壓縮機結構及其工作原理.ppt

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,,第一章：概述,什么是壓縮機？用來壓縮氣體借以提高氣體壓力的機械稱為壓縮機。提升的壓力小于0.2MPa時，稱為鼓風機。提升壓力小于0.02MPa時稱為通風機。,壓縮機的分類,按工作原理分類1．容積式壓縮機直接對一可變?nèi)莘e中的氣體進行壓縮，使該部分氣體容積縮小、壓力提高。其特點是壓縮機具有容積可周期變化的工作腔。2．離心式壓縮機它首先使氣體流動速度提高，即增加氣體分子的動能；然后使氣流速度有序降低，使動能轉化為壓力能，與此同時氣體容積也相應減小。其特點是壓縮機具有驅使氣體獲得流動速度的葉輪。,按排氣壓力分類,按壓縮級數(shù)分類單級壓縮機氣體僅通過一次工作腔或葉輪壓縮兩級壓縮機氣體順次通過兩次工作腔或葉輪壓縮多級壓縮機氣體順次通過多次工作腔或葉輪壓縮，相應通過幾次便是幾級壓縮機,容積流量分類名稱容積流量／(m3／min)微型壓縮機<1小型壓縮機1～10中型壓縮機10～100大型壓縮機≥100,壓縮機按結構或工作特征的分類,活塞式,轉子式,滑片式,單螺桿,幾種特殊的壓縮機,,,,,第二章離心壓縮機的工作原理及結構,氣體由吸氣室吸入，通過葉輪對氣體做功，使氣體壓力、速度、溫度提高。然后流入擴壓器，使速度降低，壓力提高。彎道和回流器主要起導向作用，使氣體流入下一級繼續(xù)壓縮。最后，由末級出來的高壓氣體經(jīng)渦室和出氣管輸出。由于氣體在壓縮過程中溫度升高，而氣體在高溫下壓縮，消耗功將會增大，為了減少壓縮耗功，故對壓力較高的離心式壓縮機在壓縮過程中采用中間冷卻器，即由某中間級出口的氣體，不直接進入下一級，而是通過蝸室和出氣管，引到外面的中間冷卻器進行冷卻，冷卻后的低溫氣體，再經(jīng)吸氣室進入下級壓縮。離心式壓縮機零件很多，這些零件又根據(jù)它們的作用組成各種部件。我們把離心式壓縮機中可以轉動的零部件統(tǒng)稱為轉子，不能轉動的零、部件稱為靜子。,轉子,轉子是離心壓縮機的主要部件，它是由主軸、葉輪、平衡盤等組成的。一、葉輪葉輪也稱為工作輪，它是壓縮機中最重要的一個部件。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪做高速的旋轉。而氣體由于受旋轉離心力的作用以及在葉輪里的擴壓流動，使氣體通過葉輪后的壓力得到了提高。此外，氣體的速度能也同樣在葉輪里得到了提高。因此可以認為葉輪是使氣體提高能量的唯一途徑。葉輪是由輪盤、輪蓋和葉片組成，這種葉輪稱為閉式葉輪。按照工藝方法的不同，葉輪又可以分為鉚接葉輪，焊接葉輪，銑制焊接葉輪和整體鑄造葉輪。,二、主軸主軸上安裝所有的旋轉零件，它的作用就是支持旋轉零件及傳遞轉矩。主軸的軸線也就確定了各旋轉零件的幾何軸線。主軸通常為階梯軸，以便于零件的安裝。各階梯的突肩起軸向定位作用。也可采用光軸，因為它具有形狀簡單，加工方便的特點。,,,,三、平衡鼓在多級離心壓縮機中,由于每級葉輪吸入口兩側的氣體作用力的大小不等,使轉子受到一個指向低壓端的合力，這個合力稱為軸向力。軸向力對于壓縮機的正常運轉是不利的，它使轉子向一端竄動。甚至使轉子與機殼相碰，造成事故。因此要設法平衡（消除）它。平衡鼓就是利用它的兩邊氣體壓力差來平衡軸向力的零件。它位于高壓端，它的一側壓力可以認為是末級葉輪輪盤側的間隙中的氣體壓力(高壓)。另一側通向大氣或進氣管，它的壓力是大氣壓或進氣壓力（低壓）。由于平衡盤也是用熱套法套在主軸上。上述兩側壓力差就使轉子受到一個與軸向力反向的力。其大小決定于平衡盤的受力面積。通常，平衡鼓只平衡一部分軸向力。剩余的軸向力由止推盤（止推軸承）承受。平衡鼓的外緣安裝氣封，可以減少氣體泄漏。,,,第2節(jié)靜子靜子中所有零件均不能轉動，它是由機殼、擴壓器、彎道、回流器、蝸室和密封等組成。一、機殼機殼也稱為氣缸、機殼是靜子中最大的零件。它通常是用鑄鐵或鑄鋼澆鑄出來的。對于高壓離心壓縮機，采用圓桶形鍛鋼機殼，以承受高壓。吸氣室、蝸殼也是機殼的一部分，它的作用是把氣體均勻地引入葉輪，然后順暢地導出機殼。吸氣室內(nèi)通常澆鑄有分流肋，使氣流更加均勻，也起到增加機殼剛性的作用。,,,,二、擴壓器氣體從葉輪流出時，它具有較高的流動速度，為了充分利用這部分速度能，常常在葉輪后面設置了流通面積逐漸擴大的擴壓器，用以把速度能轉化為壓力能，以提高氣體的壓力。擴壓器一般有無葉型、葉片型、直壁型擴壓器等多種形式。三、彎道在多級離心式壓縮機中，氣體欲進入下一級就必須拐彎，為此要采用彎道。彎道是由機殼和隔板構成的彎環(huán)形通道空間。,,,,四、回流器回流器的作用是使氣流按所需要的方向均勻地進入下一級。它由隔板和導流葉片組成。通常，隔板和導流葉片整體鑄造在一起。隔板借銷釘或外緣凸肩與機殼定位。五、蝸室蝸室的主要目的是把擴壓器后面或葉輪后面的氣體匯集起來，把氣體引導到壓縮機外面去，使它流到氣體輸送管線或流到冷卻器去進行冷卻。此外，在匯集氣體的過程中，在大多數(shù)情況下，由于蝸室外徑的逐漸增大和通流截面的漸漸擴大，也對氣流起到一定的降速擴壓作用。,,,,,六、密封密封有隔板密封、輪蓋密封和軸端密封。密封的作用是防止氣體在級間倒流及向外泄漏。為了防止通流部分中的氣體在級向倒流，在輪蓋處設有輪蓋密封。在隔板和轉子之間設有隔板密封。這兩種密封統(tǒng)稱為內(nèi)密封。為了減少和杜絕機器內(nèi)部的氣體向外泄漏，或外界空氣向機器內(nèi)部竄入，在機器端安置端密封。這種密封稱為外密封。最常用的是迷宮密封，密封片為軟金屬制成，將它嵌入密封體內(nèi)。由于密封片較軟，當轉子發(fā)生振動與密封片相碰時，密封片易磨損，而不致使轉子損壞。密封的作用原理，是利用氣流經(jīng)過密封時的阻力來減少泄漏量。,,,,,,第三節(jié)段和級正如前述，為了節(jié)省壓縮機的耗功，壓縮機常常有中間冷卻器，中間冷卻器把全部級分隔成幾個段。在每段里，有一個或幾個級，每個級是由一個葉輪及與其相配合的固定零件所構成。對于離心式壓縮機級來說，從其基本結構上來看，它可以分為中間級和末級兩種。一、中間級中間級由葉輪、擴壓器、彎道和回流器等組成。氣體經(jīng)過中間級后將直接流到下一級去繼續(xù)進行增壓。在離心壓縮機的每一段里，除了段中的最后一級外，都屬于這種中間級。,,,,二、末級末級由葉輪、擴壓器、蝸室等組成。氣體經(jīng)過這一級增壓后將排出機外。流到冷卻器進行冷卻，或送往排氣管道輸出。對于這兩種級的結構型式來說，葉輪是這兩種級所共同具有的，只是在固定元件上有所不同。對于末級來說，它是以蝸室取代中間級的彎道和回流器，有時還取代了級中的擴壓器。,壓縮機軸向力的形成的原因,轉子在運行過程中，葉輪兩側具有一定壓力的氣體介質，如圖所示。從圖中可以看出，Ds到D2面積上，輪蓋與輪盤承受的壓力大小相等，方向相反，但di到Ds的環(huán)形面積上，輪盤后壓力P2＞P0，這樣就形成了一個由輪盤向輪蓋的力，這就是壓縮機的軸向力。對于多級壓縮機，轉子總的軸向力為各葉輪軸向力的總和。,軸向力的平衡方法和原理,單級葉輪產(chǎn)生的軸向力由高壓側指向低壓側，若多級葉輪按順序派了，如圖2-13，顯然這種排列方式轉子的軸向力很大，如果采用2-14方式排列，則入口相反的葉輪產(chǎn)生一個相反的軸向力，可以互相平衡,葉輪對置排列,設置平衡盤,平衡盤一般多裝在高壓側，外緣與缸體間設有迷宮密封，從而使高壓側的壓力P2大于壓縮機入口連接的低壓側的壓力P1，該壓差產(chǎn)生的軸向力，其方向與葉輪產(chǎn)生的軸向力相反，根據(jù)計算可最終確定平衡盤的尺寸。,軸向力的平衡主要是減少軸向推力，減輕止推軸承的負荷。一般情況下，軸向力的70％應通過平衡措施平衡消除，剩余30％由止推軸承承擔，生產(chǎn)實踐表明，保留一定的軸向力，是提高轉子平穩(wěn)運行的有效措施，因此在設計時，應充分考慮這一點,壓縮機的軸端密封,壓縮機軸端密封通常采用浮環(huán)密封、機械密封、干氣密封等,浮環(huán)油膜密封,如圖所示，浮環(huán)在注入壓力油后，向高壓環(huán)里側和低壓環(huán)外側泄露，由于轉子處于高速旋轉之中，流入浮環(huán)間隙內(nèi)的封油在旋轉軸的作用下，形成了具有一定承載能力的油膜，該油膜一方面將浮環(huán)抬起，使浮環(huán)和軸間實現(xiàn)了液體潤滑，從而減輕摩擦，降低磨損，另一方面，由于油膜充滿整個浮環(huán)，所以可以阻止氣體介質的外漏，起到密封的作用。,浮環(huán)密封因無固體摩擦，適用于高速場合，使用可靠，壽命長，但泄露量較大，此外需配置復雜的液封控制系統(tǒng)和油站，要求主機制造精度高,浮環(huán)密封系統(tǒng),干氣密封：干氣密封是二十世紀六十年代末期從體動壓軸承的基礎上發(fā)展起來的一種新型非接觸式密封。該密封利用流體動力學原理，通過在密封端面上開設動壓槽而實現(xiàn)密封端面的非接觸運行。由于密封非接觸運行，因此密封摩擦副材料基本不受PV值的限制，適合作為高速、高壓設備的軸封，在壓縮機應用領域，干氣密封正逐漸替代浮環(huán)密封、迷宮密封和油潤滑機械密封。烯烴工廠的離心式壓縮機全部采用英國的約翰克蘭公司的這一密封形式。,干氣密封具有如下優(yōu)點：1）密封無磨損，使用壽命長、運行穩(wěn)定可靠；2）密封功率消耗小，僅為接觸式機械密封的5%左右；3）與其他非接觸式密封相比，干氣密封氣體泄漏量小，是一種環(huán)保型密封；4）密封輔助系統(tǒng)簡單、可靠，不需要密封油系統(tǒng)，因此消除工藝流程中的氣體被油污染，使用中也不需要維護。,干氣密封的缺點：密封自身結構復雜，零部件多，對加工工藝、產(chǎn)品設計和裝配能力要求較高。適應工況變化的能力不強。工藝介質必須允許與密封干氣相混。需要一定壓力的氣源，氣源壓力至少高于介質壓力0.2MPa。有微量氣體進入工藝流程。,密封用干氣以稍高于介質壓力注入一級密封室，與工藝介質混合進入一級密封的動靜環(huán)，由于動環(huán)上動壓槽增壓作用將動靜環(huán)推開一穩(wěn)定的間隙，同時在密封室形成一穩(wěn)定的、隨動的、略高于介質壓力的密封壓力。從一級密封泄漏出的氣體一部分經(jīng)一級放空排放出去，另一部分經(jīng)級間密封進入第二級密封。這樣，經(jīng)過兩級密封后，泄漏出來的氣體量已非常少，壓力也很低，這部分氣體被隔離氣阻止向外擴散，而是與隔離氣一道從二級放空安全地排放出去。,干氣密封工作原理,右圖所示為干氣密封的動環(huán)，在動環(huán)端面開有螺旋槽，在動環(huán)內(nèi)側，有密封壩，在停車時，防止氣體泄漏。,工藝介質,圖示為11-C-3501的串聯(lián)干氣密封。11--靜環(huán)12--動環(huán)19--襯套25--梳齒密封A--密封干氣B--一級排放口C--試驗口D--二級排放口E--外側隔離氣,級間密封,,,,第三章壓縮機級內(nèi)的各種能量損失,級中能量損失包括三種：流動損失、漏氣損失、輪阻損失,級內(nèi)的流動損失,（1）摩阻損失,產(chǎn)生原因：流體的粘性是根本原因。從葉輪進口到出口有流體與壁面接觸，就有邊界層存在，就將產(chǎn)生摩阻損失。,,,（2）分離損失,產(chǎn)生原因：通道截面突然變化，速度降低，近壁邊界層增厚，引起分離損失。大?。捍笥谘爻棠ψ钃p失。,,（3）沖擊損失,產(chǎn)生原因：流量偏離設計工況點，使得葉輪和葉片擴壓器的進氣沖角i≠0，在葉片進口附近產(chǎn)生較大的擴張角，導致氣流對葉片的沖擊，造成分離損失。,減少措施：控制在設計工況點附近運行；在葉輪前安裝可轉動導向葉片。,（4）二次流損失,產(chǎn)生原因：葉道同一截面上氣流速度與壓力分布不均勻，存在壓差，產(chǎn)生流動，干擾主氣流的流動，產(chǎn)生能量損失。在葉輪和彎道處急劇轉彎部位出現(xiàn)。,減少措施：增加葉片數(shù)，避免急劇轉彎。,（5）尾跡損失,產(chǎn)生原因：葉片尾部有一定厚度，氣體從葉道中流出時，通流面積突然擴大，氣流速度下降，邊界層發(fā)生突然分離，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區(qū)，尾跡區(qū)。尾跡區(qū)氣流速度與主氣流速度、壓力相差較大，相互混合，產(chǎn)生的能量損失。,減少措施：采用翼型葉片代替等厚葉片；將等厚葉片出口非工作面削薄。,漏氣損失,（1）產(chǎn)生漏氣損失的原因,存在間隙；存在壓力差。出口壓力大于進口壓力，級出口壓力大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側與固定件之間的間隙、軸端的間隙，產(chǎn)生漏氣，存在能量損失。,,密封型式：機械密封，干氣密封，浮環(huán)油膜密封，梳齒密封,（2）密封件的結構形式,結構形式：在固定部件與輪蓋、隔板與軸套、軸的端部設置密封件，采用梳齒式（迷宮式）密封。,工作原理：利用節(jié)流原理。減小通流截面積，經(jīng)多次節(jié)流減壓，使在壓差作用下的漏氣量盡量減小。即通過產(chǎn)生的壓力降來平衡密封裝置前后的壓力差。密封特點：非接觸式密封，有一定的泄漏量。,設計中應注意：減小齒逢間隙；增加密封齒數(shù)；加大齒片間的空腔和流道的曲折程度。,,輪阻損失,產(chǎn)生原因葉輪旋轉，輪蓋、輪盤的外緣和輪緣與周圍的氣體發(fā)生摩擦，產(chǎn)生的損失,,,,,圓瓦軸承,具有自動調(diào)心平衡外載和抑制油膜自激渦動,抗振性能好，不易產(chǎn)生油膜振蕩。軸承測溫采用予埋式則溫元件，測點在巴氏合金附近，可隨時直接監(jiān)視軸瓦溫度。,,第四章離心壓縮機軸承介紹,可傾瓦軸承,推力軸承,承受轉子的殘余軸向力,防止轉子的軸向竄動,保證轉子在機殼中的軸向位置，以及承受膜片聯(lián)軸器產(chǎn)生的軸向推力。一般非為整體式推力軸承、米契爾推力軸承、金斯伯雷推力軸承。我廠壓縮機組使用的有米契爾式和金斯伯雷式推力軸承。下面主要介紹一下以上兩種推力軸承。,米楔爾止推軸承主付推力面均由6～8止推瓦塊組成,一般與徑向軸承組合使用，備件為止推瓦塊。米楔爾止推軸承結構特點1主、付推力面為斜--平面結構2主推力面由6～8止推塊組成3各油楔或瓦塊單獨供油4調(diào)整環(huán)調(diào)整軸向間隙5軸承各部均為中分結構6主推力面預留有現(xiàn)場溫度計插孔測回油溫度7主推力面裝備有兩個熱電偶接頭8潤滑油由軸承上部回油孔及油封與轉子推力盤之間泄出到軸承箱9單向旋轉,止推盤與軸承體之間用銷釘防轉,1高速穩(wěn)定性較好2能承受較大軸向力3主付推力面承載能力相同4摩擦功耗小5軸承溫升較低6無自平衡系統(tǒng),各瓦塊之間受力不均勻,對瓦塊加工產(chǎn)生的不等厚誤差和瓦塊排列誤差無法消除,米楔爾止推軸承性能特點,金斯伯雷止推軸承,金斯伯雷軸承和米契爾軸承的共同點是活動多塊式，在止推塊下有一個支點，這個支點一般偏離止推塊的中心，止推塊可以繞支點擺動，根據(jù)載荷和轉速的變化形成有利的油膜。米契爾軸承是止推塊直接與基環(huán)接觸，是單層的；金斯伯雷軸承是止推塊下有上平衡塊、下平衡塊，然后才是瓦架，相當于三層疊起來的。它們之間用球面支點接觸，保證止推瓦塊、平衡塊可以自由擺動，使載荷分布均勻。止推瓦塊由碳鋼制成，上面澆鑄巴氏合金，止推瓦塊體中鑲一個工具鋼制的支承塊，這個支承塊與上平衡塊接觸。上平衡塊用一個調(diào)節(jié)螺釘在圓周方向定位，上、下平衡塊一般采用精密鑄造鑄出。下平衡塊裝在瓦架的凹槽中，用它的刃口與瓦架接觸。上平衡塊用螺釘來定位。為防止瓦架轉動，在瓦架上設有防轉銷鍵。轉子的軸向竄量可以用調(diào)整墊片調(diào)整。,,,,√自動調(diào)位，保證受力均勻√瓦塊由碳鋼澆鑄巴氏合金加工而成√可承受較大的軸向力，雙向承載√瓦塊自動調(diào)位，√保證受力均勻√對載荷變化適應性強,,,,運行中軸承溫度的監(jiān)測,推力軸承，每側2支共4支鉑熱電阻,