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　　离心式压缩机原理及结构月涌大江2013年9月4日 1 7 2020 1 概述 一 离心式压缩机主要零部件 三 目录 密封装置 四 离心式压缩机的整体结构 二 2 第一章 概述 一 按压缩气体的方式不同 压缩机通常分为两类 容积式和透平式 一般容积式压缩机宜用于中小流量的场合 透平式压缩机宜用于大流量的场合 从能量观点来看 压缩机是把原动机的机械能转变为气体压力能的一种机 容积式压缩机气体压力的提高是利用气体容积的缩小来达到的 透平式压缩机气体压力的提高是利用叶轮和气体的相互作用来达到 3 气体压缩机 容积式 透平式 往复式 回转式 活塞式 柱塞式 隔膜式 罗茨式 叶氏式 螺杆式 滑片式 离心式 轴流式 斜流式 复合式 按压缩气体的方式 4 二 按气流运动方向分类1 离心式 气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相垂直 2 轴流式 气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相平行 3 斜流式 气体在压缩机中的流动方向介于离心式和轴流式之间 流动方向与旋转轴成某一夹角 4 复合式 在同一台压缩机内 同时具有轴流式与离心式 斜流式 工作叶轮 一般轴流在前 离心在后 5 三 其它分类 1 按用途分类根据风机用于某种装置的名称或者在装置中的作用来命名分类 如高炉鼓风机 催化裂化主风机 转炉煤气鼓风机 锅炉引风机 烧结鼓风机 2 按结构 水平剖分型 垂直剖分型 筒型 和等温型 3 排气压力 4 按输送介质 空气 二氧化碳 合成气 裂解气等 离心通风机 风压在10 15kPa离心鼓风机 风压在15 350kPa离心压缩机 风压在350kPa以上 6 第2节 离心式压缩机型号 命名及含义 7 1 排气压力指气体在压缩机出口的绝对压力 也称终压 单位KPa或MPa 2 转速压缩机转子单位时间的转了多少转 3 功率压缩机运转时需要的轴功率 单位为KW 4 排气量指压缩机单位时间内能压送的气体量 有体积流量和质量流量之分 体积流量用符号Q表示 单位立方米每秒 质量流量用符号G表示 单位千克每秒 5 效率是衡量压缩机性能好坏的重要指标 一 主要性能参数 第三节 主要性能参数能术语 8 级 由一个叶轮与其相配合的固定元件所构成段 以中间冷却器作为分段的标志 如前所述 气流在第三级后被引出冷却 故它为二段压缩 缸 一个机壳称为一缸 多机壳称为多缸 在叶轮数较多时采用 列 指压缩机缸的排列方式 一列可由一至几个缸组成 二 离心式压缩机常用术语 9 为了节省压缩机的耗功 压缩机常常有中间冷却器 中间冷却器把全部级分隔成几个段 在每段里 有一个或几个级 每个级是由一个叶轮及与其相配合的固定零件所构成 对于离心式压缩机级来说 从其基本结构上来看 它可以分为中间级和末级两种 一 中间级中间级由叶轮 扩压器 弯道和回流器等组成 气体经过中间级后将直接流到下一级去继续进行增压 在离心压缩机的每一段里 除了段中的最后一级外 都属于这种中间级 级和段 10 二 末级末级由叶轮 扩压器 蜗室等组成 气体经过这一级增压后将排出机外 流到冷却器进行冷却 或送往排气管道输出 对于这两种级的结构型式来说 叶轮是这两种级所共同具有的 只是在固定元件上有所不同 对于末级来说 它是以蜗室取代中间级的弯道和回流器 有时还取代了级中的扩压器 11 离心式压缩机的结构及各零部件 第二章 1 7 2020 12 一 离心式压缩机半剖面构造图 13 中间级 叶轮扩压器弯道回流器等首级 增加吸气室末级 无弯道无回流器增加蜗壳 叶轮 扩压器 弯道 回流器 密封装置 出口蜗壳 吸气室 通过旋转叶轮实现能量转换 使气体主要沿径向离心方向流动从而提高气体压力的机器称为离心压缩机 离心式压缩机整体构造图 14 工作机理气体由吸气室吸入 通过叶轮对气体做功 使气体压力 速度 温度提高 然后流入扩压器 使速度降低 压力提高 弯道和回流器主要起导向作用 使气体流入下一级继续压缩 最后 由末级出来的高压气体经涡室和出气管输出 由于气体在压缩过程中温度升高 而气体在高温下压缩 消耗功将会增大 为了减少压缩耗功 故对压力较高的离心式压缩机在压缩过程中采用中间冷却器 即由某中间级出口的气体 不直接进入下一级 而是通过蜗室和出气管 引到外面的中间冷却器进行冷却 冷却后的低温气体 再经吸气室进入下级压缩 15 离心式压缩机主要零部件 第三章 1 7 2020 16 第一节 转子 转子是离心压缩机的主要部件 它是由主轴 叶轮 平衡盘等组成的 17 类型 阶梯轴 节鞭轴 光轴 主轴上安装所有的旋转零件 它的作用就是支持旋转零件及传递转矩 主轴的轴线也就确定了各旋转零件的几何轴线 主轴通常为阶梯轴 以便于零件的安装 各阶梯的突肩起轴向定位作用 也可采用光轴 因为它具有形状简单 加工方便的特点 一 主轴 18 叶轮也称为工作轮 它是压缩机中最重要的一个部件 气体在叶轮叶片的作用下 跟着叶轮做高速的旋转 而气体由于受旋转离心力的作用以及在叶轮里的扩压流动 使气体通过叶轮后的压力得到了提高 此外 气体的速度能也同样在叶轮里得到了提高 因此可以认为叶轮是使气体提高能量的唯一途径 叶轮是由轮盘 轮盖和叶片组成 这种叶轮称为闭式叶轮 按照工艺方法的不同 叶轮又可以分为铆接叶轮 焊接叶轮 铣制焊接叶轮和整体铸造叶轮 二 叶轮 19 叶轮 20 21 在多级离心压缩机中 由于每级叶轮两侧的气体作用力的大小不等 使转子受到一个指向低压端的合力 这个合力称为轴向力 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 造成事故 因此要设法平衡 消除 它 平衡盘就是利用它的两边气体压力差来平衡轴向力的零件 它位于高压端 它的一侧压力可以认为是末级叶轮轮盘侧的间隙中的气体压力 高压 另一侧通向大气或进气管 它的压力是大气压或进气压力 低压 由于平衡盘也是用热套法套在主轴上 上述两侧压力差就使转子受到一个与轴向力反向的力 其大小决定于平衡盘的受力面积 通常 平衡盘只平衡一部分轴向力 剩余的轴向力由止推盘 止推轴承 承受 平衡盘的外缘安装气封 可以减少气体泄漏 三 平衡盘 鼓 22 23 四 轴承 Morepics 24 定子中所有零件均不能转动 它是由机壳 扩压器 弯道 回流器 蜗室和密封等组成 一 机壳机壳也称为气缸 机壳是静子中最大的零件 它通常是用铸铁或铸钢浇铸出来的 对于高压离心压缩机 采用圆桶形锻钢机壳 以承受高压 机壳一般有水平中分面 以便于装配 检修 上下机壳用定位销定位 用螺栓联接 下机壳装有导向柱 便于拆装定位 吸气室 蜗壳也是机壳的一部分 它的作用是把气体均匀地引入叶轮 然后顺畅地导出机壳 吸气室内通常浇铸有分流肋 使气流更加均匀 也起到增加机壳刚性的作用 第二节 定子 25 2020 1 7 26 27 二 扩压器气体从叶轮流出时 它具有较高的流动速度 为了充分利用这部分速度能 常常在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器 用以把速度能转化为压力能 以提高气体的压力 扩压器一般有无叶型 叶片型 直壁型扩压器等多种形式 三 弯道在多级离心式压缩机中 气体欲进入下一级就必须拐弯 为此要采用弯道 弯道是由机壳和隔板构成的弯环形通道空间 28 左机壳 右机壳 隔板 theinsidestructureofcompressor pdf 29 四 回流器回流器的作用是使气流按所需要的方向均匀地进入下一级 它由隔板和导流叶片组成 通常 隔板和导流叶片整体铸造在一起 隔板借销钉或外缘凸肩与机壳定位 五 蜗室蜗室的主要目的是把扩压器后面或叶轮后面的气体汇集起来 把气体引导到压缩机外面去 使它流到气体输送管线或流到冷却器去进行冷却 此外 在汇集气体的过程中 在大多数情况下 由于蜗室外径的逐渐增大和通流截面的渐渐扩大 也对气流起到一定的降速扩压作用 离心式压缩机各部件 动画 Theinstallationofcompressor 30 密封装置 第四章 1 7 2020 31 密封安装位置 Casing InnerCasing Suction Discharge EndCover Diffusers ReturnChannels RadialBearing ThrustBearing Seal Shaft Impellers BalancePiston 32 离心式压缩机的轴端密封 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 离心式压缩机的轴端密封主要有以下几种型式 轴向密封 浮环密封 阻塞密封 迷宫密封径向密封 单端面螺旋槽式机械密封 干气密封 33 离心式压缩机的轴端密封 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 轴与壳体间的密封 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的迷宫密封还有一种新型的迷宫密封叫蜂窝形迷宫密封 34 离心式压缩机的轴端密封 平滑行迷宫密封 35 离心式压缩机的轴端密封 台阶形迷宫密封 36 离心式压缩机的轴端密封 密封原理 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 37 干气密封典型结构 弹簧座 410 弹簧 哈氏合金C 推环 410 腔体 410 轴套 410 波纹带 蒙耐尔K 500 压紧套 410 静环 碳石墨 Cranite2000 动环 碳化硅 38 离心式压缩机的轴端密封 干气密封材料 动环 碳化钨 碳化硅静环 碳石墨 Cranite2000 特种材料 克兰专利 金属件 410不锈钢 316不锈钢 哈氏合金 其它弹簧 哈氏合金C 39 离心式压缩机的轴端密封 工作原理 干气密封与传统的机械密封相类似 密封面由动环和静环组成 其中动环端面上刻有许多沟槽 他们互不相通 各个沟槽从旋转环的外径向中心延伸 但不贯通 接口槽外深内浅 在沟槽的末端形成了密封堰 当处于非运行状态时 动环与静环的密封面接触 在运行状态时 气体被吸入沟槽中压缩的同时 遇到密封堰的阻拦 气体压力升高 克服静环座弹簧力和作用在静环上的流体静压力 使动 静环密封面脱离接触 产生很小的间隙3 7微米 通过这种方法使间隙持久的存在 流经密封面的密封气同时也起到了冷却机封的作用 动画演示 40 离心式压缩机的轴端密封 旋向 密封坝 气体受压 压力升高 产生间隙 气体向中心泵送 单向螺旋槽 41 离心式压缩机的轴端密封 42 离心式压缩机的轴端密封 单向槽 螺旋槽 V型槽优点 动压效应强 气膜刚度大 抗外界扰动能力强 双向槽 枞树 U型槽 T型槽优点 可以长时间反转 缺点 较单向槽动压效应弱 气膜刚度小 推荐 优先采用单向槽 特殊情况双向槽 43 离心式压缩机的轴端密封 带中间迷宫串联干气密封 44 干气密封及系统的作用方式 串联式密封型式 45 N2隔离 二级放空 N2缓冲 一级放火炬 过滤后的工艺气 工艺气 轴承油 串联式密封型式 干气密封及系统的作用方式 46 密封气进气 惰性气体 出口 带有惰性气体的密封 47 离心式压缩机的轴端密封 干气密封主要特征 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 是一种环保型密封 4 密封辅助系统简单 可靠 不需要密封油系统 因此消除工艺流程中的气体被油污染 使用中也不需要维护 48 离心式压缩机的轴端密封 干气密封主要特征 缺点 1 密封自身结构复杂 零部件多 对加工工艺 产品设计和装配能力要求较高 2 适应工况变化的能力不强 3 工艺介质必须允许与密封干气相混 4 需要一定压力的气源 气源压力至少高于介质压力0 2MPa 5 有微量气体进入工艺流程 干气密封实体图 49 由于水平有限 难免有不妥之处希望大家能够长期免费指教 谢谢 50 2020 1 7 51

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