离心式压缩机的主要组成零部件

离心式压缩机是一种常用的旋转机械，主要用于气体的压缩，广泛应用于化工、石油、天然气、空气分离、制冷、空调及电力等行业。它的工作原理基于动量传递理论，通过旋转叶轮给气体加速，然后在扩压器中减速，将动能转化为压力能，从而实现气体的压缩。离心式压缩机主要由传动元件及固定元件两部分组成。一、转动元件在离心式压缩机中，把由主轴、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转动元件组成的旋转体称为转子，即转动元件1、主轴主轴是离心式压缩机的主要零部件之一，其作用是传递功率，支承转子与固定元件的位置，以保证机器的正常工作。主轴按结构一般分为阶梯轴，节鞭轴和光轴等三种类型。阶梯轴的直径大小是从中间向两端递减。这种形式的轴便于安装叶轮、平衡盘，推力盘及轴套等转动的元件，叶轮也可由轴肩和键定位，而且刚度合理。节鞭轴上挖有环状凹形部分流道，级间无轴套，叶轮由轴肩和销钉定位。这种形式的主轴既能满足气流流道的需要，又有足够的刚度。光轴的外形简单，安装叶轮部分的轴颈是相等的，无轴肩。转子组装时需要有轴向定位用的工艺卡环，叶轮由轴套和键定位。主轴上的零部件与轴配合，一般都是采用热套的办法。即将叶轮、平衡盘等零部件的孔径加热，使它比轴径大0.300.50mm， 然后迅速套在主轴上指定的位置，待冷却后就能因孔径的收缩而紧固在轴上。对于叶轮、平衡盘的孔径与轴配合，一般按 IT7过盈配合选择。主轴上的零部件除了热套之外，有时为了防止由于温度变化，振动或其它原因使零件与轴配合产生松动，也有采用螺钉或键连接。用键连接时，各级叶轮的键应相互错开180，这样对于轴的强度以及转子的平衡较有利。主轴一般是采用35CrMo、40Cr、2Cr13等钢材锻成。轮盘和轮盖的材料一般采用45、35CrMo、35CrMoV、Cr17Ni2、34CrNi3Mo、1CrI8Ni9Ti、2Cr13等材料，叶片一般来用Cr17Ni2， 18Cr18Ni9Ti等材料，铆钉常用20Cr。主轴锻件粗车以后，应切下金属试样，进行强度极限、屈服极限、断面收缩率、延伸率、冲击韧性等机械性能试验，在精车之前进行探伤，以检查经过切削加工与热处理后，工件内部存在的缺陷及加工后的变化情况。对于主轴及其它转动元件的径向跳动及轴向跳动要求较严。轴颈部分一般按IT7精度要求加工，表面粗糙度为0.4，一般精车以后外圆要经磨削加工，然后在总装时以此为基准，与支承轴及止推轴承研配。转子装好以后测定径向及轴向摆动的规定要求。2、叶轮1）叶轮的结构和形式按叶片弯曲的形式，叶轮可分为前弯叶片式叶轮、径向叶片式叶轮和后弯叶片式叶轮三类。其中径向叶片式叶轮又有两种形式，一种是气流径向进入叶片流道，具有弯曲叶片的径向出口叶片式叶轮；另一种是径向直叶片式叶轮，在叶轮的人口处有一导风轮，气流轴向进入叶轮，经导风轮导流后，再流人径向式叶片流道。对于固定离心式压缩机，其效率是首要的经济指标，故都采用后弯式叶轮；而对于移动离心式压缩机，为了使结构紧凑、减轻重量，采用径向叶片式或前弯式叶轮；对于多级离心压缩机，也常采用径向叶片式叶轮，以减少级数。叶轮一般是由轮盘、叶片和轮盖组成。按其结构形式还可分为闭式叶轮、半开式叶轮、开式叶轮和双面进气叶轮四种，离心式压缩机常用的有闭式叶轮、半开式和双面进气叶轮三种。 (1)闭式叶轮它是由轮盘、叶片和轮盖组成。其特点是效率高，应用广泛。但是，轮盖镗孔度大，造成轮盖强度低，限制了叶轮圆周速度的提高，使提高单级压力比受到圆周速度这一有效途径的约束。目前常用钢材的叶轮圆周速度一般都在320m/s以下。(2)半开式叶轮这种叶轮没有轮盖，通常采用径向直叶片，称为半开式径向直叶片叶轮。其特点是没有轮盖，适宜于承受离心惯性力，因而对叶轮强度有利，使叶轮圆周的速度比其它形式的叶轮高出许多。对于目前常用钢材的叶轮圆周速度可达450540m/s，单级压力比可达6.5。但是该叶轮流道中气流速度较高，能量损失较大。又由于叶轮没有轮盖，叶轮的轴向间隙较大，容易产生较大的内泄漏，因此效率较低。(3)双面进气式叶轮又称双吸叶轮。它实质上是由两个单吸叶轮并联而成。其特点是可以两面进气，适用于大流量的离心式压缩机或多级离心压缩机的第一级。这种叶轮还具有轴向力自行平衡的优点，但结构和制造工艺较为复杂。叶轮的叶片形状可分为圆弧面形叶片、抛物面形叶片及扭曲面形叶片等，其中圆弧面形叶片的叶轮最广。2)叶轮的主要参数叶轮的主要参数如下：D2叶轮外径；D1叶轮叶片进口的直径；Do叶轮进口直径；d叶轮进口轮毂的直径；b2叶轮叶片出口宽度；b2叶轮叶片进口宽度；叶片厚度；Z叶片数；2A叶片出口安装角；B1A 一叶片进口安装角；叶轮的轮盖斜度；叶轮进口斜角；r轮盖进口圆角半径。3、紧圈和固定环叶轮及主轴上的其它零件与主轴的配合，一般都采用过盈配合，但由于转子转速较高，离心惯性力的作用将会使叶轮的轮盘内孔与轴的配合处发生松动，以致使叶轮产生位移。为了防止位移的发生，有过盈配合后再采用埋头螺钉加以固定，但有的结构本身不允许采用螺钉固定，而采用两半固定环及紧圈加以固定。4、转子的轴向力及其平衡在离心式压缩机中，轴向力的平衡方法，常使用最多的是叶轮对称排列和设置平衡盘两种方法。5、推力盘平衡盘可以平衡掉大部分轴向力，但还有一小部分轴向力未被平衡掉，这一剩余部分轴向力由止推轴承来平衡。推力盘就是将轴向力传递给止推轴承的装置。6、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，防止叶轮在主轴上产生窜动。轴套安装在离心式压缩机的主轴上，其一端开有凹槽，主要作密封用，另一端也加工有圆弧面形凹面，此圆弧形的面在主轴上位置正好与主轴上的叶轮入口处相连，这样可以减少因气流进入叶轮所产生的涡流损失和摩擦损失。二、固定元件离心式压缩机除上述转动元件外，一般还有吸气室，扩压器，弯道，回流器及蜗壳等不随主轴回转的固定元件，在离心式压缩机中，叶轮效率和各固定元件的效率直接与压缩机效率有关，即使叶轮效率较高但与固定元件不够协调，这样也会使压缩机整机效率下降。1、吸气室吸气室的作用在于把气体从进气管道或中间冷却器顺利的引人叶轮，使气流从级的吸气室法兰到叶轮的吸气孔产生较小的流动损失，有均匀流速，而且使气体经过吸气室以后不产生切向的旋绕而影响叶轮的能量头。吸气室的形式基本上可以分为下列的四种形式，第一种为轴向进气的吸气室，这种形式最简单，一般多用于单级悬臂式鼓风机或压缩机，为了使进入叶轮的气流均匀，其吸气管可做成收敛形的。第二种是径向进气的肘管式吸气室，由于这种形式的吸气室进气时，气流转弯处容易产生速度不均匀的现象，所以常常把转弯半径加大，并在转弯的同时使气流略有加速。第三种是径向进气半蜗壳的吸气室。常用于具有双支承轴承的压缩机，当第一级叶轮有贯穿的轴时都采用这种形式的吸气室。第四种是水平进气半蜗壳的吸气室，这种吸气室多用于具有双支承的多级离心鼓风机或压缩机。其特点是进气通道不与轴对称而是偏在一边的，与水平部分的机壳上半部不相连，所以检修很方便。2、扩压器在离心压缩机中，气体从叶轮出来的速度是很大的，特别是较大的高能量头的叶轮，叶轮出口气流速度可达 500m/s以上。这部分以速度形式表现的动能占整个能量头中相当大的一部分。对径向式叶轮来说这部分动能几乎占叶轮所消耗功的50%；对后弯式或强后弯式的叶轮，这部分动能占叶轮所耗功的25%40%。对压缩机来说，是以提高静压能(即压力)为主而不是速度。对速度的要求只是能保证在一定的通流面积的输气管中维持所需的气量就可以了，扩压器就是起着把叶轮出来的高速气流的动能转变成静压能的作用。扩压器一般有无叶片的、有叶片的和直壁型的三种结构。3、弯道和回流器为了把扩压器后的气流引导到下一级去继续进行压缩，一般在扩压器后设置弯道和回流器。弯道是连接扩压器与回流器一个圆弧形通道，这个圆弧形通道内一般不安装叶片，气流在弯道中转180弯才进入回流器，气流经回流器后，再进入下一级叶轮。回流器的作用除引导气流从前一级进入下一级外，更重要的是控制进入下一级叶轮时气流的预旋度，为此回流器中安装有反向导叶来引导气流。回流器反向导叶的进口安装角是根据弯道出来的气流方向角决定，其出口安装角则决定了叶轮进气的预旋度。反向导叶的作用是使气流速度能平缓地变化，顺利地进入下一级叶轮。其结构形式一般有等厚度导叶和变厚度导叶两种。回流器的宽度一般是不变的。回流器导叶可以和汽缸铸成一体，也可以分开制造后用螺栓连接。4、蜗壳蜗壳也称排气室，其作用是收集中间段的最后级出来的气流，把它导入中间冷却器去进行冷却，或送到压缩机后面的输气管道中去。下图所示的是一个沿圆周各通流截面积均相等的截面排气室，气流沿圆周进入排气室汇总后由出气管引出，由于气流进入排气室时总是带有与叶轮旋转方向相同的旋转性，所以沿排气室圆周进入的气流都是向同一个方向转动，这样就使排气室到排气管前一段截面处的气量最大，而排气管以后的截面处气量就最小，于是在等截面排气室中往往形成在气量最小的截面处通流面积显得过大，而在气量大的截面处又显得通流面积太小，因此这种等截面排气室就不能很好的适应这种流量。试验证明，采用等截面排气室其效率不如采用截面随气量变化的蜗壳形排气室为好。但等截面的排气室结构简单，制造方便，易进行表面机械加工。三、轴承离心压缩机上有两种轴承：径向轴承和止推轴承。径向轴承是支承转子并保持转子处在一定的径向位置，使转子在其中正常旋转，止推轴承是用来承受轴向力，并使转子与机壳、扩压器、轴向密封等部件之间有一定的轴向位置。止推轴承一般装在转子的低压端。四、密封装置在离心压缩机中，为了阻止极与极之间，机内与与机外之间气体的泄漏，必须采用密封装置。在级与级之间一般采用迷宫密封，在两轴端一般采用迷宫密封、充气密封、水环密封、油膜密封、浮环密封、圈套密封等。