離心壓縮機

離心壓縮機也叫“渦燁壓縮機”，壓縮機的一種。結構和操作原理同離心鼓風機相似，但總是多級式的，能使氣體獲得較高壓強，處理量較大，效率較高。排氣壓力高於 0.015兆帕、氣體主要沿著徑向流動的透平壓縮機，又稱徑流壓縮機。排氣壓力低於0.2兆帕的，一般又稱為離心鼓風機。離心壓縮機廣泛用於各種工藝流程中，用來輸送空氣、各種工藝氣體或混合氣體，並提高其壓力。工業上常按用途或氣體的種類命名，如高爐鼓風機和氨離心壓縮機等。

基本介紹

• 中文名：離心壓縮機
• 外文名：bilateral centrifugal compressor
• 又稱：透平壓縮機
• 套用：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

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，離心壓縮機製造業得到發展。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、義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年代開始套用三維流動理論（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。

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

此型壓縮機有一水平中分面將汽缸分為上下兩半，在中分面處用螺栓連線。此種結構拆裝方便（如圖2-1所示），適用於中、低壓力場合。

水平剖分型壓縮機示意圖

（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。

筒型壓縮機示意圖

（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線。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。

多軸型離心壓縮機剖視圖

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、彎道和回流器等固定元件。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（見彩圖）。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,沿著葉道（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，或者經過彎道和回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，溫度增加。溫度增加後，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，經冷卻降低溫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。

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2)。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。

流量與出口壓力的性能曲線圖

套用

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系列問題，使離心壓縮機的套用範圍大為擴展，以致在很多場合可取代往復壓縮機，而大大地擴大了套用範圍。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，可加工成塑膠、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，離心壓縮機也是極為關鍵的設備。