【壓縮機網(wǎng)】一、工作原理

 

　　汽輪機(或電動(dòng)機)帶動(dòng)壓縮機主軸葉輪轉動(dòng)，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪后面的擴壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間的進(jìn)汽部份進(jìn)入葉輪，由于工作輪不斷旋轉，氣體能連續不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機中氣體的連續流動(dòng)。氣體因離心作用增加了壓力，還可以很大的速度離開(kāi)工作輪，氣體經(jīng)擴壓器逐漸降低了速度，動(dòng)能轉變?yōu)殪o壓能，進(jìn)一步增加了壓力。如果一個(gè)工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過(guò)使多級葉輪串聯(lián)起來(lái)工作的辦法來(lái)達到對出口壓力的要求。級間的串聯(lián)通過(guò)彎通，回流器來(lái)實(shí)現。這就是離心式壓縮機的工作原理。

 

　　二、基本結構

 

　　離心式壓縮機由轉子及定子兩大部分組成，結構如圖1所示。轉子包括轉軸，固定在軸上的葉輪、軸套、平衡盤(pán)、推力盤(pán)及聯(lián)軸節等零部件。定子則有氣缸，定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件。在轉子與定子之間需要密封氣體之處還設有密封元件。各個(gè)部件的作用介紹如下。

 

 

　　1、葉輪

 

　　葉輪是離心式壓縮機中z*重要的一個(gè)部件，驅動(dòng)機的機械功即通過(guò)此高速回轉的葉輪對氣體作功而使氣體獲得能量，它是壓縮機中w*的作功部件，亦稱(chēng)工作輪。葉輪一般是由輪蓋、輪盤(pán)和葉片組成的閉式葉輪，也有沒(méi)有輪蓋的半開(kāi)式葉輪。

 

　　2、主軸

 

　　主軸是起支持旋轉零件及傳遞扭矩作用的。根據其結構形式。有階梯軸及光軸兩種，光軸有形狀簡(jiǎn)單，加工方便的特點(diǎn)。

 

　　3、平衡盤(pán)

 

　　在多級離心式壓縮機中因每級葉輪兩側的氣體作用力大小不等，使轉子受到一個(gè)指向低壓端的合力，這個(gè)合力即稱(chēng)為軸向力。軸向力對于壓縮機的正常運行是有害的，容易引起止推軸承損壞，使轉子向一端竄動(dòng)，導致動(dòng)件偏移與固定元件之間失去正確的相對位置，情況嚴重時(shí)，轉子可能與固定部件碰撞造成事故。平衡盤(pán)是利用它兩邊氣體壓力差來(lái)平衡軸向力的零件。它的一側壓力是末級葉輪盤(pán)側間隙中的壓力，另一側通向大氣或進(jìn)氣管，通常平衡盤(pán)只平衡一部分軸向力，剩余軸向力由止推軸承承受，在平衡盤(pán)的外緣需安裝氣封，用來(lái)防止氣體漏出，保持兩側的差壓。軸向力的平衡也可以通過(guò)葉輪的兩面進(jìn)氣和葉輪反向安裝來(lái)平衡。

 

　　4、推力盤(pán)

 

　　由于平衡盤(pán)只平衡部分軸向力，其余軸向力通過(guò)推力盤(pán)傳給止推軸承上的止推塊，構成力的平衡，推力盤(pán)與推力塊的接觸表面，應做得很光滑，在兩者的間隙內要充滿(mǎn)合適的潤滑油，在正常操作下推力塊不致磨損，在離心壓縮機起動(dòng)時(shí)，轉子會(huì )向另一端竄動(dòng)，為保證轉子應有的正常位置，轉子需要兩面止推定位，其原因是壓縮機起動(dòng)時(shí)，各級的氣體還未建立，平衡盤(pán)二側的壓差還不存在，只要氣體流動(dòng)，轉子便會(huì )沿著(zhù)與正常軸向力相反的方向竄動(dòng)，因此要求轉子雙面止推，以防止造成事故。

 

　　5、聯(lián)軸器

 

　　由于離心壓縮機具有高速回轉、大功率以及運轉時(shí)難免有一定振動(dòng)的特點(diǎn)，所用的聯(lián)軸器既要能夠傳遞大扭矩，又要允許徑向及軸向有少許位移，聯(lián)軸器分齒型聯(lián)軸器和膜片聯(lián)軸器，目前常用的都是膜片式聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器不需要潤滑劑，制造容易。

 

　　6、機殼

 

　　機殼也稱(chēng)氣缸，對中低壓離心式壓縮機，一般采用水平中分面機殼，利于裝配，上下機殼由定位銷(xiāo)定位，即用螺栓連接。對于高壓離心式壓縮機，則采用圓筒形鍛鋼機殼，以承受高壓。這種結構的端蓋是用螺栓和筒型機殼連接的。

 

　　7、擴壓器

 

　　氣體從葉輪流出時(shí)，它仍具有較高的流動(dòng)速度。為了充分利用這部分速度能，以提高氣體的壓力，在葉輪后面設置了流通面積逐漸擴大的擴壓器。擴壓器一般有無(wú)葉、葉片、直壁形擴壓器等多種形式。

 

　　8、彎道

 

　　在多級離心式壓縮機中級與級之間，氣體必須拐彎，就采用彎道，彎道是由機殼和隔板構成的彎環(huán)形空間。

 

 

　　9、回流器

 

　　在彎道后面連接的通道就是回流器，回流器的作用是使氣流按所需的方向均勻地進(jìn)入下一級，它由隔板和導流葉片組成。導流葉片通常是圓弧的，可以和氣缸鑄成一體也可以分開(kāi)制造，然后用螺栓連接在一起。

 

　　10、蝸殼

 

　　蝸殼的主要目的，是把擴壓器后，或葉輪后流出的氣體匯集起來(lái)引出機器，蝸殼的截面形狀有圓形、犁形、梯形和矩形。

 

　　11、密封

 

　　為了減少通過(guò)轉子與固定元件間的間隙的漏氣量，常裝有密封。密封分內密封，外密封兩種。內密封的作用是防止氣體在級間倒流，如輪蓋處的輪蓋密封，隔板和轉子間的隔板密封。外密封是為了減少和杜絕機器內部的氣體向外泄露，或外界空氣竄入機器內部而設置的，如機器端的密封。

 

　　離心壓縮機中密封種類(lèi)很多，常用的有以下幾種：

 

　　1)迷宮密封

 

　　迷宮密封目前是離心壓縮機用得較為普遍的密封裝置，用于壓縮機的外密封和內密封。迷宮密封的氣體流動(dòng)，當氣體流過(guò)梳齒形迷宮密封片的間隙時(shí)，氣體經(jīng)歷了一個(gè)膨脹過(guò)程，壓力從P1降至右端的P2，這種膨脹過(guò)程是逐步完成的，當氣體從密封片的間隙進(jìn)入密封腔時(shí)，由于截面積的突然擴大，氣流形成很強的旋渦，使得速度幾乎完全消失，密封面兩側的氣體存在著(zhù)壓差，密封腔內的壓力和間隙處的壓力一樣，按照氣體膨脹的規律來(lái)看，隨著(zhù)氣體壓力的下降，速度應該增加，溫度應該下降，但是由于氣體在狹小縫隙內的流動(dòng)是屬于節流性質(zhì)的，此時(shí)氣體由于壓降而獲得的動(dòng)能在密封腔中完全損失掉，而轉化為無(wú)用的熱能，這部分熱能轉過(guò)來(lái)又加熱氣體，從而使得瞬間剛剛隨著(zhù)壓力降落下去的溫度又上升起來(lái)，恢復到壓力沒(méi)有降低時(shí)的溫度，氣流經(jīng)過(guò)隨后的每一個(gè)密封片和空腔就重復一次上面的過(guò)程，一直到壓力P2為止。由此可見(jiàn)迷宮密封是利用節流原理，當氣體每經(jīng)過(guò)一個(gè)齒片，壓力就有一次下降，經(jīng)過(guò)一定數量的齒片后就有較大的壓降，實(shí)質(zhì)上迷宮密封就是給氣體的流動(dòng)以壓差阻力，從而減小氣體的通過(guò)量。

 

　　常用的迷宮密封用的較多的有以下幾種：平滑形.、曲折形、曲折形、迷宮密封、臺階形。

 

　　2)油膜密封，即浮環(huán)密封

 

　　浮環(huán)密封的原理是靠高壓密封在浮環(huán)與軸套間形成的膜，產(chǎn)生節流降壓，阻止高壓側氣體流向低壓側，浮環(huán)密封既能在環(huán)與軸的間隙中形成油膜，環(huán)本身又能自由徑向浮動(dòng)。

 

　　靠高壓側的環(huán)叫高壓環(huán)，低壓側的環(huán)叫低壓環(huán)，這些環(huán)可以自由沿徑向浮動(dòng)，但不能轉動(dòng)，密封油壓力通常比工藝氣壓力高0.5Kg/cm2 左右進(jìn)入密封室，一路經(jīng)高壓環(huán)和軸之間的間隙流向高壓側，在間隙中形成油膜，將高壓氣封住，另一路則由低壓環(huán)與軸之間的間隙流出，回到油箱，通常低壓環(huán)有好幾只，從而達到密封的目的。

 

　　浮環(huán)密封用鋼制成，端面鍍錫青銅，環(huán)的內側澆有巴氏合金，以防軸與油環(huán)的短時(shí)間的接觸，巴氏合金作為耐磨材料。浮環(huán)密封可以做到完全不泄露，被廣泛地用作壓縮機的軸封裝置。

 

　　3)機械密封

 

　　機械密封裝置有時(shí)用于小型壓縮機軸封上，壓縮機用的機械密封與一般泵用的機械密封的不同點(diǎn)，主要是轉速高，線(xiàn)速度大，PV值高，摩擦熱大和動(dòng)平衡要求高等。因此，在結構上一般將彈簧及其加荷裝置設計成靜止式而且轉動(dòng)零件的幾何形狀力求對稱(chēng)，傳動(dòng)方式不用銷(xiāo)子、鏈等，以減少不平衡質(zhì)量所引起的離心力的影響，同時(shí)從摩擦件和端面比壓來(lái)看，盡可能采取雙端面部分平衡型，其端面寬度要小，摩擦副材料的摩擦系數低，同時(shí)還應加強冷卻和潤滑，以便迅速導出密封面的摩擦熱。

 

　　4)干氣密封

 

　　隨著(zhù)流體動(dòng)壓機械密封技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，其重要的一種密封型式螺旋槽面氣體動(dòng)壓密封即干氣密封在石化行業(yè)得到了廣泛的應用。相對于封油浮環(huán)密封干氣密封具有較多的優(yōu)點(diǎn)：運行穩定可靠易操作，輔助系統少，大大降低了操作人員維護的工作量，密封消耗的只是少量的氮氣，既節能又環(huán)保。

 

　　螺旋槽面干氣密封。它由動(dòng)環(huán)1、靜環(huán)2、彈簧4、O形環(huán)3、5、8，組裝套7及軸6組成。動(dòng)環(huán)表面精加工出螺紋槽而后研磨、拋光的密封面。一般來(lái)講螺旋槽深度約2.5~10μm，密封環(huán)表面平行度要求很高，需小于1μm，螺旋槽形狀近似對數螺旋線(xiàn)。

 

　　當動(dòng)環(huán)旋轉時(shí)將密封用的氮氣周向吸入螺旋槽內，由外徑朝向中心，徑向方向朝著(zhù)密封堰流動(dòng)，而密封堰起著(zhù)阻擋氣體流向中心的作用，于是氣體被壓縮引起壓力升高，此氣體膜層壓力企圖推開(kāi)密封， 形成要求的氣膜。此平衡間隙或膜厚h典型值為3μm。這樣，被密封氣體壓力和彈簧力與氣體膜層壓力配合好，使氣膜具有良好的彈性既氣膜剛度高，形成穩定的運轉并防止密封面相互接觸，同時(shí)具有良好剛度的氮氣膜可有效的阻止被介質(zhì)的泄漏。

 

　　干氣密封作用力情況正常運轉條件下該密封的閉合力(彈簧和氣體作用力)等于開(kāi)啟力(氣膜作用力)，當受到外力干擾，間隙減小，則氣體剪切率增大，螺旋槽開(kāi)啟間隙的效能增加，開(kāi)啟力大于閉合力，恢復到原間隙，若受到外擾間隙增大，則間隙內膜壓下降，開(kāi)啟力小于閉合力，密封面合攏恢復到原間隙 。

 

　　12、軸承

 

　　離心式壓縮機有徑向軸承和推力軸承。徑向軸承為滑動(dòng)軸承，它的作用是支持轉子使之高速運轉，止推軸承則承受轉子上剩余軸向力，限制轉子的軸向竄動(dòng)，保持轉子在氣缸中的軸向位置。

 

　　(1)徑向軸承

 

　　徑向軸承主要有軸承座、軸承蓋、上下兩半軸瓦等組成。

 

　　軸承座：是用來(lái)放置軸瓦的，可以與氣缸鑄在一起，也可以單獨鑄成后支持在機座上，轉子加給軸承的作用力z*終都要通過(guò)它直接或間接地傳給機座和基礎。

 

　　軸承蓋：蓋在軸瓦上，并與軸瓦保持一定的緊力，以防止軸承跳動(dòng)，軸承蓋用螺栓緊固在軸承座上。

 

　　軸瓦：用來(lái)直接支承軸頸，軸瓦圓表面澆巴氏合金，由于其減摩性好，塑性高，易于澆注和跑合，在離心壓縮機中廣泛采用。在實(shí)際中，為了裝卸方便，軸瓦通常是制成上下兩半，并用螺栓緊固，目前使用巴氏合金厚度通常在1~2mm。

 

　　軸瓦在軸承座中的放置有兩種：一種是軸瓦固定不動(dòng)，另一種是活動(dòng)的，即在軸瓦背面有一個(gè)球面，可以在運動(dòng)中隨著(zhù)主軸撓度的變化自動(dòng)調節軸瓦的位置，使軸瓦沿整個(gè)長(cháng)度方向受力均勻。

 

　　潤滑油從軸承側表面的油孔進(jìn)入軸承，在進(jìn)入軸承的油路上，安裝一個(gè)節流孔板，借助于節流孔板直徑的改變，就可以調節進(jìn)入軸承油量的多少，在軸瓦的上半部?jì)扔协h(huán)狀油槽，這樣使得潤滑油能更好地循環(huán)，并對軸頸進(jìn)行冷卻。

 

　　(2)推力軸承

 

　　推力軸承與徑向軸承一樣，也是分上下兩半，中分面有定位銷(xiāo)，并用螺栓連接，球面殼體與球面座間用定位套筒，防止相對轉動(dòng)，由于是球面支承或可根據軸撓曲程度而自動(dòng)調節，推力軸承與推力盤(pán)一起作用，安裝在軸上的推力盤(pán)隨著(zhù)軸轉動(dòng)，把軸傳來(lái)的推力壓在若干塊靜止的推力塊上，在推力塊工作面上也澆鑄一層巴氏合金，推力塊厚度誤差小于0.01~0.02mm。

 

　　離心壓縮機中廣泛采用米切爾式推力軸承和金斯泊雷式軸承

 

　　離心壓縮機在正常工作時(shí)，軸向力總是指向低壓端，承受這個(gè)軸向力的推力塊稱(chēng)為主推力塊。在壓縮機起動(dòng)時(shí)，由于氣流的沖力方向指向高壓端，這個(gè)力使軸向高壓端竄動(dòng)，為了防止軸向高壓端竄動(dòng)，設置了另外的推力塊，這種推力塊在主推力塊的對面，稱(chēng)為副推力塊。

 

　　推力盤(pán)與推力塊之間留有一定的間隙，以利于油膜的形成，此間隙一般在0.25~0.35mm以?xún)?z*主要的是間隙的z*大值應當小于固定元件與轉動(dòng)元件之間的z*小軸向間隙,這樣才能避免動(dòng)、靜件相碰。

 

　　潤滑油從球面下部進(jìn)油口進(jìn)入球面殼體，再分兩路，一路經(jīng)中分面進(jìn)入徑向軸承，另一路經(jīng)兩組斜孔通向推力軸承，進(jìn)推力軸承的油一部分進(jìn)入主推力塊，另一部分進(jìn)入副推力塊.