《化工装备技术》课件-项目五 离心式压缩机的运行与维护

CONTENTS1任务1离心式压缩机的基本结构与工作原理任务2离心式压缩机的能量损失及效率任务3离心式压缩机的性能曲线任务4离心式压缩机的性能调节任务5离心式压缩机的主要零部件任务6离心式压缩机的维护与检修项目五离心式压缩机的运行与维护项目五离心式压缩机的运行与维护任务1离心式压缩机的基本结构与工作原理课程目标【知识目标】掌握离心式压缩机的总体结构；掌握离心式压缩机的工作原理；熟悉离心式压缩机的基本术语和性能参数。【能力目标】能够理解离心式压缩机的结构组成；能准确分析离心式压缩机的工作原理。知识点010203目录离心式压缩机的总体结构离心式压缩机的特点离心式压缩机的工作原理04离心式压缩机的型号表示05离心式压缩机的主要参数概述利用高速旋转的离心叶轮将气体加速并压缩。气体经过旋转的螺旋线路流过叶轮，使气体被连续地加速并压缩。利用两个互相啮合的螺杆将气体推进并压缩速度式压缩机离心式轴流式螺杆式概述离心式压缩机速度式透平机械早期：低中压、大气量。现在：可用于高压（200×105Pa）较小的流量。一、离心式压缩机的总体结构1－叶轮；2－扩压器；3－弯道；4－回流器；5－蜗壳；6－吸气室；7、8－前、后轴封；9－级间密封；10－叶轮进口密封；11－平衡盘一、离心式压缩机的总体结构5-2离心压缩机的结构实物图离心压缩机是由转子、定子、轴承等组成，转子是由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘和联轴器等组成；定子是由机壳、扩压器、弯道、回流器、蜗壳等组成，定子又称为固定元件；除了这些组件外，为了减小机器的内、外泄漏，还有轴端密封装置和级间密封装置.一、离心式压缩机的总体结构5-2离心压缩机的结构实物图吸气室：将进气管中气体均匀导入叶轮。叶轮：唯一做功部件，增加气体能量。扩压器：主要转能装置（泵中蜗壳或导叶），速度能转换为压力能弯道：在扩压器后使离心流动变为向心流动，引入下一级回流器：使气流以一定方向均匀流入下一级叶轮入口，一般都装有导向叶片。蜗壳：收集气体，引出；降速扩压作用。主要过流部件二、离心式压缩机的结构与工作原理基本术语级——由一个叶轮及与其相配合的固定组件所构成的实现气体压力升高的基本单元。缸——一套缸体及一根轴，若干级装在一个机壳中构成一个缸。列——压缩机缸的排列数目，一列可由一至几个缸组成。段——是以进、排气口为标志，压缩机只有一个进气口和一个排气口就称为一段压缩。以中间冷却器作为分段的标志图5-4离心压缩机三段两次中间冷却示意图1—各级吸气压力；2—各级排气压力；3—各级吸气温度二、离心式压缩机的结构与工作原理工作原理离心压缩机工作原理与离心泵相同，结构形式基本相似。区别在于气体介质的可压缩性、热力学特性!用气体动力学的方法，即利用机器的做功元件(如高速回转的叶轮)对气体做功，使气体在离心力场中压力得到提高(如离心式压缩机)。二、离心式压缩机的结构与工作原理工作原理驱动机带动叶轮高速旋转叶轮带动气体高速旋转产生离心力气体获得能量（动能、压力能）气体甩出，叶轮中心形成负压输送气体（动能→压力能）吸入室与叶轮之间产生压差吸入气体，实现连续工作三、离心式压缩机的特点优点①排气量大如在大型合成氨厂中，主要压缩机几乎均为离心式压缩机，其中合成气压缩机在标准状态下排气量可达（12～17）×104m3/h；②结构紧凑、体积小机组占地面积及重量都比相同气量的活塞式压缩机小得多；③运转平稳可靠、连续运转时间长机器利用率高，维护费用低，操作人员少；④气缸内无润滑，不污染被压缩气体该特点在许多行业生产中保证被压缩气体的纯净度极为重要；⑤转速高离心式压缩机的转速较高，适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。一般在大型化工生产过程中往往有副产蒸汽，因此可用蒸汽轮机来拖动离心式压缩机，达到节能降耗的目的。概述有这些优势，使离心压缩机使用范围相当广泛：相对气量需求比较大工厂中心供气站例如：为自动化汽车生产流水线和纺织厂提供气源动力或为化工厂、炼油厂工艺生产流程中提供含氧空气源对气源有严格要求场合例如：食品、饮料加工、制药、电子元件制造、等领域。概述有这些优势，使离心压缩机使用范围相当广泛：针对特殊气体进行压缩输送场合例如：对甲烷、天然气等易燃气体进行压缩气体分离场合例如：对空气进行压缩分离。三、离心式压缩机的特点缺点（1）离心式压缩机的效率比活塞式压缩机的效率低，一般低5%~10%。（2）离心式压缩机只有在设计工况下，才能获得最高效率，当流量减小到一定程度时，会产生“喘振”现象。（3）离心式压缩机单级压力比不高，不适用于较小的流量和压力比较高的场合。（4）离心式压缩机稳定工况区较窄，尽管气量调节较方便，但经济性较差。四、离心式压缩机的类型与型号表示①

低压压缩机

排气压力在0.3~1MPa；②

中压压缩机

排气压力在1~10MPa；③

高压压缩机

排气压力在10~100MPa；④

超高压压缩机

排气压力高于1000kg/cm2；按排气压力分类①微型压缩机轴功率小于10KW；②小型压缩机轴功率在10~100KW；③中型压缩机轴功率在100~1000KW；④大型压压缩机轴功率在1000KW以上；按功率大小分类四、离心式压缩机的类型与型号表示①小流量压缩机流量小于100Nm3/min；②中流量压缩机流量在100~1000Nm3/min；③大流量压缩机流量大于1000Nm3/min.按吸入气体的流量分类①水平剖分型；②垂直剖分型按结构特点分类水平剖分型按用途和输送介质分类①

空气压缩机②

二氧化碳压缩机③

合成气压缩机④

裂解气压缩机⑤

氨冷冻机⑥

乙烯和丙烯压缩机等。四、离心式压缩机的类型与型号表示国产离心式压缩机的型号及意义四、离心式压缩机的类型与型号表示用被压缩气体的名称来表示压缩机的型号四、离心式压缩机的类型与型号表示制冷机常用如下的型号编制五、离心式压缩机的主要性能参数性能参数排气量排气压力转速功率压力比、能头效率单位时间内通过压缩机流道的气体量，可以用体积流量表示，也可以用质量流量表示。单位时间内通过压缩机流道的气体量，可以用体积流量表示，也可以用质量流量表示。气体在压缩机出口处的绝对压力，也称终压。压缩机转子单位时间的转数。压缩机运转时需要供给的轴功率。压缩机排气压力与进气压力的比值。通常采用多变能头和排气压力来反映压缩机能头的大小。课程小结项目五离心式压缩机的运行与维护任务2离心式压缩机的能量损失及效率课程目标【知识目标】掌握离心式压缩机能量损失的种类；掌握离心式压缩机的效率计算；【能力目标】能够准确分析能量损失的形成；能够理解离心式压缩机功与能头的关系。知识点010203目录流道损失离心式压缩机的总功耗轮阻损失与泄漏损失04离心式压缩机的功率概述实际气体在压缩过程中，即从压缩机吸入口经叶轮、扩压器、弯道和回流器进入下一级的全过程中，必然存在各种流动损失，导致压缩机无用功率增加和效率下降。这些损失包括流道损失、轮阻损失和漏气损失等三部分。一、流道损失Hhyd流动损失Hf摩擦损失由于流体具有粘性，气体在流道内流道会存在摩擦，造成流动摩擦损失。边界层分离损失在扩压流道中会产生边界层增厚，进而边界层与流道壁面脱离,甚至在接近壁面的边层气流中产生反向流动出现反向流动旋涡，引起很大损失，称边界层分离。边界层分离造成的能量损失称为边界层分离损失。图5-6接近物体壁面的气流速度分布图5-7在扩压通道中旋涡区的产生一、流道损失Hhyd流动损失Hf二次涡流损失在叶道、弯道转弯处，出现两边压力差，则压力大的流速低，压力小的流速高，高流速向低处流动，形成二次涡流，即二次流损失。二次涡流的产生是由流道同一截面中存在压差而引起的。二次流的存在干扰了主流流动,造成能量损失；同时还会使叶轮叶片的非工作面更容易分离。图5-8叶轮流动通道中二次涡流的产生一、流道损失Hhyd流动损失Hf尾迹损失由于叶片尾部总有一定厚度，所以当气体从叶轮(或叶片扩压器）的叶道中流出时，通流面积突然扩大，会使叶片两面流来的气流边界层突然发生分离，在叶片尾部外缘形成气流旋涡区,称为尾迹区。对应的能量损失即为尾迹损失。一、流道损失Hhyd冲击损失Hsh压缩机在偏离设计工况下运转时，气体流入叶轮和扩压器发生冲击而造成的能量损失。冲角i>0，正冲角。Q<Q0，冲击非工作面，β1<β1A冲角i<0，负冲角。Q>Q0，冲击工作面，β1>β1A二、轮阻损失与泄漏损失轮阻损失Hdf叶轮旋转时，轮盘、轮盖侧面及轮外缘与气体发生摩擦而产生的损失为轮阻损失。图5-12轮阻损失和漏气损失1—迷宫密封；2—平衡孔；3—叶轮入口；4—轴端密封压盖泄漏损失Hl由于由于压力差作用，高压气体向低压区流动，形成泄漏损失。主要发生在：①叶轮端盖处；级间，为内泄漏。

②轴的两个外伸端，为外泄漏。三、离心式压缩机的总功耗叶轮旋转对气体做功主要用于两个方面：直接做功（叶片功）损失功（转化）用于提高气体静压能用于提高气体动能用于克服气体在级中的流动阻力轮阻损失功内漏气损失功图5-12轮阻损失和漏气损失1—迷宫密封；2—平衡孔；3—叶轮入口；4—轴端密封压盖三、离心式压缩机的总功耗叶轮做功：总功=叶片功+损失功=叶片功+轮阻损失功+内漏气损失功

气体所获能头：

用符号h表示功或能头三、离心式压缩机的总功耗离心式压缩机的叶片功图5-14离心式压缩机的耗功分配图用于提高气体的静压能所消耗的功假设气体从级的进口到级的出口是按多变过程进行（多变指数为m'），对于1kg气体，当压力由p1（进口压力）升高到p2（出口压力）时，这部分静压能的提高要消耗一部分压缩功，这是叶轮传递给气体的多变压缩功，可用公式5-2表示。三、离心式压缩机的总功耗离心式压缩机的叶片功图5-14离心式压缩机的耗功分配图用于提高气体的动能所消耗的功设气体某一级的进口速度为c1(m/s)，该级出口速度为c2(m/s)，则由于速度的增加，气体的动能增加要消耗掉一部分叶片功，这是叶轮传递给气体的功，可用公式5-3来计算。一般来说，c1和c2相差不大，所以这部分功耗常常忽略不计。三、离心式压缩机的总功耗离心式压缩机的叶片功图5-14离心式压缩机的耗功分配图用于克服气体在级中的流动阻力所耗的功用于克服气体在级中的流动阻力所耗的功用表示，这部分损失占用无用功的主要部分，所以在设计时要尽量减少这一项。三、离心式压缩机的总功耗2.轮阻损失功叶轮的轮盘和轮盖的外表面及叶轮外缘等与周围气体间的相对运动产生摩擦而消耗功，称为轮阻损失功，见图5-15所示。轮阻损失功转变成热量而被气体吸收，从而转化为气体的能头。图5-15叶轮漏气损失及轮阻损失3.漏气损失功由于叶轮轮盖等处存在着泄漏，有部分高压气体从叶轮出口返回到叶轮入口，所消耗的功称为气体漏气损失功Wl，见图5-15所示。它也转变成热量而被气体吸收，进而转化为气体的能量头hl（Wl=hl

）。四、离心式压缩机的功率假设压缩机每一级出口的输气量为G，每一级的泄漏量为G1，则压缩机每一级的气体处理量是G+G1。1.离心式压缩机单级所消耗的总功率定义如下：叶片做功消耗功率：Nth=G·hth轮阻损失功率：Ndf泄漏损失功率：Nl=G1·hthNtot=Nth+Ndf+Nl单级叶轮总消耗功率四、离心式压缩机的功率1.离心式压缩机单级所消耗的总功率Ntot=Nth+Ndf+Nl

=G·hth+

G1·hth+Ndf

=

(G+

G1)hth+Ndf

为了求出泄漏损失功耗Nl和轮阻损失功耗Ndf，引入漏气损失系数βl和轮阻损失系数βdf，即漏气损失系数表示泄漏情况的好坏，一般取轮阻损失系数表示轮阻损失所消耗的功率的相对值，一般四、离心式压缩机的功率1.离心式压缩机单级所消耗的总功率将漏气损失系数和轮阻损失系数代入公式可得计算压缩机实际总的功率消耗。四、离心式压缩机的功率2.离心式压缩机多级所消耗的总功率离心压缩机的多级压缩所消耗的总功率是所有单级压缩所消耗功率之和。3.离心式压缩机轴功率—压缩机的单级所消耗的功率。—机械损失所消耗的功率。—压缩机的轴功率。五、离心式压缩机的效率效率——衡量传递给气体机械能的有用程度。多变效率表示实际耗功的有效利用程度反映离心式压缩机总的内部性能水力效率评价压缩机气体流道损失的主要指标机械效率总功率与轴功率的比值五、离心式压缩机的效率课程小结项目五离心式压缩机的运行与维护任务3离心式压缩机的性能曲线课程目标【知识目标】掌握离心式压缩机的性能曲线变化特性；熟悉压缩机的极限工况与稳定工况；了解压缩机性能曲线的影响因素；掌握离心压缩机管路特性曲线变化特性。【能力目标】能够准确分析离心式压缩机与管路的性能曲线；能针对压缩机的极限工况提出解决措施。概述性能参数流量Q压力比ε效率η功率N反映离心式压缩机性能的参数：一、级的性能曲线压缩机级的性能曲线是指在进气状态(进气压力ps，进气温度Ts)一定和转速不变的条件下，级的压比ε、多变效率ηpol以及功率N随该级进气量Qj而变化的关系曲线，即包括ε-Qj、η-Qj和N

-Qj

等三条曲线。性能曲线的定义一、级的性能曲线性能曲线的测定图5-16离心压缩机性能曲线测试装置一、级的性能曲线性能曲线的测定图5-17级的性能曲线图5-17所示为某压缩机的级在下列条件下测得的性能曲线。叶轮圆周速度u=270m/s、设计点效率ηpol

=0.81、压力比ε=1.54、设计点的气体流量Q设计

=67.6m3/min时所得到的级的性能曲线ε-

Qj及ηpol

-Qj

。一、级的性能曲线性能曲线的特点图5-17级的性能曲线工况、最佳工况点离心式压缩机性能曲线上的某一点，是压缩机运行时的某一工作状态，简称工况，通常将离心式压缩机性能曲线上效率最高的点，称为最佳工况点，一般是该机器设计工况点。要求压缩机尽可能的在此点附近工作。一、级的性能曲线性能曲线的特点图5-17级的性能曲线ε—Qj曲线：压力比随流量增大而减小，反之升高η—Qj曲线（1）设计点（额定工况）Qd下，η最高;（2）Qj>Qd时，压力比下降，η随Q增大而下降;（3）Qj<Qd时，压力比增加，η随Q减小而下降;二、整机的性能曲线图5-21离心压缩机的性能曲线离心式压缩机的性能曲线不论是多级的或是具有中间冷却的，都与单级性能曲线大致相同。都具有流量增加而压力比ε下降的特性，功率随流量的增加而增加，当流量增加到某一程度后，出口压力或压力比很快下降，这时功率也随之下降。稳定工况区喘振工况和堵塞工况之间的区域为稳定工作区。稳定工作范围的大小也是衡量级性能的一个重要指标。二、喘振工况离心压缩机当流量减小到某一个值时，压缩机工作不稳定，导致叶片通道中产生严重的气流脱离，形成旋转脱离现象，发生强烈振动及噪音，称“喘振工况”，此时的流量称“喘振流量”。三、性能曲线的影响因素转速对性能曲线的影响转速增加转速增大时，压缩机的压力比将显著增加，ε—Qj向右上方移动。转速增大时，性能曲线变陡，使稳定工况范围变窄。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。三、性能曲线的影响因素气体分子量对性能曲线的影响同一台压缩机分别压缩两种气体，n相同时，ε-Qj曲线不同。进气温度Ts不变，相同Qj下，压缩大质量气体所得到的ε较大；反之压缩轻的气体，所得ε较小。图5-23不同分子量的气体对性能曲线的影响三、性能曲线的影响因素温度对性能曲线的影响压缩同一气体，Ts较高时，ε-Q曲线在下方；Ts较低时，ε-Q曲线在上方。图5-24温度对性能曲线的影响ε四、喘振工况压缩机流量减少：喘振原理

气流进入叶轮时正冲角很大，冲角：在叶片非工作面发生气流边界层分离四、喘振工况喘振定义在离心压缩机的流道中，由于工况改变，流量显著减小，使叶片非工作面上的气流严重分离，并由一个或几个叶道开始，逐步向其它叶道扩展，沿叶轮旋转反方向发展，这种现象为“旋转脱离”（旋转失速）。随着旋转脱离的进一步扩大，气流受到严重阻塞，排出压力降低，当管网中气体压力高于压缩机出口压力时，管网气流会倒流，反向冲击叶轮。当气流灌满叶道后，又出现正向流动，管网中的压力又随之提高，正常排气又受到阻碍，流量又开始下降。这种周期性、低频率、大振幅的正反气流震荡现象为喘振，对应的极限流量Qjmin称为喘振流量。图5-18旋转脱离现象示意图非工作面工作面四、喘振工况喘振的危害（1）使压缩机的性能恶化，压力和效率显著降低。（2）机器出现异常的噪声、吼叫和爆音，使机器出现强烈的振动，压缩机的轴承、密封遭到损坏。（3）发生转子和定子的碰撞，造成严重破坏。四、喘振工况预防措施（1）操作者应具备标注压缩机喘振线的能力，可在比喘振线的流量大5％～10％的地方加注一条防喘振线，以提醒操作者注意。（2）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。（3）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。四、喘振工况预防措施（4）在压缩机出口设置旁通管或回流管，保证足够的气流返回到压缩机进口。图5-20防喘振系统简图1—压缩机；2—气体冷却器；3—防喘振控制阀四、喘振工况预防措施（5）在压缩机进口安装温度、流量监视仪表，出口安装压力监视仪表，一旦出现异常或喘振及时报警，最好还能与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。（6）运行操作人员应了解压缩机的工作原理，随时注意机器所在的工况位置，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。一旦进入喘振应立即加大流量退出喘振或立即停机。（7）在停机或减速时，应先降压后降速，防止管网回压。五、堵塞工况

气流速度升高，达到临界状态，即流速等于声速，此时流量为最大流量Qmax，若想再提高流量，则会出现激波（波障），叶片工作面发生严重分离，气流穿过波障时将有很大波阻损失，叶轮对气体所作的功，都消耗在克服流动损失上，使级中的压力不再升高，即ε=1，流量也不能再增加，这种工况称为“堵塞工况”，对应极限流量称为堵塞流量Qmax。六、管路特性曲线压缩机与管路（管网）联合工作整套装置连接形式：压缩机→管道→设备（装置）通常：管道+设备——称为管网系统压缩机的工作点压缩机特性曲线管路特性曲线六、管路特性曲线所谓管路特性曲线是指通过管路的气体流量Qj与保证该流量通过管路所需要的压力之间的关系曲线，即pe=f（Qj）。管路特性曲线的概念(a)管路阻力与流量无关(b)管路有局部阻力(c)(a)+(b)的结合课程小结项目五离心式压缩机的运行与维护任务4离心式压缩机的性能调节课程目标【知识目标】掌握离心式压缩机的工作点的定义；掌握离心式压缩机串并联的工作特性；熟悉离心式压缩机的性能调节方法。【能力目标】能够根据不同的工况选择两台压缩机的联结方式；能够针对工艺需求选择合适的方法对压缩机进行调节。知识点010203目录离心式压缩机的工作点离心式压缩机的串并联04改变离心式压缩机性能曲线的调节改变管路特性曲线的调节一、离心式压缩机的工作点当离心压缩机向管网中输送气体时，如果气体流量和排出压力都相当稳定（即波动甚小），这就是表明压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作状态。这个稳定工作点具有两个条件：一是压缩机的排气量等于管网的进气量；二是压缩机提供的排压等于管网需要的端压。所以这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线和管网性能曲线交点，因为这个交点符合上述两个相关条件。图5-26压缩机与管网联合工作稳定工作点一、离心式压缩机的工作点如果压缩机的工作点M处于压缩机性能曲线ε-Qj最高点S的左侧，这个工作点就是不稳定工作点，如果该交点在压缩机性能曲线ε-Qj最高点S的右侧，这个工作点便是稳定工作点，如图5-27所示。不稳定工作点图5-27不稳定工况导致喘振二、离心式压缩机的串并联串联特性图5-29两台压缩机串联工作时的特性曲线①总压比：两级压比的乘积②质量流量>单机流量特性：性能曲线变陡、稳定工况区变窄、应取第二级的稳定工况区宽于第一台。二、离心式压缩机的串并联并联特性同一压比的两个流量叠加特性：性能曲线变缓、稳定工况区变宽。图5-30两台压缩机并联工作时的特性曲线二、离心式压缩机的串并联串联：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。三、改变离心式压缩机性能曲线的调节离心压缩机的工作点为管路特性曲线与压缩机特性曲线的交点。但由于生产上工艺参数不可避免的会有变化，所以经常需要对压缩机进行手动或自动调节，使压缩机能适应生产要求，改变工况点,以保持生产系统稳定。调节方法等压调节：背压不变的情况下,调节流量（此方法较普遍)等流量调节：在保证流量不变前提下，调节压缩机排气压力压缩机调节的实质：改变工况点(1)改变压缩机性能(2)改变管路特性三、改变离心式压缩机性能曲线的调节方法：调节进口管道中阀门开度。优点：操作方法简单方便，经济性较好,减小极限喘振流量。缺点：存在节流损失，曲线变陡，稳定工况区变窄。进口节流调节阀门三、改变离心式压缩机性能曲线的调节进口节流调节同时改变压缩机性能曲线和管路特性曲线三、改变离心式压缩机性能曲线的调节改变转速调节方法：利用原动机改变转速。优点：操作方法简单方便，最经济，调节范围大。缺点：投资大。压力不变，调节流量流量不变，调节压力三、改变离心式压缩机性能曲线的调节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优点：经济性好于进出口节流调节。缺点：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，曲线越陡三、改变离心式压缩机性能曲线的调节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，来改变进口冲角。优点：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。缺点：经济性差，机构复杂，很少单独使用，主要是改变喘振点。四、改变管路特性曲线的调节出口节流调节-改变流量方法：调节压缩机出口管道中节流阀门的开度。优点：操作方法简单方便。缺点：不经济，仅在风机和小型压缩机上采用。四、改变管路特性曲线的调节出口节流调节-改变压力方法：关小压缩机出口管道中节流阀门的开度。优点：操作方法简单方便。缺点：不经济，仅在风机和小型压缩机上采用。比较总结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。项目五离心式压缩机的运行与维护任务5离心式压缩机的主要零部件课程目标【知识目标】掌握离心式压缩机的主要零部件的结构和特点；熟悉离心式压缩机的主要零部件的作用；掌握离心式压缩机常用的密封方式。【能力目标】能准确认识离心式压缩机的零部件；能够对离心式压缩机进行维护。知识点010203目录转动元件密封装置固定元件04滑动轴承概述概述离心式压缩机的结构组成转动元件主轴、叶轮、紧圈和固定环、轴向力平衡装置、轴套固定元件吸气室、扩压器、弯道和回流器、出口蜗壳密封装置轴端密封、级间密封滑动轴承径向轴承、止推轴承一、转动元件一、转动元件在离心式压缩机中，将由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器、套筒以及紧圈和固定环等转动元件组成的旋转体，称为转子。如图5-40所示为转子示意。一、转动元件主轴是离心式压缩机的主要零部件之一，其作用是传递功率、支承转子、固定元件的位置，保证机器的正常工作。主轴按结构一般可分为阶梯轴、节鞭轴和光轴等三种类型。主轴一、转动元件主轴节鞭轴的部分表面挖有环状凹形气体流道，级间没有轴套，叶轮由轴肩和销钉定位。这种形式的主轴既能满足气流流道的需求，又具有足够的刚度。一、转动元件主轴阶梯轴的直径大小是从中间向两端递减。这种形式的轴便于安装轴上零件，叶轮也可以由轴肩和键定位，而且刚度合理。一、转动元件主轴光轴的特点是安装叶轮部分的轴径是相等的，有形状简单，加工方便，便于系列化，但是轴上的零件的轴向定位需要工艺卡环，叶轮由轴套和键定位。轴上的零件往往采用过盈配合热套在轴上。一、转动元件主轴

一、转动元件叶轮又称工作轮，是压缩机的最主要的部件。叶轮随主轴高速旋转，对气体做功。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速旋转，受旋转离心力的作用以及叶轮里的扩压流动，在流出叶轮时，气体的压强、速度和温度都得到提高。叶轮一、转动元件根据叶片弯曲形式不同，分为：叶轮前弯式径向式后弯式能量头高中中反作用度小中大稳定工况区窄中宽流动效率低中高对于固定离心式压缩机，其效率是首要的经济指标，故都采用后弯式叶轮；对于移动离心式压缩机，为了使结构紧凑、减轻重量，采用径向叶片或前弯式叶轮。一、转动元件根据叶轮的结构形式不同，分为：叶轮闭式半开式开式结构形式特点开式加工制造简单，内泄漏量大，效率低。半开式加工制造较简单，叶轮与机壳侧面间隙要求严格。闭式加工制造复杂，检修方便，内泄漏损失小，效率高。一、转动元件根据叶轮的制造工艺不同，分为：叶轮加工方法特点铆接型制造加工简单，强度低，适用于低转速焊接型强度比铆接叶轮大，强度较大整体型省工时省料，易出现强度不够，造价昂贵轮盘、轮盖材料：采用优质碳素结构钢、合金结构钢或不锈钢；45、35CrMo、35CrMoV、34CrNi3Mo、18CrMnMoB等叶片材料：合金结构钢、不锈钢；20MnV、30CrMnSi、2Cr13一、转动元件紧圈与固定环固定环由两个半圈组成，加工时候按照同一个圆环加工而成，然后锯成两半，其间隙不大于3mm。装配时，先把两个半圈装配在轴槽内。随后将紧圈加热到大于固定环外径，并热套在固定环上，冷却后机壳牢固的固定在轴上。一、转动元件推力盘离心式压缩机设置平衡装置以后仍有部分轴向力未被平衡掉，原因有二：1.有些平衡装置很难平衡全部轴向力；2.全部平衡掉轴向力是没有必要的，因为这样反而会使转子工作不稳定，容易窜动。一般平衡掉70%，剩下30%作用在止推轴承上，推力盘就是将轴向力传递给止推轴承的装置。一、转动元件轴套轴套的作用是使轴上的叶轮与叶轮之间保持一定的间距，防止叶轮在主轴上产生窜动。轴套安装在离心式压缩机的主轴上，其结构如图5-44所示，其一端开有凹槽，主要起密封作用，另一端加工有圆弧形凹面，该圆弧形的凹面在主轴上的位置恰好与主轴上的叶轮入口处相连，这样可以减少因气流进入叶轮所产生的涡流损失和摩擦损失。二、固定元件气缸压缩机的壳体，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。二、固定元件吸气室气体入口管道，引导气流进入叶轮中心。二、固定元件扩压器起扩压和导流作用。扩压器种类：无叶片式；叶片式；直壁式。（1）无叶片扩压器：它是由两个平行壁构成的一个环形通道。结构简单，造价低，具有良好的适应性。但流动损失较大，故效率比有叶片的扩压器低。图5-46无叶片扩压器二、固定元件扩压器（2）叶片扩压器：装有均匀分布的叶片。一方面因直径的加大而减速扩压；另一方面由于叶片的导流，可使气流的方向角逐渐加大，从而获得较大的减速增压效果。具有扩压程度大，外形尺寸较无叶扩压器小，气流流动所经过的路程也短，效率较高。但冲击损失较大，稳定工作范围比无叶片扩压器小。二、固定元件扩压器（3）直壁扩压器：叶片扩压器的一种。其导叶间的通道有一段由直线或接近于直线的段所组成。有较高的效率和较好的扩压效果，且气体流动时的流动损失较小。其缺点是对工况适应性差，结构复杂，径向尺寸太大，加工较困难，故仅适用于流量较小的压缩机。二、固定元件弯道和回流器弯道：引导气流转向，由离心方向转为向心方向流动。回流器：靠流道内叶片导流，使气体无冲击的进入下一级叶轮中心。通常：扩压器+弯道+回流器——称为定子或导轮。而定子是由隔板形成。二、固定元件排气室也称蜗壳，其作用是收集级中的气体，并将其导入中间冷却器或压缩机后面的输气管道中。此外，在蜗壳汇聚气体的过程中，由于蜗壳曲率半径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起到了一定的降速增压的作用。（a）等截面排气室（b）变截面排气室图5-50等截面排气室与蜗壳课程小结三、密封装置密封内密封

轮盖密封级间密封外密封主轴与机壳间的密封（轴向密封）迷宫密封迷宫密封浮环密封机械密封干气密封三、密封装置迷宫密封

迷宫密封也称为梳齿型密封，是一种非接触型密封。主要用于离心压缩机级内轮盖密封、级间密封和平衡盘密封上。在压力较低，且允许流体少量流出时，也可作为轴密封(轴与壳体问的密封)使用。迷宫密封的结构用的较多的是以下几种：平滑形曲折形台阶形径向排列形、蜂窝形三、密封装置迷宫密封平滑形迷宫密封曲折形迷宫密封轴为光轴，密封体做成光滑内表面。密封体上有密封齿，轴上还有沟槽。结构形式三、密封装置迷宫密封台阶形迷宫密封多用于轮盖或平衡盘上的密封径向排列的迷宫密封结构形式三、密封装置迷宫密封

蜂窝形迷宫密封结构形式三、密封装置迷宫密封迷宫密封是利用节流原理使气体每经过一个齿片，压力就下降一次，经过一定数量的齿片后就形成较大的压降，实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力，从而减小气体的通过量。密封原理三、密封装置迷宫密封特点：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。三、密封装置迷宫密封提高迷宫密封效果的措施：减小齿缝面积梳齿顶应削薄并置制尖角梳齿密封应与转子同心增大空腔内局部阻力增加密封片数三、密封装置浮环密封浮环密封主要用在离心压缩机的轴封上，浮环密封由浮动环与轴之间的狭小环形间隙所构成，环形间隙内充满液体，相对运动的环与轴不直接接触，故适用于高速、高压和各种贵重的气体密封的场合。三、密封装置浮环密封浮环与轴套之间充满了封油，当轴转动时，在偏心圆柱间隙内将形成油膜，产生流体动压力，将浮环托起，浮环只能浮动而不能转动。油膜阻止了高压侧气体向低压侧泄漏。密封原理三、密封装置浮环密封剖分型结构形式整体型三、密封装置浮环密封结构形式整体型三、密封装置浮环密封特点密封结构简单，比机械密封零件少。对机器的运行状态并不敏感，有稳定密封性能。密封件不产生磨损，密封可靠，维护简单、检修方便。因密封件材料为金属，故耐高温。浮环可以多个并列使用，组成多层浮动环，能有效的宓封10MPa以上的高压。能用于1000～20000r/min的高速旋转流体机械，尤其适合气体压缩机，其许用速度高达100m/s以上。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)作浮动环，可以用于强腐蚀介质的密封密封间隙中是液膜，摩擦功率极小，机器有较高的效率。优点三、密封装置浮环密封特点密封件的制造精度要求高，环的不同心度、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。此外，需要一套复杂而昂贵的自动化供油系统。缺点三、密封装置干气密封（气膜密封）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。结构形式三、密封装置干气密封（气膜密封）它主要由动环和静环两部分组成。静止部分包括由O形环密封的静环、加载弹簧以及固定静环的不锈钢夹持套。动环组件利用一夹紧套和一锁定螺母等部件固定在旋转轴上随轴高速旋转。结构形式三、密封装置干气密封（气膜密封）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。密封原理三、密封装置干气密封（气膜密封）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。三、密封装置干气密封（气膜密封）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三、密封装置干气密封（气膜密封）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）进入机内的工况三、密封装置干气密封（气膜密封）特点：采用气体密封，省去了密封油系统取消了庞大的密封油供给系统及测控系统，使占地面积减少，重量轻、运行维护费用低具有运行可靠性高、使用寿命长、密封气泄漏量小、功耗极低、工艺回路无油污染，工艺气不污染润滑油系统等优点目前在国内应用的干气密封最高压力在10Mpa干气密封除了常应用于压缩机、泵设备的密封外，还可应用于反应釜等其他转动设备四、轴承工作原理：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。止推轴承径向轴承轴承结构分类轴承作用原理分类动压轴承静压轴承动压轴承工作原理依靠轴颈本身的旋转，把润滑油带入轴颈与轴瓦之间，形成楔状油楔，油楔受到负荷的挤压而产生油压，将轴颈上的载荷加以平衡，使轴颈与轴瓦内壁分开而形成油膜，轴与轴承处于液体摩擦状态，减少了摩擦与磨损，从而使轴转动轻巧灵活。四、轴承动压滑动轴承静压滑动轴承流体动力润滑

流体静压润滑

根据润滑膜的形成原理不同分：静压轴承是利用液压系统供给压力油于轴颈与轴承之间。使轴颈与轴承分开，从而保证轴承在各种载荷和转速之下都完全处在液体摩擦之中。因此静压轴承具有较高的承载能力、摩擦阻力小、寿命高等优点，但必须具有一套完整的供油液压系统。动压滑动轴承（多油楔）静压滑动轴承四、轴承

轴承的油膜振荡圆柱形内孔的轴承在轴转速上升时，轴逐渐浮起，油膜逐渐加厚，到一定转速时，油膜太厚，不能支持轴，反而下沉。下沉后，油膜又变薄，浮力增大，周而复始。这样由于轴两边润滑油流量的差异，使轴中心以近于轴转速一半的频率涡动（称半速涡动）。当轴的转速达到第一临界转速，振幅明显增加；轴转速达到第一临界转速的两倍后，半速涡动的涡动速度与转轴的第一阶临界转速相重合即产生共振，振幅急剧增大，转速升高振动也不消失，振荡频率也不变，这就是“油膜振荡”。油膜振荡将产生剧烈振动，可能造成轴承和轴系损坏，甚至造成严重事故。四、轴承

轴承的油膜振荡消除油膜振荡的方法①控制转速，即转速应避开转子第一临界转速的两倍。②控制润滑油的压力、黏度及温度。③提高转子平衡的精度，提高轴承的装配质量。④选择抗振性强的轴承结构。四、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。轴瓦上浇铸的巴氏合金1~3mm四、轴承根据承受载荷方向不同分:径向轴承

推力轴承轴承上的反作用力与轴心线垂直。

轴承上的反作用力与轴心线方向一致。径向轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力，保持转子转动中心和汽缸中心一致，并在一定转速下正常旋转。止推轴承的作用是承受转子的轴向力，限制转子的轴向窜动，保持转子在汽缸中的轴向位置。径向轴承推力轴承四、轴承径向轴承圆柱瓦轴承椭圆瓦轴承四、轴承径向轴承多油叶轴承可倾瓦轴承四、轴承径向轴承①圆柱瓦轴承圆柱瓦轴承在低速重载时，轴径处于较大的偏心下工作，因而是稳定的，可是在高速轻载下处于非常小的偏心下工作，很不稳定，油膜震荡一旦发生很难抑制。所以对于高速轻载转子，圆柱轴承很少采用。1，3—垫块；2，4—垫片；5—螺钉；6—销钉图5-73圆柱瓦轴承四、轴承径向轴承②椭圆瓦轴承椭圆瓦轴承由上下两段圆弧所构成，由于加工方便，使用较广泛。其特点是上、下两段圆弧都距轴承中心有较大的偏心，并产生两个油楔。其上瓦油楔的油膜压力就会对前述的轴颈失稳起到抑制作用，由于几何的对称性，这种轴承允许轴颈正反转。，—油膜压力；F一合力图5-74椭圆瓦轴承油膜压力四、轴承径向轴承③多油叶轴承多油叶轴承也称多油楔轴承，是由多块轴瓦组成，轴瓦的布置可以是对称的，也可以是非对称的。瓦块数一般为3~5块，它的油叶要比椭圆形轴承多，且每个油叶相对于轴承中心处于较大的偏心距下工作，轴颈受多方油叶的作用，故抑制振动特性优于椭圆瓦轴承。（a）双油叶轴承；（b）四油叶轴承；（c）五油叶轴承图5-75多油叶轴承四、轴承径向轴承④可倾瓦轴承这种轴承由多块可以绕支点偏转的活动瓦块组成。这是目前认为抑振性能最好的轴承。它不仅油楔数多，且当外部发生变化使轴颈中心瞬时离开平衡位置时，由于瓦块可以绕支点偏转能够自动调整到平衡位置，使其不存在维持振荡的因素，因而稳定性很好。1—上轴承套；2—连接螺钉；3—进油孔；4—支撑脊；5—可倾瓦块；6—下轴承套；7—当油圈图5-76可倾瓦轴承其优点是每一块瓦均能自由摆动，在任何情况下都能形成最佳油楔，高速稳定性非常好，不易发生油膜振荡，在离心式压缩机中普遍应用。四、轴承止推轴承止推轴承的工作原理与径向轴承类似，也是由转子上转动的推力盘与轴承上几块扇形而形成的收敛油楔动压力来平衡转子的轴向推力载荷。其可分为米契尔轴承和金斯伯雷轴承。四、轴承止推轴承米歇尔型瓦块轴承，在油压作用下瓦块绕支承筋摆动倾斜，从而在推力盘与推力瓦块之间形成楔形间隙，当转子旋转时，油被不断带入楔形间隙，形成具有抗压能力的动压油膜，以承受汽轮机的轴向推力，并将推力传递给轴承座。由于形成了油膜液体润滑，所以在汽轮机正常运行时，推力盘与推力瓦块之间不会产生金属磨擦。①米歇尔轴承1一径向轴承瓦块；2―定距套；3，5一止推瓦块；4一推力盘；6一基环图5-77米切尔式轴承结构示意图四、轴承止推轴承②金斯伯雷轴承金斯伯雷轴承结构特点是层叠式自动平衡推力的轴承，是由若干个止推块组成。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，止推块与水准块之间通过球面支点接触。四、轴承止推轴承②金斯伯雷轴承其工作原理：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。1一止推瓦块；2一上水准瓦块；3一下水准瓦块；4一推力盘；5一基块图5-78金斯伯雷式轴承结构示意图课程小结项目五离心式压缩机的运行与维护任务6离心式压缩机的维护与检修课程目标【知识目标】了解离心式压缩机日常维护内容；熟悉离心式压缩机的常见的故障及处理方法；了解离心式压缩机的拆卸和零部件的检查内容。【能力目标】能够对离心式压缩机进行故障诊断；会正确拆卸和安装离心式压缩机。知识点0102目录日常维护常见故障现象及处理方法03离心式压缩机的维修一、日常维护1.每小时巡回检查一次,检查设备几个系统的运行情况,通过闻、听、看、摸等手段判断设备运行是否正常以及有无泄漏现象；记录现场指示仪表的指示值并要准确、整洁记录存档备查；2.监测压缩机及电机的振动情况和轴位移变化情况,并认真作好记录,发现异常情况应及时进行分析并采取相应调整措施,若危险情况不能消除,应停机处理；3.检查润滑油的压力、温度、流量，检查滑油过滤器的压差等，必要时进行调整和切换过滤器，检查各传动设备联轴器等须润滑部位的润滑情况及油脂量是否正常，必要时应给予补充；日常维护一、日常维护4.在保证安全的前提下处理设备的跑、冒、滴、漏，必要时应停机处理；5.检查防腐保温是否完好，发现损坏应及时修理；6.检查仪表整定值是否正确，调节动作是否稳定、准确，运行操作值是否符合工艺、设计和安全方面的要求，检查各联锁开关和切换开关是否在正确位置；日常维护一、日常维护7.检查油系统备用泵及其它备用设备状态，应能够满足快速启动的要求，检查润滑油系统各阀门应在正确的开、关位置，润滑油压、密封气压力、N2压力，各阀风压信号应稳定，且符合工艺要求，辅助油泵启动开关应在自动位置，检查油箱油位是否正常且稳定；8.检查循环冷却水供应是否正常；9.检查N2发生器工作是否正常；10.保持设备清洁卫生。日常维护二、常见故障现象及处理方法故障现象故障原因处理方法压缩机异常振动1、对中不好1、检查对中情况，必