一、離心式壓縮機(jī)的發(fā)展概況

　　離心壓縮機(jī)是一種渦輪壓縮機(jī)，具有加工體積大、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便、無(wú)氣體污染的特點(diǎn)。隨著氣體動(dòng)力學(xué)研究的成果，離心壓縮機(jī)的效率不斷提高。由于高壓密封、小流量窄葉輪加工、多油楔軸承等關(guān)鍵技術(shù)的成功開(kāi)發(fā)，離心式壓縮機(jī)的高壓?jiǎn)栴}得到了解決。寬流量范圍的發(fā)展帶來(lái)的一系列問(wèn)題極大地?cái)U(kuò)大了離心式壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍，使得往復(fù)活塞式壓縮機(jī)可以在許多場(chǎng)合得到更換。

 

　　二、離心壓縮機(jī)的工作原理和基本結(jié)構(gòu)

　　1、工作原理

　　一般說(shuō)，提高氣體壓力的主要目標(biāo)就是增加單位容積內(nèi)氣體分子的數(shù)量，也就是縮短氣體分子與分子之間的距離。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，除了采用擠壓元件來(lái)擠壓氣體的容積式壓縮方法以外，還有一種用氣體動(dòng)力學(xué)的方法，即利用機(jī)器的作功元件（高速回轉(zhuǎn)的葉輪）對(duì)氣體作功，使氣體在離心力場(chǎng)中壓力得到提高，同時(shí)動(dòng)能也大為增加，隨后在擴(kuò)流道中流動(dòng)時(shí)這部分功能又轉(zhuǎn)變?yōu)殪o壓能，而使氣體壓力進(jìn)一步提高，這就是離心式壓縮機(jī)的工作原理或增壓原理。

　　2、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

　　下面分別敘述壓縮機(jī)流道中各組成部分（或稱為通流元件）的作用。

　　吸氣室：壓縮機(jī)每段的第1級(jí)入口都設(shè)有吸氣室，其作用是將氣體從進(jìn)氣管均勻地導(dǎo)入葉輪的入口以減小氣體進(jìn)入時(shí)的流動(dòng)損失。

　　葉輪：葉輪是離心壓縮機(jī)中重要的一個(gè)部件，驅(qū)動(dòng)機(jī)的機(jī)械即通過(guò)此高速回轉(zhuǎn)的葉輪葉片對(duì)氣體作功而使氣體獲得能量，它是壓縮機(jī)中唯一的作動(dòng)部件，故亦稱工作輪。葉輪一般是由輪蓋、輪盤(pán)和葉片組成的閉式葉輪，也沒(méi)有輪蓋的半開(kāi)式葉輪。

　　擴(kuò)壓器：氣體從葉輪流出時(shí)，具有很高的速度，為了使這部分速度能盡可能地轉(zhuǎn)化為壓力能，在葉輪外緣的周圍設(shè)置了流通截面逐漸擴(kuò)大的流通空間，這就是擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器是由前后隔板組成的環(huán)形通道。其中不裝葉片的稱為無(wú)葉擴(kuò)壓器，裝有葉片的稱為葉片擴(kuò)壓器。

　　彎道：為了把從擴(kuò)壓器流出來(lái)的氣體引導(dǎo)到下一級(jí)去進(jìn)行再壓縮，在擴(kuò)壓器外圍設(shè)置了使氣體由離心方向改變?yōu)橄蛐姆较虻沫h(huán)形通道，稱為彎道。彎道是由隔板和氣缸內(nèi)壁組成的環(huán)形空間。

　　回流器：為了使氣流以一定方向（一般是軸向）均勻地進(jìn)入下一級(jí)的葉輪入口，又在彎道的出口設(shè)置了回流器，使氣體依靠回流器中的葉片的導(dǎo)流作用均勻地向心流動(dòng)，然后流入下一級(jí)葉輪?；亓髌魇怯蓛蓧K隔板和裝在隔板之間的葉片構(gòu)成的。

　　蝸殼：蝸殼的作用是將由擴(kuò)壓器（或由葉輪）出來(lái)的氣流有序地匯集起來(lái)而引出壓縮機(jī)。在有些情況下，由于蝸殼中的氣流速度有所下降，這時(shí)蝸殼也可起一定的擴(kuò)壓作用。

　　壓縮機(jī)中間各級(jí)一般是由葉輪、擴(kuò)壓器、彎道及回流器組成；第1級(jí)還帶有吸氣室、末級(jí)則有蝸殼，但沒(méi)有回流器，末級(jí)也可能沒(méi)有擴(kuò)壓器。

　　除了以上所述直接使氣體得到壓縮的通流元件以外，離心壓縮機(jī)還具有以下幾個(gè)重要零部件：

　　1、密封件：為了減少機(jī)內(nèi)的氣體從高壓處向低壓處泄漏，在各級(jí)葉輪的進(jìn)口圈外徑處均設(shè)有輪蓋密封，在級(jí)與級(jí)之間則有級(jí)間密封，這種密封通常是用非接觸式的迷宮式密封（或稱梳齒式密封）。此外，在轉(zhuǎn)軸伸出機(jī)外之處也有密封，稱為軸端密封，簡(jiǎn)稱軸封。軸封的型式對(duì)于低壓密封也常用邊宮式的密封，對(duì)于高壓密封則大多用浮環(huán)油膜密封或機(jī)械密封。

　　2、平衡盤(pán)：為了減少或平衡掉離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子受到機(jī)內(nèi)氣體壓力的作用而產(chǎn)生的不平衡軸向力，通常在軸上靠近一級(jí)葉輪處裝有一旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)，即為平衡盤(pán)。平衡盤(pán)的外緣和氣缸殼體之間也設(shè)有迷宮密封。使平衡盤(pán)的內(nèi)側(cè)和高壓氣體相通，另一側(cè)則與低壓（或壓縮機(jī)進(jìn)氣口）相通。轉(zhuǎn)子受到的未被平衡盤(pán)完全平衡的殘余軸向力則由止推軸承加以承擔(dān)。

　　3、軸承：離心壓縮機(jī)是高速回轉(zhuǎn)機(jī)械，除了小型壓縮機(jī)有采用流動(dòng)軸承的以外。絕大多數(shù)采用特殊型式的動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，有支撐軸承（或稱徑向軸承）及止推軸承兩種。支持軸承承受壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的重力與其他徑向力，止推軸承則主要承擔(dān)轉(zhuǎn)子所受的不平衡軸向力，并且保證轉(zhuǎn)子的軸向定位，避免在機(jī)器運(yùn)行時(shí)發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子相碰。離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子屬行高速輕載轉(zhuǎn)子，為了保證其在軸承中能形成理想的油膜，并防止軸承油膜振蕩的不正?，F(xiàn)象出現(xiàn)，一般都采用多塊可傾瓦軸承或橢圓形等特殊滑動(dòng)軸承。多塊可傾瓦軸承是利用幾千瓦塊在其支點(diǎn)附近作輕微搖擺以形成多油楔，使高速轉(zhuǎn)軸軸頸得到及時(shí)的足夠的油潤(rùn)滑，并且運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定。

　　4、聯(lián)軸器：由于離心壓縮機(jī)具有高速回轉(zhuǎn)，大功能以及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)難免有一定振動(dòng)的特點(diǎn)，所用的聯(lián)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，所以一般常用的是齒型聯(lián)軸節(jié)，依靠齒型的嚙合傳遞扭矩，這種聯(lián)軸節(jié)需要潤(rùn)滑劑。近年來(lái)國(guó)外創(chuàng)造了一種鼓膜型聯(lián)軸器，利用膜片傳遞扭矩，膜片還可有少許變形。這種聯(lián)軸器不需要潤(rùn)滑劑，制造也容易，很受歡迎。

　　離心壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)除了中、小型壓縮機(jī)有用電動(dòng)機(jī)以外，一般是用汽輪機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這樣既可以滿足大功率、高轉(zhuǎn)速的要求，又可以直接利用工廠的副產(chǎn)品——高壓蒸汽或高溫燃?xì)庾鳛閯?dòng)力，此外采用這類驅(qū)動(dòng)機(jī)還可以使壓縮機(jī)采用調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的方法來(lái)調(diào)節(jié)壓縮機(jī)流量或壓力，這種調(diào)節(jié)方法比較經(jīng)濟(jì)。

　　離心壓縮機(jī)也有冷卻水系統(tǒng)及要求很高的潤(rùn)滑油系統(tǒng)。有時(shí)還有增速箱以提高壓縮機(jī)整機(jī)或某一轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。離心壓縮機(jī)的自控系統(tǒng)比活塞式壓縮機(jī)的要求為高，除了常規(guī)的操作參數(shù)測(cè)量、顯示以外，還有喘振控制系統(tǒng)、軸位移及振動(dòng)的指示及報(bào)警、自動(dòng)停車等安全設(shè)施。

　　三、離心式壓縮機(jī)的性能及調(diào)節(jié)

　　反映離心式壓縮機(jī)性能的主要參數(shù)有容積進(jìn)氣量Qj、壓力比ε（或排氣壓力ㄗ，壓力差△ㄗ，及能量頭h）、功率N和效率η。隨著進(jìn)氣量變化，其它各性能參數(shù)也將發(fā)生相應(yīng)的變化，故常以曲線形式來(lái)表現(xiàn)壓縮機(jī)的性能變化關(guān)系，例如壓力比曲級(jí)ε—Qj（或ㄗ—Qj、△ㄗ—Qj及h—Qj曲線），功率曲線N—Qj及效率曲線η—Qj等。也有采用無(wú)因次參數(shù)表示的通用性能曲線例如：ψ—  曲線（即能量頭系數(shù)—流量系數(shù)）等。圖4-49是某離心式壓縮機(jī)的性能曲線圖，它是壓縮機(jī)運(yùn)行工況的圖象表示，是壓縮機(jī)選擇型式規(guī)格、操作運(yùn)行以及進(jìn)行性能調(diào)節(jié)的依據(jù)，所以弄清這些性能曲線的特點(diǎn)，了解影響壓縮機(jī)性能的各種因素，從而靈活地掌握與運(yùn)用它是十分重要的事情。

　　性能曲線中的Qj表示壓縮機(jī)進(jìn)氣狀態(tài)下的容積流量，η則常以多變效率ηpol¬¬¬表示，N一般是指軸功率。

　　（1）離心式壓縮機(jī)級(jí)的性能曲線一般具有以下特點(diǎn)

　　1、隨著流量的減小，壓縮機(jī)能提供的壓力比將增大。在小流量時(shí)，壓力比達(dá)到較大。反過(guò)來(lái)說(shuō)，如果壓縮機(jī)的背壓有所降低的話，其流量也將自動(dòng)增加。離心壓縮機(jī)流量和壓力比的關(guān)系是一一對(duì)應(yīng)的，流量與其它參數(shù)的關(guān)系也是對(duì)應(yīng)的關(guān)系，表現(xiàn)在各條性能曲線上。

　　2、離心式壓縮機(jī)有大流量和小流量?jī)蓚€(gè)極限流量；當(dāng)然，排出壓力也有大值和小值。

　　3、效率曲線有高效率點(diǎn)，離開(kāi)該點(diǎn)的工況效率下降較快；

　　4、功率N與Ghrh大致成正比，所以功率曲線一般是隨Qj增加而向上傾斜，但當(dāng)ε—Qj曲線向下傾斜很快時(shí)，功率曲線也可能先向上傾斜而后逐漸向下傾斜。

　?。?）大流量工況及喘振工況

　　1、大流量工況

　　如前所述流量達(dá)到較大時(shí)的工況即為大流量工況。造成這種工況有兩種可能：一是級(jí)中流道中某喉部處氣流達(dá)到臨界狀態(tài)，這時(shí)氣體的容積流量已是較大值，任憑壓縮機(jī)背壓再降低，流量也不可能再增加，這種情況特稱為“阻塞”工況。另一種情況是流道內(nèi)并未達(dá)到臨界狀態(tài)，即尚未出現(xiàn)“阻塞”工況，但壓縮機(jī)在偌大的流量下，機(jī)內(nèi)流動(dòng)損失很大，所能提供的排氣壓力已很小，幾乎接近零能頭（ε≈1），僅夠用來(lái)克服排氣管的流動(dòng)阻力以維持這樣大的流量，這也是壓縮機(jī)的大流量工況。

　　2、喘振工況

　　離心式壓縮機(jī)小流量時(shí)的工況稱為喘振工況。產(chǎn)生喘振的原因首行從級(jí)內(nèi)的流動(dòng)來(lái)考察。

　　出現(xiàn)喘振的根本原因是壓縮機(jī)的流量過(guò)小，小于壓縮機(jī)的小流量（或者說(shuō)由于壓縮機(jī)的背壓高于其更高排壓）導(dǎo)致機(jī)內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重的氣體旋轉(zhuǎn)分離，外因則是管網(wǎng)的壓力高于壓縮機(jī)所能提供的排壓，造成氣體倒流，并產(chǎn)生大幅度的氣流脈動(dòng)。脈動(dòng)的頻率和脈動(dòng)的振幅與管網(wǎng)的容量有關(guān)，管網(wǎng)的的容量愈大，脈動(dòng)的頻率就會(huì)愈低，脈動(dòng)的振幅就愈大，反之，管網(wǎng)容量小，則脈動(dòng)頻率高而振幅小。

　　喘振的危害性極大，但至今還不能從機(jī)器的設(shè)計(jì)上予以消除，只能在運(yùn)轉(zhuǎn)中設(shè)法避免其發(fā)生。防喘振的原量就是針對(duì)引起喘振的原因，在喘振將要發(fā)生時(shí)，立即設(shè)法把壓縮機(jī)的流量加大，防喘振的具體方法有兩種：

　　①部分氣流放空法

　　當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)氣量降低到接近喘振工況時(shí)，流量傳感器1傳出訊號(hào)給伺服馬達(dá)2號(hào)，使之產(chǎn)生動(dòng)作操縱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即打開(kāi)防喘振放空閥3。于是部分氣流放空，壓縮機(jī)背壓立即降低，流量就自動(dòng)增加，工況也就遠(yuǎn)離喘振工況了，采用這種方法將會(huì)浪費(fèi)部分壓縮功，而且白白損失了部分氣體。

　　②部分氣流回流法

　　作用原理與上述放空法相同，其區(qū)另只是在于通過(guò)防喘振閥的氣體流回到機(jī)器進(jìn)氣管加以回收，這種方法適宜于處理有毒、易燃、易爆炸或經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高而不宜放空的氣體情況，這種方法也要浪費(fèi)部分壓縮功。

　　此外，防喘振還有其他方法，例如改變壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速等。

　　上述防喘振的措施雖然可以避免喘振的出現(xiàn)，以保護(hù)機(jī)器，但不應(yīng)讓壓縮機(jī)長(zhǎng)期處于開(kāi)啟防喘振閥的狀態(tài)下操作，這將造成很大浪費(fèi)。應(yīng)該檢查生產(chǎn)操作系統(tǒng)，找出影響壓縮機(jī)喘振的外在原因并加以解決，這才是防喘振的治本方法。

　　以上論述了離心式壓縮機(jī)的小流量工況和大流量工況，可知這兩種極限工況之間才是穩(wěn)定工況區(qū)域。衡量壓縮機(jī)級(jí)的性能好壞除了要求具有較高的壓力和較高的效率以外，還要求有較寬的穩(wěn)定工況區(qū)。

　　四、高速轉(zhuǎn)子的振動(dòng)及隔振

　　離心機(jī)屬于高速回轉(zhuǎn)機(jī)械，工作時(shí)也難免出現(xiàn)振動(dòng)，而且有時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，所以振動(dòng)也是離心機(jī)的重要問(wèn)題之一。研究離心機(jī)的振動(dòng)特性，目的就是減小離心機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的振動(dòng)，以保證其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　離心機(jī)振動(dòng)的原因，主要來(lái)自回轉(zhuǎn)部分的不平衡，不平衡質(zhì)量大，振動(dòng)就嚴(yán)重，反之振動(dòng)量就小。為了避免和減小振動(dòng)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使離心機(jī)的工作轉(zhuǎn)速（即不平衡力和力矩的頻率）遠(yuǎn)離其系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速；這是一方面的措施，另一方面是保證制造和裝配質(zhì)量。如果制造和裝配達(dá)不到規(guī)定的技術(shù)條件，例如轉(zhuǎn)子的平衡、加工精度、配合的要求及材料質(zhì)量的均勻性等，也會(huì)引起和加劇離心機(jī)的振動(dòng)。此外，在使用和操作上也應(yīng)注意保證機(jī)器的平衡問(wèn)題，如果布料不均、局部漏料、塌料、混入大塊異物以及連接件構(gòu)動(dòng)等，也都會(huì)引起振動(dòng)。

　　因此，對(duì)一臺(tái)離心機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題，要按具體情況具體分析。例如原來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)很小的離心機(jī)，在檢修拆裝其回轉(zhuǎn)部分以后振動(dòng)加劇，就應(yīng)考慮是否是由于轉(zhuǎn)子的平衡受到影響所致，必要時(shí)就需要重新進(jìn)行一次轉(zhuǎn)子的平衡試驗(yàn)，空轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)不大而加料后振動(dòng)變大。很多情況往往是新的機(jī)器使用時(shí)良好，而使用相當(dāng)一段時(shí)間后振動(dòng)愈來(lái)愈大，這就需要從轉(zhuǎn)動(dòng)部分的磨損和腐蝕、物料情況以及各連接零件（包括地腳螺栓）是否松動(dòng)等方面的原因去加以分析和研究。

　　對(duì)于定型產(chǎn)品的離心機(jī)等，在沒(méi)有經(jīng)過(guò)仔細(xì)核算之前，不得隨意改變其轉(zhuǎn)速；更不許在高速回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子上任意補(bǔ)焊、拆除或添加零件和質(zhì)量。

　　從制造和裝配方面來(lái)說(shuō)，避免振動(dòng)的關(guān)鍵問(wèn)題，仍是力求回轉(zhuǎn)部分的平衡，以盡量減小引起振動(dòng)的不平衡力和力矩。

　　離心機(jī)轉(zhuǎn)子（包括轉(zhuǎn)鼓和軸等），在零件加工組裝完成后，必須進(jìn)行平衡試驗(yàn)和校正，平衡試驗(yàn)包括靜平衡和動(dòng)平衡。

 

　　靜平衡

　　靜平衡裝置有導(dǎo)軌式、天平式、滾柱式等，一般常用導(dǎo)軌式。導(dǎo)軌的截面有圓形、矩形、菱形和梯形。其中以圓形截面精度較高。但一般只用于平衡輕型零件。

　　檢查轉(zhuǎn)子靜平的方法是：將轉(zhuǎn)子整體置于水平的兩根硬鋼軌上，觀察其是否能達(dá)到“隨遇平衡”，即在任意位置時(shí)都能平衡。當(dāng)質(zhì)心偏移時(shí)，轉(zhuǎn)子只能停留在當(dāng)其質(zhì)心處于下邊位置時(shí)，此時(shí)可以在質(zhì)心對(duì)面，轉(zhuǎn)子的上方，選擇某一半徑處加一質(zhì)量，以達(dá)到“隨遇平衡”，或在質(zhì)心方向上減一質(zhì)量的方法加以平衡。

　　一個(gè)零件是僅需作靜平衡，還是需作動(dòng)平衡，主要與其工作轉(zhuǎn)速n及長(zhǎng)徑比L/D有關(guān)。一般可根據(jù)圖10-1選取。圖中a線下方為靜平衡區(qū)，b線上方為動(dòng)平衡區(qū)，兩線之間的區(qū)域主要用于比較重要的零件，但對(duì)振動(dòng)要求不大嚴(yán)格的場(chǎng)合。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)零件的靜平衡，一般作到“隨遇平衡”就可以了。

　　動(dòng)平衡

　　對(duì)于軸向尺寸較長(zhǎng)的樣子，常常不僅存在離心慣性力G，而且還產(chǎn)生了離心慣性力矩，作靜平衡時(shí)離心慣性力可以平衡，但旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心慣性力偶，M=ce，這種轉(zhuǎn)子的不平衡情況稱為動(dòng)不平衡。

　　經(jīng)過(guò)平衡后的轉(zhuǎn)子，就在連接轉(zhuǎn)鼓和軸的對(duì)應(yīng)部位打上記號(hào)，一般不許隨意拆開(kāi)。如果必須拆開(kāi)時(shí)，應(yīng)按原記號(hào)裝上，以免影響平衡。

　　五、常用機(jī)械密封材料

　　對(duì)摩擦副材料的要求

　　1、機(jī)械強(qiáng)度高、耐壓、剛度大、變形小。

　　2、自潤(rùn)滑性好、耐干磨、耐高負(fù)荷。

　　3、材料配對(duì)性能好，改善密封端面的磨擦狀態(tài)，無(wú)過(guò)大的磨損和對(duì)偶材料的腐蝕、自潤(rùn)滑性好。

　　4、耐磨性好，提高使用壽命。

　　5、導(dǎo)熱性好，導(dǎo)熱系數(shù)大，散熱效果好。

　　6、耐熱性好，提高動(dòng)、靜環(huán)的耐高溫性能。

　　7、耐熱沖擊性好，提高抗熱裂性能。

　　8、耐腐蝕性強(qiáng)、耐腐、耐沖蝕、提高使用壽命。

　　9、熱脹系數(shù)小，耐熱變形、尺寸穩(wěn)定性好。

　　10、加工性能好，易加工切削、易成型。

　　11、密度小，氣密性好。

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