离心压缩机

高炉鼓风机和氨离心压缩机等

离心压缩机也叫“涡烨压缩机”，压缩机的一种。结构和操作原理同离心鼓风机相似，但总是多级式的，能使气体获得较高压强，处理量较大，效率较高。排气压力高于 0.015兆帕、气体主要沿着径向流动的透平压缩机，又称径流压缩机。排气压力低于0.2兆帕的，一般又称为离心鼓风机。离心压缩机广泛用于各种工艺流程中，用来输送空气、各种工艺气体或混合气体，并提高其压力。工业上常按用途或气体的种类命名，如高炉鼓风机和氨离心压缩机等。

发展概况

离心压缩机是在通风机的基础上发展起来的。20世纪初出现了压力比为 4.5的离心压缩机。50年代开始，离心压缩机制造业得到发展。1963年，美国生产出第一台合成氨厂用的14.7兆帕高压离心压缩机，采用筒型机壳代替水平剖分型机壳，又称筒型压缩机，它能承受10兆帕以上的压力。70年代，美国、意大利和联邦德国先后制成60～70兆帕高压筒型压缩机，筒体壁厚达 280毫米。80年代初排气压力已达80兆帕。离心压缩机转速一般为几千转/分以上,有的已达25000转/分以上，所需功率可达几万千瓦,流量已达10000米3/分。离心压缩机的常规叶轮是以一维流动理论为基础设计的，尚不能反映气流三维流动的复杂性质。60年代开始应用三维流动理论（见透平机械、气体动力学）设计空间扭曲叶片，以改善级的性能。

分类

按结构形式分类，一般可分为水平剖分型、筒型和多轴型3类。

（1）水平剖分型离心式压缩机

此型压缩机有一水平中分面将汽缸分为上下两半，在中分面处用螺栓连接。此种结构拆装方便（如图2-1所示），适用于中、低压力场合。

（2）筒型离心式压缩机

筒型压缩机有内、外两层汽缸，外汽缸为一筒形，两端有端盖。内汽缸垂直剖分，其组装好后再推入外汽缸中（如图2-2所示）。此结构缸体强度高、密封性好、刚性好、但安装困难、检修不便，适用于高压力或要求密封性好的场合。

（3）多轴型离心式压缩机

其是在一个齿轮箱中由一个大齿轮驱动几个小齿轮轴，每个轴的一端或两端安装有一级叶轮，叶轮轴向进气，径向排出，通过管道将各级叶轮连接。此种结构简单、体积小，适用于中、低压力的空气、蒸气或惰性气体的压缩。

结构原理

离心压缩机由转子、定子和轴承等组成。叶轮等零件套在主轴上组成转子，转子支承在轴承上，由动力机驱动而高速旋转。定子包括机壳、隔板、密封、进气室和蜗室等部件。隔板之间形成扩压器、弯道和回流器等固定元件。只有一个叶轮的离心压缩机称为单级离心压缩机，有两个以上叶轮的称为多级离心压缩机（见图3）。级由叶轮及其后面的扩压器等通道组成。叶轮是离心压缩机的关键部件，有闭式、半开式和开式三种。闭式叶轮由叶片、轮盖和轮盘组成。半开式叶轮没有轮盖，有轮盘。开式叶轮没有轮盖和轮盘，叶轮在轴上。当叶轮高速旋转时，由于叶片与气体之间力的相互作用，主要是离心力的作用,气体从叶轮中心处吸入,沿着叶道（叶片之间通道）流向叶轮外缘。叶轮对气体作功，气体获得能量，压力和速度提高。然后，气体流经扩压器等通道，速度降低，压力进一步提高，即动能转变为压力能。由扩压器流出的气体进入蜗室输送出去，或者经过弯道和回流器进入下一级继续压缩。在整个压缩过程中，气体的比容减小，温度增加。温度增加后，压缩气体需要消耗更多的能量。为了节省功率,多级离心压缩机在压力比大于3时常采用中间冷却。被中间冷却隔开的级组称为段。气体由上一段进入中间冷却器，经冷却降低温度以后再进入下一段继续压缩。中间冷却器一般采用水冷。每个机壳所包含的部分称为缸。离心鼓风机排气压力较低，所以一般是单缸无中间冷却的结构。

性能

离心压缩机的主要性能参数是结构形式、排气流量、排气压力、吸气压力、轴功率、效率和转速。描绘同一转速下的排气压力、功率和效率与流量之间的关系的曲线称为性能曲线(图4)。离心压缩机最小流量受喘振工况的限制，最大流量受阻塞工况的限制。可以采用变转速、进口节流、出口节流和可调进口导叶等方法进行调节，以扩大运行工况范围。

应用

在离心压缩机中，高速旋转的叶轮给予气体的离心力作用，以及在扩压通道中给予气体的扩压作用，使气体压力得到提高。早期，由于这种压缩机只适于低，中压力、大流量的场合，而不为人们所注意。由于化学工业的发展，各种大型化工厂，炼油厂的建立，离心压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，而占有极其重要的地位。随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提高，又由于高压密封，小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的一系列问题，使离心压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复压缩机，而大大地扩大了应用范围。工业用高压离心压缩机的压力有（150~350）×105Pa的，海上油田注气用的离心压缩机压力有高达700×105Pa的。作为高炉鼓风用的离心鼓风机的流量有大至7000m3/min，功率大的有52900KW的，转速一般在10000r/min以上。

有些化工基础原料，如丙烯、乙烯、丁二烯、苯等，可加工成塑料、纤维、橡胶等重要化工产品。在生产这种基础原料的石油化工厂中，离心压缩机也占有重要地位，是关键设备之一。除此之外，其他如石油精炼，制冷等行业中，离心压缩机也是极为关键的设备。

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