壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及其工作原理.ppt

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,,第一章：概述,什么是壓縮機(jī)？用來壓縮氣體借以提高氣體壓力的機(jī)械稱為壓縮機(jī)。提升的壓力小于0.2MPa時(shí)，稱為鼓風(fēng)機(jī)。提升壓力小于0.02MPa時(shí)稱為通風(fēng)機(jī)。,壓縮機(jī)的分類,按工作原理分類1．容積式壓縮機(jī)直接對(duì)一可變?nèi)莘e中的氣體進(jìn)行壓縮，使該部分氣體容積縮小、壓力提高。其特點(diǎn)是壓縮機(jī)具有容積可周期變化的工作腔。2．離心式壓縮機(jī)它首先使氣體流動(dòng)速度提高，即增加氣體分子的動(dòng)能；然后使氣流速度有序降低，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，與此同時(shí)氣體容積也相應(yīng)減小。其特點(diǎn)是壓縮機(jī)具有驅(qū)使氣體獲得流動(dòng)速度的葉輪。,按排氣壓力分類,按壓縮級(jí)數(shù)分類單級(jí)壓縮機(jī)氣體僅通過一次工作腔或葉輪壓縮兩級(jí)壓縮機(jī)氣體順次通過兩次工作腔或葉輪壓縮多級(jí)壓縮機(jī)氣體順次通過多次工作腔或葉輪壓縮，相應(yīng)通過幾次便是幾級(jí)壓縮機(jī),容積流量分類名稱容積流量／(m3／min)微型壓縮機(jī)<1小型壓縮機(jī)1～10中型壓縮機(jī)10～100大型壓縮機(jī)≥100,壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)或工作特征的分類,活塞式,轉(zhuǎn)子式,滑片式,單螺桿,幾種特殊的壓縮機(jī),,,,,第二章離心壓縮機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu),氣體由吸氣室吸入，通過葉輪對(duì)氣體做功，使氣體壓力、速度、溫度提高。然后流入擴(kuò)壓器，使速度降低，壓力提高。彎道和回流器主要起導(dǎo)向作用，使氣體流入下一級(jí)繼續(xù)壓縮。最后，由末級(jí)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(huì)增大，為了減少壓縮耗功，故對(duì)壓力較高的離心式壓縮機(jī)在壓縮過程中采用中間冷卻器，即由某中間級(jí)出口的氣體，不直接進(jìn)入下一級(jí)，而是通過蝸室和出氣管，引到外面的中間冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻后的低溫氣體，再經(jīng)吸氣室進(jìn)入下級(jí)壓縮。離心式壓縮機(jī)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(jī)中可以轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子，不能轉(zhuǎn)動(dòng)的零、部件稱為靜子。,轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子是離心壓縮機(jī)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(jī)中最重要的一個(gè)部件。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪做高速的旋轉(zhuǎn)。而氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng)，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(rèn)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(zhuǎn)零件，它的作用就是支持旋轉(zhuǎn)零件及傳遞轉(zhuǎn)矩。主軸的軸線也就確定了各旋轉(zhuǎn)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?yàn)樗哂行螤詈?jiǎn)單，加工方便的特點(diǎn)。,,,,三、平衡鼓在多級(jí)離心壓縮機(jī)中,由于每級(jí)葉輪吸入口兩側(cè)的氣體作用力的大小不等,使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)指向低壓端的合力，這個(gè)合力稱為軸向力。軸向力對(duì)于壓縮機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是不利的，它使轉(zhuǎn)子向一端竄動(dòng)。甚至使轉(zhuǎn)子與機(jī)殼相碰，造成事故。因此要設(shè)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(cè)壓力可以認(rèn)為是末級(jí)葉輪輪盤側(cè)的間隙中的氣體壓力(高壓)。另一側(cè)通向大氣或進(jìn)氣管，它的壓力是大氣壓或進(jìn)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(cè)壓力差就使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)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(zhuǎn)動(dòng)，它是由機(jī)殼、擴(kuò)壓器、彎道、回流器、蝸室和密封等組成。一、機(jī)殼機(jī)殼也稱為氣缸、機(jī)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(duì)于高壓離心壓縮機(jī)，采用圓桶形鍛鋼機(jī)殼，以承受高壓。吸氣室、蝸殼也是機(jī)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(dǎo)出機(jī)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(jī)殼剛性的作用。,,,,二、擴(kuò)壓器氣體從葉輪流出時(shí)，它具有較高的流動(dòng)速度，為了充分利用這部分速度能，常常在葉輪后面設(shè)置了流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，以提高氣體的壓力。擴(kuò)壓器一般有無葉型、葉片型、直壁型擴(kuò)壓器等多種形式。三、彎道在多級(jí)離心式壓縮機(jī)中，氣體欲進(jìn)入下一級(jí)就必須拐彎，為此要采用彎道。彎道是由機(jī)殼和隔板構(gòu)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(jìn)入下一級(jí)。它由隔板和導(dǎo)流葉片組成。通常，隔板和導(dǎo)流葉片整體鑄造在一起。隔板借銷釘或外緣凸肩與機(jī)殼定位。五、蝸室蝸室的主要目的是把擴(kuò)壓器后面或葉輪后面的氣體匯集起來，把氣體引導(dǎo)到壓縮機(jī)外面去，使它流到氣體輸送管線或流到冷卻器去進(jìn)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(kuò)大，也對(duì)氣流起到一定的降速擴(kuò)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(jí)間倒流及向外泄漏。為了防止通流部分中的氣體在級(jí)向倒流，在輪蓋處設(shè)有輪蓋密封。在隔板和轉(zhuǎn)子之間設(shè)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(jī)器內(nèi)部的氣體向外泄漏，或外界空氣向機(jī)器內(nèi)部竄入，在機(jī)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(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生振動(dòng)與密封片相碰時(shí)，密封片易磨損，而不致使轉(zhuǎn)子損壞。密封的作用原理，是利用氣流經(jīng)過密封時(shí)的阻力來減少泄漏量。,,,,,,第三節(jié)段和級(jí)正如前述，為了節(jié)省壓縮機(jī)的耗功，壓縮機(jī)常常有中間冷卻器，中間冷卻器把全部級(jí)分隔成幾個(gè)段。在每段里，有一個(gè)或幾個(gè)級(jí)，每個(gè)級(jí)是由一個(gè)葉輪及與其相配合的固定零件所構(gòu)成。對(duì)于離心式壓縮機(jī)級(jí)來說，從其基本結(jié)構(gòu)上來看，它可以分為中間級(jí)和末級(jí)兩種。一、中間級(jí)中間級(jí)由葉輪、擴(kuò)壓器、彎道和回流器等組成。氣體經(jīng)過中間級(jí)后將直接流到下一級(jí)去繼續(xù)進(jìn)行增壓。在離心壓縮機(jī)的每一段里，除了段中的最后一級(jí)外，都屬于這種中間級(jí)。,,,,二、末級(jí)末級(jí)由葉輪、擴(kuò)壓器、蝸室等組成。氣體經(jīng)過這一級(jí)增壓后將排出機(jī)外。流到冷卻器進(jìn)行冷卻，或送往排氣管道輸出。對(duì)于這兩種級(jí)的結(jié)構(gòu)型式來說，葉輪是這兩種級(jí)所共同具有的，只是在固定元件上有所不同。對(duì)于末級(jí)來說，它是以蝸室取代中間級(jí)的彎道和回流器，有時(shí)還取代了級(jí)中的擴(kuò)壓器。,壓縮機(jī)軸向力的形成的原因,轉(zhuǎn)子在運(yùn)行過程中，葉輪兩側(cè)具有一定壓力的氣體介質(zhì)，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(gè)由輪盤向輪蓋的力，這就是壓縮機(jī)的軸向力。對(duì)于多級(jí)壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)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(jí)葉輪產(chǎn)生的軸向力由高壓側(cè)指向低壓側(cè)，若多級(jí)葉輪按順序派了，如圖2-13，顯然這種排列方式轉(zhuǎn)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(gè)相反的軸向力，可以互相平衡,葉輪對(duì)置排列,設(shè)置平衡盤,平衡盤一般多裝在高壓側(cè)，外緣與缸體間設(shè)有迷宮密封，從而使高壓側(cè)的壓力P2大于壓縮機(jī)入口連接的低壓側(cè)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(jì)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(fù)荷。一般情況下，軸向力的70％應(yīng)通過平衡措施平衡消除，剩余30％由止推軸承承擔(dān)，生產(chǎn)實(shí)踐表明，保留一定的軸向力，是提高轉(zhuǎn)子平穩(wěn)運(yùn)行的有效措施，因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮這一點(diǎn),壓縮機(jī)的軸端密封,壓縮機(jī)軸端密封通常采用浮環(huán)密封、機(jī)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(cè)和低壓環(huán)外側(cè)泄露，由于轉(zhuǎn)子處于高速旋轉(zhuǎn)之中，流入浮環(huán)間隙內(nèi)的封油在旋轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)了液體潤(rùn)滑，從而減輕摩擦，降低磨損，另一方面，由于油膜充滿整個(gè)浮環(huán)，所以可以阻止氣體介質(zhì)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(chǎng)合，使用可靠，壽命長(zhǎng)，但泄露量較大，此外需配置復(fù)雜的液封控制系統(tǒng)和油站，要求主機(jī)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(jì)六十年代末期從體動(dòng)壓軸承的基礎(chǔ)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(dòng)力學(xué)原理，通過在密封端面上開設(shè)動(dòng)壓槽而實(shí)現(xiàn)密封端面的非接觸運(yùn)行。由于密封非接觸運(yùn)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(shè)備的軸封，在壓縮機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，干氣密封正逐漸替代浮環(huán)密封、迷宮密封和油潤(rùn)滑機(jī)械密封。烯烴工廠的離心式壓縮機(jī)全部采用英國(guó)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(diǎn)：1）密封無磨損，使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠；2）密封功率消耗小，僅為接觸式機(jī)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(jiǎn)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(hù)。,干氣密封的缺點(diǎn)：密封自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零部件多，對(duì)加工工藝、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和裝配能力要求較高。適應(yīng)工況變化的能力不強(qiáng)。工藝介質(zhì)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(zhì)壓力0.2MPa。有微量氣體進(jìn)入工藝流程。,密封用干氣以稍高于介質(zhì)壓力注入一級(jí)密封室，與工藝介質(zhì)混合進(jìn)入一級(jí)密封的動(dòng)靜環(huán)，由于動(dòng)環(huán)上動(dòng)壓槽增壓作用將動(dòng)靜環(huán)推開一穩(wěn)定的間隙，同時(shí)在密封室形成一穩(wěn)定的、隨動(dòng)的、略高于介質(zhì)壓力的密封壓力。從一級(jí)密封泄漏出的氣體一部分經(jīng)一級(jí)放空排放出去，另一部分經(jīng)級(jí)間密封進(jìn)入第二級(jí)密封。這樣，經(jīng)過兩級(jí)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(kuò)散，而是與隔離氣一道從二級(jí)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(dòng)環(huán)，在動(dòng)環(huán)端面開有螺旋槽，在動(dòng)環(huán)內(nèi)側(cè)，有密封壩，在停車時(shí)，防止氣體泄漏。,工藝介質(zhì),圖示為11-C-3501的串聯(lián)干氣密封。11--靜環(huán)12--動(dòng)環(huán)19--襯套25--梳齒密封A--密封干氣B--一級(jí)排放口C--試驗(yàn)口D--二級(jí)排放口E--外側(cè)隔離氣,級(jí)間密封,,,,第三章壓縮機(jī)級(jí)內(nèi)的各種能量損失,級(jí)中能量損失包括三種：流動(dòng)損失、漏氣損失、輪阻損失,級(jí)內(nèi)的流動(dòng)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(jìn)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(shè)計(jì)工況點(diǎn)，使得葉輪和葉片擴(kuò)壓器的進(jìn)氣沖角i≠0，在葉片進(jìn)口附近產(chǎn)生較大的擴(kuò)張角，導(dǎo)致氣流對(duì)葉片的沖擊，造成分離損失。,減少措施：控制在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)附近運(yùn)行；在葉輪前安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)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(dòng)，干擾主氣流的流動(dòng)，產(chǎn)生能量損失。在葉輪和彎道處急劇轉(zhuǎn)彎部位出現(xiàn)。,減少措施：增加葉片數(shù)，避免急劇轉(zhuǎn)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(shí)，通流面積突然擴(kuò)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(jìn)口壓力，級(jí)出口壓力大于葉輪出口壓力，在葉輪兩側(cè)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(jī)械密封，干氣密封，浮環(huán)油膜密封，梳齒密封,（2）密封件的結(jié)構(gòu)形式,結(jié)構(gòu)形式：在固定部件與輪蓋、隔板與軸套、軸的端部設(shè)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(diǎn)：非接觸式密封，有一定的泄漏量。,設(shè)計(jì)中應(yīng)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(zhuǎn)，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(dòng)調(diào)心平衡外載和抑制油膜自激渦動(dòng),抗振性能好，不易產(chǎn)生油膜振蕩。軸承測(cè)溫采用予埋式則溫元件，測(cè)點(diǎn)在巴氏合金附近，可隨時(shí)直接監(jiān)視軸瓦溫度。,,第四章離心壓縮機(jī)軸承介紹,可傾瓦軸承,推力軸承,承受轉(zhuǎn)子的殘余軸向力,防止轉(zhuǎn)子的軸向竄動(dòng),保證轉(zhuǎn)子在機(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)1主、付推力面為斜--平面結(jié)構(gòu)2主推力面由6～8止推塊組成3各油楔或瓦塊單獨(dú)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(jié)構(gòu)6主推力面預(yù)留有現(xiàn)場(chǎng)溫度計(jì)插孔測(cè)回油溫度7主推力面裝備有兩個(gè)熱電偶接頭8潤(rùn)滑油由軸承上部回油孔及油封與轉(zhuǎn)子推力盤之間泄出到軸承箱9單向旋轉(zhuǎn),止推盤與軸承體之間用銷釘防轉(zhuǎn),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(duì)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(diǎn),金斯伯雷止推軸承,金斯伯雷軸承和米契爾軸承的共同點(diǎn)是活動(dòng)多塊式，在止推塊下有一個(gè)支點(diǎn)，這個(gè)支點(diǎn)一般偏離止推塊的中心，止推塊可以繞支點(diǎn)擺動(dòng)，根據(jù)載荷和轉(zhuǎn)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(dāng)于三層疊起來的。它們之間用球面支點(diǎn)接觸，保證止推瓦塊、平衡塊可以自由擺動(dòng)，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(gè)工具鋼制的支承塊，這個(gè)支承塊與上平衡塊接觸。上平衡塊用一個(gè)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(zhuǎn)動(dòng)，在瓦架上設(shè)有防轉(zhuǎn)銷鍵。轉(zhuǎn)子的軸向竄量可以用調(diào)整墊片調(diào)整。,,,,√自動(dòng)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(dòng)調(diào)位，√保證受力均勻√對(duì)載荷變化適應(yīng)性強(qiáng),,,,運(yùn)行中軸承溫度的監(jiān)測(cè),推力軸承，每側(cè)2支共4支鉑熱電阻,