离心式压缩机

nullnull第一章 离心式压缩机null 压缩机在油(气)田及长输管道气体工业中得到广泛的应用。在油田开采过程中，未经处理的油田气压力比较低，在收集过程和处理加工之前一败需要用压缩机进行增压；原油稳定、地下注气也离不开压缩机。在气田上，个别低压气也要用压缩机增压。长输气管道靠压缩机提供输送压力。因此，可以说压缩机是油(气)田及长输管道气体工业的心脏设备。 为了确保压缩机的长周期平稳正常操作，降低生产费用，按，高质量的超额完成产品任务，必须使压缩机具备长周期运转的可靠性，高的效率，较低的能耗等性能。一旦压缩机发生故障，不仅给设备本身带来影响，而且对生产的影响极大。第一节、压缩机分类及工作原理null 压缩机的种类很多，按工作原理可以分为三大类：容积型、动力型(速度型或透平型)和热力型。在容积型压缩机中，压力的提高是依靠直接将气体的体积压缩实现的。而在动力型压缩机中是靠高速旋转叶轮的作用，提高气体的压力和速度，随后在固定元件中使一部分速度能进一步转化为气体的压力能。喷射器是热力型压缩机，它采用高速气体或蒸气的喷射携带向内流动的气体，然后在扩压器个把混合物的速度能转化为气体的压力能。压缩机分类及工作原理null压缩机分类及工作原理null第二节、压缩机现状及发展趋势 多年来，我国压缩机制造业在引进国外技术，消化吸收和自主开发基础上，攻克不少难关，取得重大突破。例如，催化裂化装置用的主风机和富气压缩机、加氢装置用的循环氢压缩机、新氢压缩机，乙烯压缩机，化肥压缩机组等已大量在石化生产中应用。其中，水平剖分式离心压缩机和轴流式压缩机制造技术已接近或达到国际同类产品先进水平，往复式活塞压缩机达到国际同类产品水平。 null目前，离心式压缩机的国际发展方向是压缩机容量不断增大、新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器相继出现；高压和小流量压缩机产品不断涌现；三元流动理论研究进一步深入，不仅应用到叶轮，还发展到叶片扩压器静止元件设计中，机组效率得到提高；采用噪音防护技术，改善操作环境等。 离心式压缩机压缩机现状及发展趋势分析 null 国内为石化企业提供压缩机的制造厂家有十余家，主要有沈阳鼓风股份有限公司、陕西鼓风机（集团）有限公司、上海鼓风机厂等，其中沈阳鼓风机股份有限公司生产的离心压缩机在国内石化压缩机市场占有率达到50%以上。 压缩机现状及发展趋势分析 null 目前我国的富气压缩机进口流量达到81600Nm3/h，功率达7166KW，已用于300万吨/年催化裂化和延迟焦化装置；离心式循环氢压缩机流量达250000Nm3/h，功率达1600KW，出口压力达18MPa，已经用于120万吨/年加氢裂化装置；裂解气压缩机流量达120000Nm3/h,功率达18000KW，已应用于3050万吨/年乙烯裂解装置；大化肥装置的空气压缩机、天然气压缩机、氨压缩机、二氧化碳压缩机已应用于2030万吨合成氨装置；空分装置的空气压缩机流量达到220000Nm3/h，功率达到17580KW，已经应用于40000Nm3/h空分装置。 压缩机现状及发展趋势分析 null 陕西鼓风机（集团）有限公司在引进瑞士苏尔寿公司技术基础上，成功设计制造出170多台套性能优良的轴流压缩机，其中，60多台套用于催化裂化装置的主、备风机。为大连石化公司350万吨/年催化裂化装置制造的主风机是目前国内石化装置中最大的轴流压缩机，流量厉害到300000Nm3/h，功率达到40000KW。 压缩机现状及发展趋势分析 null 但是，我国离心压缩机在高技术、高参数、高质量和特殊产品上还不能满足国内需要，50%左右产品需要进口。另外，在技术水平、质量、成套性上和国外还有差距。随着石化生产规模不断扩大，我国离心压缩机在大型化方面将面临新的课题。 压缩机现状及发展趋势分析 null 国外往复式活塞压缩机发展方向为大容量、高压力、结构紧凑、能耗少、噪声低、效率高、排气净化能力强；普遍采用撬装无基础，全罩低噪音设计，大大节约了安装、基础和调试费用；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，使气阀寿命大大提高；在产品设计上，应用压缩机热力学、动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件等，提高计算准确度，通过综合模拟模型预测压缩机在实际工况下的性能参数，以提高新产品开发的成功率，压缩机机电一体化得到强化。活塞式压缩机压缩机现状及发展趋势分析 null 与国外往复式压缩机技术水平相比，我国的主要差距为基础理论研究差，产品技术开发能力低，工艺装备和实验手段后，产品技术起点低，规格品种、效率、制造质量可靠性差。另外，技术含量高和特殊要求的产品还满足不了国内需求。 压缩机现状及发展趋势分析 第三节 离心压缩机第三节 离心压缩机一、离心式压缩机的工作原理及主要结构 1、离心压缩机典型结构简介 典型的离心压缩机DA120—62结构如图所示。其型号中的“DA”代表单吸式离心压缩机：“120”表示吸入流量约120立方米每分钟；“6”表示共有6级叶轮；“2”表示是该型号的第二次设计产品。 一缸（机壳）、两段（中间冷却次数）、六级（叶轮、扩压器、弯道和回流器组数）组成。 2、主要参数 进口流量125立方米每分钟，排气压力6.23105Pa，转速13900 r/min,功率660kw,可输送空气或者其他无腐蚀性的工业气体,适合用于化工、冶金、制氧、制药等部门。null第三节 离心压缩机null 3、工作原理 气体由吸气室进入，通过旋转叶轮对气体作功，使气体的压力、温度和速度都提高了，然后使气体进入进入扩压器，把气体的速度能转换为压力能。弯道\回流阀主要起导向作用，使气流均匀地进入下一级叶轮继续压缩，由于气体逐级地被压缩，因此气体温度不断升高。为了降低气体温度减少功能消耗，在气体经过三级压缩后，由蜗壳引出，经中间冷却后，再引至第四级叶轮入口继续压缩，经六级压缩后的高压气体由排出管排出。第三节 离心压缩机null1．流量大。 离心压缩机中气体是连续流动，流通截面较大，同时叶轮转速很高，故流量很大，进气量在5000m3/min以上。 2．转速高。离心压缩机中转子只作旋转运动，转动惯量小，且与静止部件不接触。这不仅减少了摩擦，还可大大提高转速。 3．结构紧凑。机组重量及占地面积都比同一气量的活塞压缩机小得多。 4．运转可靠。由于转动部件与静止部件不直接接触摩擦，因而运转平稳、排气均匀、易损件少，一般可连续运转一年以上。且不需备用机组，维修量小。 三、离心压缩机的特点第三节 离心压缩机null5．单级压力比不高。目前排气压力需在500105Pa以上时，只能使用活塞压缩机。 6．效率稍低。由于离心压缩机中气流速度较大，造成能量损失较大，故效率较活塞压缩机稍低。 7．由于离心压缩机转速高、功率大、无备机，因此一旦发生事故，后果是严重的，需有一系列紧急安全保障设施。 离心式压缩机能够处理气体的大致流量范围见表1-1。表中数据适用于单级压缩机，对于多级压缩，最小排量为14.2m3 /min。 三、离心压缩机的特点第三节 离心压缩机nullACFM = actual cubic feet per minute 每分钟立方英尺的实际流量 第三节 离心压缩机null四、离心式压缩机的主要结构 离心式压缩机本体由转子、定子、轴承等组成。转子由主轴、叶轮、联轴器等组成，有时还有轴套、平衡盘。定子由机壳、隔板、密封（级间密封和轴密封）、进气室和蜗室等组成。其中隔板由扩压器、弯道、回流器等组成。有时在叶轮进口前设有进气导流器（预旋器）。1．壳体 离心式压缩机的壳体结构主要有水平剖分型和垂直剖分型两种。水平剖分型的壳体分为上、下两半（图1-4），出口压力一般低于7.85MPa，是用途最广泛的一种结构型式。 第三节 离心压缩机null 垂直剖分型也称筒型（图1-5），壳体是圆柱形的整体，两端采用封头。这种结构最适用于压缩高压力和低分子量、易泄漏的气体，由于气缸是圆柱形的整体，能承受较高的压力。 第三节 离心压缩机null2．叶轮 离心式压缩机的叶轮又称工作轮，是使气体提高能量的唯一元件。叶轮按其整体结构可分为开式、半开式和闭式三种，压缩机中实际应用的是半开式和闭式两种。叶轮随叶片出口角2（见1-6）的不同，可分为前向叶轮(不采用) 、径向叶轮和后向叶轮。 第三节 离心压缩机null2．叶轮 null3．扩压器 常在叶轮后设置流通面积逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体压力。 离心式压缩机的扩压器分无叶扩压器和叶片扩压器两种。 无叶扩压器效率较低，但结构简单， 同一无叶扩压器可与不同出口角的叶轮匹配工作。 对于工况变化较大的情况，采用无叶扩压器较好。 具有相同扩压度时，叶片扩压器的径向尺寸比无叶扩压器小， 对于工况变化小的情况，为了提高效率，以采用叶片扩压器较好。第三节 离心压缩机null4．轴封 在离心式压缩机的各级之间和主轴穿过机壳处，为了防止泄漏，安装轴封装置。 轴封型式有迷宫密封、机械密封、浮环密封和抽气密封等。 迷宫密封是在密封体上嵌入或铸入或用堵缝线固定多圈翅片，构成迷宫衬垫。 翅片的有黄铜片、磷青铜片、铅青铜片、铝片和白合金片等。视气体的性质、有无灰尘或雾，以及气体温度而定。第三节 离心压缩机null第三节 离心压缩机null抽气密封的流程如图所示 第三节 离心压缩机null 浮环密封如图1-9。运行时注入高压油，密封环在旋转的轴上浮动，环与轴之间形成稳定的液膜，阻止高压气体泄漏。第三节 离心压缩机null 由于浮环油膜密封具有摩擦小、安全、自动对中，以及漏油量少等优点，因此特别适用于大压差、 高转速的离心式压缩机。 机械密封（图1-11），由动环和静环组成的摩擦面，阻止高压气体泄漏。密封性能好，结构紧凑，但摩擦副的线速度不能太高，工作时所需高于被密封的内部气体的润滑油压，要比采用浮环密封时高。第三节 离心压缩机null五、离心式压缩机的辅助系统 1、润滑油和密封油系统 离心式压缩机的润滑油系统由油箱、油过滤器、油冷却器、安全阀、单向控制阀、油泵和驱动机、压力表等组成。 密封油系统包括油箱、油过滤器、油冷却器、安全阀、止回阀、油泵及相应的电动机、管路和接头等组成。 机械密封一般在转速n3000r/min时采用。机构密封可适用于大多数气体，但它主要是用于清洁的气体、重烃气体和冷剂气体等。第三节 离心压缩机null2、其它辅助系统 离心式压缩机还包括有齿轮箱或联轴器、轴向位移安全器和冷却分离器等辅助设备。离心式压缩机的驱动方式第三节 离心压缩机null六、、离心式压缩机的型号 6.1 新名称型号表示法 （1）名称 离心压缩机产品名称组成如下：第三节 离心压缩机null（2）型号： 离心压缩机产品型号组成如下： 第三节 离心压缩机null1 操作性能 离心式压缩机的特性基本上取决于速度而不取决于结构，即排气量的变化与速度成正比，产生的压头与速度的二次方成正比，所需功率与速度的三次方成正比。 操作特性由系统阻力所决定。在选择压缩机之前必须先确定系统的能力和任务。图1-16所示为可变转速的低压缩比离心式压缩机特性曲线变化的基本趋势。 七、操作性能及特性计算第三节 离心压缩机null第三节 离心压缩机null2 特性计算 离心式压缩机的内部通常是不冷却的，因此按m>k的多变特性进行操作。 2.1 排气温度 离心式压缩机的排气温度按多变压缩计算 第三节 离心压缩机null 在一些资料中，引入了绝热效率ad。绝热效率可近似看成为同一被压缩介质在起始温度和压力相同，以及压缩比相同的条件下，绝热压缩的温升Δtd与多变压缩Δtp的温升之比 ：第三节 离心压缩机null多变效率 ： 多变效率和压缩比无关，只反映了多变指数和绝热指数之间的关系。绝热效率则和压缩比有关，在多变效率相同时，压缩比增加，绝热效率减小。反之，压缩比减小，绝热效率增加。 第三节 离心压缩机null2.2 多变能量头 对压缩机来说，能量头的概念相当于泵的扬程的概念，即叶轮对每千克气体所作的功。第三节 离心压缩机null2.3 马赫数 马赫数是气流速度和气体音速的比值 u2——叶轮圆周速度，m/s 叶轮转速越高则马赫数越大。马赫数增加，流动过程中的损失增加，还可能产生冲击波。因此，马赫数的变化会对离心压缩机的性能产生很大影响，是压缩机设计中的一个重要参数。一般都严格控制气体的速度，使马赫数小于1，通常第一级叶轮考虑Ma<0.75~0.85。第三节 离心压缩机null2.4 离心式压缩机的功率 离心式压缩机的实际消耗功为：g为机械效率，一般为以下数值 N>2000kW，g=97~98% N=1000~2000 kW，g=96~97% N<1000kW，g=94~96% c为传动效率，直接传动时c=1.0，用齿轮增速箱传动时，c=0.93~0.98。 第三节 离心压缩机null3、特性估算（图表估算法之一） 估算步骤： ①如果被压缩气体为混合物，首先要根据混合气体中各组分的物性确定混合气体的分子量和压缩系数。 ②利用第一步得出的气体物性以及其它有关数据，求出进入压缩机的进口体积。 第三节 离心压缩机null ③ 从图1-23求出所需要的压头。查图时，如果使用绝热指数k，求得的压头就是绝热压头；如果使用多变指数m，求得的压头就是多变压头。 第三节 离心压缩机null ④ 利用图1-24，根据要求压缩机产生的压头，可求出压缩机需要的近似级数。如果级数不是整数，则应使用接近的较高的整数。 第三节 离心压缩机null ⑤压缩机的近似排气温度可从图1-25查得。 第三节 离心压缩机null⑥压缩机的近似功率值可查图1-26。 第三节 离心压缩机null ⑦ 压缩机机械损失查图1-27。该图是常用的多级压缩机不同转速和壳体尺寸时的功率损失值。 ⑧总近似功率值是近似功率值与损失功率之和。第三节 离心压缩机null八、离心式压缩机的喘振和临界流速 1、喘振 任何离心压缩机按其结构尺寸， 在某一固定的转速下，都有一个最高 的工作压力，在此压力下有一个相应 的最低的流量。当离心压缩机出口的 压力高于此数值时，就会产生喘振。第三节 离心压缩机null给定压力下，流量小于最小喘振流量 给定流量下，压力大于最高喘振压力喘振发生的条件：第三节 离心压缩机null发生喘振时，机组开始强烈振动，伴随发生异常的吼叫声，而且是周期性地发生； 机壳相连接的出口管线也随之发生较大的振动； 进口管线上的压力表指针大幅度摆动； 出口止回阀处发生周期性的开和关的撞击声响； 主电动机的电流表指针大幅度的摆动； 在操作仪表上，流量表等也发生大幅度的摆动。喘振发生的现象：第三节 离心压缩机null喘振对压缩机的迷宫密封损坏较大，由于密封的损坏，将使润滑油窜入流道，影响冷却器和冷凝器的效率。 严重的喘振很容易造成转子轴向窜动，烧坏止推轴瓦，叶轮有可能被打碎。 极严重时，可使压缩机遭到破坏，会损伤齿轮箱，电动机以及连接压缩机的管线和设备等。喘振发生的危害：第三节 离心压缩机null防止压缩机喘振的发生的： 1、防止进气压力低、进气温度高和气体分子量减小等； 2、防止管网堵塞使管网特性改变； 3、要坚持在开、停车过程中，升、降速度不可太快，并且先升速后升压和先降压后降速； 4、开、关防喘振阀时要平稳缓慢。关防喘振阀时要先低压后高压，开防喘振阀时要先高压后低压。第三节 离心压缩机null压缩机喘振发生后的应急措施： 如万一出现“旋转失速”和“喘振”，首先应立即全部打开防喘振阀，增加压缩机流量，然后根据情况进行处理。若是因进气压力低、进气温度高和气体分子量减小等原因造成的，要采取相应措施使进气气体参数符合设计要求；如是管网堵塞等原因，就要疏通管网，使管网特性优化；如是操作不当引起的，就要严格规范操作。第三节 离心压缩机null2、 临界转速 水平放置的轴都存在一定的临界转速，它是轴本身的一种特性。当轴还没有旋转时，由于重力的作用，轴向下弯曲（虽然弯曲量很小）。弯曲转动过来后，仍然是弯曲的。由于轴在转动，弯曲也不断出现，表现出来就是振动，称为自振。 轴本身和轴上安装的零件，由于制造安装的原因，转子的重心和转动中心不可能在同一中心线上重合，由于中心偏差，转动起来就有一个离心力，此离心力使转子发生振动。振动的次数决定于转子的转速，转动一次就振动一次，所以叫强迫振动。第三节 离心压缩机null当自振和强迫振动的频率相等时，叫共振。共振时的压缩机转速叫作临界转速。 对一台离心压缩机来说，临界转速不止一个，转速最低的一个叫作第一临界转速。通常临界转速由制造厂确定。在产品样本中，常给出了第一临界转速和第二临界转速，作为运转时的参考。 在第一临界转速以下运转的压缩机，应使工作转速低于临界转速的70%，即： 1.3工作转速临界转速 在第一和第二临界转速之间运转的的压缩机，应使 1.3第一临界转速工作转速0.8第二临界转速第三节 离心压缩机 改变转速的调节方法，是几种调节方法中最省功率的办法，但要受驱动机的限制。用燃气轮机或汽轮机作驱动机时，这种调节方法较适宜。用电动机作驱动机时，在变频器应用前由于变速较困难，常不得不采用其它调节方法。九、 离心式压缩机的流量调节 1、改变转速第三节 离心压缩机null在压缩机排气管上安装调节阀，来改变压缩机出口处的压力，以调节压缩机的流量这种调节方法不改变压缩机的特性曲线，但要增加功率消耗 。 2、排气管节流第三节 离心压缩机3、进气管节流3、进气管节流 进气管节流后，在转速不变时，离心压缩机的体积流量和压缩比的特性曲线不变。但由于进气压力减少，离心压缩机的质量流量和排气压力将和进气压力成比例地减少。第三节 离心压缩机3、进气管节流3、进气管节流在压缩机的进气管上装调节阀比排气管节流操作更稳定，调节气量范围更广，同时可以节省功率消耗。用电动机驱动的压缩机一般常用此方法调节气量，对大气量机组可省功率5~8%。第三节 离心压缩机null4、进气管装导向片 在压缩机的叶轮进口处安装导向片，使气流旋绕以变更流向，可以改变机组的排气压力和输气量。这种方法比进口节流效率高，但结构要复杂一些。多级叶轮的压缩机上，只能在第一级进口前设置导向片。第三节 离心压缩机null当生产要求的气量比压缩机排气量小时，将其剩余部分经冷却器返回到压缩机进口的方法叫作旁路调节。空气压缩机则不返回进口而直接放入大气中，所以叫作放空调节。 5、旁路或放空调节第三节 离心压缩机null 旁路循环或放空调节使压缩机增加了放空量或循环量，白白地消耗了功率，因此单独采用这种方法的很少。这种方法一般作为反飞动措施使用。即用其它的调节方法使气量减少到喘振点附近，当还需要进一步把气量减少到喘振点以下时，再打开旁路或放空。调节旁路或放空阀的开度，使旁路循环或放空的气量与生产需要的气量之和，比喘振点的流量稍大一些，以避免压缩机进入喘振范围。5、旁路或放空调节第三节 离心压缩机