离心式压缩机

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1、第6章 气体输送设备离心式压缩机（一） 概述离心式压缩机属于叶片旋转式压缩机（即透平式压缩机）。在离心式压缩机中，高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力等到提高。目前国内外生产的离心式压缩机品种愈来愈多，应用范围也愈来愈广，并在向高压力、低流量方向发展。离心式压缩机之所以能获得这样广泛的应用，主要是比活塞式压缩机有以下一些优点：1、 离心式压缩机的气量大，结构简单紧凑，重量轻，机组尺寸小，占地面积小。2、 运转平稳，操作可靠，运转率高，摩擦件少，因之备件需用量少，维护费用及人员少。3、 在化工流程中，离心式压缩机对化工介质可以做到绝对无油的压缩过程。

2、4、 离心式压缩机为一种回转运动的机器，它适宜于工业气轮机或燃气轮机直接拖动。对一般大型化工厂，常用副产蒸汽驱动工业气轮机作动力，为热能综合利用提供了可能。离心式压缩机主要有水平剖分型、筒型和多轴型。水平剖分的离心式压缩机有一水平中分面将气缸分为上下两半，在中分面处用螺栓联接。此种结构拆装方便，适用于中、低压力场合。筒型的离心式压缩机有内、外两层气缸，外气缸为一筒型，两端有端盖。内气缸为水平或垂直剖分，其组装好后再推入外气缸中。此种结构缸体强度高、密封性好、刚性好、但拆装困难，检修不便，适用于高压力或要求密封性好的场合。多轴型的离心式压缩机是一个齿轮箱中由一个大齿轮驱动几个小齿轮轴，每个小齿轮

3、轴的一端或两端安装有一级叶轮，叶轮轴向进气，径向排出，通过管道将各级叶轮联接起来。此种结构简单，体积小，适用中、低压力的空气、蒸汽或惰性气体的压缩，如图1所示，为多轴型的离心式压缩机的典型布局方式。图1（二） 离心式压缩机的工作原理离心式压缩机工作原理简述为：根据动能转换为势能的原理，将流体加速到高速，然后降低速度，通过改变它的流向，把它具有的动能转变为势能，从而提高压力。气体在机内的流动过程是：当驱动机驱动主轴带动叶轮高速旋转时，在叶轮的入口处产生低压，将气体从吸入室不断吸入叶轮，使气体的压力、速度和温度提高；然后流入扩压器，使气体的速度降低，压力进一步提高。离心式压缩机通常由多级组成，为了

4、将扩压器后的气流引到下一级叶轮继续压缩，在扩压器后设置了弯道，使气体由离心方向改为向心方向，弯道下为起导向作用的回流器，其中安装有导流叶片，它使气流以一定方向均匀地进入下一级叶轮进口。由于气体在压缩过程中温度要升高，为了节省压缩功耗和防止气体温度过高，气体经一压缩后，由蜗室及排气管引出机壳至中间冷却器冷却，降温后再引入下一级吸入室，经3级压缩后的气体再由蜗室和排气管引出机外导入管路系统。（三） 离心式压缩机的结构离心式压缩机的品种和规格型号较多，但就其基本的组成而言，主要由定子和转子两部分组成，而每部分又由一些基本的元件组成。现以催化剂厂正在使用的美国Cooper公司生产的TA6000型离心式

5、压缩机为例，来介绍离心式压缩机的结构。 TA6000型离心式压缩机也是多轴型的离心式压缩机，压缩机的形式与图1类似，只布局上略有差别，如图2所示。1、 压缩机本体（1） 进气导流叶片开启时闭合时图3在压缩机一级入口处，装有进气导流叶片，导流叶片由一个驱动电机带动，在用气状态变化时，可以自动调节进气导流叶片的开度，以配合用气变化的要求，同时减少能耗。如图3所示。（2） 齿轮箱TA6000齿轮箱采用水平剖分式，如图1所示。齿轮箱内有一个斜齿大齿轮，和两个小齿轮，大齿轮为主齿轮，居中布置，带动两边的小齿轮，实现增速传动，图4为配有2、3级叶轮的一个小齿轮。图4叶轮轴在高速旋转过程中所产生的轴向负荷传

6、递给低速运转中的驱动齿轮，再由主驱动轴的轴承承受。这种结构增加了叶轮轴运转的稳定性并且可以降低机组的机械损耗。（3） 叶轮叶轮，为开式，三元流叶轮，叶轮与轴之间过盈配合，热装在轴上。图4三元流叶轮的叶片在空间是扭曲的，与气体的实际流动更相适应，其效率更高。1级叶轮有叶片19片，2级叶轮有叶片15片，3级叶轮有叶片14片。1级叶轮安装在一个齿轮轴上，2、3级叶轮共一个齿轮轴。（4） 轴承图5采用液静压挤膜转子轴承，具有抗振阻尼性能。如图5所示，油泵直接将油从输油孔注入轴承套，在轴承套和轴承之间形成油膜。轴承悬浮在轴承套中，金属部分不直接接触。（5） 扩压器气体自叶轮出来时一般具有相当大的速度，对

7、压缩机来说，其主要任务是提高气流的压力，气速则只要能保证在排气管中能给出所需的气量就可以了。因此，出叶轮气量流的这部分很大的动能必须加以很好利用，使其有效地转变为静压能。图6目前离心式压缩机中常用的扩压器形式有无叶扩压器、叶片扩压器及直壁形扩压器等几种。TA6000采用的是叶片扩压器，如图6所示。（6） 密封气封图7TA6000的密封，由3个非接触的迷宫式气封和油封组成，均由铝合金制成，如图7、图8所示。气封和油封之间通大气，保证润滑油在任何情况下100%不污染压缩空气，如图9所示。迷宫密封由若干个依次排列的环状密封齿组成，齿与转子之间形成一系列节流间隙与膨胀空腔。在压差的作用下，气流经过径向

8、间隙高速进入环形空腔室，由于空间突然扩大，气流突然膨胀而产生猛烈的旋涡，使气流的绝大部分动能转化为热能，并被腔室中的气流吸收，只有小部分动能仍以余速进 入下一间隙；如此一次接一次地重复上述过程达到密封的效果。气体介质经过密封齿和轴之间的环形密封时，经历的是一条曲折的迷宫路线，所以称迷宫密封。油封图8图9（7） 中间冷却器中间冷却器采用水走管内、气走管壳的直管型中间冷却器，管束可以抽出，易于维护图102、 润滑油系统润滑油系统的构成如图11，主油泵安装在空压机齿轮箱上，并由大齿轮轴驱动，主油泵从油箱中吸入润滑油，并打入润滑油系统和齿轮箱循环使用。为防止润滑油通过辅助油泵返回油箱，辅助油泵装有出口

9、单向阀。图11润滑油首先经过油冷却器以除掉所含的过多热量。回水线上的节流阀可调节流经油冷器的冷却水流量，将润滑油温度保持在一定的操作范围。之后，润滑油流经过滤器，去除杂质。润滑油然后流向齿轮箱，首先经过一个总管，再由总管分配到大齿轮轴，小齿轮轴，和两个齿轮油喷嘴。润滑油然后返回油箱，在这里润滑油将经过一个折流板，而去除循环过程中产生的泡沫，然后继续在空压机润滑油系统中循环。润滑油系统可以在任何时候为空压机轴承和齿轮提供稳定、冷却和洁净的润滑油。结构特点主要有：（1） 恒温调节阀，将冷油和热油混合保持油温在46。（2）调节阀可调节回油量保证油压。（3）油雾系统保证油箱和齿轮箱产生微负压，从而防止

10、润滑油或油雾流入大气或造成其他漏油现象。润滑油系统的组成主要有：（1） 辅助油泵，电驱动的全流量辅助油泵，开机时提供压缩机预润滑，低油压时自启动。（2） 轴头油泵，主轴驱动的全流量油泵，运行时提供正常的油润滑，掉电时提供惯性润滑保护。（3） 油过滤器（4） 油冷却器（5） 油箱（6） 油加热器（7） 油温混合阀，如图12所示，恒温调节阀可以将冷油和热油混合，维持46恒温。图12图13（8） 恒压调压阀（排油阀），用于维持整个润滑油系统的正常操作压力，它会将过量的润滑油返回游乡。（9） 真空抽除油雾过滤器，这是油雾系统的组成部分，可保证齿轮箱和油箱维持负压。如图13所示，TA6000采用一个简单

11、的文丘里型喷射/过滤器系统，使齿轮箱和油箱内产生微负压，从而防止润滑油或油雾流入大气和造成其他漏油现象。图14（10） 温度与压力的监测和保护3、 控制系统1.显示屏 2.数字键盘 3.报警、联锁指示和消音键 4.控制复位键和待用指示 5.开机键 6.停机键 7.操作方法键盘 8.电源开关 9.紧急停机按钮图15TA6000的控制系统为Quad2000，其控制盘如图15所示。采用恒压控制，在理想的现场条件下，空压机出口压力可以保持恒定，并且能耗和放空量最小。Quad2000也提供了手动控制，可以作为系统设置和故障处理时的一种应急措施。手动控制只有在确定一些特定控制参数的设定值时使用。当操作条件

12、与任何设定值不同、空压机或辅助设备故障、或空压机操作性能下降时，控制系统都会激活两种空压机安全保护措施中的一种，这主要取决于操作参数与设定值的偏差大小，一种是给出报警信号，另外一种除了报警外还包括相应的调节动作。l 报警：当达到报警条件时，整个空压机系统将维持正常操作。控制盘显示并记录该报警，以提醒操作员注意。l 跳闸：在达到跳闸条件时，Quad2000控制系统将终止空压机的操作，以保护设备。当一个或多个操作条件超过空压机的安全设定值时，将会出现这种情况。报警和跳闸设定值见下表：报警和跳闸设定值操作条件报警跳闸低高低高标准配置各级振动 (m)3850油压 (巴)5.59.74.810.3油温

13、()20551560各级入口空气温度 ()55+5VDC控制盘供电电源4.845.25+24VDC控制盘供电电源22.825.2选项配置入口空气过滤器压降 (mm水柱)250润滑油过滤器压降 (巴)1.01.4空压机大齿轮振动 (m)6575电机振动 (m)6575电机定子温度 ()1651704、 吸气室入口采用三级过滤，吸气室采用卷帘式过滤器，过滤精度为30m，吸气室内有两组过滤器箱体组成,每组箱体配有3个入口，入口处安装两级滤芯,两级过滤精度分别为10m，2m，如图16所示（图中过滤器箱体只画出两个入口）。1.第一级滤芯 2. 第二级滤芯 图16（四） 离心式压缩机的控制逻辑。根据特定的

14、工艺要求，空压机可以有三种自动控制方法：双位自动控制，恒质量流量控制，恒压控制。催化剂厂采用的是恒压控制，图17为恒压控制的空压机配管典型示意图。在使用恒压控制方法时，空压机运行中不会有卸荷过程，Quad2000控制系统可对入口导叶和出口放空阀进行连动控制，在保证最小能耗和最少放空量的同时，优化操作点。这样便保证了空压机以恒定的压力连续供风。A.入口过滤器 B.入口膨胀节（其后为入口导叶） C.出口膨胀节D.单向阀 E.后冷却器（其后有气液分离器，未画出） F.切断阀 G.放空阀 H.消音器图17图18为恒压控制系统的特性曲线图。在按下控制盘上的加载（LOAD）按钮后，空压机入口导叶便开始为整

15、个用风系统充压。一旦空气压力达到其设定值（A）时，空压机入口导叶便开始节流以维持空压机的出口压力，此时入口导叶自动开或关，以确保正确的空压机进气量，来满足用风系统的压力要求。由于恒压控制方法具有决不对空压机进行卸载操作的特点，这样便保证了空压机在满足所有工艺要求的情况下，维持稳定的出口压力。当工艺用风要求降低到喘振极限（B）以下时，可调节的出口放空阀，保持全关。如果工艺用风要求降低到空压机最低的稳定操作范围（C）以下时，该放空阀可按要求自动开或关，将空压机过剩压缩能力排大气。入口导叶和出口放空阀的连动工作，也确保了工艺用风量和排大气风量之和，总能等于或大于空压机的最低稳定操作点。图18Quad

16、2000控制系统使用这一放空控制，来防止空压机在低工艺用风要求下发生喘振。由于空压机的空气流量可以认为与电机流量等效，所以Quad2000系统使用了这样的方法：即使当前电机电流值，与预先设定的空压机稳定流量的最小电流值相比较，如果空压机的运行参数接近喘振点（D），控制系统将给可调放空阀一个打开的信号，以维持流过空压机的空气量（对应驱动电机的电流降）高于喘振底限流量。这便是最小电流的设定值（E）。在当前的入口条件下，如果由于某种原因，工艺用风量将超过空压机的最大负荷，这时空压机将满足风量要求，但风压会低于原风压的设定值。换句话说，图18中的空压机操作点将沿着性能曲线向下移动，空压机送出高于额定1

17、00%流量的风量，直到主驱动电机电流达到其最大电流设定值。这个时候，控制系统将开始对空压机流量进行节流，以避免空压机过载。图19TA6000离心式空压机能够满足炎热夏季等恶劣工况下的供风量和供风压力的要求。然而，大多数情况下，空压机在这样热空气密度小，水蒸气含量高的条件下，运行时间也仅仅是一年中的几天。大部分时间，空压机的操作只能被认为是处于“非设计”操作条件下，即空压机入口空气温度低于“设计标准”入口空气温度（35）的情况。在这样情况下，实际流量可高于100%的设计流量。图19显示空压机在“非设计”条件下运行时，其剩余于供风能力及其对应能耗的关系。空压机在这样“非设计”条件下，主驱动电机和空

18、压机均带过载保护。控制系统监测电流，并用入口导叶节流，以将空压机负荷限制在主驱动电机的额定负荷下。（五） 离心式压缩机的操作、维护保养及故障判断。1、 开停机 开停机必须严格按照操作规程规定的步骤进行。正常开机步骤如下： 关闭排冷凝水旁路阀。 接通水源。 检查油箱的油位。 接通空气喷射器用风。 接通驱动电机的启动器 启动电驱动油泵 检查空压机的水线和仪表风线是否泄露 接通Quad2000控制系统的电源。 打开排气阀。 按Quad2000控制盘上的CONGTROL RESET（控制复位）键。 按LOCAL（现场）和UNLOAD（卸载）键，确认其相应的红色指示灯亮。 在READY TO START

19、（待用）指示灯亮后，拉出 EMERGENCY STOP（紧急停车）按钮。 按 START（开机）键。 开机后，观察一段时间，以确认空压机操作是否正常；然后，如有必要就可给空压机加载。正常停机步骤如下： 按UNLOAD（卸载）键。 让入口导叶全关约1015秒，然后按STOP（停机）键。 关闭进出口空气闸阀。 打开排凝旁路阀。 让冷却水和润滑油循环至少30分钟，以带走系统中的热量。 关闭水源。 关闭电机驱动的油泵。 断开电机启动器 关闭空气喷射器用风，如有必要，关闭控制盘的电源。2、 维护保养定期检修内容周检：（或设备运行150个小时）检查入口过滤器，根据实际情况决定是否更换。检查油箱过滤系统，根

20、据实际情况决定是否更换。半年检：（或设备运行4000个小时）更换油箱放空系统中过滤器的过滤元件。更换油过滤系统中的过滤元件。对润滑油进行测试，根据实际情况决定是否更换。给入口导叶驱动螺杆组件加润滑脂。按要求给驱动电机球轴承添加润滑脂。按要求给油泵电机球轴承添加润滑脂。专项检查内容齿轮箱清理叶轮、入口和扩压器检查叶轮、入口和扩压器齿轮磨损情况的外观检查齿轮啮合间隙的检查检查轴向小齿轮窜动是否灵活检查叶轮和入口之间的间隙是否合格中冷器和后冷器检查管芯，根据实际情况进行清理检查散热片，根据实际情况进行清理检查冷却腔。根据实际情况进行清理润滑系统检查油路是否有油泄漏检查油质是否合格检查油冷却器的运行情

21、况是否合乎要求过滤器应对所有过滤器中的过滤元件进行检查控制面板检查是否能正常运行控制阀检查入口导叶检查旁路控制阀检查排气单向阀驱动电机电机联轴器的检查和加油按照电机厂商提供维护手册中的要求和步骤检查电机3、 故障判断常见故障处理表如下：故障状态可能产生的原因电机振动/不正常的响声启动器故障基础螺栓松其他机械部件松电压过高或电压不平衡故障状态可能产生的原因润滑不足或润滑过度冷却风扇上有赃物在空气缝隙处有赃物轴承磨损对中不良驱动联轴器磨损电机过热环境温度过高通风不足电压低、高或不平稳电机过载控制设定值不当润滑不足或润滑过度接地不良接线点有误接线不当启动器故障在空气缝隙处有赃物电机绕组短路跑单相电机

22、被卡住空压机设定值不当齿轮箱润滑油漏喷射器回路没有填充空气喷射器压力不正确油箱放空过滤器堵塞剖分密封垫坏油封坏其它密封垫损坏空压机振动传感器读数错误控制盘内的接线有误油温过高油温过低油压过低润滑油牌号选错润滑油受污染故障状态可能产生的原因喘振对中不良驱动联轴器损坏和/或磨损叶轮脏或损坏转子误动作空压机不能开机驱动电机启动器没有装好紧急停车按钮没有拉出来控制系统没有复位控制盘不能操作主电源保险烧坏或有故障驱动电机启动器故障：包括热过载继电器、主接触器、电源保险、控制电源变压器和接线开机、停机电路故障电流互感器电路故障空压机出现跳闸状态（需采取处理措施）电机绕组短路电机被卡住控制盘上出现紧急停车信息驱动电机启动器没有装好紧急停车按钮被压到停车位子上主电源保险烧毁或有故障驱动电机启动器故障电机过载电机绕组短路传感器读数错误至控制盘的接线有误控制盘电源接线有误振动探头的安装间隙有误压力传感器导线故障Quad控制盘电源保险烧毁或故障传感器故障Quad控制板的跳接片接线有误Quad控制板故障空气温度过高至冷却器的冷却水流量不足故障状态可能产生的原因冷却水温度过高传感器读数错误中冷器或后冷器结垢喘振润滑油温度过高至冷却器的冷却水量不足冷却水温度过高油冷器结垢传感器读数错误热混合阀故障油加热器恒温器故障