压缩机原理简介

压 缩 机,内容,什么是压缩机 压缩机的分类 各种压缩机的特点及应用 工作原理 结构 关键性的概念 压缩机与透平常见的密封型式,压缩机,什么是压缩机？用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机。也有把压缩机称为“压气机”和“气泵”的。提升的压力小于0.2MPa时，称为鼓风机。提升压力小于0.02MPa时称为通风机。,压缩机的分类,按工作原理分类 1容积式压缩机 直接对一可变容积中的气体进行压缩，使该部分气体容积缩小、压力提高。其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。 2动力式压缩机 它首先使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。动力式压缩机也称为速度式压缩机。,按排气压力分类,按压缩级数分类单级压缩机 气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩两级压缩机 气体顺次通过两次工作 腔或叶轮压缩多级压缩机 气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几 级压缩机,容积流量分类名 称 容积流量(m3min)微型压缩机 <1小型压缩机 110中型压缩机 10100大型压缩机 100,压缩机按结构或工作特征的分类,活塞式,转子式,滑片式,涡旋式,单螺杆,几种特殊的压缩机,根据secco烯烃包的具体情况，这里只对离心式压缩机、往复式压缩机、螺杆式压缩机展开交流。,离心式压缩机,裂解气压缩机高压段 11-C-2000/HP 型号：7H-7B,工作原理,离心式压缩机依靠动能的变化来提高气体的压力。当带叶片的转子(即工作轮)转动时，叶片带动气体转动，把功传递给气体，使气体获得动能。进入定子部分后，因定子的扩亚作用速度能量压头转换成所需的压力，速度降低，压力升高，同时利用定子部分的导向作用进入下一级叶轮继续升压，最后由蜗壳排出。对于每一台压缩机，为了达到设计需要压力，每台压缩机都设有不同数量的级数和段数，甚至有几个缸体组成。,由物理学可知，回转体的动量矩的变化等于外力矩，则T=m(C2UR2-C1UR1) 两边都乘以角速度，得T=m(C2UR2-C1UR1) 也就是说主轴上的外加功率N为：N=m(U2C2U-U1C1U)上式两边同除以m则得叶轮给予单位质量介质的功即叶轮的理论能量头。,特点与应用,优点 由于是连续旋转式机械，可以大大地提高进入其中的工质量，提高功率。所以，离心式压缩机的第一个特点是：功率大。 由于工质量可以提高，必然导致叶片转速的提高，所以第二个特点是高速性。 无往复运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单； 易损部件少，故障少、工作可靠、寿命长；,机组单位功的重量、体积及安装面积小； 机组的运行自动化程度高，调节范围广，且可连续无级调节； 在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度； 润滑油与介质基本上不接触，从而提高了冷凝器及蒸发器的传热性能； 对大型压缩机，可由蒸气动力机或燃气动力机直接带动，能源使用经济合理；,缺点 单机容量不能太小，否则会使气流流道太窄，影响流动效率； 因依靠速度能转化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机每级的压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩； 特别情况下，机器会发生喘振而不能正常工作；,由于以上特点，离心式压缩机与其他型式压缩机相比有显著的优越性，被广泛地应用于下列工况： 大流量 需长周期平稳运行 压比不高在我们石化行业，离心式压缩机傲视群雄地担负着装置或系统的动力循环任务，昵称“循环机”，是装置名符其实的心脏。,结构,离心式压缩机主要由以下几部分组成 转子 主要由轴、叶轮、隔套，平衡鼓 (盘），半联轴器组成。 定子 包括机壳，端盖，导流隔板，支撑轴承和级间密封（梳齿密封） 轴封 止推轴承 油路及保护装置,级是压缩机作功的最基本的单元，在级中叶片带动气体转动，把功传递给介质，使介质获得动能。通过由隔板构成的扩压流道和扩压槽,介质的一部分动能转化为压力势能，并被导入下一级继续压缩。中间级有叶轮、隔板、级间密封等，末级是由叶轮、隔板和蜗壳组成,吸入室,作用是将介质均匀地引导至叶轮的进口，以减少气流的扰动和分离损失。它的结构比较简单，有轴向进气和径向进气两种。径向进气结构多采用于多级双支承压缩机中。,叶轮(工作轮)叶轮是一个最重要的部件，通过叶轮将能量传递给气体，使气体的速度及压力都得到提高。,影响叶轮性能的主要因素是叶片的弯曲形状。按叶片出口端弯曲方向的不同，可分为后弯、前弯及径向叶轮三种类型。由于后弯式叶片的级效率较高，因此被广泛采用。叶轮是高速旋转的部件，要求材料具有足够的强度。为了减少振动，叶轮和轴必须经过动平衡试验，以达到规定的动平衡要求。,隔板与级间密封,隔板将压缩机的各级分隔开，并由相邻的面构成叶轮出口的扩压器、弯道和回流室。来自叶轮的气体在扩压器通道内将一部分动能转化为压力能并通过弯道和回流室到达下一级叶轮入口，气体在弯道和回流器的流动，可以认为压力和速度不变，仅改变气体的流动方向。隔板分为上、下两半，沿水平中心面分开。在隔板外圆圆周方向装有齿形密封圈，与安装在叶轮轮颈上的耐磨环构成梳齿密封，从而防止气体在级间串通。,作用是把扩压器流出的气体汇集起来排出去。由于外径和流通截面逐渐扩大，也起到使气流减速和扩压的作用。,蜗壳,支撑轴承（又称径向轴承）,径向轴承为多油楔、压力润滑的可倾瓦块式轴承。压力油径向进入，通过小孔润滑瓦块和支撑块，然后向侧向排出。轴承由等距离分布在轴径圆周上的几个瓦块组成。瓦块是钢制的，内表面衬有巴氏合金，背面有凹进去的支撑座，相应地在瓦座上有支撑块。瓦面与轴径及瓦座均为同心圆，而瓦块支撑座的圆弧曲率大于瓦座支撑块的圆弧曲率这样瓦背与瓦座在轴向上为线接触，以利于瓦块摇摆灵活更好地与转轴间形成油楔，但瓦块在轴向上并不能摆动。,这种轴承有如下优点： 进一步改善轴瓦中流体的动力学性能。 轴径圆周上受力均匀，因而运转平稳，以最大限度的吸收转子的径向振动。 轴承抗油膜振荡性能好。,止推轴承,离心压缩机在正常工作时，由于出入口存 在的压差形成一指向低压侧（入口侧）的轴向 推力。压缩机的平衡装置能平衡大部分的轴向 力，残余轴向力则由止推轴承承担，其止推块 称为主止推块。另外在启动时由于气流的冲击 作用，往往产生一个反方向的轴向推力，使转 子向高压侧窜动；为此在主推块的对面增设副 止推块。这种型式的止推承称作双端面止推轴 承。止推轴承一般安装压机吸入侧。常用的型 式为：金斯伯利型（KINGSBURY)。,11-CST-2101,机壳,压缩机机壳是将介质与大气隔绝，使介质在其 间完成能量转换的重要部件。它还具有支承其 他静止部件，如隔板、密封等的功能。机壳重 量大，形状复杂，在其外部连接有进气、排气 、润滑油、密封介质等管道，两侧的端盖上带 有轴承箱和轴向密封室。对于高压压缩机，机 壳一般采用筒型结 构，低压压缩机则 采取水平剖分结构， 烯烃工厂的机组均 采用水平剖分。,平衡盘（鼓）,由于叶轮两侧的压力不相等，在转子上受到一个指向叶轮进口方向的轴向椎力。为了减少止推轴承的载荷，往往在末级之后设置一个平衡盘。因平衡盘左侧为高压，右侧与进气压力相通，因而形成一个相反的轴向推力，承担了大部分的轴向推力，减轻了止推轴承的负荷。,平衡盘的工作原理,平衡室P3,平衡管至入口,平衡腔P4,轴向力PA,平衡力PB,出口压力P2,入口压力P1,轴向力的形成：叶片前后的压力差产生了一个由出口指向入口的轴向力。PA=P2-P1 平衡力的形成：压缩机出口介质经过轴套间隙到达平衡腔，形成平衡腔压力P4。再经过平衡盘间隙来到平衡室，形成平衡室压力P3，并通过平衡管回到入口。由于平衡盘间隙和入口压力的双重影响，使得P3P4，二者压力差在平衡盘上产生了一个与轴向力反向的平衡力。PB=P4-P3 注：P1 P3 P4 P2,同时也可以看出作用在叶轮上的压力差与作用在平衡盘上的压力差之间的关系：PA PB由于平衡盘的面积小于叶轮的公称面积，所以平衡力轴向力，因此，压缩机的平衡装置只能平衡掉一部分轴向力，剩下的则由推力轴承承担。,当轴向力发生变化时，平衡力也将随之发生变化，这种自我调整主要表现在以下两个方面： 压力的自我调节轴向力发生变化的起源是叶轮的前后压力（P1、P2）发生了变化，由于平衡盘的前后压力（P3、P4）均是来源于P1和P2，所以，平衡力是随动于轴向力的，而且这种调节与轴向力的变化是同向的，但幅度要小于轴向力的变化幅度。,结构上的自动调节轴向力的变化会导致转子窜动，这种窜动又会使平衡盘间隙发生改变，从而引起平衡室压力（P4）的变化，最终改变平衡盘的平衡力。这种自动调节同样也是正向的，而且比压力的自动调节高效，幅度也大。,平衡鼓大型离心式压缩机和离心泵的轴向力是相当大的，相应需要的平衡力也很大。在这种情况下，平衡盘自身的强度以及它跟轴的结合难以满足要求，因此在大型离心式压缩机和离心泵上通常使用有足够轴向厚度的平衡鼓结构。加氢压缩机11-C-3501即采用平衡鼓结构。平衡鼓和平衡盘平衡原理一致，结构相似，只是由于结构的原因，平衡鼓不能实现结构上自动调节。在实际设计中也有采用“鼓+盘”的方式将两者的优势结合起来。,11-C-5501,需要特别说明的是，裂解气压缩机（11-C-2000）属于一个特殊情况。由于压缩机的三个压缩段均属于中间抽气再压缩，因此，设计上巧妙地将每段的两个压缩块采取叶轮“背靠背”的方式，从而使两个压缩块的轴向力相互抵消。因此裂解气压缩机的每个压缩段均没有设置平衡装置。,MP段,HP段,叶轮,关于离心式压缩机的几个概念,喘振所谓喘振是指当离 心式压缩机的入口流 量低于一特定值时压 缩机的能量头不足以 克服背压而在气道内 形成的一种周期性往 复振荡现象。,压缩机工况变化时的特性曲线,右下图所示为离心式压缩机的特 性曲线。若压缩机在设计工况A点下 工作时，气流方向和叶片流道方向一 致，不出现边界层脱离现象，效率达 最高值。当流量减小时(工作点向A1移动)，气流速度和方向均发生变化，使非工作面上出现脱离现象，当流量减少到临界值(A1)点时，脱离现象扩展到整个流道，使损失大大增加，压缩机产生的能量头不足以克服背压（排气压力），致使气流倒流，倒流的气体与吸进来的气体混合，流量增大，叶轮又可压送气体。但由于吸入气体量没有变化，流量仍然很小，故又将产生脱离，再次出现倒流现象，如此周而复始。这种气流来回倒流撞击的现象称为“喘振”，它将使压缩机产生强烈的振动和噪声，严重时会损坏叶片甚至整个机组。,压缩机工况变化时的特性曲线,为了防止当压缩机工况发生变化时发生喘振现象，机组中须采取反喘振措施。即从压缩机出口旁通部分气流直接进入压缩机的吸入口，加大它的吸入量，从而避免喘振现象的发生。目前，在离心式压缩机上均采用独立的反喘振系统。系统根据出入口压力、温度计算出当前工况下的入口流量并与系统中的当前工况喘振流量进行比较，从而控制反喘振控制阀的开度。烯烃工厂的离心压缩机均采用的是美国GE公司的PLC系统。另外，美国TRICON公司的TS-3000计算机控制系统也被广泛地使用。,一般来说，反喘振控制器具有以下特点： 反喘振控制阀为快开慢关型。 控制系统将设计喘振线（图中黑线，制造工厂运用多点回归法计算）提前10%为实际控制线（图中红线），再提前10%为控制阀动作线（图中蓝线）。也就是说，入,口实际流量点一旦进入蓝线左侧，反喘振控制阀就开始打开，并根据离红线的横坐标距离确定开度，到达红线时控制阀全开。 每发生一次喘振，反喘振控制阀动作线就提前10%至校正动作线（图中绿线）。只有复位后才回归原位。,堵塞,所谓堵塞即流量已达最大值，如图中的A2点，此时，压缩机流道中某个最小截面处的气流速度达到了音速，流量不可能继续增加。从堵塞点(最大流量点)到喘振点(最小流量点)这一范围，称为离心式压缩机的稳定工作区。它的大小也是压缩机性能好坏的标志之一。,