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　　离心式压缩机摘要离心压缩机是一种高转速、高功率而且是制造精度非常高的动 力机械.在航空航天、能石油化工及冶金等行业日益发挥着极其重要的作用.离心压 缩机的说明与使用成为大源动力、家关注的问题。本论文是关于离心式压缩机的工 作原理及基本结构特点的介绍，包括离心机的系统组成主机部件辅助设备及离心机 的冷却系统润滑系统等进行了详细说明。关于离心式压缩机的的各个环节，论文中 都有详细说明.关键词：离心式压缩机结构冷却润滑转子定子l目录第一章 离心压缩机的概述…………………………………………………4§1-1离心压缩机 的定义…………………………………………………………4§1-2离心压缩机的特 点…………………………………………………………4§1-3离心压缩机的适用范 围分类………………………………………………4第二章离心压缩机的工作原理分 析………………………………………4§1-1常用名词解 释………………………………………………………………4§1-2压缩机级中的流 动…………………………………………………………5第三章级内气体流动的能量 损失分析……………………………………5§1-1能的定 义……………………………………………………………………5§1-2级内气体流 动的能量损失分析……………………………………………5第四章离心压缩机的基 本结构……………………………………………6§1-1离心压缩机的系统组 成……………………………………………………6§1-2主机部 件……………………………………………………………………6第五章辅助设 备……………………………………………………………………7§1-1离心压缩机 传动系统………………………………………………………7§1-2离心压缩机冷却 系统………………………………………………………7§1-3离心压缩机润滑系 统………………………………………………………8§1-4机前过滤 器…………………………………………………………………9l§1-5离心压缩机压 力流量保护系统……………………………………………10§1-6离心压缩机机械保 护系统…………………………………………………12参考文 献……………………………………………………………………………14致 谢…………………………………………………………………………………15l第一 章离心压缩机的概述第一节定义离心压缩机：指气体在压缩机中的运动是沿垂 直于压缩机轴的径向进行的。工作原理是工作轮在旋转的过程中，由于旋转离心力 的作用及工作轮中的扩压流动，使气体的压力得到提高，速度也得到提高。随后在 扩压器中进一步把速度能转化为压力能。通过它可以把气体的压力提高。打个比方 说：一般是由一台原动机（电机）带动一根轴，轴上装有有4个叶轮，就好象一根 轴带了4个电扇，一个电扇的风传给了第二个电扇，又传给了另一个电扇，最后你 感觉到风的力量很大一样。离心压缩机就是这样通过叶轮把气体的压力提高的。第 二节特点离心压缩机是一种速度式压缩机，与其它压缩机相比较：优点：⑴排气 量大，排气均匀，气流无脉冲。⑵转速高。⑶机内不需要润滑。⑷密封效果好， 泄露现象少。⑸有平坦的性能曲线，操作范围较广。⑹易于实现自动化和大型化。 ⑺易损件少、维修量少、运转周期长。缺点：⑴操作的适应性差，气体的性质对操 作性能有较大影响。在机组开车、停车、运行中，负荷变化大。⑵气流速度大，流 道内的零部件有较大的摩擦损失。⑶有喘振现象，对机器的危害极大。第三节离 心压缩机的适用范围分类离心压缩机适用于大中流量、中低压力的场合。⑴按轴的 型式分：单轴多级式，一根轴上串联几个叶轮。双轴四级式，四个叶轮分别悬臂地 装在两个小齿轮的两端，旋转靠电机通过大齿轮驱动小齿轮。⑵按气缸的型式分： 水平剖分式和垂直剖分式。⑶按级间冷却形式分类：级外冷却，每段压缩后气体输 出机外进入冷却器。机内冷却，冷却器和机壳铸为一体。⑷按压缩介质分类：空气 压缩机、氮气压缩机、氧气压缩机等。第二章离心压缩机的工作原理分析第一节 常用名词解释⑴级：每一级叶轮和与之相应配合的固定元件（如扩压器等）构成一 个基本的单元，叫一个级。如：杭氧2TYS1002TYS76氧气透平压缩机高低压气缸 共有八个叶轮，就叫八级。⑵段：以中间冷却器隔开级的单元，叫段。这样以冷却 器的多少可以将压缩机分成很多段。一段可以包括很多级。也可仅有一个级。⑶标 态：0℃，1标准大气压。⑷进气状态：一般指进口处气体当时的温度、压力。⑸重 量流量：一秒时间内流过气体的重量。l⑹容积流量：一秒时间内流过气体的体积。 ⑺表压（G）：以当地大气为基准所计量的压强。⑻绝压（A）：以完全真空为基 准所计量的压强。⑼真空度：与当地大气负差值。⑽压比：出口压力与进口压力 的比值。第二节压缩机级中的气体流动叶轮被驱动机拖动而旋转，气体进入叶轮 后，对气体作功。那么气体既随叶轮转动，又在叶轮槽中流动。反映出气体的压力↑， 温度↑、比容↓。叶轮转动（理解“转动”）的速度即气体的圆周速度，在不同的半径 上有不同的数值，叶轮出口处的圆周速度最大。气体在叶轮槽道内相对叶轮的流动 （理解“流动”）速度为相对速度。因叶片槽道截面积从进口到出口逐渐增大，因此 相对速度逐渐减少。气体的实际速度是圆周速度与相对速度的合成，又称之为绝对 速度。第三章级内气体流动的能量损失分析第一节能的定义度量物质运动的一 种物质量，一般解释为物质作功的能力。能的基本类型有势能、动能、热能、电能、 磁能、光能、化学能、原子能等。一种能可以转化为另一种能。能的单位和功的单 位相同。能也叫能量。第二节级内气体流动的能量损失分析压缩机组实际运行中， 通过叶轮向气体传递能量，即叶轮通过叶片对气体作功消耗的功和功率外，还存在 着叶轮的轮盘、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦产生的轮阻损失，还存在着 工作轮出口气体通过轮盖气封漏回到工作轮进口低压低压端的漏气损失。都要消耗 功。这些损失在级内都是不可避免的，只有在设计中精心选择参数，再制造中按要 求加工，在操作中精心操作使其尽量达到设计工况，来减少这些损失。另外，还存 在流动损失以及动能损失以及在级内在非工况时产生冲击损失。冲击损失增大将引 起压缩机效率很快降低。还有高压轴端，如果密封不好，向外界漏气，引起压出的 有用流量减少。故此，我们有必要研究这些损失的原因，以便在设计、安装、操作 中尽量减少损失，维持压缩机在高效率区域运行，节省能耗。1、流动损失：定义： 就是气流在叶轮内和级的固定元件中流动时的能量损失。产生的原因：主要由于气 体有粘性，在流动中引起摩擦损失，这些损失又变成热量使气体温度升高，在流动 中产生旋涡，加剧摩擦损耗和流动能量损失，因旋涡的产生就要消耗能量；在工作 轮中还有轴向涡流等第二次流动产生，引起流量损失。在叶轮出口由于出口叶片厚 度影响产生尾迹损失。弯道和回流器的摩擦阻力和局部阻力损失等。 2、冲击损失 是一种在非设计工况下产生的流动损失。叶轮进口叶片安装角一般是按照设计气流 的进口角来决定的。一般是此时进气为无冲击进气。但是当工况发生偏离设计工况 时，气流进口角将发生气流冲击叶片的现象。 在正负冲角的情况下，都将出现气流 与叶片表面的脱离，形成旋涡区，使能量损失。冲击损失的增加与流量偏离设计流 量的绝对值的平方成正比。l 3、轮阻损失 叶轮的不工作面与机壳之间的空间，是 充满气体的，叶轮旋转时，由于气体有粘性，也会产生摩擦损失。又由于旋转的叶 轮产生离心力，靠轮的一边气体向上流，靠壳的一边气体向下流，形成涡流，引起 损失。 4、漏气损失： 包括内漏和外漏。 内漏气是指泄露的气体又漏回到压缩气 体中。包括两种情况：一种是从叶轮出?诘钠 宕右堵钟牖 堑目占渎┗氐浇 凇Ａ 硪恢质堑ブ岬睦胄难顾趸  捎谥嵊牖 侵 湟灿屑湎叮  宕痈哐沟囊槐呔  湎读魅氲脱挂槐摺?外漏是指压缩气体通过轴与机壳密封处间隙或机体的间隙直接 漏到大气中。 漏气损失是一个不可忽视的问题，我们在维修、操作中应特别注意， 有些空压机出现气量打不到设计值就是内漏和外漏引起的。 第四章 离心压缩机的 基本结构 第一节 离心压缩机系统组成 众说周知，整套离心压缩机组是由电气、机 械、润滑、冷却、控制等部分组成的一个系统。 虽然由于输送的介质、压力和输气 量的不同，而有许多种规格、型式和结构，但组成的基本元件大致是相同的，主要 由转子、定子、和辅助设备等部件组成。 第二节 主机部件一、离心压缩机的转子 转 子是离心压缩机的关键部件，它高速旋转。转子是由叶轮、主轴、平衡盘、推力盘 等部件组成。叶轮也叫工作轮，是离心式压缩机的一个重要部件，气体在工作路轮 中流动，其压力、流速都增加，同时气体的温度也升高。叶轮是离心式压缩机对气 体作功的唯一元件。1.在结构上叶轮典型的有三种型式：⑴闭式叶轮：由轮盘、轮 盖、叶片三部分组成。⑵半开式式叶轮：无轮盖、只有轮盘、叶片。⑶双面进气式 叶轮：两套轮盖、两套叶片，共用一个轮盘。⒉叶轮的结构以叶片的弯曲形式来分： ⑴前弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮的旋转方向相同。叶片出口角＞90°。⑵后 弯叶片式叶轮：叶片弯曲方向与叶轮的旋转方向相反，叶片出口角＜90°。⑶径向叶 片式叶轮：叶片出口方向与叶轮的半径方向一致，叶片出口角＝90°。 主轴的作用 就是支撑安装其上的旋转零部件（叶轮、平衡盘等）及传递扭矩。在设计轴确定尺 寸时，不仅考虑轴的强度问题，而且要仔细计算轴的临界转速。所谓临界转速就是 轴的转速等于轴的固有频率时的转速。 在多级离心压缩机中，由于每级叶轮两侧的 气体作用力不一致，就会使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力，我们称为 轴向力。轴向力对于压缩机的正常运转 是不利的，它使转子向一端窜动，甚至使转 子与机壳相碰，发生事故。因此应设法平衡它， 平衡盘就是利用它的两侧气体的压 力差来平衡轴向力的零件。热套在主轴上，通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余 的轴向力由止推轴承来承受。 推力盘是固定在主轴上的止推轴承中的一部分，它的 作用就是将转子剩余的l轴向力通过油膜作用在止推轴承上，同时还确定了转子与固 定元件的位置。二、离心压缩机的定子 定子是压缩机的固定元件，由扩压器、弯道、 回流器、蜗壳及机壳组成。 扩压器的功能主要是使从叶轮出来的具有较大动能的气 流减速，把气体的动能有效地转化为压力能。扩压器一般分为：无叶扩压器 、叶片 扩压器、 直壁式扩压器。弯道的作用使气流转弯进入回流器，气流在转弯时略有加 速。回流气的作用使气流按所须方向均匀的进入下一级。蜗壳主要作用是把扩压器 后面或叶轮后面的气体汇集起来，并把它们引出压缩机，流向输送管道或气体冷却 器，此外，在会聚气体过程中，大多数情况下，由于蜗壳外径逐渐增大和流通面积 的逐渐增大，也起到了一定的降速扩压作用。支撑轴承：用于支撑转子使其高速旋 转。止推轴承：作用是承受剩余的轴向力。 第五章 辅助设备 第一节 离心压缩机 传动系统空分装置中采用的离心压缩机由于转速高，一般采用电动机通过齿轮增速 箱来拖动。对于齿轮的材质要求相当高，一般采用优质合金钢，并经渗碳处理，以 提高硬度，同时要求提高加工精度。在出厂前，并经严格的静、动平衡实验。平衡： 包括静平衡、动平衡两种。 静平衡是检查转子重心是否通过旋转轴中心。如果二者 重合，它能在任意位置保持平衡；不重合，它会产生旋转，只有在某一位置时才能 静止不动。通过静平衡实验，找出不平衡质量，可以在其对称部位刮掉相应的质量， 以保持静平衡。动平衡：经过静平衡试验的转子，在旋转时仍可能产生不平衡。因 为每个零件的不平衡质量不是在一个平面内。当转子旋转时，他们会产生一个力矩， 使轴线发生挠曲，从而产生振动，因此，转子还需要做动平衡试验。动平衡试验就 是在动平衡机上使转子高速旋转， 检查其不平衡情况，并设法消除其不平衡力矩的 影响。 第二节 离心压缩机的冷却系统一、冷却的方式 主要有风冷、水冷。二、冷 却的主要方面 主电机、压缩后的气体、润滑油。 1、冷却主电机 主要为了防止电 机过度温升、烧损。通常采用的冷却方式有风冷、水冷。有的大型电机兼而有之。 2、 冷却压缩后的气体主要为了降低各级压缩后气体的温度，减少功率消耗。通常设置 水冷却器。在一台机组上设有多个冷却器，有的一级一个。有的两级一个，这样根 据冷却器的多少，又可以把压缩机分成几个段。冷却器内介质流动情况：⑴冷却器 管程走气，壳程走水；如：英格索氮压机、杭氧氧透就是这样，同时可以减少噪音。 ⑵冷却器管程走水，壳程走气。l 3、冷却润滑油： 压缩机的油站设有油冷却器。 降低油温和在一定范围内调节油温。 第三节 离心式压缩机组润滑系统润滑根据其 存在状态可分为：固体润滑剂、气体润滑剂、液体润滑剂、和半固体润滑剂等。一、 润滑油1、定义：润滑油是用在各种类型机械上以减少摩擦，保护机械及加工件的液 体润滑剂。2、润滑油的作用 ⑴润滑减摩：防止机件干摩擦，减少摩擦阻力，在零 件表面形成油膜。 ⑵冷却降温：通过润滑油的循环带走热量防止烧结。 ⑶清洁： 通过润滑油的流动冲洗 零件工作表面摩擦产生的金属和其它脏物。 ⑷密封：减少 外界的污染物进入。 ⑸锈防蚀：能吸咐在零件表面防止水、空气、酸性物质及害气 体与零件的接触。 ⑹减震缓冲：压缩机运行负荷很大，这个负荷经过轴承的传递润 滑，使承受的冲击负荷起到缓冲的作用。3、润滑油的性能指标、定义 ⑴粘度：表 示油品流动性大小的指标。粘度越小，流动性就越好；粘度越大，流动性就越差。 粘度的常见单位是厘斯（cSt） 。 ⑵运动粘度：表示液体在重力作用下流动时内摩 擦力的量度，其值为相同温度下液体的动力粘度与其密度之比，在国际单位制中以 mm2/s 表示。 ⑶粘度指数：表示油品的粘度随温度变化的特性。粘度指数越大， 油品的粘度随温度的变化越小。通过加大粘度指数可以提高油品在不同温度下使用 性能。一般以 VI 表示。 表示在规定温度下的单位体积内所含物质的质量。 ⑷密 度： 一般以 KG/L 或 kg/m3表示. ⑸倾点：用温度表示油品在储运和使用时的低 温流动性的指标。倾点越低，油品的低温性就越好。在某种程度上也表示了油品脱 蜡精制的深度。以℃表示。 ⑹闪点：用温度表示油品在高温下蒸发性及着火危险性 的指标。一般来说，闪点越高，油品的使用温度也越高，油品中混入汽油或柴油时， 闪点会明显降低。以℃表示。 ⑺抗氧化安定性：表示油品在使用和储存过程中，在 高温和金属催化下，油品抗氧化作用的能力。抗氧化安定性越好，油品的使用寿命 就越长。 ⑻总碱值： 中和存在于 1g 油品中全部碱性组分所需的酸量， 表示在规 定条件下，以相当的氢氧化钾毫克数表示。是测定油品中有效添加剂成分的指标， 表示内燃机油的清净性与中和能力。二、润滑脂:1、定义：是将稠化剂分散于液体 润滑剂中所形成的一种稳定的半固体。2、作用：润滑脂涂于机械摩擦部位，在机械 表面形成一定强度的油膜，以减小摩擦磨损，还可以防止金属氧化，填充机件空隙， 防止漏气、漏油、漏水，保证设备正常运转。 3、润滑脂的选用要根据机械的工作 温度、运转速度、负荷大小、工作环境和供脂方式的不同，综合考虑，一般应考虑 以下四个方面的因素：l ⑴温度。温度对润滑脂的影响很大，环境温度高和机械运 转温度高的，应选用耐高温的润滑脂，一般润滑脂的是温度都应低于其滴点 2030 摄 氏度。 ⑵转速。高速运转的机件温升高，温升快，易使润滑脂变稀而流失，使用时 应选用稠度较大的润滑脂。 ⑶负荷。根据负荷选用润滑脂是保证润滑的关键之一。 润滑脂锥入度的大小关系到使用时所能承受的负荷。负荷大应选用锥入度小（稠度 较大）的润滑脂。如果既承受重负荷又承受冲击负荷，应选用含有极压添加剂的润 滑脂，如含有二硫化钼的润滑脂。 ⑷特殊部位的要求。机械工作环境的不同，应选 用不同的润滑脂，在潮湿环境下应选用具有抗水性能的润滑脂；在尘土较多的环境 下，可选用浓稠的含有石墨的润滑脂；在含酸的环境下可选用经基脂；如对密封有 特殊要求，应选用钡基脂。 第四节机前进口过滤器 （ 在工业区空气的含尘量一般 每立方米 1-5 毫克 《氧气及相关气体规程》要求 。 以不大于每立方米 30 毫克） 灰尘粒度 0.5-20 微米， 10000 制氧机的加工空气量计算，每天进入的灰尘就有 10 公斤之多。空压机如果直接吸入，后果可想而知。固体杂质颗粒直径大于 100 微米 的在重力作用下会自然降落，小于 0.1 微米的不致引起危害，故净除的对象是 0.1---100 微米的尘粒。显然。粒度越小越难清除。空气过滤器捕集的对象主要是 0.1--10 微米的尘粒。净除后空气中含尘量小于每立方米 0.5 毫克。 对空气过滤器 考核的性能指标主要是除尘效率、阻力、及过滤器的容尘量。除尘效率-----过滤器 所捕集的尘量占气体带入过滤器总尘量的百分比。阻力----就是气体通过过滤器的压 降。 当然随着捕集灰尘的积累，阻力越来越大。会影响空气量。 容尘量---表示过 滤器滤料开始工作到需要更换滤料的时间内， 过滤器单位面积所捕集的尘量，这一 指标反映了过滤材料的消耗，过滤器的制作成本及气体净化成本。 为了防止不洁净 介质进入压缩机组，造成设备部件磨损、叶轮和气体冷却器污染从而降低效率。同 时氧透机组又为了防止因摩擦导致着火、爆炸重大事故发生。故此设置机前过滤器。 为了保证压缩机组的安全运行，离心压缩机组需要配备完善的润滑油系统。用以向 压缩机组的轴承、齿轮、增速机、电机轴承供油，使机组动件与静件在相对运行过 程中实现液体（油膜）与固体的摩擦，并带走产生的热量以及微小的金属粒子。另 外还有部分机组使用的轴位移计，是依靠压力油工作。因此，维护和调试好压缩机 组的润滑油系统就显得非常重要。一、离心式压缩机组润滑油系统组成： 整个润滑 油系统由以下主要机件组成：油箱、泵前过滤器、油泵、油冷却器、油过滤器、油 气分离器、排烟风机、高位油箱、阀门及连接管路。一般组装在油箱的上面及周围， 构成一集中式的供油系统。由操作员通过仪、电控制系统完成作业。⑴主路线：油 箱油→泵前过滤器→油泵加压→油冷却器→油过滤器→调压阀→各润滑点→油箱⑵ 辅助路线：油过滤器→高位油箱→窥镜→油箱 高位油箱→各润滑点→油箱l二、各 机件分叙如下：⑴油箱：用钢板焊成的储存润滑油的箱体。设有液位计、低液位报 警开关、就地温度计、电加热器、以及充油口、排油阀等。⑵泵前过滤器：防止机 械杂质进入油泵磨损部件。⑶油泵：介绍两种情况： A、润滑油系统装有两台相同 流量和压力的油泵，均用电机拖动，一个是主油泵、另一个是辅助油泵。正常工作 时，只需一个油泵运行，就能满足整个油系统的需要。运行中的主油泵在工作中必 须保证连续运转，辅助油泵是靠“当前油压值低于设定的油压值”自投的。 B、润滑 油系统装有两台油泵，一台小电机拖动，另一台靠大电机（压缩机配套的主电机） 拖动。因大电机拖动的油泵一般装在电机主轴的一端，我们习惯称之为“轴头泵”。 正常工作时，靠“轴头泵”运行来满足整个油系统的需要，压缩机启动前和停车后靠 小电机拖动的油泵供油。⑷油冷却器：在一定范围内用来降低和调节油温。⑸油过 滤器：一般设置两个。介绍两种情况： A、一个使用，一个备用。可以定期倒换， 但是在机组开车前应作实验，确定是否会造成油压降低，防止运行中造成停车。 B、 两个并联使用。⑹调压阀：用来控制总油管的压力，以保证润滑系统油压的稳定。 ⑺油气分离器、排烟风机： 油气分离器装在油箱盖上，把润滑系统产生的油雾中的 油气分开，分离出的油回到油箱，烟气排至大气中。一般油气分离器的排出口连接 排烟风机。⑻高位油箱：用.

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