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離心式壓縮機各零部件介紹

   一、離心式壓縮機的應用 
  【壓縮機網】離心式壓縮機是一種葉片旋轉式壓縮機(即透平式壓縮機)。在離心式壓縮機中,高速旋轉的葉輪給予氣體的離心力作用,以及在擴壓通道中給予氣體的擴壓作用,使氣體壓力得到提高。早期,由於這種壓縮機隻適於低,中壓力、大流量的場合,而不為人們所注意。但近來,由於化學工業的發展,各種大型化工廠,煉油廠的建立,離心式壓縮機就成為壓縮和輸送化工生產中各種氣體的關鍵機器,而占有極其重要的地位。隨著氣體動力學研究的成就使離心壓縮機的效率不斷提高,又由於高壓密封,小流量窄葉輪的加工,多油楔軸承等技術關鍵的研製成功,解決了離心壓縮機向高壓力,寬流量範圍發展的一係列問題,使離心式壓縮機的應用範圍大為擴展,以致在很多場合可取代往複壓縮機,而大大地擴大了應用範圍。工業用高壓離心壓縮機的壓力有(150~350)×105Pa的,海上油田注氣用的離心壓縮機壓力有高達700×105Pa的。作為高爐鼓風用的離心式鼓風機的流量有大至7000m3/min,功率大的有52900KW的,轉速一般在10000r/min以上。
  有些化工基礎原料,如丙烯,乙烯,丁二烯,苯等,可加工成塑料,纖維,橡膠等重要化工產品。在生產這種基礎原料的石油化工廠中,離心式壓縮機也占有重要地位,是關鍵設備之一。除此之外,其他如石油精煉,製冷等行業中,離心式壓縮機也是極為關鍵的設備。 
  離心式壓縮機之所以能獲得這樣廣泛的應用,主要是比活塞式壓縮機有以下一些優點。 
  1、離心式壓縮機的氣量大,結構筒單緊湊,重量輕,機組尺寸小,占地麵積小。
  2、運轉平衡,操作可靠,運轉率高,摩擦件少,因之備件需用量少,維護費用及人員少。
  3、在化工流程中,離心式壓縮機對化工介質可以做到絕對無油的壓縮過程。
  4、離心式壓縮機為一種回轉運動的機器,它適宜於工業汽輪機或燃汽輪機直接拖動。對一般大型化工廠,常用副產蒸汽驅動工業汽輪機作動力,為熱能綜合利用提供了可能。但是,離心式壓縮機也還存在一些缺點。
  1、離心式壓縮機目前還不適用於氣量太小及壓比過高的場合。
  2、離心式壓縮機的穩定工況區較窄,其氣量調節雖較方便,但經濟性較差。
  3、目前離心式壓縮機效率一般比活塞式壓縮機低。
  我國在五十年代已能製造離心式壓縮機,從七十年代初開始又以石油化工廠,大型化肥廠為主,引進了一係列高性能的中、高壓力的離心式壓縮機,取得了豐富的使用經驗,並在對引進技術進行消化、吸收的基礎上大大增強了自己的研究、設計和製造能力。 
 
  二、離心壓縮機的種類 
  離心壓縮機的種類繁多,根據其性能、結構特點,可按如下幾方麵進行分類。 
 離心式壓縮機各零部件介紹
  第二節 離心壓縮機的工作原理及結構
  一、工作原理 
  汽輪機(或電動機)帶動壓縮機主軸葉輪轉動,在離心力作用下,氣體被甩到工作輪後麵的擴壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶,前麵的氣體從工作輪中間的進汽部份進入葉輪,由於工作輪不斷旋轉,氣體能連續不斷地被甩出去,從而保持了氣壓機中氣體的連續流動。氣體因離心作用增加了壓力,還可以很大的速度離開工作輪,氣體經擴壓器逐漸降低了速度,動能轉變為靜壓能,進一步增加了壓力。如果一個工作葉輪得到的壓力還不夠,可通過使多級葉輪串聯起來工作的辦法來達到對出口壓力的要求。級間的串聯通過彎通,回流器來實現。 這就是離心式壓縮機的工作原理。 
 
  二、基本結構 
  離心式壓縮機由轉子及定子兩大部分組成,結構如圖6-1所示。轉子包括轉軸,固定在軸上的葉輪、軸套、平衡盤、推力盤及聯軸節等零部件。定子則有氣缸,定位於缸體上的各種隔板以及軸承等零部件。在轉子與定子之間需要密封氣體之處還設有密封元件。各個部件的作用介紹如下。
  1、葉輪
  葉輪是離心式壓縮機中最重要的一個部件,驅動機的機械功即通過此高速回轉的葉輪對氣體作功而使氣體獲得能量,它是壓縮機中唯一的作功部件,亦稱工作輪。葉輪一般是由輪蓋、輪盤和葉片組成的閉式葉輪,也有沒有輪蓋的半開式葉輪。 
  2、主軸 
  主軸是起支持旋轉零件及傳遞扭矩作用的。根據其結構形式。有階梯軸及光軸兩種,光軸有形狀簡單,加工方便的特點。 
  3、平衡盤
  在多級離心式壓縮機中因每級葉輪兩側的氣體作用力大小不等,使轉子受到一個指向低壓端的合力,這個合力即稱為軸向力。軸向力對於壓縮機的正常運行是有害的,容易引起止推軸承損壞,使轉子向一端竄動,導致動件偏移與固定元件之間失去正確的相對位置,情況嚴重時,轉子可能與固定部件碰撞造成事故。平衡盤是利用它兩邊氣體壓力差來平衡軸向力的零件。它的一側壓力是末級葉輪盤側間隙中的壓力,另一側通向大氣或進氣管,通常平衡盤隻平衡一部分軸向力,剩餘軸向力由止推軸承承受,在平衡盤的外緣需安裝氣封,用來防止氣體漏出,保持兩側的差壓。軸向力的平衡也可以通過葉輪的兩麵進氣和葉輪反向安裝來平衡。 
  4、推力盤 
  由於平衡盤隻平衡部分軸向力,其餘軸向力通過推力盤傳給止推軸承上的止推塊,構成力的平衡,推力盤與推力塊的接觸表麵,應做得很光滑,在兩者的間隙內要充滿合適的潤滑油,在正常操作下推力塊不致磨損,在離心壓縮機起動時,轉子會向另一端竄動,為保證轉子應有的正常位置,轉子需要兩麵止推定位,其原因是壓縮機起動時,各級的氣體還未建立,平衡盤二側的壓差還不存在,隻要氣體流動,轉子便會沿著與正常軸向力相反的方向竄動,因此要求轉子雙麵止推,以防止造成事故。 
  5、聯軸器
  由於離心壓縮機具有高速回轉、大功率以及運轉時難免有一定振動的特點,所用的聯軸器既要能夠傳遞大扭矩,又要允許徑向及軸向有少許位移,聯軸器分齒型聯軸器和膜片聯軸器,目前常用的都是膜片式聯軸器,該聯軸器不需要潤滑劑,製造容易。 
  6、機殼
  機殼也稱氣缸,對中低壓離心式壓縮機,一般采用水平中分麵機殼,利於裝配,上下機殼由定位銷定位,即用螺栓連接。對於高壓離心式壓縮機,則采用圓筒形鍛鋼機殼,以承受高壓。這種結構的端蓋是用螺栓和筒型機殼連接的。 
  7、擴壓器
  氣體從葉輪流出時,它仍具有較高的流動速度。為了充分利用這部分速度能,以提高氣體的壓力,在葉輪後麵設置了流通麵積逐漸擴大的擴壓器。擴壓器一般有無葉、葉片、直壁形擴壓器等多種形式。 
  8、彎道 
  在多級離心式壓縮機中級與級之間,氣體必須拐彎,就采用彎道,彎道是由機殼和隔板構成的彎環形空間。 
  9、回流器
  在彎道後麵連接的通道就是回流器,回流器的作用是使氣流按所需的方向均勻地進入下一級,它由隔板和導流葉片組成。導流葉片通常是圓弧的,可以和氣缸鑄成一體也可以分開製造,然後用螺栓連接在一起。 
  10、蝸殼 
  蝸殼的主要目的,是把擴壓器後,或葉輪後流出的氣體匯集起來引出機器,蝸殼的截麵形狀有圓形、犁形、梯形和矩形。 
  11、密封
  為了減少通過轉子與固定元件間的間隙的漏氣量,常裝有密封。密封分內密封,外密封兩種。內密封的作用是防止氣體在級間倒流,如輪蓋處的輪蓋密封,隔板和轉子間的隔板密封。外密封是為了減少和杜絕機器內部的氣體向外泄露,或外界空氣竄入機器內部而設置的,如機器端的密封。 
 
  離心壓縮機中密封種類很多,常用的有以下幾種: 
  1)迷宮密封
  迷宮密封目前是離心壓縮機用得較為普遍的密封裝置,用於壓縮機的外密封和內密封。迷宮密封的氣體流動(見圖6-2) ,當氣體流過梳齒形迷宮密封片的間隙時,氣體經曆了一個膨脹過程,壓力從P1降至右端的P2,這種膨脹過程是逐步完成的,當氣體從密封片的間隙進入密封腔時,由於截麵積的突然擴大,氣流形成很強的旋渦,使得速度幾乎完全消失,密封麵兩側的氣體存在著壓差,密封腔內的壓力和間隙處的壓力一樣,按照氣體膨脹的規律來看,隨著氣體壓力的下降,速度應該增加,溫度應該下降,但是由於氣體在狹小縫隙內的流動是屬於節流性質的,此時氣體由於壓降而獲得的動能在密封腔中完全損失掉,而轉化為無用的熱能,這部分熱能轉過來又加熱氣體,從而使得瞬間剛剛隨著壓力降落下去的溫度又上升起來,恢複到壓力沒有降低時的溫度,氣流經過隨後的每一個密封片和空腔就重複一次上麵的過程,一直到壓力P2為止。由此可見迷宮密封是利用節流原理,當氣體每經過一個齒片,壓力就有一次下降,經過一定數量的齒片後就有較大的壓降,實質上迷宮密封就是給氣體的流動以壓差阻力,從而減小氣體的通過量。
  2)油膜密封,即浮環密封
  浮環密封的原理是靠高壓密封在浮環與軸套間形成的膜,產生節流降壓,阻止高壓側氣體流向低壓側,浮環密封既能在環與軸的間隙中形成油膜,環本身又能自由徑向浮動。 
  靠高壓側的環叫高壓環,低壓側的環叫低壓環,這些環可以自由沿徑向浮動,但不能轉動,密封油壓力通常比工藝氣壓力高0.5Kg/cm2 左右進入密封室,一路經高壓環和軸之間的間隙流向高壓側,在間隙中形成油膜,將高壓氣封住,另一路則由低壓環與軸之間的間隙流出,回到油箱,通常低壓環有好幾隻,從而達到密封的目的。
  浮環密封用鋼製成,端麵鍍錫青銅,環的內側澆有巴氏合金,以防軸與油環的短時間的接觸,巴氏合金作為耐磨材料。浮環密封可以做到完全不泄露,被廣泛地用作壓縮機的軸封裝置。 
  3)機械密封
  機械密封裝置有時用於小型壓縮機軸封上,壓縮機用的機械密封與一般用的機械密封的不同點,主要是轉速高,線速度大,PV值高,摩擦熱大和動平衡要求高等。因此,在結構上一般將彈簧及其加荷裝置設計成靜止式而且轉動零件的幾何形狀力求對稱,傳動方式不用銷子、鏈等,以減少不平衡質量所引起的離心力的影響,同時從摩擦件和端麵比壓來看,盡可能采取雙端麵部分平衡型,其端麵寬度要小,摩擦副材料的摩擦係數低,同時還應加強冷卻和潤滑,以便迅速導出密封麵的摩擦熱。
  4)幹氣密封
  隨著流體動壓機械密封技術的不斷完善和發展,其重要的一種密封型式螺旋槽麵氣體動壓密封即幹氣密封在石化行業得到了廣泛的應用。相對於封油浮環密封幹氣密封具有較多的優點:運行穩定可靠易操作,輔助係統少,大大降低了操作人員維護的工作量,密封消耗的隻是少量的氮氣,既節能又環保。 
  圖6-6所示為螺旋槽麵幹氣密封的示意圖。它由動環1、靜環2、彈簧4、O形環3、5、8,組裝套7及軸6組成。圖6-7所示為動環表麵精加工出螺紋槽而後研磨、拋光的密封麵。一般來講螺旋槽深度約2.5~10μm,密封環表麵平行度要求很高,需小於1μm,螺旋槽形狀近似對數螺旋線。
  如圖6-7示,當動環旋轉時將密封用的氮氣周向吸入螺旋槽內,由外徑朝向中心,徑向方向朝著密封堰流動,而密封堰起著阻擋氣體流向中心的作用,於是氣體被壓縮引起壓力升高,此氣體膜層壓力企圖推開密封, 形成要求的氣膜。此平衡間隙或膜厚h典型值為3μm。這樣,被密封氣體壓力和彈簧力與氣體膜層壓力配合好,使氣膜具有良好的彈性既氣膜剛度高,形成穩定的運轉並防止密封麵相互接觸,同時具有良好剛度的氮氣膜可有效的阻止被介質的泄漏。
  幹氣密封作用力情況見圖6-8在正常運轉條件下該密封的閉合力(彈簧和氣體作用力)等於開啟力(氣膜作用力),當受到外力幹擾,間隙減小,則氣體剪切率增大,螺旋槽開啟間隙的效能增加,開啟力大於閉合力,恢複到原間隙,若受到外擾間隙增大,則間隙內膜壓下降,開啟力小於閉合力,密封麵合攏恢複到原間隙 。
 
  12、軸承
  離心式壓縮機有徑向軸承和推力軸承。徑向軸承為滑動軸承,它的作用是支持轉子使之高速運轉,止推軸承則承受轉子上剩餘軸向力,限製轉子的軸向竄動,保持轉子在氣缸中的軸向位置。 
  (1)徑向軸承
  徑向軸承主要有軸承座、軸承蓋、上下兩半軸瓦等組成。 
  軸承座:是用來放置軸瓦的,可以與氣缸鑄在一起,也可以單獨鑄成後支持在機座上,轉子加給軸承的作用力最終都要通過它直接或間接地傳給機座和基礎。 
  軸承蓋:蓋在軸瓦上,並與軸瓦保持一定的緊力,以防止軸承跳動,軸承蓋用螺栓緊固在軸承座上。 
  軸瓦:用來直接支承軸頸,軸瓦圓表麵澆巴氏合金,由於其減摩性好,塑性高,易於澆注和跑合,在離心壓縮機中廣泛采用。在實際中,為了裝卸方便,軸瓦通常是製成上下兩半,並用螺栓緊固,目前使用巴氏合金厚度通常在1~2mm。
  軸瓦在軸承座中的放置有兩種:一種是軸瓦固定不動,另一種是活動的,即在軸瓦背麵有一個球麵,可以在運動中隨著主軸撓度的變化自動調節軸瓦的位置,使軸瓦沿整個長度方向受力均勻。 
  潤滑油從軸承側表麵的油孔進入軸承,在進入軸承的油路上,安裝一個節流孔板,借助於節流孔板直徑的改變,就可以調節進入軸承油量的多少,在軸瓦的上半部內有環狀油槽,這樣使得潤滑油能更好地循環,並對軸頸進行冷卻。 
  (2)推力軸承
  推力軸承與徑向軸承一樣,也是分上下兩半,中分麵有定位銷,並用螺栓連接,球麵殼體與球麵座間用定位套筒,防止相對轉動,由於是球麵支承或可根據軸撓曲程度而自動調節,推力軸承與推力盤一起作用,安裝在軸上的推力盤隨著軸轉動,把軸傳來的推力壓在若幹塊靜止的推力塊上,在推力塊工作麵上也澆鑄一層巴氏合金,推力塊厚度誤差小於0.01~0.02mm。
  離心壓縮機中廣泛采用米切爾式推力軸承和金斯泊雷式軸承 
  離心壓縮機在正常工作時,軸向力總是指向低壓端,承受這個軸向力的推力塊稱為主推力塊。在壓縮機起動時,由於氣流的衝力方向指向高壓端,這個力使軸向高壓端竄動,為了防止軸向高壓端竄動,設置了另外的推力塊,這種推力塊在主推力塊的對麵,稱為副推力塊。 
  推力盤與推力塊之間留有一定的間隙,以利於油膜的形成,此間隙一般在0.25~0.35mm以內,最主要的是間隙的最大值應當小於固定元件與轉動元件之間的最小軸向間隙,這樣才能避免動、靜件相碰。
  潤滑油從球麵下部進油口進入球麵殼體,再分兩路,一路經中分麵進入徑向軸承,另一路經兩組斜孔通向推力軸承,進推力軸承的油一部分進入主推力塊,另一部分進入副推力塊。

來源:鉗工基本知識

標簽: 離心式壓縮機零部件  

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