通道时，由于通道截面面积逐渐增大，速度逐渐降低，而压力逐渐升高。无叶扩压器的优点：

结构简单、稳定工况范围大。通用性好，只要扩压器的D3及b3合适，可用于不同的的叶轮。无叶扩压器的缺点：要增加扩压效果，必然要尽量加大直径，这就加大了机器的径向尺寸。因为气流方向角基本不变，因此流动轨迹较长，摩擦损失较大。（2）叶片扩压器

结构和工作原理：在无叶扩压器的环形通道中，均匀安装叶片，就成为叶片扩压器。在叶片扩压器内叶道中的气流受到叶片的引导，迫使气流沿着叶片方向运动。气体在叶道中的运动轨迹α＝αA。由于扩压器叶片安置角是由进口向出口逐渐增加的，即αA3＜αA＜αA4。因此气流在叶片扩压器中流动时，气流方向角也是不断增加的，即α3＜αA＜α4叶片扩压器的优点：扩压程度大而尺寸小。叶片扩压器中的气流由于受到叶片的引导，使得流道短，流动损失小。在设计工况下，叶片扩压器的效率一般要比无叶扩压器高3～5％。叶片扩压器的缺点：在工况偏离设计工况时，由于α3与αA3不一致，产生冲击损失，使级效率下降较多。当冲角增大到一定值后，会因发生强烈的分离现象而导致压缩机喘振。因此，安有叶片扩压器的级或压缩机的性能曲线较陡，稳定工况区较窄。3.7.3

弯道和回流器为了把扩压器后的气体引导到下一级去进一步增压，在扩压器后设置了弯道和回流器。截面4－4至截面5－5为弯道；截面5－5至6－6为回流器

弯道一般不安装叶片，气体如同在无叶扩压器中流动一样，在弯道中流动也遵循质量守恒和动量矩不变的原理。气体从扩压器出来后经弯道拐180°弯进入回流器。由于气体进入回流器仍具有绕叶轮轴线的旋绕运动，为了保证下一级叶轮入口轴向进气，回流器必须装叶片，叶片数一般有12～18片。3.7.4

排气室排气室是把从扩压器或者叶轮(无扩压器时)出来的气体汇集起来，引到机外输气管道或冷却器中去，并把较高的气流速度降低至排气室出口的气流速度，使气体压力进一步提高。3.7.5

轴向力及平衡装置（1）转子的轴向力由于叶轮的轮盘和轮盖两侧所受的气体作用力不同，相互抵消后，还会剩下一部分轴向力作用于转子，所有叶轮轴向力之代数和就是整个转子的气体轴向推力。轴向力作用方向一般是从高压端向低压端。转子的轴向推力经平衡后，剩下的轴向推力由推力轴承来承担，如果推力过大，会影响轴承寿命，甚至损坏机器。总轴向力：叶轮的压力比越高，即叶轮出口和进口的压力差越大，轴向推力越大，反之就越小。（2）轴向推力的平衡方法叶轮对置或分段对置它是多级离心式压缩机最常用的轴向力平衡方法。缺点：管系布置复杂。平衡盘装置（平衡活塞）结构：平衡盘一般装在高压端，外缘与气缸间设有迷宫式密封，使平衡盘两侧保持压力差，一侧是高压气体，另一侧接转子的第一级入口，使气体压力接近于进气压力。作用原理：平衡盘两侧的压力差作用在平衡盘上，产生一个轴向力，方向正好和叶轮的轴向力相反。可以配置DsP和DaP使转子轴向力的大部分得到平衡。特点：平衡盘结构简单，不影响气体管线的布置，应用极为普遍。叶轮背面加筋作用原理：叶轮背面的筋使叶轮相当于半开式叶轮，在叶轮旋转时，带筋时叶轮背面靠近内径处的压力显著下降。特点：合理选择筋的长度，可将叶轮的部分轴向力平衡掉。这种方法在介质密度较大时，效果更为明显。3.7.6

轴承轴承的分类：滚动轴承、滑动轴承滚动轴承结构：内圈、外圈、滚动体和保持架优点：设计简单，效率高，产品标准化，具有优良的互换性和通用性，大多数类型的轴承能同时承受径向和轴向载荷，轴向尺寸较小，易于润滑、维护及保养。缺点：径向尺寸较大，在高速、重载荷条件下工作时，寿命短，振动及噪音较大。工作原理：利用轴颈在转动时将润滑油带入轴颈与轴承瓦之间的间隙而产生油膜压力，以支承轴颈所加的载荷。优点：滑动轴承的承载能力大，回转精度高，润滑油膜具有抗冲击作用，在大型旋转机械上获得广泛应用。分类：按承受载荷的方向不同滑动轴承分为径向轴承和推力轴承。（1）滑动轴承工作原理滑动轴承转速越高，油粘度越大，被带进的油越多，油膜压强越大，承受的载荷就越大。油的粘度过大，会使油分布不均匀，增加摩擦损失，不能保持良好的润滑效果。轴承间隙过大，对油膜形成不利，并增大油耗。轴承间隙过小，油量不足，不能满足轴承冷却要求。轴承油膜的形成和油膜压强的大小受轴的转速、润滑油粘度、轴承间隙、轴承负荷、轴承结构等因素的影响。（2）半速涡动和油膜振荡半速涡动当外界干扰使轴颈中心瞬时偏离平衡位置，由O’移至O”，油膜合力W’和载荷G不再大小相等、方向相反，而是形成一个合力ΔF，其分量ΔFx推动轴颈趋向返回O’，分量ΔFy推动轴颈绕平衡位置O’涡动涡动的特点：涡动角速度约为转子角速度的一半或稍低，故称之为半速涡动；涡动与转子的转向相同；涡动一旦产生，就在相当广的转速范围内持续下去，而且始终保持半速。涡动可能的三种情况：收敛的，油膜阻尼力大于推动力。稳定的，油膜推动力做功与阻尼力吸收的功相等，只要O”距O’在允许范围内稳定运转，则无危害。发散的，油膜推动力大于阻尼力，危险。油膜振荡

临界转速若转子旋转的角速度与转子弯曲振荡的固有圆周频率相重合，则转子发生强烈的共振导致转子破坏，转子与此相应的转速称为转子的临界转速。一旦转速远离临界转速，则转子运转平稳不发生强烈振动。转子弯曲振动的临界转速可有1、2……i阶个。但实际转子工作转速不会太大，所以关注1、2阶临界转速。

临界转速对刚性转子：对柔性转子：为防止轴承油膜振荡：油膜振荡轻转子油膜振荡的发展过程当转子转速升高到二倍于一阶临界转速时，半速涡动的角速度恰好等于一阶临界转速ωc1，则转子－轴承等发生共振性振荡，称为油膜振荡。轻载、中载、重载转子发生半速涡动和油膜振荡的起始转速随振幅的大小是不同的。有的重载转子不出现半速涡动，而在转速超过2ωc1的某更大转速直接发生油膜振荡。油膜振荡一旦产生，其振荡频率就趋近并保持一阶临界转速的频率不变，不再随转子转速的升高而变化。油膜振荡的振幅比半速涡动的振幅大得多，有毁坏机器的危险。为避免油膜振荡，要求工作转速小于二阶临界转速。防止油膜振荡的方法：提高转子刚度，即提高转子的一阶临界转速。但多级压缩机多用高速轻载柔性转子，提高刚度较困难。采用抑振性能良好的轴承，改变轴承的结构或参数。（3）径向支持轴承径向轴承指承受径向载荷的轴承。其结构分为轴瓦、轴承座、垫圈等。轴瓦的瓦块一般用钢材内浇一层1～3mm厚的巴氏合金制成，轴瓦的底部有进油孔，可使润滑油进入轴瓦，形成油膜，支持转轴，同时带走产生的热量。（1）普通的圆柱轴承（2）椭圆轴承（3）多油叶轴承（4）多油楔轴承（5）可倾瓦轴承巴氏合金巴氏合金是最广为人知的轴承材料，由美国人巴比特发明而得名，因其呈白色，又称白合金。具有减摩特性的锡基巴氏合金和铅基巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和压入性，广泛用于大型旋转机械。巴氏合金巴氏合金的主要成分是锡（Sn）、铅（Pb）、锑（Sb）、铜（Cu）。锑和铜用以提高合金强度和硬度。在所有这些合金系中，锑和铜均作为重要的合金化元素和硬化元素，而且其结构是由硬的、弥散于软基质中的金属间化合物组成。巴氏合金巴氏合金的组织特点：在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使巴氏合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。

（4）轴向推力轴承（止推轴承）当前，国内外活动多块式止推轴承主要分为两类，一类是米契尔轴承，一类是金斯伯雷轴承（Kingsbury）

。止推瓦块同基环直接接触，是单层的。优点：对变动载荷的适应能力较强，结构简单，轴向尺寸小。缺点：当瓦块厚度稍有差别或轴承基环同止推盘平行度有误差时，每块瓦块间负荷不能调节，会造成部分瓦块过载，使瓦块磨损不均。由止推瓦块、上摇块、下摇块和基环组成，它们之间以球面支点接触，止推块下垫有上水准块、下水准块、基环，相当于三层零件叠放在基环上，保证止推瓦块和摇块可自由摆动，使载荷分布均匀。优点：瓦块间载荷分布均匀，调节灵活，能自动补偿转子不对中、偏斜。缺点：结构复杂，需要轴向安装尺寸较长。金斯伯雷止推轴承推力盘下摇块上摇块扇形推力块金斯伯雷推力轴承工作原理：当各个止推块载荷不同时，就会引起轴承的不平衡，因止推块受力不均就要偏转，此时可通过上、下搭接的水准块，自动调节每个止推块上的载荷，直到每个止推块上的载荷相同，轴承重新建立平衡为止。即在转轴有较大的挠度及支点转角的情况下，各瓦块位置能随之平衡而产生均匀的油膜压力。

3.7.7

离心式压缩机密封装置密封：密封是指两个机械部件之间形成限制泄漏连接所采用的各种装置。限制泄漏作用的一对配合表面称为密封副。密封大体分为静密封和动密封两类。静密封

指运动副相对静止的结合面间的密封，如O型环密封等。动密封

指运动副相对运动的结合面间的密封，是旋转轴的密封，又分为非接触型（如迷宫密封、干气密封、浮动环密封和固定环密封等）和面接触型（如机械密封、填料密封等）两种。轴向密封径向密封压缩机的旋转轴密封面接触密封非接触密封机械端面密封唇环密封填料密封剖环式密封间隙密封迷宫密封气膜密封液膜密封（1）迷宫密封迷宫密封是一种由一系列节流齿隙和膨胀空腔构成的非接触密封形式，主要用于密封气体介质。特点：适应高温、高压、高转速场合。结构简单，性能稳定可靠。广泛用作为蒸汽透平、燃气透平、离心式压缩机、鼓风机等热力机械的轴端密封或级间密封。缺点是泄漏大。结构形式：在固定部件与轮盖、隔板与轴套、轴的端部设置密封件，采用梳齿式（迷宫式）密封。工作原理：利用节流原理。减小通流截面积，经多次节流减压，使在压差作用下的漏气量尽量减小。即通过产生的压力降来平衡密封装置前后的压力差。设计中应注意：减小齿逢间隙；增加密封齿数；加大齿片间的空腔和流道的曲折程度。（2）间隙密封——固定环间隙密封——结构形式：流体通过衬套与轴的微小间隙c流动时，由于流体的粘性摩擦作用而实现降压密封的目的。特点：设计简单，安装容易，价格低廉。由于长度较大，必须具有较大的间隙以避免轴的偏转、跳动等因素引起轴与衬套的固体接触，从而具有较大的泄漏率。固定衬套密封常用作为低压离心机轴端密封等。——浮动环间隙密封——结构形式：考虑到轴和密封环的相对热膨胀，间隙h一般为10~20μm。弹簧力和介质压力的作用，使密封通过一O形密封圈与壳体上的一个垂直于轴表面的光滑表面保持接触，密封环可以沿径向自由移动，但受定位销钉的限制不能转动。考虑到密封环与轴可能出现的摩擦磨损，密封环一般由减摩或耐磨材料制造，如石墨、碳化硅等。——浮动环间隙密封——对中机理：浮动环间隙密封在工作过程中具有自对中特性。密封环安装之后，其内表面与轴之间存在一定间隙，且不可避免地存在一定程度的偏心。为减少磨损和泄漏率，偏心程度应尽可能地小。在流体动压润滑轴承中，偏心间隙产生的流体动压力支撑起轴承载荷，使轴浮于油膜之上。由于浮动环与轴的偏心，轴旋转时产生的流体动压力将使得环浮起，并与轴趋于同心，形成非接触状态。轴承气缸外浮环内浮环密封油密封气参考气浮环密封结构示意图（3）气膜密封（干气密封）气膜密封——依靠几微米的气体薄膜润滑的机械密封，也称为干气密封。特点：与其它密封相比，气膜密封可省去密封油系统。泄漏量少、磨损小、寿命长、能耗低，操作简单可靠，被密封的流体不受油污染。结构：和传统上的液相用机械密封类似，只不过气膜机械密封的两端面被一稳定的薄气膜分隔开，成为非接触状态。它与机械密封有相似的剖面外形，特别之处在于动环表面加工出一系列沟槽（深度一般为0.0025～0.01mm），这些沟槽在轴旋转时可对气体的溢出有抑制作用，当气体压力与弹簧力平衡后，在动静环间形成气膜使动静环互不接触。工作原理：密封气体注入密封装置后，动静环均受到流体的静压力作用。当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切，产生动压力，气体从外缘流向中心，而密封坝抑制气体流动，气体压力升高，动静环分开，当气体压力与弹簧恢复平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，密封工艺气体。密封气体常用厂内自产的脱硫后的干气，既方便又经济。单端面干气密封适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况。串联式干气密封

它适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况带中间进气的串联式干气密封

适用于既不允许工艺气泄漏到大气中，又不允许阻封气进入机内的工况双端面干气密封

适用于不允许工艺气泄漏到大气中，但允许阻封气（例如氮气）进入机内的工况

密封支持系统密封油消耗维护费用能量费用工艺气体泄漏控制系统浮环密封密封油系统及仪表控制系统。花费10~30万美元150升/天左右油泵、控制阀、过滤器等主要设备的维护密封驱动2.9~14.7kW油泵:14.7~73.5kW气体夹带：10Nm3/h气