離心壓縮機(jī)講義

1、 一 透平壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、性能及工作原理二 透平壓縮機(jī)振動(dòng)類型案例三 透平壓縮機(jī)的開(kāi)停車步驟四 透平壓縮機(jī)的運(yùn)行注意事項(xiàng)離心壓縮機(jī)一 離心式壓縮是如何提高壓力的？離心式壓縮機(jī)氣體的提高，是靠葉輪帶動(dòng)氣體旋轉(zhuǎn)，使氣體受到離心力的作用產(chǎn)生動(dòng)力獲得動(dòng)能，然后進(jìn)入擴(kuò)壓器中，氣體流速逐漸減慢，將動(dòng)能轉(zhuǎn)變成壓力能，而使氣體壓力得到提高，它與活塞式或回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)靠改變氣體的容積來(lái)提高壓力是不同的。二 離心式壓縮機(jī)主要優(yōu)缺點(diǎn) 離心式壓縮機(jī)主要優(yōu)缺點(diǎn)是：?jiǎn)螜C(jī)輸出量大而連續(xù)，無(wú)脈沖，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，機(jī)組外型尺寸小，重量輕，占地面積少，投資省，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損件少，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，維修工作量小，調(diào)節(jié)性能好，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制比較容

2、易，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，單系列運(yùn)行，不需要備用機(jī)組，介質(zhì)不與潤(rùn)滑油接觸，有利于化學(xué)反映，可用氣輪機(jī)直接拖動(dòng)，能充分利用化肥廠工藝熱能，經(jīng)濟(jì)效益好。 缺點(diǎn)是：由于氣體的流動(dòng)損失，漏氣損失和輪阻損失比較大，因而效率較低，一般比往復(fù)式壓縮機(jī)低510%，容易“喘振”。三 離心式壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)離心式壓縮機(jī)的每一段，是由幾個(gè)壓縮級(jí)組成，每一級(jí)是由一個(gè)葉輪以及與其配合的固定元件所構(gòu)成。其基本結(jié)構(gòu)可分為中間級(jí)和末級(jí)兩種。中間級(jí)是由葉輪、擴(kuò)壓器、彎道和回流器等組成。氣體通過(guò)彎道和回流器后即到下一級(jí)繼續(xù)壓縮。在離心式壓縮機(jī)里，除每一段的一級(jí)外，都屬于這種中間級(jí)。末級(jí)是由葉輪、擴(kuò)壓器、蝸輪等組成。氣體經(jīng)過(guò)壓縮后排出，到冷卻

3、器進(jìn)行冷卻并分離后送用戶。四 離心式壓縮機(jī)的主要零部件及作用1 吸氣室：吸氣室是把所需壓縮的氣體均勻地引入葉輪去壓縮。因此，壓縮機(jī)每一段第一級(jí)進(jìn)口都設(shè)置了吸氣室。2 葉輪：葉輪安裝在轉(zhuǎn)軸上，由輪盤(pán)、輪蓋和葉片組成，是壓縮機(jī)中最重要的部件。氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，以及在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng)，使氣體通過(guò)葉輪后的壓力得到了提高，氣體的功能也同樣在葉輪里得到了提高。因此，葉輪是將機(jī)械能傳給氣體，以提高氣體的壓力和速度的作功部件。3 擴(kuò)壓器：氣體從葉輪流出時(shí)，除壓力升高外，還具有較高的流動(dòng)速度。為了充分利用這部分動(dòng)能，在葉輪的后面設(shè)置了流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，以進(jìn)一步提高氣體

4、的壓力。4 彎道與回流器：為了把擴(kuò)壓器后的氣體引導(dǎo)到下一級(jí)葉輪去繼續(xù)壓縮，在擴(kuò)壓器后面設(shè)有引導(dǎo)氣體的彎道，把氣體均勻地引入下一級(jí)葉輪進(jìn)口的回流器。5 蝸殼：蝸殼的主要作用是把擴(kuò)壓器后面的氣體匯集起來(lái)并引出壓縮機(jī)。此外，在蝸殼出口處，氣流速度還有一定數(shù)值，故設(shè)置一個(gè)錐行排氣管，也象擴(kuò)壓器一樣，是氣流起到一定的降速擴(kuò)壓作用。6 密封裝置：為了阻止壓縮機(jī)由軸端向外漏氣，在壓縮機(jī)的機(jī)殼兩端設(shè)置了密封，密封類型主要有，梳齒密封、機(jī)械密封、浮環(huán)密封、干氣密封等。宜興廠的兩臺(tái)冰機(jī)、合成氣壓縮機(jī)均采用干氣密封。干氣密封較其它類型密封相比具有經(jīng)濟(jì)、干凈、容易操作、安全和檢修量少等特點(diǎn)。7 徑向軸承、止推軸承及平

5、衡盤(pán)為了承受轉(zhuǎn)子的重量和葉輪的徑向力設(shè)置了徑向軸承，另外，由于運(yùn)行時(shí)葉輪出口的壓力高于進(jìn)口，在安裝葉輪時(shí)，可用反方向安裝的方法來(lái)平衡掉大部分的軸向推力，剩余的推力由止推軸承承受。但是絕大部分的壓縮機(jī)，特別壓縮比大的壓縮機(jī)，其殘余的軸向推力仍然非常大，為了減少作用在止推軸承上的軸向推力，常在轉(zhuǎn)子上還設(shè)置了平衡盤(pán)。8 梳齒密封：當(dāng)氣流通過(guò)梳齒形密封片間隙時(shí)，氣體近似經(jīng)歷絕熱膨脹過(guò)程，氣流的壓力和溫度都下降，而速度增加，當(dāng)氣流從間隙進(jìn)入密封片之間的空腔時(shí)，由于截面積突然擴(kuò)大，氣流形成很強(qiáng)的旋渦，從而使速度幾乎完全消失，壓力即等于間隙中的壓力，溫度恢復(fù)到密封片前的數(shù)值，而比容增加了，氣流經(jīng)過(guò)后面的每一

6、密封片間隙和空腔，重復(fù)上述的變化過(guò)程，由于氣體壓力的不斷降低，氣流體積不斷增加，通過(guò)最后一個(gè)密封片時(shí)的速度為最大，壓降比也最大。 通過(guò)密封間隙的漏氣量，是與間隙的截面積和間隙前后的壓力差成正比例的，對(duì)于使用中的密封裝置，為了得到良好的密封效果，一方面盡量保證最小的間隙截面積，另一方面要保持梳齒的光角和空腔的潔凈。使氣體能產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋渦，而壓力不再回升。五 離心式壓縮機(jī)的能量損失原動(dòng)機(jī)通過(guò)葉輪將機(jī)械能傳給氣體時(shí)，存在著各種損失，這些損失使離心式壓縮機(jī)無(wú)用功的增加和效率的下降，主要存在下列損失： 流道損失，該損失為氣體在吸氣室、葉輪、擴(kuò)壓器、彎道、回流器、蝸殼等元件中流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的損失。它包括流動(dòng)摩

7、擦損失、邊界層分離損失、沖擊損失、波阻損失等。 輪阻損失：葉輪在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤(pán)、輪蓋的外側(cè)及輪緣與氣體發(fā)生摩擦而造成的損失叫輪阻損失。 漏氣損失：由于葉輪出口的氣體壓力比進(jìn)口壓力高，所以葉輪出口的氣體有一部分要從密封間隙流回葉輪的進(jìn)口。另外，氣體還會(huì)通過(guò)級(jí)間密封從高壓級(jí)流向低壓級(jí)，還有一部分氣體會(huì)經(jīng)過(guò)軸端密封流出機(jī)外，這種由于內(nèi)部或外部漏氣而造成的損失叫漏氣損失。 機(jī)械損失：離心壓縮機(jī)在軸承、聯(lián)軸節(jié)及增速箱等傳動(dòng)結(jié)構(gòu)中所造成的算是叫機(jī)械損失。六 喘振工況和滯止工況從壓縮機(jī)性能曲線可以看出，當(dāng)流量減少時(shí)，由于氣流沖擊葉片嚴(yán)重，在葉道中引起氣流邊界層的分離，并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象。此時(shí)葉輪前后的壓力

8、就產(chǎn)生強(qiáng)烈的脈動(dòng)，并引起周期性的力作用在葉輪上，使葉輪產(chǎn)生振動(dòng)。 當(dāng)流量進(jìn)一步下降，氣流分離層擴(kuò)及整個(gè)通道，以致使葉道中氣流通不過(guò)去，這時(shí)，級(jí)的壓力突然下降，然后流道中較高壓力的氣體就倒流到級(jí)里來(lái)，瞬間，倒流的氣體充滿了葉道，彌補(bǔ)了氣體流量的不足，從而使葉輪工作恢復(fù)正常，又把倒流的氣體壓回去，這樣使級(jí)中流量又減少，于是壓力又突然下降，級(jí)后的壓力氣體又倒回級(jí)中，重復(fù)出現(xiàn)上述現(xiàn)象。 在這過(guò)程中，壓縮機(jī)級(jí)和其后管道、系統(tǒng)之間產(chǎn)生了一種低頻高振幅的壓力脈動(dòng)，以致引起葉輪應(yīng)力增加，整個(gè)機(jī)組發(fā)生強(qiáng)振動(dòng)，發(fā)生嚴(yán)重的噪音，調(diào)節(jié)系統(tǒng)也大幅度波動(dòng)，從而無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行，嚴(yán)重的甚至?xí)p壞機(jī)器，這種現(xiàn)象就是喘振。在壓縮比

9、大，出口流量大，壓力高，氣體比重大的情況下，如發(fā)生喘振，則其后果更加嚴(yán)重。 七 喘振曲線和防喘振曲線 由于離心壓縮機(jī)在每一個(gè)轉(zhuǎn)速下的特性曲線均有一峰值，而這一點(diǎn)即為喘振點(diǎn)。將喘振曲線上所有喘振點(diǎn)連接起來(lái)，即可得一曲線，可叫離心壓縮機(jī)的喘振曲線。當(dāng)壓縮機(jī)在某一給定速度曲線最高值的左邊運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將發(fā)生喘振。因此，千萬(wàn)要防止壓縮機(jī)在圖示的喘振區(qū)域內(nèi)運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)這一目的我們?cè)O(shè)置了防喘振系統(tǒng)。 在某一轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)的實(shí)際流量與該轉(zhuǎn)速的喘振流量之比叫做防喘振裕度，裕度太大，則功率消耗增加，經(jīng)濟(jì)性差，而太小則離喘振點(diǎn)太近，安全性差。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般防喘振裕度控制在110125%左右。在決定裕度大小時(shí)，還應(yīng)把調(diào)

10、節(jié)儀表的誤差和滯后等因素考慮進(jìn)去。例棲霞山化肥廠一臺(tái)空氣壓縮機(jī)的喘振曲線是28.8%，而我們?cè)O(shè)置的保護(hù)曲線是35%，在此曲線內(nèi)，機(jī)器從未發(fā)生過(guò)喘振。 喘振曲線通常呈拋物線，而考慮了防喘振裕度后，就可以在其右邊畫(huà)出一條與喘振曲線相似的一條拋物線，這就是保護(hù)曲線，或叫防喘振曲線。保護(hù)曲線沒(méi)有必要與喘振曲線完全相似，或由喘振曲線平移來(lái)獲得。這要保證壓縮機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)有合適的裕度即可。這樣就使防喘振控制系統(tǒng)儀表的配置和選用變得極為簡(jiǎn)單，并且更有靈活性。八 防喘振系統(tǒng)的工作方法 從離心壓縮機(jī)的特性可以知道，提升轉(zhuǎn)速或加大缸體流量可以避免喘振。一般采取放空或打回流的方法來(lái)增加缸體流量，以保證壓縮機(jī)的運(yùn)

11、行點(diǎn)不致落入喘振區(qū)。 簡(jiǎn)圖即四回一防喘振控制系統(tǒng)。壓縮機(jī)的出口壓力調(diào)節(jié)器PRC和流量調(diào)節(jié)器FRC，將各自測(cè)得的壓力與流量值與事先給定的允許值作比較，如果流量低于給定或壓力高于給定，兩個(gè)調(diào)節(jié)器將分別發(fā)出控制信號(hào)，經(jīng)選擇調(diào)節(jié)器選擇后，將產(chǎn)生動(dòng)作使防喘振閥門(mén)自動(dòng)打開(kāi)，從而達(dá)到了增加流量，防止喘振的目的。在低壓缸出口設(shè)有一放空閥，低壓缸出口壓力若異常升高，可通過(guò)此閥將壓力卸去。九 防喘振操作應(yīng)注意事項(xiàng) 開(kāi)車時(shí)，必須根據(jù)壓縮機(jī)的性能曲線，并按照先升速，后升壓的原則。在防喘閥全開(kāi)的情況下啟動(dòng)汽輪機(jī)，并升速到某一轉(zhuǎn)速（一般是機(jī)組的下限轉(zhuǎn)速）再關(guān)小一點(diǎn)防喘閥或放空閥，使壓力升高到比在該轉(zhuǎn)速下壓縮機(jī)特性允許的壓

12、力低一些的數(shù)值。然后，再按照上述方法，升一點(diǎn)轉(zhuǎn)速，關(guān)一點(diǎn)防喘振閥，提高壓力，升速、升速交替進(jìn)行。直至壓縮機(jī)達(dá)到正常工作點(diǎn)為止。停車則相反，應(yīng)先降壓，后降速。降壓、降速交替進(jìn)行，直至停機(jī)。 具有分缸防喘振系統(tǒng)的機(jī)組，在操作防喘振閥時(shí)，必須交替進(jìn)行，例如，開(kāi)啟高壓缸防喘振閥，必須要等到低壓缸出口壓力上升，而流量下降。這時(shí)就必須將低壓缸防喘振閥也開(kāi)啟一點(diǎn)，防止低壓缸也產(chǎn)生喘振。同樣，開(kāi)大低壓缸出口防喘振閥也會(huì)引起高壓缸入口流量下降。因此，低高壓缸應(yīng)互相照應(yīng)，不可顧此失彼。十 汽輪機(jī)本體1 靜止部分：由汽缸、隔板、噴嘴、汽封和軸承等組成。2 轉(zhuǎn)動(dòng)部分：由主軸、葉片、葉輪以及聯(lián)軸節(jié)、盤(pán)車等裝置組成。3

13、控制部分：包括調(diào)節(jié)裝置、保護(hù)裝置及油系統(tǒng)等。其工作過(guò)程大致如下：進(jìn)入汽輪機(jī)的具有一定壓力和溫度的蒸汽，流過(guò)噴嘴時(shí)發(fā)生膨脹，熱能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，使蒸汽獲得很高的速度，從而沖動(dòng)轉(zhuǎn)子上的葉片使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，并由聯(lián)軸節(jié)輸出，帶動(dòng)壓縮作功。 十一 汽輪機(jī)各部件的作用1 汽缸：汽缸是汽輪機(jī)的外殼，它的作用是把蒸汽的流通部分與外界隔開(kāi)。在下汽缸設(shè)有抽汽口、排汽口、汽缸內(nèi)部裝有各級(jí)隔板。2 隔板：隔板的作用是使汽缸內(nèi)的蒸汽不致沿軸漏出，或使外界的空氣不致大量沿軸漏入汽缸內(nèi)部。另外，為了減少級(jí)與級(jí)之間的漏汽，在隔板上也裝有汽封。3 軸承：汽輪的軸承分徑向支持軸承和軸向推力軸承。支持軸承是支

14、持汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的重量，承受部分進(jìn)汽時(shí)引起的作用力，并固定轉(zhuǎn)子的徑向位置，保證汽輪機(jī)動(dòng)、靜部分同心。止推軸承的作用是承受轉(zhuǎn)子的剩余軸向推力。轉(zhuǎn)子在汽缸的軸向位置也靠它來(lái)固定，以保證動(dòng)、靜部分不置碰撞。4 葉片：葉片裝在葉輪上，而葉輪及聯(lián)軸節(jié)裝在主軸上。其作用是把蒸汽的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成為旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，以輸出給壓縮機(jī)，相鄰兩葉片的工作部分組成了轉(zhuǎn)子上的蒸汽通道。5 盤(pán)車機(jī)：盤(pán)車機(jī)不僅可以減少?zèng)_轉(zhuǎn)時(shí)的起動(dòng)力矩，更主要的是為了在汽輪機(jī)在停車后和啟動(dòng)前盤(pán)動(dòng)轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子得以均勻冷卻或升溫，否則轉(zhuǎn)子因上下冷卻不勻或者局部受熱會(huì)產(chǎn)生彎曲。十二 汽輪的保護(hù)裝置1 危急保安器：其作用是當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速超過(guò)極限時(shí)泄去安全油，使機(jī)

15、組脫扣停車，防止發(fā)生超速飛車事故。2 低油壓保護(hù)裝置：其作用是在動(dòng)力油或潤(rùn)滑油壓力降到一定值時(shí)，自啟動(dòng)備用油泵。油壓低至危險(xiǎn)值時(shí)，使汽輪機(jī)脫扣停車，油壓極低時(shí)使盤(pán)車機(jī)跳閘。3 抽汽止回閥聯(lián)動(dòng)裝置：當(dāng)汽輪機(jī)脫扣時(shí)，迅速切斷抽汽以防止蒸汽倒入汽輪機(jī)造成事故。4 停車電磁閥：其動(dòng)作因素很多。如軸向位移過(guò)高，振動(dòng)過(guò)高，潤(rùn)滑油壓低，油穩(wěn)過(guò)低，排汽溫度過(guò)高，以及工藝聯(lián)鎖等任一項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)規(guī)定值，電磁閥即動(dòng)作，引起安全油失壓，使汽輪機(jī)脫扣。5 手檔停車裝置：其作用是當(dāng)確認(rèn)汽輪機(jī)應(yīng)停車時(shí)，可手動(dòng)使其脫扣停車。6 大氣釋放裝置：當(dāng)排汽壓力急劇上升時(shí)，為保持汽輪機(jī)的低壓部分，該裝置及時(shí)動(dòng)作，將蒸汽排入大氣。7 調(diào)節(jié)

16、閥聯(lián)動(dòng)裝置：汽輪機(jī)停車時(shí)能迅速關(guān)閉，并要保證必須在把調(diào)節(jié)閥手輪退回起點(diǎn)后才能重新起動(dòng)。以防止因突然復(fù)位致使大量蒸汽突然涌入汽輪機(jī)而引起事故。8 自動(dòng)主汽閥，必須停車時(shí)能迅速關(guān)閉該閥，以及時(shí)切斷主汽。十三 汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其作用是：1 在穩(wěn)定工況下，保證汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，以穩(wěn)定負(fù)荷。2 當(dāng)工藝系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，要能及時(shí)準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，以滿足工藝系統(tǒng)負(fù)荷變化的要求。調(diào)節(jié)系統(tǒng)主要由感應(yīng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)放大機(jī)構(gòu)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。十四 汽輪機(jī)滑銷系統(tǒng)及作用 汽輪機(jī)從冷態(tài)啟動(dòng)到運(yùn)行正常，是一個(gè)加熱過(guò)程，而停車又是一個(gè)冷卻過(guò)程。在次過(guò)程中，有的零部件的溫度變化極大。為了確保汽輪機(jī)在整個(gè)啟停過(guò)程中，既能自由地膨脹和收縮

17、，以避免產(chǎn)生過(guò)高的熱應(yīng)力，又必須保證汽缸的中心線不移動(dòng)。因而設(shè)置了滑銷系統(tǒng)。 滑銷主要有縱銷、橫銷和立銷。在汽缸的高壓端與排汽端各設(shè)置一立銷。以保證在垂直方向上缸體熱膨脹能處在正確位置上，并確保不致發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。在低壓缸有兩個(gè)橫銷，缸體可沿這兩個(gè)圓柱型銷子作橫向滑動(dòng)，同時(shí)他們與縱銷的交叉點(diǎn)就是整個(gè)缸體的膨脹死點(diǎn)。獨(dú)立座落在底座上的前軸承箱，支承著缸體兩只外伸的貓爪，貓爪通過(guò)橫銷與前軸承箱連接受熱膨脹時(shí)，貓爪可沿著滑銷作橫向滑動(dòng)。前軸承箱與底座之間設(shè)有縱銷，當(dāng)缸體軸向膨脹時(shí)，通過(guò)貓爪下的橫銷，推動(dòng)前軸承箱向前滑動(dòng)。十五 汽輪機(jī)的輔助設(shè)備及作用1 凝汽器：利用循環(huán)水冷卻，使汽輪機(jī)的乏汽冷凝成水，以形成真空。2 凝泵：一般有兩臺(tái)互為備用，用以從凝汽器的熱片中抽出冷凝液送鍋爐系統(tǒng)。3 主抽汽器：共設(shè)兩臺(tái)互為備用。在運(yùn)行時(shí)抽出從蒸汽中帶入或通過(guò)汽輪機(jī)真空系統(tǒng)漏入并聚集在凝汽器里的不凝結(jié)氣體，以維持凝汽器里的真空。4 輔助抽汽器：在汽輪機(jī)開(kāi)車前，用以較快地抽出空氣，產(chǎn)生必要的真空，以縮短啟動(dòng)時(shí)間，一般功率較大。十六 臨界轉(zhuǎn)速： 盡管汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子上的各個(gè)部件都制造得很精密，在裝配時(shí)也做了平衡。但是轉(zhuǎn)子的重心還是不可能完全和軸的中心相重合，存在著偏差，因此在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)就產(chǎn)生了離心力，這就是造成汽輪機(jī)振動(dòng)的主要原因。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，重心隨著軸中心線而轉(zhuǎn)動(dòng)，因