空分用離心式壓縮機.ppt

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1、杭州杭氧透平機械有限公司金建羊,空分配套的離心式壓縮機,,一,精餾 將空氣冷凝成液體，然后按各組分蒸發(fā)溫度的不同將空氣分離。 二,空氣特性 氧、氮、氬和其它物質(zhì)一樣，具有氣、液和固三態(tài)。在常溫常壓下它們呈氣態(tài)。 在標(biāo)準大氣壓下，氧被冷卻到90.188 K ,氮被冷卻到77.368 K ,氬被冷卻到87.29 K ,都變成液態(tài)。反之，蒸發(fā)為氣態(tài)。,空分原理概述,,液化循環(huán),,空分簡化流程,,壓縮機的種類有很多，在空分領(lǐng)域用得比較多的有離心式壓縮機、活塞式壓縮機、螺桿式壓縮機、軸流式壓縮機等，這些壓縮機從壓縮原理上可分為速度式和容積式兩種。 原料空氣流量大于300000 Nm3/h的原料空氣壓縮機

2、采用軸流加離心式(有的離心式機型可做到空氣流量最大達600000 Nm3/h)。原料空氣流量在5000 Nm3/h以下的原料空氣壓縮機采用螺桿式或活塞式等容積式壓縮機。 此外，在非空分領(lǐng)域，離心式壓縮機也有廣泛的應(yīng)用。如動力裝置空壓機、高爐風(fēng)機、污水處理風(fēng)機、藥用空壓機等等。 離心、軸流等速度式壓縮機由于氣體壓縮部分靜動元件無接觸，無須潤滑，可以做到絕對無油和少維修。螺桿和活塞等容積式壓縮機難以做到這點。,概述,一,原料壓縮機-----主空壓機 必須配置的，是空分設(shè)備原料和能量的主要來源 氣源來自大氣，需有一定的抗腐蝕能力，必要時可帶自清洗系統(tǒng) 氣量為氧產(chǎn)量的56倍，排壓為0.5 0.6MPa

3、(G) 二,過程壓縮機-----循環(huán)氮(空)壓機 是空分設(shè)備液體產(chǎn)品能量的主要來源 氣源來自空分設(shè)備內(nèi)部循環(huán)氣，為清潔氣源 氣量和壓力取決于液體產(chǎn)品冷量的需求 要求具備較小的外泄漏量,概述,,三,產(chǎn)品壓縮機-----氧(氮)壓機 根據(jù)用戶需要配置，為用戶提供一定壓力的氣源 在分餾塔上塔中部抽出的產(chǎn)品氧氣，壓力不超過20Kpa（G）（自增壓設(shè)備除外） 產(chǎn)品氮氣在分餾塔上塔頂部抽出，壓力比氧氣更低，一般在5Kpa（G）左右 排氣壓力根據(jù)用戶需要設(shè)計，如氧壓機一般為30 MPa(G) 氧氣、氮氣介質(zhì)的特殊要求 要求具備較小的外泄漏量（氧壓機不允許外泄漏） 氧壓機的安全保證,概述,,杭氧透平生產(chǎn)的壓縮

4、機類產(chǎn)品為離心式。 按結(jié)構(gòu)分為單軸式、齒輪式兩類 一，單軸式： 氧壓機 氣量：7000 60000 Nm3/h 排壓： 0.6 1.1Mpa(G)（單缸） 2.0 3.5Mpa(G)（雙缸） 典型型號：3TYS130+2TYS80 主空壓機 氣量：27000 170000 Nm3/h （三萬空透已開發(fā)完畢） 排壓： 0.5 0.6Mpa(G) 典型型號： 4TYD112,產(chǎn)品簡介,,二，齒輪式： 主空壓機 氣量：11000 110000 Nm3/h 排壓： 0.5 0.6Mpa(G） 典型型號： 4TYC97 循環(huán)空（氮）壓機 氣量：17000 68000 Nm3/h 進壓： 0.4 0.

5、6Mpa(G） 排壓： 2.5 3.2Mpa(G） 典型型號： 3TYC53 氮壓機 氣量：9000 42000 Nm3/h 排壓： 0.5 3.2Mpa(G) 典型型號： 5TYC55,產(chǎn)品簡介,,由裝于軸上帶有葉片的工作輪 （葉輪）在驅(qū)動機的驅(qū)動下作 高速旋轉(zhuǎn)，葉片對氣體作功使 氣體獲得動能，經(jīng)擴壓流動后 轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，從而提高氣體 壓力，同時氣體溫度也相應(yīng)升 高。經(jīng)過多級組合，也可以有 中間冷卻的多段組合，甚至多 缸組合壓縮，獲得氣體所需的終壓要求。 典型的離心壓縮機段簡圖 氣體在壓縮過程中溫度會逐漸升高，而氣體在高溫下壓縮會消耗更大的壓縮功，因此對于壓比較高的離心式壓縮機，在壓縮過程中

6、往往增設(shè)中間冷卻器,工作原理,,一，單軸式 同缸的葉輪裝在同一根主軸上的兩個支承軸承之間，以同一轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn) 等溫型壓縮機，其特點是一級一冷卻，獲得氣體所需的終壓耗費的壓縮功較小 多級型壓縮機，其特點是兩次冷卻之間的級數(shù)不止一級，適用于比熱比較小或音速受限制的氣體 典型的單軸壓縮機簡圖,典型結(jié)構(gòu),,二,齒輪式 一二級葉輪裝在一齠輪的二個懸臂端，一根軸一個轉(zhuǎn)速，可以使每個葉輪處于 最佳的比轉(zhuǎn)速， 充分發(fā)揮每個葉 輪的能力 等溫型壓縮機 軸向進氣 外泄漏點較多， 不適用于有毒 氣體、化工氣 體使用 典型的齒輪壓 縮機簡圖,典型結(jié)構(gòu),,一，轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是離心式壓縮機的主要部件，它是由葉輪、主軸、軸套、平衡

7、盤、齒輪軸、推力盤等組成。 葉輪 葉輪是離心式壓縮機最重要的部件，氣 體流過高速旋轉(zhuǎn)的葉輪時由于葉片的推 動作用，氣體跟著葉輪高速旋轉(zhuǎn)獲得速 度，以及在葉輪流道中的擴壓流動，使 氣體通過葉輪后的壓力、速度均獲得提 高。因此，可以認為葉輪是氣體獲得能量的唯一途徑 主軸或齒輪軸 主軸或齒輪軸上安裝了所有的旋轉(zhuǎn)零件。它的作用是支承旋轉(zhuǎn)零件和傳遞扭矩 平衡盤 剩余軸向力由止推軸承承受，使轉(zhuǎn)子不產(chǎn)生軸向串動,基本組成,,二，靜子或固定元件 靜子或固定元件不能轉(zhuǎn)動。一般包括機殼（或箱體）、進口導(dǎo)葉、進氣室、擴壓器、彎道、回流器、蝸殼、軸承和密封等 。 機殼（或箱體） 單軸型離心式壓縮機，機殼容納了

8、離心式壓縮機所有零、部件，也包容了所壓縮的氣體。通常是鑄造或焊接的。 整體齒輪式壓縮機，沒有一個完全獨立的機殼包容所有零、部件，一般是將零、部件組裝在齒輪 箱體上，箱體一般是水平剖分 的，箱體內(nèi)部是齒輪副和軸承， 軸承進油管一般在箱體上加工 出來。 進口導(dǎo)葉 改變?nèi)~輪進口處的流通截 面及氣體流動方向，使葉輪獲 得一定的預(yù)旋，改變?nèi)~輪的作功能力，從而達到輸氣量調(diào)節(jié)的目的。,基本組成,,擴壓器 氣體離開葉輪時具有較高的流速，為了充分利用這部分速度能，常常在葉輪后設(shè)置流通面積逐漸擴大的擴壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，提高氣體的壓力。 彎道 在多級離心式壓縮機中，氣體要進入下一級壓縮

9、就必須使離心方向流動的氣流拐彎變?yōu)橄蛐姆较蛄鲃?，彎道就起到了這個作用。 回流器 其作用是將彎道出口的向心方向流動的氣流均勻地導(dǎo)入下一級。,基本組成,,蝸殼 將葉輪后面或擴壓器后面的氣體匯集起來，引至壓縮機外面，去氣體輸送管道或去中間冷卻器冷卻。 密封 密封有輪蓋密封、輪盤密封、軸端密封和平衡盤密封等。密封的作用是防止氣體級內(nèi)或級間倒流以及與外界的相互泄漏。 最常見的為迷宮密封（也叫梳齒密封），迷宮密封為有泄漏密封。對于絕對不允許 向外泄漏的特殊 氣體（有毒氣體 和易燃易爆等危 險性氣體），軸 端密封會采用干 氣密封、浮動碳 環(huán)密封、機械密 封和磁流體密封 等無泄漏密封。,基本組成

10、,,軸承 每一個轉(zhuǎn)子一般有二付徑向軸承和一付止推軸承。 徑向軸承一般采用可傾瓦軸承，典型結(jié)構(gòu)如圖所示，設(shè)有五個可傾瓦塊，周向均布，軸襯的配列位置與主軸頸同心。運轉(zhuǎn)中，每塊瓦塊隨著軸頸旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的流體動力調(diào)整自己的位置，從而使每個瓦塊具有最佳油楔。 止推軸承一般帶有油量控制環(huán)，以減少油耗量。在推力盤的每側(cè)裝置有若干塊止推塊，足以承受雙向的設(shè)計負荷。,基本組成,,驅(qū)動機 離心式壓縮機一般由電機、汽輪機或燃氣輪機驅(qū)動 聯(lián)軸器 絕緣型疊片聯(lián)軸器及膜片式彈性聯(lián)軸器 齒輪增速機 平行軸式，漸開線、單斜齒，齒面滲碳淬火，強度高，齒輪副配磨、修形，接觸精度高 氣體冷卻器 氣體冷卻器的結(jié)構(gòu)很多， 主

11、要有：管殼式的列管式、 疊片式、高低螺紋管式和板 翅式等。 供油系統(tǒng) 設(shè)置排煙風(fēng)機，維持系統(tǒng)負壓，油煙安全排放 氣油水管路系統(tǒng),輔機,,氣體在葉輪中的流動是非常復(fù)雜的，是一種粘性可壓縮的三維非定常流動。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，理論界對流體動力學(xué)研究的深入研究，各種數(shù)值計算方法的出現(xiàn)和完善，使得可以利用計算機模擬流動。因此計算流場的方法計算流體力學(xué)（CFD）從理論界走向了工程界。 在這里，僅通過離心式壓縮機的基本方程和熱力學(xué)基本定理的描述，以幫助大家了解離心式壓縮機的做功、氣體升壓、損失及效率。 歐拉方程式 hth= c 2u u 2 - c 1u u1 通過葉輪進、出口的氣流速度

12、 的變化，反映葉輪對單位氣體作功 的大小。 （注：滑移系數(shù)、進口預(yù)旋的應(yīng)用）,基本方程和熱力學(xué)基本定理,,能量方程式 htot= hth+ hl+ hdf 離心壓縮機級對單位有效氣體所消耗的總功由三部分組成，即葉輪對氣體所作之功、級的內(nèi)漏氣損失和輪阻損失。 伯努利方程式 hth =12dp/+ (c22-c12)/2+hhyd 葉輪對氣體所作之功由三部分組成，即氣體靜壓能（壓縮功或氣體升壓）、氣體動壓能和流動損失。,基本方程和熱力學(xué)基本定理,,氣體壓縮過程和壓縮功 在伯努利方程中，靜壓能的提高與氣體在級中的壓縮過程有關(guān)，所需的功稱為壓縮功，即： 12dp/=12v

13、dp =12d(pv)12pdv 現(xiàn)分別討論三個過程的壓縮功（過程方程式為pvm=常數(shù)） 。,基本方程和熱力學(xué)基本定理,,等溫壓縮功及等溫壓縮過程 等溫壓縮過程的過程指數(shù)1，即過程方程式為pv=常數(shù)。 12pdv12（RT1）/vdv=RT1ln(v1/v2)= RT1ln(p2/p1) 12d(pv)= p2v2p1v1=0 等溫壓縮功為： his= 12vdp = RT1ln(p2/p1) 等熵壓縮功及等熵壓縮過程 等熵壓縮過程, 即過程與外界沒有熱交換且無損失，其過程指數(shù)為比熱比k。過程方程式為pvk=常數(shù)。 12pdv12p1v1k/v k dv=1（k-1）RT

14、1 ((p2/p1)(k-1)/k-1) 12d(pv)= p2v2p1v1=RT2-RT1 等熵壓縮功為： hs=k/(k-1) RT1((p2/p1)(k-1)/k-1),基本方程和熱力學(xué)基本定理,,多變壓縮功及多變壓縮過程 多變壓縮過程即過程有損失，可與外界有熱交換或無熱交換，多變過程的過程方程式為pvm=常數(shù)，兩個特例 當(dāng)m=k時，即等熵壓縮過程 當(dāng)m=1時，即等溫壓縮過程 同理，多變壓縮功為： hpol=m/(m-1) RT1((p2/p1)(m-1)/m-1) 整機效率和級效率 離心式壓縮機整機或級的效率，是用來描述驅(qū)動機傳遞給氣體的機械能的利用程度。我

15、們一般定義為與上面所描述的幾個壓縮過程耗功的接近程度，即等溫效率is，等熵效率s和 多變效率pol。,基本方程和熱力學(xué)基本定理,,等溫效率is 等溫效率是指從初壓p1壓縮到終壓p2時等溫壓縮功與實際耗功之比 ishishtot 對于無內(nèi)冷卻的離心壓縮機級，壓縮過程中與外界無熱交換，用等溫效率來描述級沒有意義。故等溫效率一般用于有中間冷卻的離心壓縮機整機中，用來評定離心壓縮機整機的好壞。 在空分設(shè)備中配套的離心壓縮機一般都設(shè)有中間冷卻器，故常用等溫效率來描述之。 等熵效率s 等熵效率是指從初壓p1壓縮到終壓p2時等熵壓縮功與實際耗功之比 shshtot,基本方程和熱力

16、學(xué)基本定理,,多變效率pol 多變效率是指從初壓p1壓縮到終壓p2時多變壓縮功與實際耗功之比 polhpolhtot 多變效率與等熵效率之間的關(guān)系： s((p2/p1)(k-1)/k-1)/ ((p2/p1)(k-1)/(kpol) -1),基本方程和熱力學(xué)基本定理,,離心式壓縮機的二個特殊工況：喘振和阻塞 離心式壓縮機流道的幾何尺寸及結(jié)構(gòu)是根據(jù)設(shè)計工況確定的。 當(dāng)壓縮機在設(shè)計工況下運行時，氣流在流道中流動順暢，與幾何尺寸配合良好，氣流方向和葉片的幾何安裝角相一致。這時壓縮機各級工作協(xié)調(diào)、整機效率高。 當(dāng)壓縮機偏離設(shè)計工況時，效率、壓比都有變化。當(dāng)向大流量偏離時，效率、

17、壓比下降；當(dāng)向小流量偏離時，效率下降，在一定范圍內(nèi)壓比升高。當(dāng)偏離情況不嚴重時，仍能維持穩(wěn)定工作。一旦工況變化過大，這時由于流道中流動情況惡化，將導(dǎo)致壓縮機性能大大下降而不能正常工作。 喘振工況和阻塞工況就是在偏離極限時的二個特殊工況。,喘振與阻塞,,喘振工況 當(dāng)壓縮機工作在設(shè)計點時，氣流的進氣角基本上等于葉輪葉片的進口幾何安裝角，氣流順利進入流道不會出現(xiàn)附面層脫離。當(dāng)流量減小時，氣流軸向速度減小，正沖角增大，氣流射向葉片的工作面，使非工作面上出現(xiàn)脫離，由于氣流在非工作面上是擴壓流動，出現(xiàn)的脫離很容易擴張。所以流量減小時，脫離發(fā)展明顯。當(dāng)流量減小到某臨界值時，脫離嚴重擴張，以至充滿流道的相

18、當(dāng)大部分區(qū)域，使損失大大增加，破壞了正常流動。在葉片擴壓器中也與葉輪中的流動情況類似。 脫離團是以某一轉(zhuǎn)速（大大小于工作轉(zhuǎn)速）沿轉(zhuǎn)向傳遞。這種現(xiàn)象即稱之為“旋轉(zhuǎn)脫離” 。 使級性能明顯惡化的“旋轉(zhuǎn)脫離” ，稱之為“旋轉(zhuǎn)失速”。 旋轉(zhuǎn)失速使壓縮機出口壓力明顯下降。如果壓縮機后的管網(wǎng)容量較大，于是出現(xiàn)管網(wǎng)中的壓力大于壓縮機出口處壓力的情況，就出現(xiàn)了倒流現(xiàn)象，一直到管網(wǎng)中的壓力下降至低于壓縮機出口壓力為止。這時倒流停止，壓縮機恢復(fù)正常工作。但當(dāng)管網(wǎng)中的壓力不斷回升，又回復(fù)到原有水平時，壓縮機正常排氣又受到阻礙，系統(tǒng)中的氣體又產(chǎn)生倒流。如此周而復(fù)始，在整個系統(tǒng)中發(fā)生了周期性的軸向低頻大振幅的氣

19、流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱之為壓縮機的“喘振工況”。,喘振與阻塞,,管網(wǎng)容量越大，喘振頻率越低、喘振能量越大，危害也越大。 喘振所造成的后果常常是很嚴重的，它會使壓縮機轉(zhuǎn)子和靜子經(jīng)受交變應(yīng)力作用而斷裂；使級間壓力失常而引起強烈振動，導(dǎo)致密封及推力軸承的損壞；使運動元件和靜止元件相碰，造成嚴重事故。所以應(yīng)盡力防止壓縮機進入喘振工況。 根據(jù)經(jīng)驗，判斷壓縮機是否已出現(xiàn)喘振現(xiàn)象，其方法大致有下面幾點： 測聽壓縮機排氣管的氣流噪聲 觀測壓縮機出口壓力和進口流量的變化 對于增壓機，需觀測增壓機壓比的變化是否正常 觀測殼體和軸承的振動情況 通過微小阻力件，直接判斷氣體是否倒流 由于引起喘振的原因可能是

20、各種各樣的，而后果又嚴重，因此應(yīng)盡可能采用防喘振自動控制裝置，使喘振自動消除。,喘振與阻塞,,阻塞工況 當(dāng)流量增大時，氣流的軸向速度增大，沖角減小變成負值。這時氣流射向葉輪葉片的非工作面，而在工作面上出現(xiàn)氣流脫離現(xiàn)象，但由于葉片工作面對氣流的強烈作用（葉片對氣流做功），脫離層獲得能量，限制了脫離的擴大化。此外，由于流量增加使流道的擴壓度減小、氣流的流速增大，也使氣流分離不易擴大，所以在這種情況下，除了壓縮機的級壓比及效率都有些下降外，工作的穩(wěn)定性尚不致于遭到破壞。 當(dāng)流量進一步增大，氣流的流速也進一步增加，脫離層又占了部分通流面積，使流速更大。當(dāng)某一截面出現(xiàn)音速時，流量則達到了最大值，此

21、時的狀態(tài)我們稱之為壓縮機的“阻塞工況”。 在阻塞工況附近，壓縮機效率很低、壓比比設(shè)計工況也低得多，流量的微小變化也可以引起壓力很大的變化。 阻塞工況對壓縮機的運行不會產(chǎn)生破壞作用。 喘振工況與阻塞工況之間的區(qū)域就是離心式壓縮機的穩(wěn)定工況范圍。,喘振與阻塞,,性能曲線,,性能曲線,,由于杭州杭氧透平機械有限公司所生產(chǎn)的離心式壓縮機以配套空分設(shè)備為主，因此它的性能調(diào)整是以保證空分設(shè)備需求及工況的穩(wěn)定性為前提，再結(jié)合離心式壓縮機的防喘機理，形成特定的性能調(diào)整和防喘控制系統(tǒng)。 一，性能調(diào)整 離心式壓縮機的性能調(diào)整是通過調(diào)整入口導(dǎo)葉角度來完成。入口導(dǎo)葉的控制分為兩類：排氣量和進口壓力。 排氣

22、量控制 主要應(yīng)用于進口壓力恒定（例如：直接從大氣吸入）的原料空氣壓縮機。需增大排氣量，開大入口導(dǎo)葉增加吸入量；需減小排氣量，關(guān)小入口導(dǎo)葉減小吸入量。 進口壓力控制 主要應(yīng)用于進口壓力可變的產(chǎn)品壓縮機及循環(huán)壓縮機。進口壓力升高時，說明壓縮機無法吸入空分設(shè)備供氣的增加量，開大入口導(dǎo)葉增加吸入量；進口壓力降低時，說明壓縮機吸入量過大，關(guān)小入口導(dǎo)葉減小吸入量。,性能調(diào)整及防喘,,二，防喘控制 圖中陰影部分為工作區(qū)域，它由 line1、line2、line3構(gòu)成。 line1 由排氣壓力與進口壓力的比值所 決定。排氣壓力過高，通過打開放 空閥（防喘閥），來防止排氣壓力 過高；進口壓力過低（進口壓

23、力可變 的情況），需增設(shè)旁通閥，通過打開旁通閥，來提高進口壓力，防止進口壓力過低。 line2 為入口導(dǎo)葉的最小開度（絕對），由起動狀態(tài)決定，即：起動位置。 Line3 為喘振保護線。理想狀態(tài)應(yīng)根據(jù)性能曲線來決定最小入口導(dǎo)葉開度。目前我們近似采用排氣壓力來控制最小入口導(dǎo)葉開度。換句話說，在排氣壓力較高的情況下，對最小入口導(dǎo)葉開度進行限制。,性能調(diào)整及防喘,,軸振動分析,,機組中的所有設(shè)備，必須定期進行檢查，以防止機器損壞和因保護系統(tǒng)失靈而引起的故障。 檢查的期限按機組的操作條件及實際情況而定，機組的大修由用戶根據(jù)實際情況而定。 一,主要檢查項目 軸承的磨損情況 齒輪的齒面和止推面的磨損情

24、況 葉輪的磨損變形情況 密封的磨損情況，密封填料及形圈是否損壞 齒輪油泵的齒輪及軸承的磨損情況 檢查各部螺栓(釘)有無松動 檢查機殼水平度 檢查電機與大齒輪軸的對中 判斷配套冷卻器傳熱效果是否良好，對其積垢及滲漏狀況作相應(yīng)檢查 檢查排煙風(fēng)機底部有否積油 潤滑油抽樣化驗,保證其物理性能不變 進口導(dǎo)葉控制系統(tǒng)檢查,機組的檢查及檢修,,二,主要檢修項目 凡是發(fā)現(xiàn)明顯的磨損或缺陷，均應(yīng)加以修復(fù)或更換備件 確保潤滑、冷卻系統(tǒng)中配套部件的清潔度（氣、油冷卻器、油過濾器、高位油箱、油箱等） 檢查并清洗進口可調(diào)導(dǎo)葉的球鉸、轉(zhuǎn)環(huán)上的軸承，加入適量的潤滑脂 檢查葉輪與齒輪軸的情況，必要時復(fù)校轉(zhuǎn)子的動平衡 檢查油箱內(nèi)潤滑油的質(zhì)量，若不符合規(guī)定，則應(yīng)更換新油或采取有效措施，使之達到標(biāo)準 檢查儀、電控系統(tǒng)是否正常，根據(jù)運轉(zhuǎn)中的問題進行檢修和相應(yīng)的調(diào)整 按電機的運轉(zhuǎn)維護規(guī)程對電機進行檢查和清洗 機組定期檢查和大修時，必須記錄測量數(shù)據(jù)，更改的零件和修 理的部位等內(nèi)容，并經(jīng)檢驗和確認。 如果在工作過程中發(fā)現(xiàn)任何不正?，F(xiàn)象，應(yīng)停車并找出原因 。,機組的檢查及檢修,,講義結(jié)束,謝謝各位！,