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離心壓縮機
鎖定
- 中文名
- 離心壓縮機
- 外文名
- bilateral centrifugal compressor
- 又 稱
- 透平壓縮機
- 應 用
- 各種工藝流程中
- 分 類
- 高爐鼓風機和氨離心壓縮機等
- 學 科
- 冶金工程
離心壓縮機發展概況
離心壓縮機是在通風機的基礎上發展起來的。20世紀初出現了壓力比為 4.5的離心壓縮機。50年代開始,離心壓縮機制造業得到發展。1963年,美國生產出第一台合成氨廠用的14.7兆帕高壓離心壓縮機,採用筒型機殼代替水平剖分型機殼,又稱筒型壓縮機,它能承受10兆帕以上的壓力。70年代,美國、意大利和聯邦德國先後製成60~70兆帕高壓筒型壓縮機,筒體壁厚達 280毫米。80年代初排氣壓力已達80兆帕。離心壓縮機轉速一般為幾千轉/分以上,有的已達25000轉/分以上,所需功率可達幾萬千瓦,流量已達10000米3/分。離心壓縮機的常規葉輪是以一維流動理論為基礎設計的,尚不能反映氣流三維流動的複雜性質。60年代開始應用三維流動理論(見透平機械、氣體動力學)設計空間扭曲葉片,以改善級的性能。
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離心壓縮機分類
按結構形式分類,一般可分為水平剖分型、筒型和多軸型3類。
(1)水平剖分型離心式壓縮機
(2)筒型離心式壓縮機
筒型壓縮機有內、外兩層汽缸,外汽缸為一筒形,兩端有端蓋。內汽缸垂直剖分,其組裝好後再推入外汽缸中(如圖2-2所示)。此結構缸體強度高、密封性好、剛性好、但安裝困難、檢修不便,適用於高壓力或要求密封性好的場合。
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(3)多軸型離心式壓縮機
其是在一個齒輪箱中由一個大齒輪驅動幾個小齒輪軸,每個軸的一端或兩端安裝有一級葉輪,葉輪軸向進氣,徑向排出,通過管道將各級葉輪連接。此種結構簡單、體積小,適用於中、低壓力的空氣、蒸氣或惰性氣體的壓縮。
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離心壓縮機結構原理
離心壓縮機由轉子、定子和軸承等組成。葉輪等零件套在主軸上組成轉子,轉子支承在軸承上,由動力機驅動而高速旋轉。定子包括機殼、隔板、密封、進氣室和蝸室等部件。隔板之間形成擴壓器、彎道和迴流器等固定元件。只有一個葉輪的離心壓縮機稱為單級離心壓縮機,有兩個以上葉輪的稱為多級離心壓縮機(見圖3)。級由葉輪及其後面的擴壓器等通道組成。葉輪是離心壓縮機的關鍵部件,有閉式、半開式和開式三種。閉式葉輪由葉片、輪蓋和輪盤組成。半開式葉輪沒有輪蓋,有輪盤。開式葉輪沒有輪蓋和輪盤,葉輪在軸上。當葉輪高速旋轉時,由於葉片與氣體之間力的相互作用,主要是離心力的作用,氣體從葉輪中心處吸入,沿着葉道(葉片之間通道)流向葉輪外緣。葉輪對氣體作功,氣體獲得能量,壓力和速度提高。然後,氣體流經擴壓器等通道,速度降低,壓力進一步提高,即動能轉變為壓力能。由擴壓器流出的氣體進入蝸室輸送出去,或者經過彎道和迴流器進入下一級繼續壓縮。在整個壓縮過程中,氣體的比容減小,温度增加。温度增加後,壓縮氣體需要消耗更多的能量。為了節省功率,多級離心壓縮機在壓力比大於3時常採用中間冷卻。被中間冷卻隔開的級組稱為段。氣體由上一段進入中間冷卻器,經冷卻降低温度以後再進入下一段繼續壓縮。中間冷卻器一般採用水冷。每個機殼所包含的部分稱為缸。離心鼓風機排氣壓力較低,所以一般是單缸無中間冷卻的結構。
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離心壓縮機性能
離心壓縮機的主要性能參數是結構形式、排氣流量、排氣壓力、吸氣壓力、軸功率、效率和轉速。描繪同一轉速下的排氣壓力、功率和效率與流量之間的關係的曲線稱為性能曲線(圖4)。離心壓縮機最小流量受喘振工況的限制,最大流量受阻塞工況的限制。可以採用變轉速、進口節流、出口節流和可調進口導葉等方法進行調節,以擴大運行工況範圍。
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離心壓縮機應用
在離心壓縮機中,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,由於這種壓縮機只適於低,中壓力、大流量的場合,而不為人們所注意。由於化學工業的發展,各種大型化工廠,煉油廠的建立,離心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,而佔有極其重要的地位。隨着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系列問題,使離心壓縮機的應用範圍大為擴展,以致在很多場合可取代往復壓縮機,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,離心壓縮機也佔有重要地位,是關鍵設備之一。除此之外,其他如石油精煉,製冷等行業中,離心壓縮機也是極為關鍵的設備。
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