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【知识目标知识目标】掌握离心式压缩机的结构、工作原理和工作过程，离心式压缩机各零部件的组成。【能力目标能力目标】能分析离心式压缩机主要零部件的基本结构和特点。第五章第五章 离心式压缩机离心式压缩机离心式压缩机整体结构离心式压缩机整体结构第一节第一节 概概 述述一、离心式压缩机的应用一、离心式压缩机的应用v逐步取代活塞式压缩机压缩和输送化工生产中各种气体v在大型合成氨厂用于氮气（N2）和氢气（H2）的压缩合成为氨。v大型乙烯生产厂的裂解气压缩机、乙烯压缩机和丙烯压缩机v还广泛用于制氧、制冷、石油炼制、和原子能工业 二、离心式压缩机的特点二、离心式压缩机的特点 离心式压缩机的优点 与活塞式压缩机相比：1转速高，气量大，生产能力大，结构简单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。2运转平稳，操作可靠，运转率高，易损件少，备件需用量少，不需要备机，维护费用低，人员少。3对化工介质可以做到绝对无油压缩，有利于化学反应和提高合成率，延长触媒寿命。特别适用于压缩氧气等介质。4大型化工厂用副产蒸汽驱动工业汽轮机作动力带动离心式压缩机，热能综合利用好，节约动力投资，降低生产成本。5汽轮机驱动的离心式压缩机与具有相同排气量的由电机驱动的活塞式压缩机相比投资费用较低。离心式压缩机的缺点 1活塞式压缩机每级的压力比可达24以上，而离心式压缩机的单级压力比很少超过3，因此不易在高压比的同时获得小气量。对高压力比、小流量的离心式压缩机由于气流通道较窄，使制造加工困难，同时，流动损失较大，压缩机效率降低。2离心式压缩机只能在设计工况下工作才能获得最高效率，离开设计工况点操作效率就会下降，即稳定工况区较窄，其气量调节虽较方便，但经济性较差。3由于气流速度高，能量损失大，故离心式压缩机效率一般比活塞式压缩机低510%。第二节第二节 离心式压缩机的结构及工作原理离心式压缩机的结构及工作原理一、离心式压缩机的总体结构及工作过程一、离心式压缩机的总体结构及工作过程 离心式压缩机主要由转子、固定元件、轴承及密封装置等部件组成。其中转子由主轴、叶轮、联轴器、平衡盘等组成；机壳、隔板、吸气室、扩压器、弯道及回流器等称为固定元件；离心式压缩机的密封装置包括级间密封和轴端密封。人们又习惯地将固定元件和密封装置统称为定子。吸气室将所需压缩的气体，由进气管或中间冷却器的出口均匀地导入叶轮去进行增压。因此，在每一段的第一级进口都设有吸气室。BCH型离心式压缩机 气体进入叶轮后，高速旋转的叶轮对气体做功，增加气体的能量，使流出叶轮的气体压力和速度均得到提高。气体从叶轮中流出时具有较高的速度，通过流通截面积逐渐扩大的扩压器，速度能转变为静压能，以提高气体的压力，如图a所示。扩压器后的气体通过弯道均匀地引入下级叶轮的进口。蜗壳将扩压器或叶轮后面的气体汇集起来并引出机外。由于蜗壳外径逐渐增大及流通截面逐渐增大，在汇集气流的过程中它还起到一定的降速扩压作用，如图b所示。离心式压缩机的中间级和末级结构1-叶轮；2-扩压器；3-弯道；4-回流器；5-蜗壳二、离心式压缩机的工作原理 气体由吸气室吸人，流经叶轮时叶轮对气体作功，使气体的压力、速度、温度提高，比容缩小。经过叶轮出来而获得能量的气体，进入扩压器，使速度降低，压力进一步得到提高。最后经弯道、回流器导入下一级叶轮而继续压缩。压缩机共有6个叶轮，气体经过6级压缩而获得能量。为了节省功耗及防止气温过高，机体分成两段，每段由3级组成。气体经过一段压缩后，从蜗壳引出到外部的冷却器中去冷却，然后再重新引人机体的第二段进一步压缩，直到由最后一级的蜗壳引出压缩机。三、离心式压缩机的主要性能参数三、离心式压缩机的主要性能参数 排气压力压缩机出口处的绝对压力，也称终压，单位常用Pa或Mpa表示。排气量 单位时间内能压送的气体量。一般规定排气量是按照压缩机入口处的气体状态计算的体积流量。单位常用m3/min或m3/h.压力比出口绝对压力Pd与进口绝对压力Ps的比值。表示压缩机升高气体压力的能力。转速转子单位时间的转数，单位常用r/min。功率指轴功率，即驱动机传给压缩机轴的功率，单位用KW表示。效率气体增加能量与消耗机械能的比值，损失的能量越少，气体获得的能量就越多，效率也就越高。第三节第三节 离心式压缩机的主要零部件离心式压缩机的主要零部件 主要零部件 转动元件 固定元件 密封装置 主轴 推力盘、轴套 紧圈、固定环 弯道、回流器 迷宫密封 叶轮 平衡装置 吸气室 扩压器 蜗壳 浮环密封 滑动轴承 一、转子一、转子 由主轴以及套在轴上的叶轮、平衡盘，推力盘、联轴器和卡环等组成。转子示意图1-主轴；2-叶轮；3-平衡盘；4-推力盘；5-轴套；6-螺母；7-键；8-联轴器；9-平衡环 1主轴主轴 起支承旋转零件及传递扭矩的作用。结构形式有阶梯轴、节鞭轴和光轴之分，常采用35CrMo、40Cr、2Crl3等钢材锻制而成。2叶轮叶轮 用于对气体做功，提高气体压力和流速，多用闭式叶轮。根据制造工艺不同分为焊接叶轮、铆接叶轮、铸造叶轮和电蚀加工叶轮。轮盘、轮盖一般采用优质碳素结构钢、合金结构钢或不锈钢，如45、35CrMo、35CrMoV、34CrNi3Mo、18CrMnMoB等；叶片可采用合金结构钢或不锈钢加工，如20MnV、30CrMnSi、2Crl3等。离心式压缩机叶轮离心式压缩机叶轮机床正在加工叶片3紧圈和固定环紧圈和固定环 叶轮等零件与主轴的配合一般都采用过盈配合，再采用埋头螺钉加以固定，有的结构不允许采用螺钉固定则采用两半固定环及紧圈加以固定。固定环由两个半圈组成，加工时按尺寸加工成一圆环，然后锯成两半，其间隙不大于3mm。装配时先把两个半圈的固定环装在轴槽内，随后将紧圈加热到大于固定环外径，并热套在固定环上，冷却后即可牢固地固定在轴上。4轴向力及平衡装置轴向力及平衡装置 离心式压缩机轴向力产生原因同离心泵一样，其方向从高压端指向低压端。轴向力过大，引起转子窜动，使转子上的零件和固定元件碰撞，严重的会使轴瓦烧坏，机器破坏。轴向力的平衡方法：叶轮对称排列平衡盘装置 安装在汽缸末级(高压端)的后端，一侧受到末级叶轮出口气体压力的作用，另一侧与压缩机的进气管相接，平衡盘两侧产生一个方向与叶轮轴向力相反的平衡力，平衡掉大部分轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受。叶轮背面加筋 高压离心式压缩机可以在叶轮背面加筋，叶轮旋转时可以大大减小轮盘带筋部分的压力。合理选择筋的长度，可将叶轮的部分轴向力平衡掉。这种方法在介质密度较大时，效果更为明显。5 5推力盘推力盘 由于平衡盘只平衡部分轴向力，其余轴向力通过推力盘传给止推轴承上的止推块。6 轴套轴套 轴套的作用是使轴上的叶轮与叶轮之间保持一定的间距，防止叶轮发生轴向窜动。推力盘结构 轴套结构 固定元件包括：吸气室、扩压器、弯道、回流器和蜗壳等。1吸气室吸气室 其作用是把所需压缩的气体，由进气管道或中间冷却器的出口，均匀地引入叶轮进行增压。二、固定元件二、固定元件2扩压器扩压器 把从叶轮流出较高速度的气体减速，把速度能转变为静压能，以提高气体的压力。扩压器一般有无叶、叶片、直壁等型式。无叶片扩压器结构简单，造价低，具有良好的适应性。但径向尺寸较大，流动损失较大，效率较低。叶片扩压器扩压程度大，外形尺寸小，效率较高，但稳定工作范围比无叶片扩压器小。直壁扩压器的通道基本上是直线形，有较高的效率和较好的扩压效果，气体流动损失较小。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。无叶片扩压器 叶片扩压器 直壁扩压器 3弯道和回流器弯道和回流器 扩压器是由机壳和隔板构成的半环形空间。气体扩压后经弯道引入下级叶轮。回流器的作用是使气流按所需的方向均匀地进入下一级，它由隔板和导流叶片组成。4蜗壳蜗壳 蜗壳也称排气室，作用是将气体导人中间冷却器或压缩机后面的输气管道。蜗壳曲率半径及通流截面的逐渐扩大有一定的降速增压作用。三、密封装置三、密封装置 分内密封，外密封两种。内密封防止气体在级间倒流，如轮盖处密封，隔板和转子间的隔板密封；外密封减少和杜绝机器内部的气体向机外泄漏，或外界空气窜入机器内部，如机器的轴端密封。1、迷宫密封 迷宫密封又称梳齿密封。气体在梳齿状密封间隙流过时压力和温度都下降，速度增加，使一部分静压能转变为动能。当气体进入梳齿之间的空腔时，由于流道的截面积突然扩大，这时气流形成很强烈的旋涡，速度几乎完全消失，动能转变成热能，而空腔中的压力不变。气体依次通过各梳齿，压力不断降低，从而达到密封的目的。密封中气体的流动曲折型迷宫密封平滑型迷宫密封 台阶型密封 蜂窝型密封 2、浮环密封 浮环密封主要由几个浮动环组成，高压油注入密封体向左右两边溢出，左边为高压侧，右边为低压侧，流入高压侧的油通过高压浮环、挡油环及甩油环由回油孔排出。流入低压侧的油通过几个浮环流出密封体。浮环径向活动挂在轴套上，当轴转动时浮环被油膜浮起，所形成的油膜把间隙封闭以防止气体外漏。由于是油膜起主要密封作用，所以又称为油膜密封。浮环密封1-浮环；2-固定环；3-销钉；4-弹簧；5-轴套；6-挡油环；7-甩油环；8-轴；9-迷宫密封10-密封；11回油孔；12-进油孔3、干气密封 干气密封也由动环、静环、弹簧等组成，不同之处在动环端面开有气体动压槽。动环密封面分为外区和内区。外区由动压槽和密封堰组成，内区又称密封坝，是指动环的平面部分。工作时，动环随转子一起转动，气体被引入动压槽，在槽内被压缩的同时，受密封堰的阻拦压力进一步升高。这一压力克服静环后面弹簧力和作用在静环上的流体静压力，把静环推开，使动环和静环之间的接触面分开而形成一层稳定的动压气膜，对动环和静环的密封面提供充分的润滑和冷却，同时阻止气体介质通过，从而实现气体介质的密封。在压缩机应用领域，干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和机械密封。干气密封结构示意图 动环密封面结构 1-动环；2-静环；3-弹簧；4,5,8-形环；6-转轴；7-组装件4、磁流体密封 磁流体密封是一种新型的密封。永久磁环、极板和轴(或套)等构成磁路，在磁场作用下，诱附磁流体于静止的极板与转动轴之间的间隙通道中，形成流体O形环，将间隙完全封堵，并且具有承压能力，防止气(或液)体由高压侧向低压侧的泄漏，达到完全密封的目的。磁流体是种大小为10010-10m左右的固体微粒（金属氧化物）悬浮于载液中的胶状流体。它具有流体的特点，在外界磁场作用下才显磁性。选择不同的固体微粒或载液以及改变它们的组成配比，可得到不同性质的磁流体。磁流体旋转轴封示意图1-箱体；2-永久磁环；3-极板；4-转轴；5-磁流体形环；6-磁力线Pa-大气侧压力；Pg-气体侧压力四、滑动四、滑动轴承轴承 离心式压缩机有径向轴承和止推轴承。径向轴承的作用是支承转子重量和附加径向力，保证转子正常运转。止推轴承则承受转子上的剩余轴向力，限制转子轴向窜动。1径向轴承 径向轴承的结构形式很多，目前比较常用的是圆瓦轴承、椭圆瓦轴承和可倾瓦轴承。(1)圆瓦轴承 上下两半瓦由螺钉连接在一起，用销钉对正。轴瓦内孔浇铸巴氏合金。润滑油经由下轴瓦垫块上的孔进入轴瓦并由轴颈带人油楔，经由轴承的两端而泄人轴承箱内。垫块用于调整轴承位置，保证轴瓦在轴承壳中定位及对中。圆瓦轴承多用于低速、重载的离心式压缩机上。圆瓦轴承(2)椭圆瓦轴承 椭圆瓦轴承的轴瓦内表面呈椭圆形，轴承侧隙大于或等于顶隙，一般顶隙约为轴径d的(115)/1000，侧隙约为(13)d/1000。轴颈在旋转中形成上下两部分油膜，两部分油膜的压力产生的合力与外载荷平衡。与圆瓦轴承相比稳定性好。在运转中若轴向上晃动，则上面的间隙变小，油膜压力变大，下面的间隙变大，油膜压力变小，两部分力的合力变化会把轴颈推回原来的位置，使轴运转稳定；同时由于其侧隙比圆柱轴承侧隙大，所沿轴向流出的油量大，散热好，轴承温度低。但是，这种轴承的承载能力比圆瓦轴承低，功率消耗大，水平方向抗振性差。椭圆瓦轴承(3)可倾瓦轴承 又称倾斜块式径向轴承。主要由轴承套、两侧油封和可以自由摆动的多个瓦块构成。每块瓦的外径都小于轴承套的内径。瓦背圆弧与轴承套孔是线接触，用销钉或螺钉定位。当机组转速、负荷等运行条件变化时，瓦块能在套的支承面上自由地摆动，自动调节瓦块位置，形成最佳润滑油楔。瓦块浇注有巴氏合金。可倾瓦轴承与其他轴承相比，其特点是由多块瓦组成，每一瓦块可以摆动，因而使可倾瓦轴承在任何情况下有利于形成最佳油膜，不易产生油膜振荡。五油楔倾斜块式径向轴承1-瓦块；2-上轴承套；3-螺栓；4-圆柱销；5-下轴承套；6-定位销钉；7-进油节流环 2止推轴承 止推轴承的止推盘与止推块之间具有一定的间隙，止推块可以摆动。当止推盘随轴高速旋转时，润滑油被带入止推盘和止推块的间隙中，从而产生油压来平衡轴向力，同时形成油膜使止推盘与止推块处于液体摩擦状态，以减少其摩擦，保证止推轴承正常运行。止推轴承简图1-止推盘；2-止推块 (1)金斯泊尔轴承 其活动部分是由扇形止推块、上摇块、下摇块三层零件叠成，故又称浮动叠层式止推轴承。扇形止推块底部镶有硬质合金做成的支承面，支承在上摇块上可以自由摆动，上摇块则支在下摇块上，下摇块本身又可在壳内摆动，它们彼此间均能作相对摆动因此能更好地保证各块扇形止推块自动调位，受力更为均匀。金斯泊尔轴承承载能力大，允许推力盘有较高的线速度，磨损较慢，使用寿命长，更适宜用于高速重载的离心式压缩机中。其缺点是轴向尺寸较大，制造工艺较复杂。金斯泊尔止推轴承1-扇形止推块；2-上摇快；3-下摇块（2）米契尔轴承 米契尔轴承为径向止推轴承结构。止推轴承由止推盘和止推块组成。止推盘随轴转动，止推块和支承螺钉一起装在半圆套环及薄环上。止推块通过块下的球面支点与薄环接触将轴向力传到轴承座上。止推块上面浇有巴氏合金，底部的球面支承使止推块能自动调位，形成适宜的油膜。径向轴承左侧也浇有巴氏合金，既能防止轴肩与轴瓦相摩擦，又能避免压缩机在开车时，因气体冲力而产生的转子向高压侧窜动现象。径向轴承的径向位置可以通过改变垫块的厚度来调整，并可以用调节垫片进行对中。1,3-垫块；2-垫片；4-油孔；5销钉；6,8-螺母；7,9,12,15,19-螺钉；10-套环；11-薄环；13-密封环；14-止推块；16-上轴瓦；17,18-轴向垫块；20-止推盘；21-下轴瓦离心式压缩机组离心式压缩机组【本章小结本章小结】1、离心式是速度式压缩机，依靠离心力工作。2 、离心式压缩机结构简单紧凑，占地面积小，易损零件少，便于检修，运转可靠，连续运转周期长，生产能力大，供气量均匀，但流动损失大，效率低于活塞式压缩机。3、转动元件由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器、套筒（或轴套）以及紧圈和固定环等组成；固定元件由吸气室、扩压器、弯道、回流室及蜗壳等组成。4、离心式压缩机采用非接触式节流密封，有迷宫密封、浮环密封、机械密封、干气密封等5、离心式压缩机采用动压润滑轴承，多油楔轴承抗油膜振荡能力强。径向轴承采用五油楔的可倾瓦，止推轴承金斯泊尔轴承和米契尔轴承。本课件中部分图片和动画本课件中部分图片和动画素材采集自北京东方仿真控制素材采集自北京东方仿真控制技术有限公司，特此致谢！技术有限公司，特此致谢！
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