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压缩机基础知识培训武建明 一 压缩机分类 1 1压缩机的定义用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机 也有把压缩机称为 压气机 和 气泵 的 提升的压力小于0 2mpa时 称为鼓风机 提升压力小于0 02mpa时称为通风机 一 压缩机分类 1 2压缩机分类1 2 1按工作原理分类容积式压缩机直接对一可变容积中的气体进行压缩 使该部分气体容积缩小 压力提高 其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔 动力式压缩机它首先使气体流动速度提高 即增加气体分子的动能 然后使气流速度有序降低 使动能转化为压力能 与此同时气体容积也相应减小 其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮 动力式压缩机也称为速度式压缩机 一 压缩机分类 1 2压缩机分类1 2 2按排气压力分类 一 压缩机分类 1 2压缩机分类1 2 3按压缩级数分类单级压缩机气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩两级压缩机气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩多级压缩机气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩 相应通过几次便是几级压缩机 一 压缩机分类 1 2压缩机分类1 2 4按容积流量分类名称容积流量 m3 min 微型压缩机 1小型压缩机1 10中型压缩机10 100大型压缩机 100 一 压缩机分类 1 2压缩机分类1 2 5按结构或工作特征的分类 二 离心式压缩机 2 1离心式压缩机工作原理离心式压缩机依靠动能的变化来提高气体的压力 当带叶片的转子 即工作轮 转动时 叶片带动气体转动 把功传递给气体 使气体获得动能 进入定子部分后 因定子的扩压作用速度能量压头转换成所需的压力 速度降低 压力升高 同时利用定子部分的导向作用进入下一级叶轮继续升压 最后由蜗壳排出 对于每一台压缩机 为了达到设计需要压力 每台压缩机都设有不同数量的级数和段数 甚至有几个缸体组成 companyname 二 离心压缩机 2 1离心压缩机工作原理 二 离心式压缩机 2 2离心式压缩机的技术参数离心式压缩机的主要参数是流量 压缩比 有效功率 轴功率 转速 效率 1 流量指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体量 通常以体积流量和质量流量两种方法来表示 体积流量是指单位内流经压缩机流道任一截面的气体体积 其单位为m3 s 因气体的体积随温度和压力的变化而变化 当流量以体积流量表示时 须注明温度和压力 质量流量是指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体质量 其单位为kg s 二 离心式压缩机 2 2离心式压缩机的技术参数离心式压缩机的主要参数是流量 压缩比 有效功率 轴功率 转速 效率 2 压缩比指压缩机的排出压力和吸入压力之比 有时也称压比 计算压比时排出压力和吸入压力都要用绝对压力 3 转速指压缩机转子旋转的速度 其单位是r min 4 有效功率在气体的压缩过程中 叶轮对气体所作的功 绝大部分转变气体的能量 另有一部分能量损失 该损失基本上包括流动损失 轮阻损失和漏气损失三部份 我们将压缩气体的能量与叶轮对气体所作的功的比值称为有效功率 二 离心式压缩机 2 2离心式压缩机的技术参数离心式压缩机的主要参数是流量 压缩比 有效功率 轴功率 转速 效率 5 轴功率离心式压缩机的转子在气体升压过程中产生的流动损失功率 轮阻损失功率和漏气损失功率外 其本身也产生机械损失 即轴承的摩擦损失 这部分功率消耗占总功率的2 3 如果有齿轮传动 则传动功率消耗同样存在 约占功率的2 3 以上功率消耗都是在转子对气体作功过程中产生的 它们的总和即为离心式压缩机的轴功率 轴功率是选则驱动机功率的依据 6 效率指压缩机输出气体的有效功率与轴功率的比值 主要用来说明传递给气体的机械能的利用程度 二 离心式压缩机 2 3离心式压缩机的特点和应用优点 由于是连续旋转式机械 可以大大地提高进入其中的工质量 提高功率 所以 离心式压缩机的第一个特点是 功率大 由于工质量可以提高 必然导致叶片转速的提高 所以第二个特点是高速性 无往复运动部件 动平衡特性好 振动小 基础要求简单 易损部件少 故障少 工作可靠 寿命长 机组单位功的重量 体积及安装面积小 机组的运行自动化程度高 调节范围广 且可连续无级调节 在多级压缩机中容易实现一机多种蒸发温度 润滑油与介质基本上不接触 从而提高了冷凝器及蒸发器的传热性能 对大型压缩机 可由蒸气动力机或燃气动力机直接带动 能源使用经济合理 二 离心式压缩机 2 3离心式压缩机的特点和应用缺点 单机容量不能太小 否则会使气流流道太窄 影响流动效率 因依靠速度能转化成压力能 速度又受到材料强度等因素的限制 故压缩机每级的压力比不大 在压力比较高时 需采用多级压缩 特别情况下 机器会发生喘振而不能正常工作 由于以上特点 离心式压缩机与其他型式压缩机相比有显著的优越性 被广泛地应用于下列工况 大流量需长周期平稳运行压比不高 二 离心式压缩机 2 4离心式压缩机的结构2 4 1离心式压缩机按结构分类水平剖分型气缸被剖分为上 下两部分 一般用于空压机 排气压力限在4 5mpa 不适合用于高压和含氢多且分子量小的气体压缩筒型也就是垂直剖分型 筒形气缸里装入上 下剖分的隔板和转子 气缸二侧端盖用螺栓紧固 由于气缸是圆筒形的 抗内压能力强 对温度和压力所引起的变形也较均匀 主要用于汽油改质 脱硫等石油精制装置的循环机和其他石油化工用的循环机 使用压力可达45mpa 等温型这种压缩机就为了能在较小的动力下对气体进行高效的压缩 把各级叶轮压缩的气体 通过级间冷却器冷却后再导入下一级的一种压缩机 二 离心式压缩机 2 4 1离心式压缩机按结构分类水平剖分式 二 离心式压缩机 2 4 1离心式压缩机按结构分类筒型 二 离心式压缩机 2 4 1离心式压缩机按结构分类等温型 二 离心式压缩机 2 4 2离心式压缩机的术语在离心式压缩机的术语中 常用的有 级 段 和 缸 所谓压缩机的 级 是由一个叶轮及与其相配合的固定元件所构成 压缩机的 段 是以中间冷却器作为分段的标志 如图离心式压缩机中 气流在第三级后被引出进行冷却 所以它是两段压缩机 一至三级是第一段 后面的四至五级为第二段 二 离心式压缩机 2 4 2离心式压缩机的术语压缩机的 缸 是将一个机壳称为一个缸 多机壳的压缩机就称为多缸压缩机 压缩机分成多缸的原因是 当设计一台离心式压缩机时 有时由于所要求的压缩比较大 需用叶轮数目较多 如果都安装在同一根轴上 则会使轴的第一临界转速变得很低 结果使工作转速与第二临界转速过于接近 而这是不允许的 另外 为了使机器设计得更为合理 压缩机各级需采用一种以上转速时 亦需分缸 一般压缩机每缸可以有一至十个叶轮 多缸压缩机各缸的转速可以相同 也可以不同 二 离心式压缩机 2 4 2离心式压缩机的术语级是离心压缩机使气体增压的基本单元 有三种型式 即 首级 中间级 末级 一台离心式压缩机总是由一级或几级所组成 从级的类型来看 一般可分为中间级和末级两类 中间级是由叶轮 扩压器 弯道 回流器所组成 在离心式压缩机的段中 除了段的最后一级外 其余的级均为中间级 末级是由叶轮 扩压器和蜗壳所组成 有的末级只有叶轮和蜗壳而无扩压器 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构离心式压缩机主要由以下几部分组成 转子主要由轴 叶轮 隔套 平衡鼓 盘 半联轴器组成 定子包括机壳 端盖 导流隔板 支撑轴承和级间密封 梳齿密封 轴封止推轴承油路及保护装置 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构气缸气缸 是压缩机的壳体 又称为机壳 由壳体和进排气室组成 内装有隔板 密封体 轴承等零部件 对它的主要要求是 有足够的强度以承受气体的压力 法兰结合面应严密 主要由铸钢组成 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构气缸水平剖分型这种气缸壳体是在中心线处剖分为上 下两部份 用锥销定位和螺栓联接 接合面的密封采用涂密封胶或专配密封剂 拧紧联接螺栓 此类结构的气缸进 出气管口一般布置在气缸壳体的下半部 简称缸体 检修时揭去气缸壳体上半部 简称缸盖 便可拆装和检修内件 缸体上装有两个导柱 作为装卸缸盖时引导用 以免缸盖隔板同转子相碰 垂直剖分型 又称筒型 气缸壳体是个整体圆筒 两端或一端设有端盖封头 用高压螺栓与筒体紧固 或用剪力环定位 端盖封头与圆筒机壳密封 常采用 o 形环和背环密封 绕型垫密封或其它型式的密封 o 形环的材料可根据介质性质 温度和压力的不同 选用硅橡胶或氟塑料等材料做成 圆筒式壳体的轴承架有与端盖封头铸成一体的 也有的用螺钉将轴承架与端盖封头联接 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构隔板 隔板是形成固定元件的气体通道 根据隔板在压缩机所处的位置 隔板可分为4种类型 进口隔板 中间隔板 段间隔板 排气隔板 进气隔板和气缸形成进气室 将气体导流到第一级叶轮入口 对于采用可调和欲旋的压缩机 在进气隔板上还可装上可调叶片 以改变气流的方向 中间的隔板用处有2个 一是形成扩压室 使气体流出后具有的动能减少 转变成压强增高 二是形成弯道流向中心 流到下级叶轮入口 段间隔板的作用是指在段间对排压缩机中分隔两段排气口 排气隔板除了与末级叶轮前隔板形成末级扩压式之外 还要形成排气室 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构隔板 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封离心式压缩机的轴端密封是指将压缩机内部介质与外部环境相隔离 防止机内介质向机体外泄漏的一种装置 离心式压缩机的轴端密封主要有以下几种型式 轴向密封 浮环密封 阻塞密封径向密封 单端面螺旋槽式机械密封 干气密封 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封轴向密封轴向密封是防止介质沿轴向泄漏到机体外 浮环密封 常用于中 高压离心压缩机中 这是因为传统的机械密封在周速大于40m s 温度高于200 以后很难适应 浮环密封机理浮环密封属于流阻型非接触式动密封 是依靠密封间隙内的流体阻力效应而达到阻漏目的 由于存在间隙 避免了固体摩擦 适用于高速情况 即可封堵液体 也可封堵气体 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封轴向密封浮环密封有下列优点 1 密封结构简单 比机械密封零件少 2 对机器的运行状态并不敏感 有稳定密封性能 3 密封件不产生磨损 密封可靠 维护简单 检修方便 4 因密封件材料为金属 坚固耐高温 5 浮环可以多个并列使用 组成多层浮动环 能有效的密封10mpa以上的高压 6 能用于10000 20000r min的高速旋转流体机械 尤其使用于气体压缩机 其许用速度高达100m s以上 这是其他密封所不能比拟的 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封轴向密封浮环密封有下列优点 7 只要采用耐腐蚀金属材料或里衬耐腐蚀的非金属材料 如石墨 作浮动环 可以用于强腐蚀介质的密封 8 因密封间隙中是液膜 所以摩擦功率极小 使机器有较高的效率 浮环密封的缺点 1 密封件的制造精度要求高 环的不同心度和端面的不垂直度和表面不粗糙度对密封性能有明显的影响 2 对气体介质虽然密封性好 但需要一套复杂而昂贵的自动化供油系统 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封轴向密封阻塞密封 常用于低压 低转速且工艺介质可以与密封介质混合的工况 密封原理 气体阻塞密封完全是利用梳齿密封层次减压的原理 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封径向密封径向密封是指将介质在轴向的泄漏通过一定的结构转变为径向的泄漏 并在径向进行密封 其典型的结构形式是机械密封式 目前在压缩机上使用较多的单端面螺旋槽式机械密封 干气密封等均是在机械密封的基础上加以改进而来 单端面螺旋槽式机械密封原理与结构 动 静环之间依靠轴的高速旋转产生相对运动 在密封油的作用下形成油膜 动环的密封端面上有螺旋状牙槽对封油起泵送循环作用 外侧浮环对封油起限流保压作用 在隔离室内注入干净的新氢 防止循环气污染封油 二 离心式压缩机 2 2 4离心式压缩机的结构轴端密封径向密封 压力侧 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封径向密封螺旋形牙槽 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封径向密封干气密封干气密封 干气密封是二十世纪六十年代末期从气体动压轴承的基础上发展起来的一种新型非接触式密封 该密封利用流体动力学原理 通过在密封端面上开设动压槽而实现密封端面的非接触运行 由于密封非接触运行 因此密封摩擦副材料基本不受pv值的限制 适合作为高速 高压设备的轴封 在压缩机应用领域 干气密封正逐渐替代浮环密封 迷宫密封和油润滑机械密封 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封径向密封干气密封干气密封具有如下优点 1 密封无磨损 使用寿命长 运行稳定可靠 2 密封功率消耗小 仅为接触式机械密封的5 左右 3 与其他非接触式密封相比 干气密封气体泄漏量小 是一种环保型密封 4 密封辅助系统简单 可靠 不需要密封油系统 因此消除工艺流程中的气体被油污染 使用中也不需要维护 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴端密封径向密封干气密封干气密封的缺点 1 密封自身结构复杂 零部件多 对加工工艺 产品设计和装配能力要求较高 2 适应工况变化的能力不强 3 工艺介质必须允许与密封干气相混 4 需要一定压力的气源 气源压力至少高于介质压力0 2mpa 5 有微量气体进入工艺流程 二 离心式压缩机 图示为11 c 3501的串联干气密封 11 静环12 动环19 衬套25 梳齿密封a 密封干气b 一级排放口c 试验口d 二级排放口e 外侧隔离气 二 离心式压缩机 2 2 4离心式压缩机的结构轴端密封径向密封干气密封干气密封的工作原理 密封用干气以稍高于介质压力注入一级密封室 与工艺介质混合进入一级密封的动静环 由于动环上动压槽的泵送增压作用将动静环推开一稳定的间隙 同时在密封室形成一稳定的 随动的 略高于介质压力的密封压力 从一级密封泄漏出的气体一部分经一级放空排放出去 另一部分经级间密封进入第二级密封 这样 经过两级密封后 泄漏出来的气体量已非常少 压力也很低 这部分气体被隔离气阻止向外扩散 而是与隔离气一道从二级放空安全地排放出去 干气密封的关键因素有 密封气的压力 一级泄放压力 级间密封间隙 其中一级泄放压力和级间密封间隙直接决定着二级密封的工作状态 二 离心式压缩机 2 2 4离心式压缩机的结构轴端密封径向密封干气密封干气密封的现场控制 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴承轴承 离心压缩机上的轴承分径向轴承和止推轴承两种 径向轴承的作用是承受转子重量和其他附加径向力 保持转子转动中心和气缸中心一致 并且在一定转速下正常旋转 图8五油锲倾斜块式径向轴承 1 瓦块2 上轴承套3 螺栓4 圆柱销5 下轴承套 6 定位螺钉7 进油节流圈 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构轴承止推轴承的作用是承受转子的轴向力 限制转子的轴向转动 保持转子在气缸中的轴向位置 其可分为米契尔轴承和金斯伯雷轴承 金斯伯雷止推轴承 1 底环2 上水准块 3 下水准块4 止推瓦块 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构主轴压缩机的关键部件 它是主要起到装配叶轮 平衡盘 推力盘的作用 是转子部分的中心部位 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构叶轮叶轮又称工作轮 是压缩机的最主要的部件 叶轮随主轴高速旋转 对气体做功 气体在叶轮叶片的作用下 跟着叶轮作高速旋转 受旋转离心力的作用以及叶轮里的扩压流动 在流出叶轮时 气体的压强 速度和温度都得到提高 按结构型式叶轮分为开式 半开式 闭式三种 在大多数情况下 后二种叶轮在压缩机中得到广泛的应用 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构叶轮闭式叶轮 性能好 效率高 由于轮盖的影响 叶轮圆周速度受到限制 半开式叶轮 效率较低 强度较高 双面进气叶轮 适用于大流量 且轴向力平衡好 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构平衡盘平衡盘又名卸荷盘 压缩机的平衡盘一般装载汽缸末级的后面 他的一侧受末级的气体压力 另一侧受常与机器的吸气室相通 平衡盘的外圆上一般都有迷宫密封装置使盘两侧维持压差 推力盘推力盘主要承受推力轴承的轴向力 它分为上下两半 由光洁度很高的不锈钢板材经线切割制造而成 其两侧分别为推力轴承的正副止推块 推力盘有的设置在压缩机的高压端有的设置在机组的压缩机的两段之间 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构 二 离心式压缩机 2 4 3离心式压缩机的结构润滑油系统润滑油系统由油箱 主副油泵 过滤器 油冷器 油压调节装置 油加热装置及安全装置组成 油泵将安装在基座底部油箱中的油抽出 经油冷器 油滤器给3 k1及齿轮箱的推力 径向轴承等提供润滑 油泵有两台 可互为备用 设备停车后 油循环应保证工作15分钟 发生意外 油泵不能正常启动时 高位油罐可提供轴承的润滑冷却作用 油冷器和油滤器能在结垢和压差过大时通过切换阀切换处理 而不影响机组运行 利用油流视镜 检查从止推和颈向轴承流出的油流是否正常 润滑油路如图 二 离心式压缩机 2 5离心式压缩机的日常维护每小时巡回检查一次 检查设备几个系统的运行情况 通过闻 听 看 摸等手段判断设备运行是否正常以及有无泄漏现象 记录现场指示仪表的指示值并要准确 整洁记录存档备查 监测压缩机及电机的振动情况和轴位移变化情况 并认真作好记录 发现异常情况应及时进行分析并采取相应调整措施 若危险情况不能消除 应停机处理 检查润滑油的压力 温度 流量 检查滑油过滤器的压差等 必要时进行调整和切换过滤器 检查各传动设备联轴器等须润滑部位的润滑情况及油脂量是否正常 必要时应给予补充 在保证安全的前提下处理设备的跑 冒 滴 漏 必要时应停机处理 检查防腐保温是否完好 发现损坏应及时修理 检查仪表整定值是否正确 调节动作是否稳定 准确 运行操作值是否符合工艺 设计和安全方面的要求 检查各联锁开关和切换开关是否在正确位置 检查油系统备用泵及其它备用设备状态 应能够满足快速启动的要求 检查润滑油系统各阀门应在正确的开 关位置 润滑油压 密封气压力 n2压力 各阀风压信号应稳定 且符合工艺要求 辅助油泵启动开关应在自动位置 检查油箱油位是否正常且稳定 检查循环冷却水供应是否正常 检查n2发生器工作是否正常 保持设备清洁卫生 二 离心式压缩机 2 5离心式压缩机的故障诊断 二 离心式压缩机 2 5离心式压缩机的故障诊断 二 离心式压缩机 2 5离心式压缩机的故障诊断 二 离心式压缩机 二 离心式压缩机 二 离心式压缩机 2 5离心式压缩机的故障诊断压缩机喘振 当压缩机的进口流量小到足够的时候 会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速 压缩机的