任务 离心式压缩机的主要零部件

项目五离心式压缩机的运行与维护任务5离心式压缩机的主要零部件课程目标【知识目标】掌握离心式压缩机的主要零部件的结构和特点；熟悉离心式压缩机的主要零部件的作用；掌握离心式压缩机常用的密封方式。【能力目标】能准确认识离心式压缩机的零部件；能够对离心式压缩机进行维护。知识点010203目录转动元件密封装置固定元件04滑动轴承概述概述离心式压缩机的结构组成转动元件主轴、叶轮、紧圈和固定环、轴向力平衡装置、轴套固定元件吸气室、扩压器、弯道和回流器、出口蜗壳密封装置轴端密封、级间密封滑动轴承径向轴承、止推轴承一、转动元件一、转动元件在离心式压缩机中，将由主轴、叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器、套筒以及紧圈和固定环等转动元件组成的旋转体，称为转子。如图5-40所示为转子示意。一、转动元件主轴是离心式压缩机的主要零部件之一，其作用是传递功率、支承转子、固定元件的位置，保证机器的正常工作。主轴按结构一般可分为阶梯轴、节鞭轴和光轴等三种类型。主轴一、转动元件主轴节鞭轴的部分表面挖有环状凹形气体流道，级间没有轴套，叶轮由轴肩和销钉定位。这种形式的主轴既能满足气流流道的需求，又具有足够的刚度。一、转动元件主轴阶梯轴的直径大小是从中间向两端递减。这种形式的轴便于安装轴上零件，叶轮也可以由轴肩和键定位，而且刚度合理。一、转动元件主轴光轴的特点是安装叶轮部分的轴径是相等的，有形状简单，加工方便，便于系列化，但是轴上的零件的轴向定位需要工艺卡环，叶轮由轴套和键定位。轴上的零件往往采用过盈配合热套在轴上。一、转动元件主轴

一、转动元件叶轮又称工作轮，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。叶轮一、转动元件根据叶片弯曲形式不同，分为：叶轮前弯式径向式后弯式能量头高中中反作用度小中大稳定工况区窄中宽流动效率低中高对于固定离心式压缩机，其效率是首要的经济指标，故都采用后弯式叶轮；对于移动离心式压缩机，为了使结构紧凑、减轻重量，采用径向叶片或前弯式叶轮。一、转动元件根据叶轮的结构形式不同，分为：叶轮闭式半开式开式结构形式特点开式加工制造简单，内泄漏量大，效率低。半开式加工制造较简单，叶轮与机壳侧面间隙要求严格。闭式加工制造复杂，检修方便，内泄漏损失小，效率高。一、转动元件根据叶轮的制造工艺不同，分为：叶轮加工方法特点铆接型制造加工简单，强度低，适用于低转速焊接型强度比铆接叶轮大，强度较大整体型省工时省料，易出现强度不够，造价昂贵轮盘、轮盖材料：采用优质碳素结构钢、合金结构钢或不锈钢；45、35CrMo、35CrMoV、34CrNi3Mo、18CrMnMoB等叶片材料：合金结构钢、不锈钢；20MnV、30CrMnSi、2Cr13一、转动元件紧圈与固定环固定环由两个半圈组成，加工时候按照同一个圆环加工而成，然后锯成两半，其间隙不大于3mm。装配时，先把两个半圈装配在轴槽内。随后将紧圈加热到大于固定环外径，并热套在固定环上，冷却后机壳牢固的固定在轴上。一、转动元件推力盘离心式压缩机设置平衡装置以后仍有部分轴向力未被平衡掉，原因有二：1.有些平衡装置很难平衡全部轴向力；2.全部平衡掉轴向力是没有必要的，因为这样反而会使转子工作不稳定，容易窜动。一般平衡掉70%，剩下30%作用在止推轴承上，推力盘就是将轴向力传递给止推轴承的装置。一、转动元件轴套轴套的作用是使轴上的叶轮与叶轮之间保持一定的间距，防止叶轮在主轴上产生窜动。轴套安装在离心式压缩机的主轴上，其结构如图5-44所示，其一端开有凹槽，主要起密封作用，另一端加工有圆弧形凹面，该圆弧形的凹面在主轴上的位置恰好与主轴上的叶轮入口处相连，这样可以减少因气流进入叶轮所产生的涡流损失和摩擦损失。二、固定元件气缸压缩机的壳体，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、固定元件吸气室气体入口管道，引导气流进入叶轮中心。二、固定元件扩压器起扩压和导流作用。扩压器种类：无叶片式；叶片式；直壁式。（1）无叶片扩压器：它是由两个平行壁构成的一个环形通道。结构简单，造价低，具有良好的适应性。但流动损失较大，故效率比有叶片的扩压器低。图5-46无叶片扩压器二、固定元件扩压器（2）叶片扩压器：装有均匀分布的叶片。一方面因直径的加大而减速扩压；另一方面由于叶片的导流，可使气流的方向角逐渐加大，从而获得较大的减速增压效果。具有扩压程度大，外形尺寸较无叶扩压器小，气流流动所经过的路程也短，效率较高。但冲击损失较大，稳定工作范围比无叶片扩压器小。二、固定元件扩压器（3）直壁扩压器：叶片扩压器的一种。其导叶间的通道有一段由直线或接近于直线的段所组成。有较高的效率和较好的扩压效果，且气体流动时的流动损失较小。其缺点是对工况适应性差，结构复杂，径向尺寸太大，加工较困难，故仅适用于流量较小的压缩机。二、固定元件弯道和回流器弯道：引导气流转向，由离心方向转为向心方向流动。回流器：靠流道内叶片导流，使气体无冲击的进入下一级叶轮中心。通常：扩压器+弯道+回流器——称为定子或导轮。而定子是由隔板形成。二、固定元件排气室也称蜗壳，其作用是收集级中的气体，并将其导入中间冷却器或压缩机后面的输气管道中。此外，在蜗壳汇聚气体的过程中，由于蜗壳曲率半径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起到了一定的降速增压的作用。（a）等截面排气室（b）变截面排气室图5-50等截面排气室与蜗壳课程小结三、密封装置密封内密封

轮盖密封级间密封外密封主轴与机壳间的密封（轴向密封）迷宫密封迷宫密封浮环密封机械密封干气密封三、密封装置迷宫密封

迷宫密封也称为梳齿型密封，是一种非接触型密封。主要用于离心压缩机级内轮盖密封、级间密封和平衡盘密封上。在压力较低，且允许流体少量流出时，也可作为轴密封(轴与壳体问的密封)使用。迷宫密封的结构用的较多的是以下几种：平滑形曲折形台阶形径向排列形、蜂窝形三、密封装置迷宫密封平滑形迷宫密封曲折形迷宫密封轴为光轴，密封体做成光滑内表面。密封体上有密封齿，轴上还有沟槽。结构形式三、密封装置迷宫密封台阶形迷宫密封多用于轮盖或平衡盘上的密封径向排列的迷宫密封结构形式三、密封装置迷宫密封

蜂窝形迷宫密封结构形式三、密封装置迷宫密封迷宫密封是利用节流原理使气体每经过一个齿片，压力就下降一次，经过一定数量的齿片后就形成较大的压降，实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力，从而减小气体的通过量。密封原理三、密封装置迷宫密封特点：适应高温、高压、高转速场合。结构简单，性能稳定可靠。广泛用作为蒸汽透平、燃气透平、离心式压缩机、鼓风机等热力机械的轴端密封或级间密封。缺点是泄漏大。三、密封装置迷宫密封提高迷宫密封效果的措施：减小齿缝面积梳齿顶应削薄并置制尖角梳齿密封应与转子同心增大空腔内局部阻力增加密封片数三、密封装置浮环密封浮环密封主要用在离心压缩机的轴封上，浮环密封由浮动环与轴之间的狭小环形间隙所构成，环形间隙内充满液体，相对运动的环与轴不直接接触，故适用于高速、高压和各种贵重的气体密封的场合。三、密封装置浮环密封浮环与轴套之间充满了封油，当轴转动时，在偏心圆柱间隙内将形成油膜，产生流体动压力，将浮环托起，浮环只能浮动而不能转动。油膜阻止了高压侧气体向低压侧泄漏。密封原理三、密封装置浮环密封剖分型结构形式整体型三、密封装置浮环密封结构形式整体型三、密封装置浮环密封特点密封结构简单，比机械密封零件少。对机器的运行状态并不敏感，有稳定密封性能。密封件不产生磨损，密封可靠，维护简单、检修方便。因密封件材料为金属，故耐高温。浮环可以多个并列使用，组成多层浮动环，能有效的宓封10MPa以上的高压。能用于1000～20000r/min的高速旋转流体机械，尤其适合气体压缩机，其许用速度高达100m/s以上。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密封间隙中是液膜，摩擦功率极小，机器有较高的效率。优点三、密封装置浮环密封特点密封件的制造精度要求高，环的不同心度、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。此外，需要一套复杂而昂贵的自动化供油系统。缺点三、密封装置干气密封（气膜密封）结构：和传统上的液相用机械密封类似，只不过气膜机械密封的两端面被一稳定的薄气膜分隔开，成为非接触状态。它与机械密封有相似的剖面外形，特别之处在于动环表面加工出一系列沟槽（深度一般为0.0025～0.01mm），这些沟槽在轴旋转时可对气体的溢出有抑制作用，当气体压力与弹簧力平衡后，在动静环间形成气膜使动静环互不接触。结构形式三、密封装置干气密封（气膜密封）它主要由动环和静环两部分组成。静止部分包括由O形环密封的静环、加载弹簧以及固定静环的不锈钢夹持套。动环组件利用一夹紧套和一锁定螺母等部件固定在旋转轴上随轴高速旋转。结构形式三、密封装置干气密封（气膜密封）密封气体注入密封装置后，动静环均受到流体的静压力作用。当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切，产生动压力，气体从外缘流向中心，而密封坝抑制气体流动，气体压力升高，动静环分开，当气体压力与弹簧恢复平衡后，维持一最小间隙，形成气膜，密封工艺气体。密封气体常用厂内自产的脱硫后的干气，既方便又经济。密封原理三、密封装置干气密封（气膜密封）单端面干气密封适用于少量工艺气泄漏到大气中无危害的工况。三、密封装置干气密封（气膜密封）串联式干气密封

它适用于允许少量工艺气泄漏到大气的工况三、密封装置干气密封（气膜密封）双端面干气密封

适用于不允许工艺气泄漏到大气中，但允许阻封气（例如氮气）进入机内的工况三、密封装置干气密封（气膜密封）特点：采用气体密封，省去了密封油系统取消了庞大的密封油供给系统及测控系统，使占地面积减少，重量轻、运行维护费用低具有运行可靠性高、使用寿命长、密封气泄漏量小、功耗极低、工艺回路无油污染，工艺气不污染润滑油系统等优点目前在国内应用的干气密封最高压力在10Mpa干气密封除了常应用于压缩机、泵设备的密封外，还可应用于反应釜等其他转动设备四、轴承工作原理：利用轴颈在转动时将润滑油带入轴颈与轴承瓦之间的间隙而产生油膜压力，以支承轴颈所加的载荷。优点：滑动轴承的承载能力大，回转精度高，润滑油膜具有抗冲击作用，在大型旋转机械上获得广泛应用。止推轴承径向轴承轴承结构分类轴承作用原理分类动压轴承静压轴承动压轴承工作原理依靠轴颈本身的旋转，把润滑油带入轴颈与轴瓦之间，形成楔状油楔，油楔受到负荷的挤压而产生油压，将轴颈上的载荷加以平衡，使轴颈与轴瓦内壁分开而形成油膜，轴与轴承处于液体摩擦状态，减少了摩擦与磨损，从而使轴转动轻巧灵活。四、轴承动压滑动轴承静压滑动轴承流体动力润滑

流体静压润滑

根据润滑膜的形成原理不同分：静压轴承是利用液压系统供给压力油于轴颈与轴承之间。使轴颈与轴承分开，从而保证轴承在各种载荷和转速之下都完全处在液体摩擦之中。因此静压轴承具有较高的承载能力、摩擦阻力小、寿命高等优点，但必须具有一套完整的供油液压系统。动压滑动轴承（多油楔）静压滑动轴承四、轴承

轴承的油膜振荡圆柱形内孔的轴承在轴转速上升时，轴逐渐浮起，油膜逐渐加厚，到一定转速时，油膜太厚，不能支持轴，反而下沉。下沉后，油膜又变薄，浮力增大，周而复始。这样由于轴两边润滑油流量的差异，使轴中心以近于轴转速一半的频率涡动（称半速涡动）。当轴的转速达到第一临界转速，振幅明显增加；轴转速达到第一临界转速的两倍后，半速涡动的涡动速度与转轴的第一阶临界转速相重合即产生共振，振幅急剧增大，转速升高振动也不消失，振荡频率也不变，这就是“油膜振荡”。油膜振荡将产生剧烈振动，可能造成轴承和轴系损坏，甚至造成严重事故。四、轴承

轴承的油膜振荡消除油膜振荡的方法①控制转速，即转速应避开转子第一临界转速的两倍。②控制润滑油的压力、黏度及温度。③提高转子平衡的精度，提高轴承的装配质量。④选择抗振性强的轴承结构。四、轴承巴氏合金巴氏合金是最广为人知的轴承材料，由美国人巴比特发明而得名，因其呈白色，又称白合金。具有减摩特性的锡基巴氏合金和铅基巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承材料相比，具有更好的适应性和压入性，广泛用于大型旋转机械。轴瓦上浇铸的巴氏合金1~3mm四、轴承根据承受载荷方向不同分:径向轴承

推力轴承轴承上的反作用力与轴心线垂直。

轴承上的反作用力与轴心线方向一致。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汽缸中心一致，并在一定转速下正常旋转。止推轴承的作用是承受转子的轴向力，限制转子的轴向窜动，保持转子在汽缸中的轴向位置。径向轴承推力轴承四、轴承径向轴承圆柱瓦轴承椭圆瓦轴承四、轴承径向轴承多油叶轴承可倾瓦轴承四、轴承径向轴承①圆柱瓦轴承圆柱瓦轴承在低速重载时，轴径处于较大的偏心下工作，因而是稳定的，可是在高速轻载下处于非常小的偏心下工作，很不稳定，油膜震荡一旦发生很难抑制。所以对于高速轻载转子，圆柱轴承很少采用。1，3—垫块；2，4—垫片；5—螺钉；6—销钉图5-73圆柱瓦轴承四、轴承径向轴承②椭圆瓦轴承椭圆瓦轴承由上下两段圆弧所构成，由于加工方便，使用较广泛。其特点是上、下两段圆弧都距轴承中心有较大的偏心，并产生两个油楔。其上瓦油楔的油膜压力就会对前述的轴颈失稳起到抑制作用，由于几何的对称性，这种轴承允许轴颈正反转。，—油膜压力；F一合力图5-74椭圆瓦轴承油膜压力四、轴承径向轴承③多油叶轴承多油叶轴承也称多油楔轴承，是由多块轴瓦组成，轴瓦的布置可以是对称的，也可以是非对称的。瓦块数一般为3~5块，它的油叶要比椭圆形轴承多，且每个油叶相对于轴承中心处于较大的偏心距下工作，轴颈受多方油叶的作用，故抑制振动特性优于椭圆瓦轴承。（a）双油叶轴承；（b）四油叶轴承；（c）五油叶轴承图5-75多油叶轴承四、轴承径向轴承④可倾瓦轴承这种轴承由多块可以绕支点偏转的活动瓦块组成。这是目前认为抑振性能最好的轴承。它不仅油楔数多，且当外部发生变化使轴颈中心瞬时离开平衡位置时，由于瓦块可以绕支点偏转能够自动调整到平衡位置，使其不存在维持振荡的因素，因而稳定性很好。1—上轴承套；2—连接螺钉；3—进油孔；4—支撑脊；5—可倾瓦块；6—下轴承套；7—当油圈图5-