气体压缩及输送设备概述.docx

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1、设备基础知识 第二章 气体压缩及输送设备第二章 气体压缩及输送设备第一节 压缩机的分类与应用在石油化工装置中广泛地使用气体压缩机来输送气体和提高气体的压力。压缩机种类繁多，按其工作原理可分为速度式和容积式两大类。如图.1所示。图2.1 压缩机的分类速度式（也称透平式）压缩机是依靠高速旋转的工作叶轮，将机械能传递给气体介质，并转化成气体的压力能。容积式压缩机依靠容积的周期性变化来实现气体的增压和输送。根据用途进行分类，如氢气压缩机，空气压缩机，裂解气压缩机，乙烯压缩机等。按出口压力pd又可分为：通风机，pd0.0142MPa；鼓风机，0.0142MPapd0.245MPa；压缩机，pd0.245

2、MPa。压缩机由于在原理和结构上的差别，使得在性能特点方面各有不同，各类压缩机的适用范围如图2.2所示。 图2.2 各类压缩机的适用范围第二节 离心式压缩机一、概述1. 离心式压缩机的应用在现代大型石油化工装置中，除了个别需要超高压、小流量的场合外，离心式压缩机已基本取代了活塞式压缩机，成为压缩和输送各种气体的关键设备，占有极其重要的地位。如在化肥厂使用的离心式氮氢气压缩机、二氧化碳压缩机，石油化工厂使用的离心式石油气压缩机、乙烯压缩机，炼油厂使用的离心式空气压缩机、烃类气体压缩机，以及制冷用的氨气压缩机等。实践证明，在大型化生产中采用离心式压缩机具有以下几方面优点：（1）排气量大，结构紧凑，

3、机组尺寸小，重量轻，占地面积小。（2）运转平稳可靠，易损件少，连续运转时间长，机器利用率高，操作维修费用低。 （3）可以做到绝对无油的压缩过程，对于不允许气体带油的某些工艺过程具有重要意义。（4）机器转速高，适宜采用工业汽轮机或燃汽轮机直接驱动，使生产过程中产生的蒸汽、烟气的副产品得以利用，降低产品成本。离心式压缩机存在的缺点表现在以下几方面：（1）目前还不适用于气量太小及压比过高的场合。（2）气量调节的经济性较差，工作流量偏离设计流量时，效率下降幅度较大。（3）离心式压缩机效率一般仍低于活塞式压缩机。我国在五十年代已能制造离心式压缩机，从七十年代初开始又以石油化工厂，大型化肥厂为主，引进了一

4、系列高性能的中、高压力的离心式压缩机，取得了丰富的使用经验，并在对引进技术进行消化、吸收的基础上大大增强了自己的研究、设计和制造能力。2. 离心压缩机的种类离心压缩机的种类繁多，根据其性能、结构特点，可按如下几方面进行分类。表2.1 离心式压缩机的分类分类方法类型名称结构特点或用途按照机壳数目分 单缸型 只有一个机壳 多缸型 具有二个以上机壳按照气体在压缩过程中的冷却次数分 单段型 气体在压缩过程中不进行冷却 多段型 气体在压缩过程中至少冷却一次 等温型 气体在压缩过程中每次都进行冷却按照机壳的剖分方式分 水平剖分型 机壳被水平剖分为上下两半 筒型 机壳为垂直剖分的圆筒二、离心压缩机的工作原理

5、汽轮机（或电动机）带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，并以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。级间的串联通过弯道、回流器来实现。这就是离心式压缩机的工作原理。离心压缩机的结构和工作原理与离心泵相似，都是依靠高速旋转的叶片推动流体流动，从而增加流

6、体的动能和压力能。但是离心压缩机压缩的是气体介质，其介质密度小，所产生的离心力小，因而依靠离心力作功获得的能量较少。为使气体获得更多的能量以提高气体的压力，离心式压缩机都采用很高的转速。转速往往高达每分钟近万转或每分钟一万转以上。转速越高，压缩机流通内气体的流速也就越高。这些使离心压缩机的结构有其特点，设计制造要求比普通离心泵更为严格、难度更大。三、离心压缩机的结构离心式压缩机本体结构由转子及定子两大部分组成，结构如图2-4所示。转子包括主轴及固定在轴上的叶轮、轴套、平衡盘、推力盘和联轴节等零部件。定子则由气缸和定位于缸体上的各种隔板以及轴承等零部件组成。在转子与定子之间需要密封气体之处还设有

7、密封元件。有的压缩机，气体从气缸中间排出，到缸外进行冷却后，再回到气缸内继续进行压缩，有一次这样中间排出又返回的称为二段压缩，有的压缩机一缸可以有几个这样的段。下面将对离心式压缩机主要部件的基本结构和作用进行介绍。1.吸入室 2.叶轮 3.扩压器 4.弯道 5.回流器 6.蜗壳 7、8.轴端密封 9.支持轴承 10.止推轴承 11.卡环 12.机壳 13.端盖 14.螺栓 15.推力盘 16.主轴 17.联轴器 18轮盖密封 19.隔板密封 20.隔板图2-4 离心式压缩机纵剖面结构图1.主轴主轴是起支持旋转零件及传递扭矩作用的。转子上的各零部件红套在主轴上，随主轴高速旋转。过盈装配不仅是传递

8、扭矩需要，还是为了防止转动部件在旋转时由于离心力的作用而松动。另外，主轴与叶轮、平衡盘、推力盘等部件间还设有键，起到放松作用。各转子零部件在主轴上的定位是靠轴肩、定距套、锁进螺母及卡环来实现的。根据主轴的结构形式分为阶梯轴和光轴两种。2.叶轮 叶轮又称工作轮，是压缩机转子上最主要的部件，叶轮随主轴高速旋转，对气体作功。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速旋转，受旋转离心力的作用以及叶轮里的扩压流动，在流出叶轮时，气体的压力、速度和温度都得到提高。它是压缩机中唯一的作功部件。按结构形式叶轮分为开式、半开式和闭式三种。开式叶轮（见图2-5）结构最简单，仅由轮毂和径向叶片组成。在叶轮上，叶片槽道两

9、个侧面都是敞开着的，气体通道是由叶片槽道和与叶片前后有一定间隙的机壳形成的。这种通道对气体流动不利，使气体流动损失很大，此外，在叶轮和机壳之间引起的摩擦鼓风损失也最大，故这种叶轮的效率最低，在压缩机中很少被采用。 半开式叶轮（见图2-6）叶片槽道一侧被轮盘封闭，另一侧敞开，改善了气体通道，减少了流动损失，提高了效率。但是，由于叶轮侧面间隙很大，有一部分气体从叶轮出口倒流回进口，内泄漏损失大。此外，叶片两边存在压力差，使气体通过叶片顶部从一个槽道潜流向另一个槽道，因而这种叶轮效率仍不高。闭式叶轮由轮盖、轮盘和叶片组成。这种叶轮对气体流动有利。轮盖处装有气体密封，减少了内泄漏损失。叶片槽道间潜流引

10、起的损失也不存在，因此效率比前两种叶轮都高。另外，叶轮侧面和定子间隙也不像半开式叶轮那样要求严，可以适当放大，使检修时拆装方便。这种叶轮在制造上虽较前两种复杂，但有较高的效率和其他优点，故在工业压缩机中得到广泛应用。 图2-5 开式叶轮 图2-6 半开式叶轮3.平衡盘在多级离心式压缩机中因每级叶轮两侧的气体作用力大小不等，使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力即称为轴向力。轴向力对于压缩机的正常运行是有害的，容易引起止推轴承损坏，使转子向一端窜动，导致动件偏移与固定元件之间失去正确的相对位置，情况严重时，转子可能与固定部件碰撞造成事故。平衡盘是利用它两边气体压力差来平衡轴向力的零件。如图2-

11、7所示，平衡盘位于高压端，它的一侧压力是末级叶轮盘侧间隙中的压力，另一侧通向大气或进气管，通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受，在平衡盘的外缘需安装气封，用来防止气体漏出，保持两侧的差压。轴向力的平衡也可以通过叶轮的两面进气 和叶轮反向安装来平衡。 图2-7 平衡盘装置4.推力盘由于平衡盘只平衡部分轴向力，其余轴向力通过推力盘传给止推轴承上的止推块，构成力的平衡，推力盘与推力块的接触表面，应做得很光滑，在两者的间隙内要充满合适的润滑油，在正常操作下推力块不致磨损，在离心压缩机起动时，转子会向另一端窜动，为保证转子应有的正常位置，转子需要两面止推定位，其原因是压缩机起动时，各级

12、的气体还未建立，平衡盘二侧的压差还不存在，只要气体流动，转子便会沿着与正常轴向力相反的方向窜动，因此要求转子双面止推，以防止造成事故。5.联轴器由于离心压缩机具有高速回转、大功率以及运转时难免有一定振动的特点，所用的联轴器既要能够传递大扭矩，又要允许径向及轴向有少许位移，联轴器分齿型联轴器、膜片联轴器和盘膜联轴器等，目前常用的是膜片式联轴器，该联轴器具有无油润滑、无磨损、热补偿性好、自动对中性好等特点。6.气缸气缸是压缩机的壳体，又称机壳。由壳身和进、排气室构成，气缸上，装有隔板、密封体、轴承体等零部件。对它有如下要求：(1)有足够的强度以承受气体的压力；(2)法兰结合面应严密，保证气体不向机

13、外泄漏；(3)有足够的刚度，以免变形。6.1 气缸的形式离心式压缩机气缸可分为水平剖分型和垂直剖分型(又称筒型)两种。气体压力比较低(一般低于5MPa)的多采用水平剖分型气缸，气体压力较高或易泄漏的，要采用筒型缸体。水平剖分型气缸有一个中分面，将气缸分为上下两半，分别称为上、下气缸，在中分面处用螺栓把法兰连接在一起。法兰结合面应严密，保证不漏气。一般进、排气接管或其他气体接管都装在下气缸，以便拆卸时起吊上气缸方便。打开上气缸，压缩机内零部，如转子、隔板、迷宫密封等都容易进行拆装。垂直剖分型气缸适应于中高压压缩机。如图2-4，气缸是一个圆筒，两端分别有端盖板，用螺栓把紧。隔板有水平剖分面，隔板之

14、间有止口定位，形成隔板束。转子装好后放在下隔板束上，盖好上隔板束，隔板中分面法兰用螺栓把紧，隔板束件可用贯穿螺栓连起来，推入筒型缸体安置好后，贯穿螺栓可以卸掉。为了导向和防止隔板束转动，在气缸下部设有纵向键。轴承座可以和端盖板做成一个整体，易于保持同心，也可以分开制造，再用螺栓连接。和水平剖分型缸体比较起来，筒型缸体具有以下优点：第一，筒型缸体强度高；第二，筒型缸体泄漏面小，气密性好；第三，筒型缸体的刚性比水平剖分型好，在相同条件下变形小。筒型缸体的最大缺点是拆卸困难，检修不便。6.2 气缸的固定原则气缸固定在机座上，压缩机在启动、停机和运行中负荷变化时，气缸各部分温度都会发生变化而引起相应的

15、膨胀和收缩。如果膨胀和收缩不能合理、自由地进行，就可能引起气缸、轴承座的部件的变形，使中心对中偏差加大，振动加剧；同时引起压缩机内的间隙变化，造成动、静部分碰伤或者效率降低。因此气缸固定必须考虑到膨胀和收缩问题，要求气缸合理地自由伸缩。通常在气缸、轴承座和机座之间装设轴向键和水平横向键。有的压缩机采用挠性板支撑系统，不设轴向键。如图2-8所示，A为轴向键，B为水平横向键，气缸可以沿图中箭头所示方向自由膨胀和伸缩，而不会移动或旋动。图中A-A和B-B的空间交点E是不动点，常称为气缸的死点。键和机座之间应紧配，而键与气缸键槽、气缸猫抓螺钉与螺钉孔间及螺帽垫圈下均应留有足够的间隙，以使气缸伸缩。 图

16、2-8 气缸机座滑键的布置在气缸固定时，要特别注意气体管道与气缸的柔性连接，以保证不因管道的收缩影响气缸的定位。7.隔板隔板形成固定元件的气体通道，根据隔板在压缩机中所处的位置，隔板有4种类型：进气隔板、中间隔板、段间隔板和排气隔板。进气隔板和气缸形成进气室，将气体导流到第一级叶轮人口，对于采用可调预旋的压缩机，在进气隔板上还要装设可调导叶，以改变气体流向第一级叶轮的方向角。中间隔板的任务有二：一是形成扩压器，二是形成弯道（与气缸一起）和回流器。段间隔板是指在分段叶轮对置的压缩机中分隔两段的排气口。排气隔板除了与末级叶轮前隔板形成扩压器外，还要与气缸形成排气室（蜗壳）。(1)扩压器：气体从叶轮

17、流出时，它仍具有较高的流动速度。为了充分利用这部分速度能，以提高气体的压力，在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器。扩压器一般有无叶、叶片、直壁形扩压器等多种形式。无叶扩压器通常是由两个平行壁面组成的环形通道，气体在无叶扩压器中按一定方向角作对数螺旋线轨迹运动，随扩压器直径的增大流道面积增大、达到使气体降速增压的目的，其结构如图2-9所示；叶片扩压器是在环形通道内装有叶片，如图2-10所示。由于叶片的导流作用，气流降低速度快，与无叶扩压器相比，具有扩压程度大而尺寸小的优点；另一种特殊的叶片扩压器，叫直壁扩压器，其扩压器叶片前一小段形成接近对数螺旋线的曲壁通道，后一段是接近直线的直壁通道，这种

18、扩压器中叶片的形成与一般叶片扩压器不同，它是由所需的通道形式来确定通道的两个壁面，由相邻两通道的侧壁构成叶片。这种扩压器看成是一个单独通道，故又称为通道形扩压器。由于这种扩压器的通道数仅为412个也称为少通道扩压器，如图2-11所示，其弯道和回流器连成一个整体。图2-9 无叶扩压器 图2-10 叶片扩压器图2-11 直壁扩压器 图2-12 弯道和回流器(2)弯道：弯道是由机壳和隔板构成的弯环形空间，位于扩压器之后，其作用是为使气体进入下一级叶轮，将扩压出口流出的离心流动的气体作180的转向，变为向心流动。(3)回流器：在弯道后面连接的通道就是回流器，回流器的作用是使气流按所需的方向均匀地进入下

19、一级，它由隔板和导流叶片组成。导流叶片通常是圆弧的，可以和气缸铸成一体也可以分开制造，然后用螺栓连接在一起。弯道和回流器如图2-12。(4)蜗壳：蜗壳的主要目的是把扩压器后面或叶轮后面流出的气体汇集起来引出压缩机，由于蜗壳外径的不断增大和流通截面的渐渐扩大，也使气流起到了一定的降速扩压作用。蜗壳的截面形状有圆形、犁形、梯形和矩形等。蜗壳可以直接与叶轮出口连通(图2-13(b)，也有的气体先进扩压器再到蜗壳(图2-13 (a)。有些蜗壳做成不对称的内蜗壳形式(图2-13(c)。图2-13 蜗壳的结构形式8.密封为了减少气体通过转子与固定元件间的间隙的漏气量，需要采用密封装置。离心压缩机密封分内密

20、封和外密封两种。内密封的作用是防止气体在级间倒流，如轮盖处的轮盖密封，隔板和转子间的隔板密封。外密封是为了减少和杜绝机器内部的气体向外泄露，或外界空气窜入机器内部而设置的，如轴端密封。离心压缩机中密封种类很多，常用的有以下几种：1）迷宫密封迷宫密封目前是离心压缩机用得较为普遍的密封装置，用于压缩机的外密封和内密封。迷宫密封的气体流动(见图2-14)，当气体流过梳齿形迷宫密封片的间隙时，气体经历了一个膨胀过程，压力从P1降至右端的P2，这种膨胀过程是逐步完成的，当气体从密封片的间隙进入密封腔时，由于截面积的突然扩大，气流形成很强的旋涡，使得速度几乎完全消失，密封面两侧的气体存在着压差，密封腔内的

21、压力和间隙处的压力一样，按照气体膨胀的规律来看，随着气体压力的下降，速度应该增加，温度应该下降，但是由于气体在狭小缝隙内的流动是属于节流性质的，此时气体由于压降而获得的动能在密封腔中完全损失掉，而转化为无用的热能，这部分热能转过来又加热气体，从而使得瞬间刚刚随着压力降落下去的温度又上升起来，恢复到压力没有降低时的温度，气流经过随后的每一个密封片和空腔就重复一次上面的过程，一直到压力P2为止。由此可见迷宫密封是利用节流原理，当气体每经过一个齿片，压力就有一次下降，经过一定数量的齿片后就有较大的压降，实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力，从而减小气体的通过量。图2-14 迷宫密封的气体流动图常

22、用的迷宫密封有以下几种。(1)平滑型 见图2-15，轴作成光轴，密封体上车有梳齿或者镶嵌有齿片，结构简单。(2)曲折型 见图2-16，为了增加每个齿片的节流降压效果，发展了曲折型的迷宫密封，密封效果比平滑形好。 (3)台阶型 见图2-17，这种型式的密封效果也优于平滑形，常用于叶轮轮盖的密封，一般有35个密封齿。(4)蜂窝型 见图2-18，这种密封加工工艺复杂，但密封效果好，密封片结构刚度大。图2-15 平滑型迷宫密封 图2-16 曲折型迷宫密封 图2-17 台阶型迷宫密封图2-18 蜂窝型迷宫密封 2）油膜密封，即浮环密封浮环密封的原理是靠高压油在浮环与轴套之间形成油膜而产生节流降压，阻止机

23、内与机外的气体相通。浮环密封既能在环与轴的间隙中形成油膜，环本身又能自由径向浮动。图2-19为浮环密封的结构简，它由几个浮动环组成，浮环能在轴上上、下浮动，但受销钉限制不能随轴转动。浮环密封需要专门的密封液，一般为润滑油。封油从进油口注入，通过浮环和轴之间的间隙，沿轴向左右两端流动。封油压力仅比轴封前机内气体压力高约0.05MPa左右，所以向机内泄漏的封油量很少。流至高压侧的封油与气混合，排出到油气分离器，经分离后封油继续使用。流到低压侧(即大气侧)的封油没有被气体污染，可以回油箱循环使用。浮环密封利用了轴承工作原理，当轴转动且有封油存在时，磨得很光的浮环端面，在压力油和弹簧作用下紧贴在L形固

24、定环上，防止泄漏。同时因浮环不能转动，环与轴之间形成油楔。油的流体动压将浮环托起，轴与环之间形成油膜，不仅避免了轴和环的直接接触磨损，且又阻止了机内气体的外漏。由于轴与环的间隙很小，也大大降低了封油的泄漏量。一般高压侧浮环只有一个，低压侧浮环数量由介质压力与大气压力的压差而定，压差大时则用两个甚至三个浮环。浮环密封安全可靠，在离心压缩机上使用比较广泛。但是这种密封有一套较复杂的压力控制系统，包括封油循环系统、高位罐及控制仪表等。加前所述，该系统应严格控制封油压力。图2-19 浮环密封结构简图3）机械密封压缩机用的机械密封与一般泵用的机械密封的不同点，主要是转速高，线速度大，PV值高，摩擦热大和

25、动平衡要求高等。因此，在结构上一般将弹簧及其加荷装置设计成静止式而且转动零件的几何形状力求对称，传动方式不用销子、链等，以减少不平衡质量所引起的离心力的影响，同时从摩擦件和端面比压来看，尽可能采取双端面部分平衡型，其端面宽度要小，摩擦副材料的摩擦系数低，同时还应加强冷却和润滑，以便迅速导出密封面的摩擦热。4）干气密封图2-20 螺旋槽面干气密封结构图随着流体动压机械密封技术的不断完善和发展，螺旋槽面气体动压密封即干气密封在石化行业得到了广泛的应用。相对于封油浮环密封干气密封具有较多的优点：省去密封油系统及排除一些相关的常见问题，泄漏量少、磨损小、使用寿命长、能耗低、操作简单可靠。现已广泛用于石

26、化行业的离心压缩机中。图2-20所示为螺旋槽面干气密封的示意图。它由动环1、静环2、弹簧4、O形环3、5、8，组装套7及轴6组成。图2-21所示为动环表面精加工出螺纹槽而后研磨、抛光的密封面。一般来讲螺旋槽深度约2.510m，密封环表面平行度要求很高，需小于1m，螺旋槽形状近似对数螺旋线。 图2-21 螺旋槽动环密封面如图2-21所示，当动环旋转时将密封气周向吸入螺旋槽内，由外径朝向中心，径向方向朝着密封堰流动，而密封堰起着阻挡气体流向中心的作用，于是气体被压缩引起压力升高，此气体膜层压力企图推开密封， 形成要求的气膜。此平衡间隙或膜厚h典型值为3m。这样，被密封气体压力和弹簧力与气体膜层压力

27、配合好，使气膜具有良好的弹性既气膜刚度高，形成稳定的运转并防止密封面相互接触，同时具有良好刚度的气膜可有效的限制泄漏量。干气密封作用力情况见图2-22，在正常运转条件下该密封的闭合力（弹簧和气体作用力）等于开启力（气膜作用力），当受到外力干扰，间隙减小，则气体剪切率增大，螺旋槽开启间隙的效能增加，开启力大于闭合力，恢复到原间隙，若受到外扰间隙增大，则间隙内膜压下降，开启力小于闭合力，密封面合拢恢复到原间隙 。 图2-22干气密封作用力图干气密封的类型可分成单列密封、串联密封、双列对置密封和三列密封等。和浮环油膜密封比较，干气体密封不需要复杂的辅助系统。只需要提供简单的控制系统以监测密封的情况和

28、自动停车的情况。图2-23所示为一典型的干气体密封辅助系统。洁净的密封气（可以是工艺气，也可以是外设的氮气）以高于压缩机内被封工艺气体的压力由入口1注入到密封装置，用以阻止压缩机工艺气体渗漏。在两侧干气密封面间泄漏的工艺介质气和隔离气的混合气经过压力开关PSM(PAM)、限流孔板3和流量计4后，排放到主空口，去火炬系统。隔离气（氮气）由入口2注入，用以保护密封部件免受污染和阻止工艺气体泄漏，而靠近压缩机外部的密封泄漏气体主要为极少量的缓冲气体，经次放空口5放空。压缩机油泵运行前，必须将隔离气体（氮气）引入到干气密封装置，以防止密封部件和油接触。压缩机使用前，一般先注入洁净的氮气启动和保护密封面

29、，在压缩机投入正常运行前，置换来自压缩机出口的工艺气，工艺气必须经过过滤器过滤。干气密封的支持系统控制部件及管线远不及常规液体密封安装的那么复杂和昂贵，通常具有如下特点： 气源与支持系统工程简单； 操作时无磨损，密封寿命可达数年； 工艺气体漏损率低，且工艺介质不会被污染； 对转子轴向或径向移动不敏感， 对密封的气体性能相对来说不敏感； 低动力消耗，约为机械接触式密封的l/20 左右。 图2-23 干气密封的辅助系统9.轴承离心式压缩机有径向轴承和推力轴承。径向轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力，保证转子转动中心和气缸中心一致，并在一定转速下正常旋转。止推轴承的作用是承受转子的剩余轴向力，

30、限制转子的轴向窜动，保持转子在气缸中的轴向位置。离心压缩机一般采用油膜滑动轴承，它是依靠轴颈（或止推盘）本身的旋转，把润滑油带入轴颈（或止推盘）与轴瓦之间，形成楔状油膜，受到负荷的挤压建立起油膜压力以承受载荷。(1)径向轴承径向轴承主要由轴承座、轴承盖、轴瓦等组成。轴承座：是用来放置轴瓦的，可以与气缸铸在一起，也可以单独铸成后支持在机座上，转子加给轴承的作用力最终都要通过它直接或间接地传给机座和基础。轴承盖：盖在轴瓦上，并与轴瓦保持一定的紧力，以防止轴承跳动，轴承盖用螺栓紧固在轴承座上。轴瓦：用来直接支承轴颈，轴瓦圆表面浇巴氏合金，由于其减摩性好，塑性高，易于浇注和跑合，在离心压缩机中广泛采用

31、。在实际中，为了装卸方便，轴瓦通常是制成上下两半，并用螺栓紧固，目前使用巴氏合金厚度通常在12mm。润滑油从轴承侧表面的油孔进入轴承，在进入轴承的油路上，安装一个节流孔板，借助于节流孔板直径的改变，就可以调节进入轴承油量的多少，在轴瓦的上半部内有环状油槽，这样使得润滑油能更好地循环，并对轴颈进行冷却。离心压缩机采用最早和普遍的是圆瓦轴承（图2-24），后来逐渐采用椭圆瓦轴承、多油楔轴承，目前大型机组多采用可倾瓦轴承（图2-25）。可倾瓦轴承由多块瓦组成，瓦块可以摆动，在工况变化时能形成最佳油膜，抗振性好，不容易产生油膜振荡。如图2-25，五块可倾瓦沿轴颈圆周均匀分布，其中一块在轴颈下方，以便停

32、车时支撑支撑轴颈及冷态时找正。为保证运行中适应速度、负载的变化，瓦块在瓦壳上自由摆动，形成最佳油膜。 图2-24 圆瓦轴承(2)推力轴承推力轴承与径向轴承一样，也是分上下两半，中分面有定位销，并用螺栓连接，球面壳体与球面座间用定位套筒，防止相对转动，由于是球面支承或可根据轴挠曲程度而自动调节，推力轴承与推力盘一起作用，安装在轴上的推力盘随着轴转动，把轴传来的推力压在若干块静止的推力块上，在推力块工作面上也浇铸一层巴氏合金，推力块 图2-25 径向可倾瓦轴承厚度误差小于0.010.02mm。离心压缩机中广泛采用米切尔式止推轴承和金斯泊雷式止推轴承。米切尔式是止推块直接与基环接触，是单层的；金斯伯

33、雷轴承（图2-26）是止推块1下有上水准快2、下水准快3，然后才是基环4，相当于三层叠起来。金斯伯雷轴承的特点是载荷分布均匀、调节灵活，能补偿转子的不对中、偏斜，但轴向尺寸长、结构复杂。 图2-25 金斯泊雷式止推轴承离心压缩机在正常工作时，轴向力总是指向低压端，承受这个轴向力的推力块称为主推力块。在压缩机起动时，由于气流的冲力方向指向高压端，这个力使轴向高压端窜动，为了防止轴向高压端窜动，设置了另外的推力块，这种推力块在主推力块的对面，称为副推力块。推力盘与推力块之间留有一定的间隙，以利于油膜的形成，此间隙一般在0.250.35mm以内,最主要的是间隙的最大值应当小于固定元件与转动元件之间的

34、最小轴向间隙,这样才能避免动、静件相碰。润滑油从球面下部进油口进入球面壳体，再分两路，一路经中分面进入径向轴承，另一路经两组斜孔通向推力轴承，进推力轴承的油一部分进入主推力块，另一部分进入副推力块。四、离心压缩机的调节压缩机常按一种工况条件设计，实际却往往要在非设计条件下运行。工况改变了，压缩机的性能也将随之变化，这时就需要改变压缩机的运行工况以适应变化了的运行条件，满足使用要求。1. 流量特性1.1 一般特点运行中压缩机的运行工况常常发生变化。为了反映不同工况下压缩机的性能，通常把在一定进气状态下对应各种转速、进气流量与压缩机的排气压力（或压比）、功率及效率的关系用曲线形式表示出来，这些曲线

35、就称为压缩机的流量特性线或性能曲线。如图2-26，所示是一台离心式压缩机排气压力-流量、功率-流量的性能曲线。压缩机性能曲线通常在试验台通过试验获得，也可以以级的性能曲线为依据通过计算方法得到。压缩机性能曲线是压缩机变动工况性能的图像表示，它清晰地表明了各种工况下的性能、稳定工作范围等，是操作运行、分析变工况性能的重要依据。图2-26 离心压缩机的性能曲线纵观压缩机性能曲线，可以看出如下一般特点：(1)转速一定，流量减少，压力比增加。起先增加很快，当流量减少到一定值开始，压比增加的速度放慢，有的压缩机级的特性压比随流量减少甚至还要减少。(2)流量进一步减少，压缩机的工作会出现不稳定，气流出现脉

36、动，振动加剧，伴随着吼叫声，这个现象称为喘振现象，这个最小流量称为喘振流量。因此，特性线上标明最小流量限制，当然，每个转速线下都有一个喘振流量，不同转速下喘振流量工况点的连线称为喘振线。(3)在增大流量时也会有限制，转速不变的情况下，流量加大到某个最大值时，压比和效率垂直下降，出现所谓“阻塞现象”。(4)转速越高，特性线越陡，这主要是由于转速高，气流马赫数就高。因而流量变化引起的损失增加就大，从而使得特性线变陡。(5)多级压缩机特性线比单级特性线陡，同理，压缩机段的特性线叠加后得到整机特性线要比段的特性线陡，稳定工作范围小。1.2 工作条件变化的影响(1)进气温度：在转速和体积流量不变的情况下

37、，进气温度升高，质量流量减少，压比降低，功率降低。(2)进气分子量：在转速和体积流量不变的情况下，分子量增加，质量流量增加，压力比升高，功率增加。(3)进气压力：在转速和体积流量不变的情况下，进气压力增加，质量流量增加，压力比基本不变，功率增加。2.管网特性曲线离心式压缩机的工况点都表现在其特性曲线上，而且压力与流量是一一对应的。但究竟将稳定在哪一工况点工作，则要与压缩机的管网系统联合决定。压缩机在一定的管网状态下有一定的稳定工况点，而当管网状态改变，压缩机的工况也将随之改变。所谓管网，一般是指与压缩机连接的进气管路、排气管路以及这些管路上的附件及设备的总称。但对离心式压缩机来说，管网只是指压

38、缩机后面的管路及全部装置。因为这样规定后，在研究压缩机与其管网的关系时就可以避开压缩机的进气条件将随工况变化的问题，使问题得到简化。图2-27表示压缩机与排气系统中第一个设备相连的示意图，排气管上有调整阀门。为了把气体送入内压力为Pr的设备去，管网始端的压力（称为压缩机出口的背压）Pe为：Pe=PrP=PrAQ2 （1）式中P包括管网中的摩擦损失和局部阻力损失，A为总阻力损失的计算系数。P=Pr+AQ2P=PrP=AQ2Q 图2-27 管网性能曲线将式（1）表示在图2-27上，即为一条二次曲线，它是管网端压与进气量的关系曲线，称为管网性能曲线。管网性能曲线实际上相当于管网的阻力曲线，此曲线的形

39、状与容器的压力及通过管路的阻力有关。当从压缩机到容器的管网很短、阀门全开，因而阻力损失很小时，管网特性曲线几乎是一水平线，如线1。当管路很长或阀门关小时，阻力损失增大，管网性能曲线的斜率增加，于是变成线2所示。阀门开度愈小，曲线变得愈陡，如线3。如果容器中压力下降，则管网性能曲线将向下平移；当Pr为常压时，管网性能曲线就是线4，可见管网的性能曲线是随管网的压力和阻力的变化而变化的，3.离心压缩机的工作点当离心压缩机向管网中输送气体时，如果气体流量和排出压力都相当稳定（即波动甚小），这就是表明压缩机和管网的性能协调，处于稳定操作状态。这个稳定工作点具有两个条件：一是压缩机的排气量等于管网的进气量

40、；二是压缩机提供的排压等于管网需要的端压。所以这个稳定工作点一定是压缩机性能曲线和管网性能曲线交点，因为这个交点符合上述两个相关条件。为了便于说明，把容积流量折算为质量流量G。图2-28中线1为压缩机性能曲线，线2为管网性能曲线，两者的交点为A点。假设压缩机不是在A点而是在某点A1工况下工作，由于在这种情况下，压缩机的流量G1大于A点工况下的G0，在流量为G1的情况下管网要求端压为PB1，比压缩机能提供的压力PA1还大P，这时压缩机只能自动减量（减小气体的动能，以弥补压能的不足）；随着气量的减小，其排气压力逐渐上升，直到回到A工况点。假设不是回到工况点A而是达到工况点A2，这时压缩机提供的排气

41、压力大于管网需要的压力，压缩机流量将会自动增加，同时排气压力则随之降低，直到和管网压力相等才稳定，这就证明只有两曲线的交点A才是压缩机的稳定工况点。 图2-28 离心压缩机的稳定工况点4.非稳定工况当离心式压缩机的流量减少或增加到一定值时都会出现气流不稳定工况，因而相应地有最大流量限和最小流量限，大量理论研究和实验表明，压缩机的气流不稳定工况总是与通流部分各元件气流的严重脱离密切相关的。压缩机运行中出现不稳定工况，性能将大大恶化，在喘振下运行会出现严重的振动，机器不能正常工作，甚至被破坏。4.1 阻塞工况压缩机在某转速下运行，转速不变，增加流量，当流量增加到某个值时，压缩机性能急剧恶化，不能再

42、继续增加流量或提高排气压力。这可能有两种情况：第一，在压缩机内流道中某个截面气流达到临界状态，进一步加大流量成为不可能，多发生在高转速；第二，流量增加，损失增加太多，叶轮对气体做的功只能用来克服流动损失，而不能提高气体的压力，多发生在低转速。这就是压缩机的阻塞。阻塞流量可以通过试验和计算来确定。在试验时，加大流量，使压缩机性能开始急剧恶化的流量就可认为是阻塞流量，压比-流量特性线几乎成垂直下降形式。一般压缩机特性线上阻塞流量限都不明显标明。为确保运行稳定，可以根据特性线的形状大致规定最大流量限制，也可以以设计工况为依据规定出一定的范围。4.2 喘振工况当离心压缩机流量小到足够时，会在整个扩压器

43、流道中产生严重的旋转失速，压缩机出口压力突然下降，使管网的压力比压缩机出口压力高，迫使气流倒回压缩机，一直到管网压力下降到低于压缩机出口压力时，压缩机又开始向管网供气，压缩机恢复正常工作。当管网压力又恢复到原来压力时，流量仍小于喘振流量，压缩机又产生严重的旋转失速，出口压力下降，管网中的气流又倒流回压缩机。如此周而复始，使压缩机的流量和出口压力周期性的大幅波动，引起压缩机强烈的气流波动，这种现象就称为压缩机的喘振。一般管网容量大，喘振振幅就大，频率就低，反之，管网容量小，振幅就小、频率就高。喘振现象通常具有如下宏观特征：(1)压缩机工作极不稳定(2)喘振有强烈的周期性气流噪声，出现气流吼叫声。

44、(3)机器强烈振动，机体、轴承等振幅急剧增加。4.2.1 引起喘振的原因实际运行中引起喘振的原因很多。从外部条件来分析，即从压缩机与管网的联合运行来分析，管网流量、阻力的变化与压缩机工作不协调应是引起压缩机喘振的重要原因。这种工作的不协调可以分为两点：第一，压缩机的流量等于或小于喘振流量；第二，压缩机排气压力低于管网气体压力。因为联合运行点是由压缩机特性线和管网特性线共同决定的，如果联合运行点落在压缩机特性线的喘振区时就会出现喘振。实际运行中引起运行点变化的情况很多，凡是运行中使压缩机特性线下移（如进气压力降低、进气温度升高、进气分子量减少等）或管网特性线上移，或者两者同时发生，或减量过多，使

45、联合运行点落人喘振区的都会引起压缩机喘振。开车过程中升速、升压不协调，如升压太快，降速、降压不协调，如降速太快都可能引起压缩机喘振。对高压比压缩机首末级容积流量差很大，前面流道宽而后面流道很窄，开车时（升速过程）各级排气压力都不高，当转速升高到某个转速时，前面级容积流量已足够大，而后面的级有可能排不出去，形成对中间级的阻塞，压力升高，造成对这些级的背压超过该转速下的喘振点的压力而引起机器的喘振。4.2.2 喘振实例分析 当压缩机的性能曲线与管网性能曲线两者或两者之一发生变化时，交点就要变动，也就是说压缩机的工况将有变化，从而出现变工况操作。离心压缩机的特性曲线（-Q）与压缩机的转速、介质的性质及进气状态有关。性能曲线的变化如图2-29所示。图2-29 性能曲线的变化离心压缩机的变工况有时并不是在人们有意识的直接控制下（例如调节阀门等）发生的，而是间接地接受到生产系统乃至驱动机的意外干扰而发生。化工厂离心式压缩机经常发生意料之外的喘振，举例如下。图2-30 离心压缩机性能变化造成喘振的情况a.某压缩机原来进气温度为20，工作点在A点（见图2-30a），因生产中冷却器出了故障，使来气温度剧增到60，这时压缩机突然出现了喘振。究其原因，就是因为进气温度升高，使压缩机的性能曲线下移，由线1下降为1