离心压缩机讲义

一．透平压缩机的结构、性能及工作原理

二．透平压缩机振动类型案例

三．透平压缩机的开停车步骤

四．透平压缩机的运行注意事项

离心压缩机

一．离心式压缩是如何提高压力的？

离心式压缩机气体的提高，是靠叶轮带动气体旋转，使气体受到离心力的作用产生动力获得动能，然后进入扩压器中，气体流速逐渐减慢，将动能转变成压力能，而使气体压力得到提高，它与活塞式或回转式压缩机靠改变气体的容积来提高压力是不同的。二．离心式压缩机主要优缺点

离心式压缩机主要优缺点是：单机输出量大而连续，无脉冲，运转平稳，机组外型尺寸小，重量轻，占地面积少，投资省，设备结构简单，易损件少，运转周期长，维修工作量小，调节性能好，实现自动控制比较容易，运转可靠，单系列运行，不需要备用机组，介质不与润滑油接触，有利于化学反映，可用气轮机直接拖动，能充分利用化肥厂工艺热能，经济效益好。

缺点是：由于气体的流动损失，漏气损失和轮阻损失比较大，因而效率较低，一般比往复式压缩机低5~10%，容易“喘振”。三．离心式压缩机的基本结构

离心式压缩机的每一段，是由几个压缩级组成，每一级是由一个

叶轮以及与其配合的固定元件所构成。其基本结构可分为中间级和末级两种。中间级是由叶轮、扩压器、弯道和回流器等组成。

气体通过弯道和回流器后即到下一级继续压缩。在离心式压缩机里，除每一段的一级外，都属于这种中间级。末级是由叶轮、扩压器、蜗轮等组成。气体经过压缩后排出，到冷却器进行冷却并分离后送用户。

四．离心式压缩机的主要零部件及作用

1．吸气室：吸气室是把所需压缩的气体均匀地引入叶轮去压缩。因此，压缩机每一段第一级进口都设置了吸气室。

2．叶轮：叶轮安装在转轴上，由轮盘、轮盖和叶片组成，是压缩机中最重要的部件。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，气体的功能也同样在叶轮里得到了提高。因此，叶轮是将机械能传给气体，以提高气体的压力和速度的作功部件。

3．扩压器：气体从叶轮流出时，除压力升高外，还具有较高的流动速度。为了充分利用这部分动能，在叶轮的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，以进一步提高气体的压力。

4．弯道与回流器：为了把扩压器后的气体引导到下一级叶轮去继续压缩，在扩压器后面设有引导气体的弯道，把气体均匀地引入下一级叶轮进口的回流器。

5．蜗壳：蜗壳的主要作用是把扩压器后面的气体汇集起来并

引出压缩机。此外，在蜗壳出口处，气流速度还有一定数值，故设置一个锥行排气管，也象扩压器一样，是气流起到一定的降速扩压作用。

6．密封装置：为了阻止压缩机由轴端向外漏气，在压缩机的机壳两端设置了密封，密封类型主要有，梳齿密封、机械密封、浮环密封、干气密封等。宜兴厂的两台冰机、合成气压缩机均采用干气密封。干气密封较其它类型密封相比具有经济、干净、容易操作、安全和检修量少等特点。

7．径向轴承、止推轴承及平衡盘

为了承受转子的重量和叶轮的径向力设置了径向轴承，另外，由于运行时叶轮出口的压力高于进口，在安装叶轮时，可用反方向安装的方法来平衡掉大部分的轴向推力，剩余的推力由止推轴承承受。但是绝大部分的压缩机，特别压缩比大的压缩机，其残余的轴向推力仍然非常大，为了减少作用在止推轴承上的轴向推力，常在转子上还设置了平衡盘。

8．梳齿密封：当气流通过梳齿形密封片间隙时，气体近似经历绝热膨胀过程，气流的压力和温度都下降，而速度增加，当气流从间隙进入密封片之间的空腔时，由于截面积突然扩大，气流形成很强的旋涡，从而使速度几乎完全消失，压力即等于间隙中的压力，温度恢复到密封片前的数值，而比容增加了，气流经过后面的每一密封片间隙和空腔，重复上述的变化过程，由于气体压力的不断降低，气流体积不断增加，通过最后

一个密封片时的速度为最大，压降比也最大。

通过密封间隙的漏气量，是与间隙的截面积和间隙前后的压力差成正比例的，对于使用中的密封装置，为了得到良好的密封效果，一方面尽量保证最小的间隙截面积，另一方面要保持梳齿的光角和空腔的洁净。使气体能产生强烈的旋涡，而压力不再回升。

五．离心式压缩机的能量损失

原动机通过叶轮将机械能传给气体时，存在着各种损失，这些损失使离心式压缩机无用功的增加和效率的下降，主要存在下列损失：

①流道损失，该损失为气体在吸气室、叶轮、扩压器、弯道、回

流器、蜗壳等元件中流动时产生的损失。

它包括流动摩擦损失、边界层分离损失、冲击损失、波阻损失等。

②轮阻损失：叶轮在高速旋转时，轮盘、轮盖的外侧及轮缘与气

体发生摩擦而造成的损失叫轮阻损失。

③漏气损失：由于叶轮出口的气体压力比进口压力高，所以叶轮

出口的气体有一部分要从密封间隙流回叶轮的进口。另外，气体还会通过级间密封从高压级流向低压级，还有一部分气体会经过轴端密封流出机外，这种由于内部或外部漏气而造成的损失叫漏气损失。

④机械损失：离心压缩机在轴承、联轴节及增速箱等传动结构中

所造成的算是叫机械损失。

六．喘振工况和滞止工况

从压缩机性能曲线可以看出，当流量减少时，由于气流冲击叶片严重，在叶道中引起气流边界层的分离，并产生旋转脱离现象。此时叶轮前后的压力就产生强烈的脉动，并引起周期性的力作用在叶轮上，使叶轮产生振动。

当流量进一步下降，气流分离层扩及整个通道，以致使叶道中气流通不过去，这时，级的压力突然下降，然后流道中较高压力的气体就倒流到级里来，瞬间，倒流的气体充满了叶道，弥补了气体流量的不足，从而使叶轮工作恢复正常，又把倒流的气体压回去，这样使级中流量又减少，于是压力又突然下降，级后的压力气体又倒回级中，重复出现上述现象。

在这过程中，压缩机级和其后管道、系统之间产生了一种低频高振幅的压力脉动，以致引起叶轮应力增加，整个机组发生强振动，发生严重的噪音，调节系统也大幅度波动，从而无法继续运行，严重的甚至会损坏机器，这种现象就是喘振。在压缩比大，出口流量大，压力高，气体比重大的情况下，如发生喘振，则其后果更加严重。

七．喘振曲线和防喘振曲线

由于离心压缩机在每一个转速下的特性曲线均有一峰值，而这一点即为喘振点。将喘振曲线上所有喘振点连接起来，即可得一曲线，可叫离心压缩机的喘振曲线。

当压缩机在某一给定速度曲线最高值的左边运转时，将发生喘振。因此，千万要防止压缩机在图示的喘振区域内运行，为了实现这一目的我们设置了防喘振系统。

在某一转速下，压缩机的实际流量与该转速的喘振流量之比叫做防喘振裕度，裕度太大，则功率消耗增加，经济性差，而太小则离喘振点太近，安全性差。根据经验，一般防喘振裕度控制在110~125%左右。在决定裕度大小时，还应把调节仪表的误差和滞后等因素考虑进去。例栖霞山化肥厂一台空气压缩机的喘振曲线是28.8%，而我们设置的保护曲线是35%，在此曲线内，机器从未发生过喘振。

喘振曲线通常呈抛物线，而考虑了防喘振裕度后，就可以在

其右边画出一条与喘振曲线相似的一条抛物线，这就是保护曲线，或叫防喘振曲线。保护曲线没有必要与喘振曲线完全相似，或由喘振曲线平移来获得。这要保证压缩机在正常运转范围内有合适的裕度即可。这样就使防喘振控制系统仪表的配置和选用变得极为简单，并且更有灵活性。

八．防喘振系统的工作方法

从离心压缩机的特性可以知道，提升转速或加大缸体流量可以避免喘振。一般采取放空或打回流的方法来增加缸体流量，以保证压缩机的运行点不致落入喘振区。

简图即四回一防喘振控制系统。压缩机的出口压力调节器PRC和流量调节器FRC，将各自测得的压力与流量值与事先给定的允许值作比较，如果流量低于给定或压力高于给定，两个调节器将分别发出控制信号，经选择调节器选择后，将产生动作使防喘振阀门自动打开，从而达到了增加流量，防止喘振的目的。

在低压缸出口设有一放空阀，低压缸出口压力若异常升高，可通过此阀将压力卸去。

九．防喘振操作应注意事项

开车时，必须根据压缩机的性能曲线，并按照先升速，后升压的原则。在防喘阀全开的情况下启动汽轮机，并升速到某一转速（一般是机组的下限转速）再关小一点防喘阀或放空阀，使压力升高到比在该转速下压缩机特性允许的压力低一些的数值。然后，再按照上述方法，升一点转速，关一点防喘振阀，提高压力，升速、升速交替进行。直至压缩机达到正常工作点为止。停车则相反，应先降压，后降速。降压、降速交替进行，直至停机。

具有分缸防喘振系统的机组，在操作防喘振阀时，必须交替进行，例如，开启高压缸防喘振阀，必须要等到低压缸出口压力上升，而流量下降。这时就必须将低压缸防喘振阀也开启一点，

防止低压缸也产生喘振。同样，开大低压缸出口防喘振阀也会引起高压缸入口流量下降。因此，低高压缸应互相照应，不可顾此失彼。

十．汽轮机本体

1．静止部分：由汽缸、隔板、喷嘴、汽封和轴承等组成。

2．转动部分：由主轴、叶片、叶轮以及联轴节、盘车等装置组成。

3．控制部分：包括调节装置、保护装置及油系统等。

其工作过程大致如下：进入汽轮机的具有一定压力和温度的蒸汽，流过喷嘴时发生膨胀，热能转变成动能，使蒸汽获得很高的速度，从而冲动转子上的叶片使得转子转动。这样蒸汽的热能转变为机械能，并由联轴节输出，带动压缩作功。

十一．汽轮机各部件的作用

1．汽缸：汽缸是汽轮机的外壳，它的作用是把蒸汽的流通部分与外界隔开。在下汽缸设有抽汽口、排汽口、汽缸内部装有各级隔板。

2．隔板：隔板的作用是使汽缸内的蒸汽不致沿轴漏出，或使外界的空气不致大量沿轴漏入汽缸内部。另外，为了减少级与级之间的漏汽，在隔板上也装有汽封。

3．轴承：汽轮的轴承分径向支持轴承和轴向推力轴承。支持轴承是支持汽轮机转子的重量，承受部分进汽时引起的作用力，并固定转子的径向位置，保证汽轮机动、静部分同心。止

推轴承的作用是承受转子的剩余轴向推力。转子在汽缸的轴向位置也靠它来固定，以保证动、静部分不置碰撞。

4．叶片：叶片装在叶轮上，而叶轮及联轴节装在主轴上。其作用是把蒸汽的动能转变成为旋转的机械能，以输出给压缩机，相邻两叶片的工作部分组成了转子上的蒸汽通道。

5．盘车机：盘车机不仅可以减少冲转时的起动力矩，更主要的是为了在汽轮机在停车后和启动前盘动转子，使转子得以均匀冷却或升温，否则转子因上下冷却不匀或者局部受热会产生弯曲。

十二．汽轮的保护装置

1．危急保安器：其作用是当汽轮机转速超过极限时泄去安全油，使机组脱扣停车，防止发生超速飞车事故。

2．低油压保护装置：其作用是在动力油或润滑油压力降到一定值时，自启动备用油泵。油压低至危险值时，使汽轮机脱扣停车，油压极低时使盘车机跳闸。

3．抽汽止回阀联动装置：当汽轮机脱扣时，迅速切断抽汽以防止蒸汽倒入汽轮机造成事故。

4．停车电磁阀：其动作因素很多。如轴向位移过高，振动过高，润滑油压低，油稳过低，排汽温度过高，以及工艺联锁等任一项指标超过规定值，电磁阀即动作，引起安全油失压，使汽轮机脱扣。

5．手档停车装置：其作用是当确认汽轮机应停车时，可手动

使其脱扣停车。

6．大气释放装置：当排汽压力急剧上升时，为保持汽轮机的低压部分，该装置及时动作，将蒸汽排入大气。

7．调节阀联动装置：汽轮机停车时能迅速关闭，并要保证必须在把调节阀手轮退回起点后才能重新起动。以防止因突然复

位致使大量蒸汽突然涌入汽轮机而引起事故。

8．自动主汽阀，必须停车时能迅速关闭该阀，以及时切断主汽。

十三．汽轮机调节系统。其作用是：

1．在稳定工况下，保证汽轮机的转速不变，以稳定负荷。

2．当工艺系统负荷变化时，要能及时准确地调节转速，以满足工艺系统负荷变化的要求。

调节系统主要由感应机构，传动放大机构，执行机构组成。

十四．汽轮机滑销系统及作用

汽轮机从冷态启动到运行正常，是一个加热过程，而停车又是一个冷却过程。在次过程中，有的零部件的温度变化

极大。为了确保汽轮机在整个启停过程中，既能自由地膨胀

和收缩，以避免产生过高的热应力，又必须保证汽缸的中心

线不移动。因而设置了滑销系统。

滑销主要有纵销、横销和立销。在汽缸的高压端与排汽端各设置一立销。以保证在垂直方向上缸体热膨胀能处在正

确位置上，并确保不致发生扭转变形。在低压缸有两个横销，

缸体可沿这两个圆柱型销子作横向滑动，同时他们与纵销的

交叉点就是整个缸体的膨胀死点。独立座落在底座上的前轴

承箱，支承着缸体两只外伸的猫爪，猫爪通过横销与前轴承

箱连接受热膨胀时，猫爪可沿着滑销作横向滑动。前轴承箱

与底座之间设有纵销，当缸体轴向膨胀时，通过猫爪下的横

销，推动前轴承箱向前滑动。

十五．汽轮机的辅助设备及作用

1．凝汽器：利用循环水冷却，使汽轮机的乏汽冷凝成水，以形成真空。

2．凝泵：一般有两台互为备用，用以从凝汽器的热片中抽出冷凝液送锅炉系统。

3．主抽汽器：共设两台互为备用。在运行时抽出从蒸汽中带入或通过汽轮机真空系统漏入并聚集在凝汽器里的不凝结气体，以维持凝汽器里的真空。

4．辅助抽汽器：在汽轮机开车前，用以较快地抽出空气，产生必要的真空，以缩短启动时间，一般功率较大。

十六．临界转速：

尽管汽轮机转子上的各个部件都制造得很精密，在装配时也做了平衡。但是转子的重心还是不可能完全和轴的中心

相重合，存在着偏差，因此在轴旋转时就产生了离心力，这

就是造成汽轮机振动的主要原因。转子旋转时，重心随着轴

中心线而转动，因此离心的方向也随着转动。当轴转动一周

就产生一次振动，这是离心力引起的强迫振动。每秒钟产生的振动次数叫做强迫振动频率。任何弹性体，包括汽轮机转子，都有一定的自由振动频率，当转子的强迫振动频率与转子的自由振动频率相同时，就产生共振，这就是转子的临界转速。

在临界转速下，汽轮机的振动特别大（在理论上将达到无穷大）如果汽轮需在临界转速以上运行的话，则必须快速而平稳地通过临界转速，不得停留。

汽轮机转子工作转速在一阶临界转速和二阶临界转速之间的称为软轴。而工作转速在临界转速之下的称为硬轴，又叫刚性轴。

临界转速不止一个，但对于一般汽轮机需要予以注意的只是一阶临界转速。