离心压缩机1(8)

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1、压 缩 机,1.8 离心压缩机的主要零部件,定子：工作时不转动的零部件 主要包括：吸入室、机壳(气缸)、隔板、密封和平衡盘等。,转子：工作时转动的零部件 主要包括：轴、叶轮、平衡盘、推力盘等。,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。,气缸,水平剖分型,水平剖分型: 水平剖分型汽缸有一个中分面，将汽缸分为上、下两半，分别称为上、下汽缸，在中分面处用螺栓把上、下两半机壳连接在一起。机壳法兰结合面具有良好的密封性能，并在安装时将上、下两半机壳法兰结合面淦上密封胶，保证不

2、漏气。一般进、排气接管或其他气体接管都装在下汽缸，以便起吊上汽缸方便。当上、下两半汽缸拆分开后，可对下汽缸内的零件如转子、隔板、密封等进行检查和拆装。,筒型,垂直剖分型筒型): 垂直剖分型汽缸适用于中、高压压缩机。 优点: 第一，筒型缸体强度高; 第二，筒型缸体泄漏面小，气密性好; 第三，筒型缸休的刚性比水平剖分型好，在相同条件下变形小。 筒型缸体的最大缺点是拆装困难，检修不便。,隔板是形成固定元件的气体通道。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。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，转变成压强的增高：二是形成弯道流向中心，流到下级叶轮入口。排气隔板

3、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。,隔板,1.8.1 叶轮,叶轮的主要设计参数：,要求： 单级叶轮使气体获得较大理论能头（压力增值）； 级有较高效率，稳定工况区宽； 叶轮强度高，有较大的圆周速度，及大的单级压比。,1.8.1 叶轮,叶轮,1.8.1 叶轮,扩压度及分离损失： 前弯：叶道短 当量扩张角大 易生分离损失 效率低 后弯：叶道长 当量扩张角小 不易分离损失 效率高,1.8.1 叶轮,速度分布不均匀程度： 前弯不均匀程度大 效率低； 后弯不均匀程度小 效率高。,叶片入口安装角1A的确定是要尽量避免气体进入叶道时的冲击损失。,1.8.1 叶轮, 静压能头：,前弯叶轮理

4、论能头大，但静压能头小。 反作用度表示静压能头与理论能头之比。 从提高级压力比的角度，在离心压缩机中，一般用后弯和径向叶轮，通风机中有时用前弯。, 级稳定工况范围,2.叶轮结构,叶轮常用型式：闭式、半开式。,闭 式：由轮盘、叶片和轮盖三部分组成，轮盖开孔大、 强 度低，限制了圆周速度u2的提高。具有较高的级效率，主要应用于离心式压缩机和鼓风机。 半开式：通常采用径向直叶片，强度好，允许圆周速度及 单级压力比较高。但是叶轮侧面泄露损失较大，级效率稍低。以提高单级压力比、减轻重量和结构尺寸为目的，主要用于运输式离心压缩机和鼓风机。,1.8.2 扩压器,作用：将部分速度能转化为静压能，同时收集及引出

5、气体。,包括：无叶扩压器、叶片扩压器和直壁扩压器, 无叶扩压器：平行板环形通道 优点：结构简单；工况适应性好、稳定工况区较宽，不会形成激波。 缺点：扩压度低、气流方向角不变，流动路程长，摩擦损失大、设计工况下级效率较低。,1.8.2 扩压器, 无叶扩压器： 动量矩守恒定律,1.8.2 扩压器, 无叶扩压器： 连续性定理,1.8.2 扩压器, 无叶扩压器：,无叶扩压器的扩压（降速）能力主要是依靠直径D的增大 来达到的，这就是扩压器的扩压原理。,为常数。,1.8.2 扩压器, 叶片扩压器：叶片引导气流，强制气流按叶片方向运动 优点：扩压度大、流道短，摩擦损失小 缺点：结构复杂、偏离设计工况时，有冲

6、击损失，性能曲线陡、稳定工况区窄。,1.8.2 扩压器, 叶片扩压器：,1.8.2 扩压器, 直壁扩压器：叶片引导、直壁扩压 优点：速度、压力分布均匀，设计工况下不易产生边界层分离和二次涡流，流动损失小,缺点：结构复杂、易产生冲击损失，性能曲线陡、稳定工况区窄。,1.8.3 密封装置,主要型式：机械密封、迷宫密封、浮环密封、干气密封等。,1. 迷宫密封 又称梳齿密封，用于空气、氮气二氧化碳等无毒害气体的轴封，另外轮盖、级间平衡盘上也常用。,型式： 平滑形 曲折形 阶梯形,1. 迷宫密封,平滑行迷宫密封,曲折形迷宫密封,台阶形迷宫密封,径向排列的迷宫密封,蜂窝形迷宫密封,1. 迷宫密封,原理：

7、气流在齿缝中绝热膨胀，v、P、T； 气流在密封片之间，等压膨胀(涡流使动能消失)，T；,逐次重复气流、p越来越低，比容越来越大，最后压力趋于背压pd，温度保持不变，达到密封目的。,1. 迷宫密封,1. 迷宫密封,特点： 有一定漏气量，靠漏气造成的压降平衡密封前后压差。,密封效果应从3方面着手： 减小齿缝面积； 增加片数，减小每个密封片前后压差； 增大局部阻力（曲折形），动能热量 齿数 6Z35,齿数太多，轴向尺寸大，效果并不明显。,CUPC 2019/10/19,37,1、迷宫密封：,有关漏气量的计算公式：,齿缝中气流为音速时,齿缝间隙中气速小于音速时,机械密封：,(1) 机械密封的组成及工作

8、原理,端面密封,动密封,组成, 主要密封件：, 辅助密封件：, 压 紧 元 件：, 传 动 元 件：,动环（旋转）、静环（紧固静止）,密封圈（O形、V形等,弹簧、推环等,弹簧座、键、固定螺钉等,2. 机械密封,由至少一对垂直于旋转轴线的端面在流体压力和补偿机构弹力（或磁力）的作用下以及辅助密封的配合下保持贴合并相对滑动而构成的防止流体泄漏的装置。,2. 机械密封,1-静环，2-动环，3-压盖，4-弹簧，5-弹簧座，6-固定螺钉，78-密封圈，9-防转销,四个可能泄漏点：,A：动密封点。 动环与静环之间的接触面上， 主要依靠泵内液体压力及弹簧力 将动环压贴在静环上防止泄漏。,B、C、D：静密封点

9、。较容易通过垫片、O形圈等实现密封效果。,机械密封的特点：,将容易泄漏的轴封改为较难泄漏的静密封和端面径向接触的动密封。,与填料密封相比，机械密封具有泄漏量小、能耗低、寿命长等优点。同时也存在造价高、制造安装要求高等缺点。,2. 机械密封,2. 机械密封,机械密封的核心部件是摩擦副静环和动环。 材料选配时，通常是动、静二环采用一硬一软配对，只有在特殊情况下(如介质含固体颗粒)才以硬对硬材料配对使用。 国内常用摩擦副材料有石墨、硬质合金、陶瓷及青铜等。石墨多用作静环。,3.浮环密封,适用： 高压、高速、密封要求高场合。可以做到零泄露。,3.浮环密封,为了防止密封液从浮环与固定环间短路，在浮环与固

10、定环接触的端 面处装有橡胶密封圈，这种浮环结构因密封圈摩擦力大，使浮环的 浮动性较差，在开车时容易损坏。高压侧的浮环，因流过的液量少， 环易发热，严重时会使浮环与轴套相互摩擦而烧坏。故有的在浮环 上开有许多轴向孔，同时使进液口偏置在高压侧，使密封液通过浮 环上的轴向孔以加强环的冷却也有在高压浮环上开若干条径向槽来 代替孔。,3.浮环密封,原理 浮环与轴套之间充满液体，轴转动时，类似于滑动轴承原理，在环、套形成的偏心圆柱间隙内形成油膜，产生流体动压力，将浮环托起；油膜起到节流降压作用，阻止了高压侧气体泄露。称油膜密封。,4 抽气密封 它是在两段迷宫密封之间，增加一段环形空间，利用抽气器在环形空间

11、造成低压，同时把泄漏气体抽出，被抽出气体可以送至安全处排放。 若抽气器工作介质与被压缩气体相同，混合气体，可以再返回介质系统，降污节约介质。,5 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。经过数年的研究，英国的约翰克兰公司于七十年代末期率先将干气密封应用到海洋平台的气体输送设备上，并获得成功。,干气密封,干气密封最初是为解决高速离心压缩机轴封问题而出现的，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，特别适合作为高速、高压设备的轴封。随着干气密封技术

12、的日益成熟，其应用范围也越来越宽广，目前，干气密封正逐渐在离心泵及搅拌器上得到应用。总之，凡使用机械密封的场合均可采用干气密封。,干气密封,干气密封,与机械密封相比，干气密封具有如下优点：,1.密封使用寿命长、运行稳定可靠； 2.密封功率消耗小，为接触式机械密封5%左右； 3.与其他非接触式密封相比，干气密封泄漏量小； 4.可实现介质的零逸出，是一种环保型密封； 5.密封辅助系统简单、可靠，使用中不需要维护。,1.8.4 轴向推力的平衡,1 转子承受的轴向力,(1)闭式叶轮轴向推力的计算 (2)半开式叶轮轴向推力的计算,2 轴向推力的平衡措施,(1)叶轮对排 (2)叶轮背面加筋 (3)采用平衡

13、盘(亦称平衡活塞),CUPC 2019/10/19,57,一、 轴向力的产生,b、液体流动动反力；,a、叶轮两边压力分布不均匀；,方向指向叶轮入口。（A1）,方向指向轮盘侧。（A2）,（1） 闭式叶轮轴向推力的计算,后一页图为闭式叶轮侧面的受力情况。向右的轴向力由F0和F1组成，其中,向左的轴向力为F2，故叶轮总的向左的轴向推力为,(2) 半开式叶轮轴向推力的计算,整个叶轮轴向推力为,假定在D1到D2之间Pr1的分布为,叶轮的各种排列方式如下图所示，图(a)是叶轮顺排，转子上各叶轮轴向力相加；图(b)和带有中间冷却器酌图(c)是叶轮对排，可使转子上的轴向力相互抵消，总轴向力大大降低。,(1)

14、叶轮对排,a b c,3.9.3.2 轴向推力的平衡措施,在轮盘背面加几条径向筋片，如图所示，相当于增加一个半开式叶轮。使间隙中的流体旋转角速度增加一倍，从而使离心力增加压力减小图中eij线为无筋时的压力分布，而eih为有筋时的压力分布。可见靠内径处的压力显著下降，故使叶轮轴向力减少，这种措施对流体密度大的高压压缩机减小叶轮轴向力有效。,（2） 叶轮背面加筋,如左图所示，在末级叶轮之后的轴上安装一个平衡盘。并使平衡盘的另一侧与吸气管相通，靠近平衡盘端面安装梳齿密封，可使转子上的轴向力大部分被平衡掉。平衡盘是最常用的平衡轴向推力的措施。,（3） 采用平衡盘 （亦称平衡活塞）,推力盘(推力轴承),

15、CUPC 2019/10/19,64,CUPC 2019/10/19,65,推力轴承的结构就是在推力盘的正反面各安装了若干块推力瓦片。 靠发电机侧的我们一般称之为工作瓦，主要承受正向轴向推力。 另一侧的我们称为非工作瓦，主要承受有时瞬时出现的反推力,推力盘(推力轴承),CUPC 2019/10/19,66,推力轴承两个面之间形成油膜的三个条件： 1.两表面之间应构成楔形间隙。 2.两表面之间必须有足够量的粘度合适的润滑油。 3.两表面之间应有足够的相对运动速度。,推力盘(推力轴承),CUPC 2019/10/19,67,1.两表面之间应构成楔形间隙。 推力瓦块在瓦架上的支承有两种方式。 一种是固定式，这种推力瓦快上就直接将瓦面刮成一个楔形间隙；,推力盘(推力轴承),CUPC 2019/10/19,68,1.两表面之间应构成楔形间隙。 一种称为摆动式，是通过一 个偏心肋条支承在瓦架上。 压缩机转动后，润滑油跟着推 力盘一起转动，进入推力盘与 瓦块之间的间隙，当转子产生 轴向推力时，间隙中的油层受到压力，并传递给推力瓦块，由于推力瓦快是偏心支承的，受力就产生了偏转，这样就与推力盘之间构成了楔形间隙。这样第一个条件也达到了，液体摩擦就可以形成了。,CUPC 2019/10/19,69,