离心式压缩机专题(一)

离心式压缩机专题（一）

离心式压缩机的定义

1 离心式压缩机的总体介绍

主要包括离心式压缩机的定义、原理、构成、特点、分类及应用。

1.1 离心式压缩机的定义

离心式压缩机是为气体增压的一种机械，属于透平式压缩机的一种。

什么是透平式压缩机？

透平式压缩机是一种叶片式旋转机械，是利用叶片和气体的相互作用，提高气体的压力和动能，并利用相继的通流元件使气流减速，将动能转变为气体压力能，进一步提高气体压力的压缩机。

其本质是利用惯性的方法，通过气流的不断加速、继而减速，使气体因惯性而彼此被挤压，从而缩短分子间的距离，提高气体压力。

透平式压缩机按气体主要运动方向一般可以分为离心式压缩机、轴流式压缩机及轴流离心组合式压缩机。其中，轴流压缩机，叶片对气体做功时，气体主要流动方向与压缩机轴线平行；离心式压缩机，叶轮对气体做功时，气体主要流动方向与压缩机轴线垂直。

什么是离心式压缩机？

离心式压缩机是指通过叶轮旋转，气体受离心力的作用，沿着垂直压缩机轴的径向方向流动，气体压力提高，同时流速提高；然后在扩压器等扩张通道中，气体流速降低，同时实现压力进一步提高的透平式压缩机。

离心式压缩机的原理和构成

1.2 离心式压缩机的原理

当气体进入离心式压缩机，流过叶轮时，高速旋转的叶轮对气体做功，使气体的压力和速度得到提高，即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机的机械能转变为气体的压力能和动能。然后，气体流经扩压器等扩张通道，实现降速增压作用，使气体的部分动能又转变为压力能，进一步提高气体压力。

可以这样理解，原动机（比如汽轮机、燃气轮机、电机）将机械能传递给离心式压缩机的转子，离心式压缩机的转子通过叶轮将机械能传递给压缩气体，气体在离心力的作用下沿着垂直压缩机轴的径向方向流动，实现一次升压，同时伴随升速，然后再经过扩压器等扩张通道实现降速和进一步升压。

另外，如果通过一个工作叶轮做功得到的压力不够，还可以可通过使多级叶轮串联起来工作的方法来达到对出口压力的要求。

1.3 离心式压缩机的构成

离心式压缩机主要由本体部分和辅助系统构成。

离心式压缩机的本体主要包括两个部分，第一部分是转动部件，主要有主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、轴套，以及其他轴上零部件等；第二部分是静止部件，主要有机壳、隔板、扩压器、弯道、回流器、进气室、排气室、径向轴承、推力轴承及部分密封等。

另外，为了确保压缩机正常、持续、高效的运转，还必须有辅助系统，如润滑系统、控制系统、密封系统、监测诊断系统以及保护系统等。

离心式压缩机的特点

1.4 离心式压缩机的特点

离心式压缩机有哪些优点？

①排气量大而连续，运转平稳。了解往复式压缩机的朋友可能都知道，往复式压缩机通过活塞往复工作，会产生气流脉动和压力波动；而离心式压缩机通过叶轮的连续旋转工作，因此排气更加连续，运转更加平稳。

②结构简单紧凑，体积小、重量轻。在相同的排气量条件下，特别是排气量比较大时，往复式压缩机的体积相对更加庞大；而离心式压缩机的结构相对简单紧凑，体积更小，重量更轻。

③易损件少，运转周期长。有的朋友可能知道，往复式压缩机存在三大易损件，有活塞环、密封填料、气阀；而离心式压缩机的易损件相对比较少，因此同等条件下，维修次数相对少，运转周期相对长。

④气缸内无润滑油，因此介质不易受到润滑油污染，且有利于气体进行化学反应。

⑤转速相对较高。往复式压缩机因受惯性的影响转速不宜过高，而离心式压缩机相对可以实现较高转速运行，因此适用于工业汽轮机或燃气轮机等直接驱动，可以优化工厂的能源利用。

离心式压缩机有哪些缺点？

①不适用于流量太小压比过高的场合。由于受多种因素限制，离心式压缩机需要保证叶轮的宽度，因此一般用于大中流量的场合，而为了提高压比，通常需要用齿轮进行增速，或者增加级数，而且功耗也会增大，因此不适用于流量太小压比过高的场合。

②效率一般比往复式压缩机低。因为离心式压缩机的内漏损失和流动损失等能量损失相对较大，所以效率一般比往复式压缩机低。

③单一机组稳定工况范围窄，一方面较低流量有可能引起离心式压缩机喘振，另外一方面只有在设计工况范围时，才能得到较高的效率。

④对压缩介质要求相对高，不耐杂质和液滴，如果压缩气体带有杂质或液滴，对离心式压缩机的运行是非常不利的，容易引发压缩机故障。

离心式压缩机的分类

1.5 离心式压缩机的分类

级、段、缸的概念

首先介绍一下级的概念，一个叶轮及与之配合的固定元件所构成的基本单元称为一级。根据级在压缩机段中的位置不同，又分为首级、中间级和末级。首级指压缩机（段）的第一级，靠近压缩机（段）进口；末级指压缩机（段）的最后一级，靠近压缩机（段）出口；其余各级为中间级。

接下来介绍一下段的概念，气体从进气室进入压缩机，经压缩后从排气室排出，则该进气室与排气室之间的所有级组成一个段。可以这样理解，每完成一次从进气室进气到排气室排气的一个最小过程就可以称为一段，而一个段内可以有多个级。当压缩气体需要中间冷却时，压缩机通常会存在多个段。经过一段压缩后，再通过冷却器进行冷却，然后进入下一段。

最后介绍一下缸的概念，一个机壳（或气缸）里容纳的所有段和级称为一个缸。一个缸内可以有多个段，但是只有一个转子。如果压缩机的压比很高，需要很多级叶轮进行压缩，此时压缩机则经常采用多缸形式，如低压缸、中压缸、高压缸等。

离心式压缩机的分类：

①按机壳数目，可以分为单缸型和多缸型。单缸型指的是只有一个气缸，多缸型指的是有两个或两个以上气缸。比如两个缸分为低压缸和高压缸，三个缸分为低压缸、中压缸和高压缸等。

②按照机壳剖分形式，可以分为水平剖分型和垂直剖分型。水平剖分型，压缩机机壳为水平剖分的上下两个部分；垂直剖分型，压缩机机壳为垂直剖分的筒形。

③按气体在压缩过程中的冷却次数，可以分为单段型、多段型和等温型。单段型在气体压缩过程中一般不进行冷却；多段型在气体压缩机过程中至少冷却一次，每当气体从一段出来进入下一段之前需要进行冷却；等温型在气体压缩过程中每次都进行冷却，气体经每一级压缩后进入下一级之前均需要进行冷却。

④按工艺用途，可以分为不同工艺的离心式压缩机，比如空气压缩机、天然气压缩机、裂解气压缩机、二氧化碳压缩机、氨压机、氮压机、合成气压缩机等等。

离心式压缩机的应用

1.6 离心式压缩机的应用

据资料记载，第一台工业上使用的离心压缩机是在人类迈入20世纪时与早期的内燃机一同出现的，在20世纪初期，这些压缩机也被应用在过程工业中，最早应用的是钢铁厂中的高炉鼓风机。在之后的发展过程中，离心式压缩机的应用伴随着设计和制造技术水平的提高而逐步发展。

在离心式压缩机发展的初级阶段，受设计和制造技术水平的限制，只适用于低、中压力和大流量的场合。后来，随着气体动力学、叶轮设计加工、轴承和密封等技术的研究和发展，解决了离心式压缩机向高压力、宽流量范围发展的许多问题，同时提高了离心式压缩机的效率，从而使离心式压缩机的应用范围大为扩展。

目前，离心式压缩机已经成为以石化能源（煤、天然气、石油）为原料的化工生产，以及气体增压和输送过程中的关键设备，在化工（合成氨、尿素、乙烯等）、石油炼化（重整、催化裂化等）、天然气（输气工程、天然气液化等）、空气分离、冶炼等领域中的应用越来越广泛，已成为这些领域相关企业的关键设备。

另外，随着技术水平的进一步发展和提高，离心式压缩机的性能将会越来越高，在新的可替代技术出现之前，其应用领域将会越来越广泛。

内容小结：

通过前5天第一部分内容离心式压缩机的总体介绍，我们学习了离心式压缩机的定义，知道了什么是离心式压缩机；学习了离心式压缩机的原理，知道了离心式压缩机的能量转换及两次气体升压过程；学习了离心式压缩机的构成，知道了离心式压缩机的主要组成部分；学习了离心式压缩机的特点，知道了离心式压缩机都有哪些优点和缺点；学习了离心式压缩机的分类，知道了离心式压缩机级、段和缸的概念及按照不同分类方式进行分类的

不同类型的离心式压缩机；另外还学习了离心式压缩机的应用，知道了离心式压缩机随着技术水平提高而带来的广泛应用场合。