壓縮機內容什么是壓縮機壓縮機的分類各種壓縮機的特點及應用工作原理結構關鍵性的概念壓縮機與透平常見的密封型式壓縮機什么是壓縮機？用來壓縮氣體借以提高氣體壓力的機械稱為壓縮機。也有把壓縮機稱為“壓氣機”和“氣泵”的。提升的壓力小于0.2MPa時，稱為鼓風機。提升壓力小于0.02MPa時稱為通風機。按排氣壓力分類分類名稱排氣壓力(表壓)風機通風機<15kPa鼓風機0.015～0.2Mpa

壓縮機低壓壓縮機0.2～1.0Mpa中壓壓縮機1.0～10Mpa高壓壓縮機10～100Mpa超高壓壓縮機>100Mpa按壓縮級數分類

單級壓縮機氣體僅通過一次工作腔或葉輪壓縮

兩級壓縮機氣體順次通過兩次工作腔或葉輪壓縮

多級壓縮機氣體順次通過多次工作腔或葉輪壓縮，相應通過幾次便是幾級壓縮機容積流量分類

名稱容積流量／(m3／min)微型壓縮機<1小型壓縮機1～10中型壓縮機10～100大型壓縮機≥100壓縮機按結構或工作特征的分類按工作原理容積式動力式按運動件工作特性往復式

回轉式離心式軸流式旋渦式噴射式按運動件結構特征活塞式隔膜式柱塞式轉子式滑片式液環式三角轉子渦旋式羅茨雙螺桿單螺桿葉輪(透平)式噴射泵幾種特殊的壓縮機離心式壓縮機裂解氣壓縮機高壓段11-C-2000/HP型號：7H-7B由物理學可知，回轉體的動量矩的變化等于外力矩，則T=m(C2UR2-C1UR1)兩邊都乘以角速度ω，得Tω=m(C2UωR2-C1UωR1)也就是說主軸上的外加功率N為：N=m(U2C2U-U1C1U)上式兩邊同除以m則得葉輪給予單位質量介質的功即葉輪的理論能量頭。U2C2ω2C2UR1R2ω1C1U1C2Rβ特點與應用優點由于是連續旋轉式機械，可以大大地提高進入其中的工質量，提高功率。所以，離心式壓縮機的第一個特點是：功率大。由于工質量可以提高，必然導致葉片轉速的提高，所以第二個特點是高速性。無往復運動部件，動平衡特性好，振動小，基礎要求簡單；易損部件少，故障少、工作可靠、壽命長；機組單位功的重量、體積及安裝面積小；機組的運行自動化程度高，調節范圍廣，且可連續無級調節；在多級壓縮機中容易實現一機多種蒸發溫度；潤滑油與介質基本上不接觸，從而提高了冷凝器及蒸發器的傳熱性能；對大型壓縮機，可由蒸氣動力機或燃氣動力機直接帶動，能源使用經濟合理；缺點單機容量不能太小，否則會使氣流流道太窄，影響流動效率；因依靠速度能轉化成壓力能，速度又受到材料強度等因素的限制，故壓縮機每級的壓力比不大，在壓力比較高時，需采用多級壓縮；特別情況下，機器會發生喘振而不能正常工作；由于以上特點，離心式壓縮機與其他型式壓縮機相比有顯著的優越性，被廣泛地應用于下列工況：大流量需長周期平穩運行壓比不高在我們石化行業，離心式壓縮機傲視群雄地擔負著裝置或系統的動力循環任務，昵稱“循環機”，是裝置名符其實的心臟。級是壓縮機作功的最基本的單元，在級中葉片帶動氣體轉動，把功傳遞給介質，使介質獲得動能。通過由隔板構成的擴壓流道和擴壓槽,介質的一部分動能轉化為壓力勢能，并被導入下一級繼續壓縮。中間級有葉輪、隔板、級間密封等，末級是由葉輪、隔板和蝸殼組成

吸入室

作用是將介質均勻地引導至葉輪的進口，以減少氣流的擾動和分離損失。它的結構比較簡單，有軸向進氣和徑向進氣兩種。徑向進氣結構多采用于多級雙支承壓縮機中。影響葉輪性能的主要因素是葉片的彎曲形狀。按葉片出口端彎曲方向的不同，可分為后彎、前彎及徑向葉輪三種類型。由于后彎式葉片的級效率較高，因此被廣泛采用。葉輪是高速旋轉的部件，要求材料具有足夠的強度。為了減少振動，葉輪和軸必須經過動平衡試驗，以達到規定的動平衡要求。隔板與級間密封隔板將壓縮機的各級分隔開，并由相鄰的面構成葉輪出口的擴壓器、彎道和回流室。來自葉輪的氣體在擴壓器通道內將一部分動能轉化為壓力能并通過彎道和回流室到達下一級葉輪入口，氣體在彎道和回流器的流動，可以認為壓力和速度不變，僅改變氣體的流動方向。隔板分為上、下兩半，沿水平中心面分開。在隔板外圓圓周方向裝有齒形密封圈，與安裝在葉輪輪頸上的耐磨環構成梳齒密封，從而防止氣體在級間串通。作用是把擴壓器流出的氣體匯集起來排出去。由于外徑和流通截面逐漸擴大，也起到使氣流減速和擴壓的作用。蝸殼支撐軸承（又稱徑向軸承）徑向軸承為多油楔、壓力潤滑的可傾瓦塊式軸承。壓力油徑向進入，通過小孔潤滑瓦塊和支撐塊，然后向側向排出。軸承由等距離分布在軸徑圓周上的幾個瓦塊組成。瓦塊是鋼制的，內表面襯有巴氏合金，背面有凹進去的支撐座，相應地在瓦座上有支撐塊。瓦面與軸徑及瓦座均為同心圓，而瓦塊支撐座的圓弧曲率大于瓦座支撐塊的圓弧曲率這樣瓦背與瓦座在軸向上為線接觸，以利于瓦塊搖擺靈活更好地與轉軸間形成油楔，但瓦塊在軸向上并不能擺動。止推軸承離心壓縮機在正常工作時，由于出入口存在的壓差形成一指向低壓側（入口側）的軸向推力。壓縮機的平衡裝置能平衡大部分的軸向力，殘余軸向力則由止推軸承承擔，其止推塊稱為主止推塊。另外在啟動時由于氣流的沖擊作用，往往產生一個反方向的軸向推力，使轉子向高壓側竄動；為此在主推塊的對面增設副止推塊。這種型式的止推承稱作雙端面止推軸承。止推軸承一般安裝壓機吸入側。常用的型式為：金斯伯利型（KINGSBURY)。11-CST-2101機殼壓縮機機殼是將介質與大氣隔絕，使介質在其間完成能量轉換的重要部件。它還具有支承其他靜止部件，如隔板、密封等的功能。機殼重量大，形狀復雜，在其外部連接有進氣、排氣、潤滑油、密封介質等管道，兩側的端蓋上帶有軸承箱和軸向密封室。對于高壓壓縮機，機殼一般采用筒型結構，低壓壓縮機則采取水平剖分結構，烯烴工廠的機組均采用水平剖分。平衡盤（鼓）由于葉輪兩側的壓力不相等，在轉子上受到一個指向葉輪進口方向的軸向椎力。為了減少止推軸承的載荷，往往在末級之后設置一個平衡盤。因平衡盤左側為高壓，右側與進氣壓力相通，因而形成一個相反的軸向推力，承擔了大部分的軸向推力，減輕了止推軸承的負荷。平衡盤的工作原理平衡環平衡盤襯套軸套平衡室P3平衡管至入口平衡腔P4軸向力PA平衡力PB出口壓力P2入口壓力P1軸向力的形成：葉片前后的壓力差產生了一個由出口指向入口的軸向力。PA=P2-P1平衡力的形成：壓縮機出口介質經過軸套間隙到達平衡腔，形成平衡腔壓力P4。再經過平衡盤間隙來到平衡室，形成平衡室壓力P3，并通過平衡管回到入口。由于平衡盤間隙和入口壓力的雙重影響，使得P3＜P4，二者壓力差在平衡盤上產生了一個與軸向力反向的平衡力。PB=P4-P3注：P1＜P3＜P4＜P2同時也可以看出作用在葉輪上的壓力差與作用在平衡盤上的壓力差之間的關系：PA＜PB由于平衡盤的面積小于葉輪的公稱面積，所以平衡力＜軸向力，因此，壓縮機的平衡裝置只能平衡掉一部分軸向力，剩下的則由推力軸承承擔。當軸向力發生變化時，平衡力也將隨之發生變化，這種自我調整主要表現在以下兩個方面：壓力的自我調節軸向力發生變化的起源是葉輪的前后壓力（P1、P2）發生了變化，由于平衡盤的前后壓力（P3、P4）均是來源于P1和P2，所以，平衡力是隨動于軸向力的，而且這種調節與軸向力的變化是同向的，但幅度要小于軸向力的變化幅度。結構上的自動調節軸向力的變化會導致轉子竄動，這種竄動又會使平衡盤間隙發生改變，從而引起平衡室壓力（P4）的變化，最終改變平衡盤的平衡力。這種自動調節同樣也是正向的，而且比壓力的自動調節高效，幅度也大。平衡鼓大型離心式壓縮機和離心泵的軸向力是相當大的，相應需要的平衡力也很大。在這種情況下，平衡盤自身的強度以及它跟軸的結合難以滿足要求，因此在大型離心式壓縮機和離心泵上通常使用有足夠軸向厚度的平衡鼓結構。加氫壓縮機11-C-3501即采用平衡鼓結構。平衡鼓和平衡盤平衡原理一致，結構相似，只是由于結構的原因，平衡鼓不能實現結構上自動調節。在實際設計中也有采用“鼓+盤”的方式將兩者的優勢結合起來。11-C-5501需要特別說明的是，裂解氣壓縮機（11-C-2000）屬于一個特殊情況。由于壓縮機的三個壓縮段均屬于中間抽氣再壓縮，因此，設計上巧妙地將每段的兩個壓縮塊采取葉輪“背靠背”的方式，從而使兩個壓縮塊的軸向力相互抵消。因此裂解氣壓縮機的每個壓縮段均沒有設置平衡裝置。MP段HP段葉輪止推軸承支撐軸承干氣密封平衡鼓干氣密封支撐軸承蝸殼彎道回流器吸入室擴壓槽關于離心式壓縮機的幾個概念喘振

所謂喘振是指當離心式壓縮機的入口流量低于一特定值時壓縮機的能量頭不足以克服背壓而在氣道內形成的一種周期性往復振蕩現象。

壓縮機工況變化時的特性曲線

右下圖所示為離心式壓縮機的特性曲線。若壓縮機在設計工況A點下工作時，氣流方向和葉片流道方向一致，不出現邊界層脫離現象，效率達最高值。當流量減小時(工作點向A1移動)，氣流速度和方向均發生變化，使非工作面上出現脫離現象，當流量減少到臨界值(A1)點時，脫離現象擴展到整個流道，使損失大大增加，壓縮機產生的能量頭不足以克服背壓（排氣壓力），致使氣流倒流，倒流的氣體與吸進來的氣體混合，流量增大，葉輪又可壓送氣體。但由于吸入氣體量沒有變化，流量仍然很小，故又將產生脫離，再次出現倒流現象，如此周而復始。這種氣流來回倒流撞擊的現象稱為“喘振”，它將使壓縮機產生強烈的振動和噪聲，嚴重時會損壞葉片甚至整個機組。壓縮機工況變化時的特性曲線為了防止當壓縮機工況發生變化時發生喘振現象，機組中須采取反喘振措施。即從壓縮機出口旁通—部分氣流直接進入壓縮機的吸入口，加大它的吸入量，從而避免喘振現象的發生。目前，在離心式壓縮機上均采用獨立的反喘振系統。系統根據出入口壓力、溫度計算出當前工況下的入口流量并與系統中的當前工況喘振流量進行比較，從而控制反喘振控制閥的開度。烯烴工廠的離心壓縮機均采用的是美國GE公司的PLC系統。另外，美國TRICON公司的TS-3000計算機控制系統也被廣泛地使用。一般來說，反喘振控制器具有以下特點：反喘振控制閥為快開慢關型。控制系統將設計喘振線（圖中黑線，制造工廠運用多點回歸法計算）提前10%為實際控制線（圖中紅線），再提前10%為控制閥動作線（圖中藍線）。也就是說，入口實際流量點一旦進入藍線左側，反喘振控制閥就開始打開，并根據離紅線的橫坐標距離確定開度，到達紅線時控制閥全開。每發生一次喘振，反喘振控制閥動作線就提前10%至校正動作線（圖中綠線）。只有復位后才回歸原位。堵塞所謂堵塞．即流量已達最大值，如圖中的A2點，此時，壓縮機流道中某個最小截面處的氣流速度達到了音速，流量不可能繼續增加。從堵塞點(最大流量點)到喘振點(最小流量點)這一范圍，稱為離心式壓縮機的穩定工作區。它的大小也是壓縮機性能好壞的標志之一。由右圖可看出，壓縮機真正安全的運行區域是由四部分構成的。脫口轉速密封工作最低轉速喘振工況堵塞工況喘振工況堵塞工況脫扣轉速密封工作轉速臨界轉速轉軸的轉速達到某一數值時，軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致，將發生共振，此時軸的運轉便不穩定而發生顯著的反復變形。嚴重時將使軸、軸承、零件甚至于整個機械設備遭到破壞，軸共振時的轉速稱為臨界轉速，常用nc表示。轉軸的臨界轉速nc與轉軸材料的彈性特性，軸的形狀、尺寸、支承形式以及軸上圓盤動件質量有密切的關系。軸在共振時的臨界轉速在理論上有無窮多個，可分為一階、二階、三階……。工作轉速高于一階臨界轉速(nc1)的軸稱為撓性軸，低于一階臨界轉速的軸稱為剛性軸。烯烴工廠所有的泵均為剛性軸，不需要考慮臨界轉速的影響。壓縮機則全是撓性軸，由于高于一階的其他階次臨界轉速都遠高于工作轉速，所以實際運行中只考慮一階臨界轉速，我們常說的臨界轉速也只指一階臨界轉速。壓縮機決不允許在臨界轉速上運行，在壓縮機的轉速控制系統中，臨界轉速的±5%區域均不允許停留。離心式壓縮機的軸端密封離心式壓縮機的軸端密封是指將壓縮機內部介質與外部環境相隔離，防止機內介質向機體外泄漏的一種裝置。離心式壓縮機的軸端密封主要有以下幾種型式：軸向密封：浮環密封、阻塞密封徑向密封：單端面螺旋槽式機械密封、干氣密封軸向密封軸向密封是防止介質沿軸向泄漏到機體外。浮環密封：常用于中、高壓離心壓縮機中。這是因為傳統的機械密封在周速大于40m/s、溫度高于200℃以后很難適應。

浮環密封機理

浮環密封屬于流阻型非接觸式動密封，是依靠密封間隙內的流體阻力效應而達到阻漏目的。由于存在間隙，避免了固體摩擦，適用于高速情況，即可封堵液體，也可封堵氣體。清潔油出口清潔油進口污油出口內浮環外浮環浮環密封有下列優點：

1）密封結構簡單，比機械密封零件少。

2）對機器的運行狀態并不敏感，有穩定密封性能。

3）密封件不產生磨損，密封可靠，維護簡單、檢修方便。

4）因密封件材料為金屬，堅固耐高溫。

5）浮環可以多個并列使用，組成多層浮動環，能有效的密封10MPa以上的高壓。

6）能用于10000～20000r/min的高速旋轉流體機械，尤其使用于氣體壓縮機，其許用速度高達100m/s以上，這是其他密封所不能比擬的。

7）只要采用耐腐蝕金屬材料或里襯耐腐蝕的非金屬材料（如石墨）作浮動環，可以用于強腐蝕介質的密封。8）因密封間隙中是液膜，所以摩擦功率極小，使機器有較高的效率。浮環密封的缺點：密封件的制造精度要求高，環的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗糙度對密封性能有明顯的影響。對氣體介質雖然密封性好，但需要一套復雜而昂貴的自動化供油系統。阻塞密封：常用于低壓、低轉速且工藝介質可以與密封介質混合的工況。

密封原理：氣體阻塞密封完全是利用梳齒密封層次減壓的原理。密封氣體抽氣徑向密封所謂徑向密封是指將介質在軸向的泄漏通過一定的結構轉變為徑向的泄漏，并在徑向進行密封。其典型的結構形式是機械密封式。目前在壓縮機上使用較多的單端面螺旋槽式機械密封、干氣密封等均是在機械密封的基礎上加以改進而來。單端面螺旋槽式機械密封

原理與結構：動、靜環之間依靠軸的高速旋轉產生相對運動，在密封油的作用下形成油膜；動環的密封端面上有螺旋狀牙槽對封油起泵送循環作用；外側浮環對封油起限流保壓作用；在隔離室內注入干凈的新氫，防止循環氣污染封油。壓力側螺旋形牙槽干氣密封：干氣密封是二十世紀六十年代末期從氣體動壓軸承的基礎上發展起來的一種新型非接觸式密封。該密封利用流體動力學原理，通過在密封端面上開設動壓槽而實現密封端面的非接觸運行。由于密封非接觸運行，因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制，適合作為高速、高壓設備的軸封，在壓縮機應用領域，干氣密封正逐漸替代浮環密封、迷宮密封和油潤滑機械密封。烯烴工廠的離心式壓縮機全部采用英國的約翰克蘭公司的這一密封形式。干氣密封具有如下優點：

1）密封無磨損，使用壽命長、運行穩定可靠；

2）密封功率消耗小，僅為接觸式機械密封的5%左右；

3）與其他非接觸式密封相比，干氣密封氣體泄漏量小，是一種環保型密封；

4）密封輔助系統簡單、可靠，不需要密封油系統，因此消除工藝流程中的氣體被油污染，使用中也不需要維護。干氣密封的缺點：密封自身結構復雜，零部件多，對加工工藝、產品設計和裝配能力要求較高。適應工況變化的能力不強。工藝介質必須允許與密封干氣相混。需要一定壓力的氣源，氣源壓力至少高于介質壓力0.2MPa。有微量氣體進入工藝流程。