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enoughfeng

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[资源] 【其他】压缩机精讲（化工压缩机&汽轮机专用）

一．离心压缩机的工作原理和结构
1. 离心压缩机的工作原理
   离心压缩机对气体作功是通过装在转子上的叶轮来实现的，其工作原理与输送液体的离心泵类似。

气体从中心流入叶轮，在高速转动的叶轮叶片的作用下，随叶轮做高速旋转并沿半径方向甩出来。由于受旋转离心力的作用，气体的压力得到了提高，同时气流速度也加快了。叶轮的机械能变成了气体的压能和动能。气体又流过固定不动的扩压器和蜗壳等通道而流出机外，由于面积不断增大，速度降低，气体压力又得到进一步提高，这一部分动能也变成了压能。
  级：一个叶轮和与他相配合的固定元件构成压缩机的一个级。
  缸：气体流过一级之后，压力的提高是有限的。在要求升压较高的情况，需要有若干个级组成，安装在一个机壳内，叫做缸。一个级最多只能装10级左右，更多的级需要采用多缸。
段：气体经压缩后温度要升高，当要求压力比（压缩比：压缩前后的气体绝对压力之比）较高时，常常将气体压缩到一定压力后，从缸内引出，在外设的冷却器内降温，分离液滴，以便保护设备，减少功耗，然后再导入缸内进入下一级继续压缩。这样依冷却次数的多少，将压缩机分成几个段。一个段可以是一个级，也可以包括几个级。一个缸可为一段或多段。
2.离心压缩机的结构
   离心压缩机的结构分为转子和定子两大部分。
(1)转子

在压缩机汽缸内的转动部件称为转子。转子包括主轴和安装在主轴上的若干个叶轮、定距套、平衡盘及推力盘等部件。
临界转数：是指轴发生共振时的转数。由于主轴的几何中心与其重心不可能完全重合，因此在旋转过程中产生了周期变化的离心力。如果产生的离心力的频率与轴的固有频率一致时，就会由于共振而产生强烈振动以致损坏机器。这个转数称为轴的临界转数。临界转数不只一个，分别称为第一临界转数和第二临界转数，等等。
压缩机的转子不能在接近与各临界转数下工作。一般离心泵的正常转数比第一临界转数为低，这种轴叫做刚性轴。离心压缩机工作转数往往高于第一临界转数而低于第二临界转数，这种轴叫做挠性轴。要求其正常工作转数大于第一临界转数1.2～1.3倍而低于第二临界转数０.６～０.７倍。
除叶轮外，主轴上还装有平衡盘和推力盘，分别位于转子两端。由于每个叶轮两边受气压力不一样大而产生了轴向推力，轴向力方向指向进气端。平衡盘（靠气体在平衡盘内外的压差平衡的，）装在高压叶轮的外侧，用来平衡轴向推力的大部分，以减轻止推轴承的负荷；推力盘则把剩余的轴向力作用于止推轴承工作面上。有的压缩机的叶轮采用背靠背的方式排列，亦可平衡轴向力。
（2）定子

定子包括气缸和气缸内的固定元件。气缸内的固定元件由吸气室、隔板、和排气蜗壳等组成。气缸是压缩机静止元件中最大的部件，气缸有水平剖分和垂直剖分两种形式。水平剖分便于拆装，但密封面大，强度差，一般用于不超过50大气压的中低压设备。对于压力较高或有危险介质的情况采用垂直剖分的形式，实际上是两个气缸，内缸是水平剖分，转子及固定元件都装在内缸里，然后再套入外缸。

垂直剖分式气缸比水平剖分式具有强度高，刚度大，密封和安全性能均好等优点。
吸气室用来把气体从进气管道顺利的引入叶轮。气缸内有各种隔板，隔板与隔板之间又构成了扩压器、弯道和回流器等固定元件。最后一级只有扩压器和蜗壳。扩压器是流通截面逐渐扩大的通道,气体流过扩压器是高速气流逐渐减速，同时压力不断提高。弯道和回流器则使扩压器出来的气体拐弯，以便均匀流入下一级。
蜗壳的作用是为汇集末级叶轮的气体并流向出气管道。蜗壳的断面积随气体旋转方向逐渐增大，它也可起到一定的扩压作用。
为了减少压缩机内的气体漏出，以及级与级之间的窜气，必须设置密封。级间密封一般为迷宫式，由3～20个靠的很近的梳齿组成。梳齿与轴的径向间隙一般为0.2～0.3㎜，使通过间隙泄漏到压力较低级的气量减到最少。压力较高的级的气体更重要的是防止缸内的气体沿着轴与壳体之间的间隙漏入大气（或空气漏入缸内），如果气体稍漏出一些也无大害，如空气或二氧化碳，一般采用迷宫式。如果气体不允许泄漏，采用干气密封。

支承压缩机转子重量的径向轴承和吸收其轴向推力的止推轴承均为摇块式。径向轴承几乎都有五个可倾瓦块均匀分布在轴承座内构成。当轴转动时，润滑油带入轴与轴承之间，建立起油压而使轴浮起，同时瓦块之间形成五条油楔，防止油膜振动。瓦块又可围绕自己的支点摆动，使轴承外壳和轴承座能自动调位，以适应轴颈不对中所产生的偏斜，提高了压缩机的抗振性能。止推瓦块一般有八个能摆动德瓦块组成。压缩机运转中，一般要求轴承润滑油压0.105～0.14MPaG进油温度43～54℃，轴承温度60℃以下，最高不允许超过75℃。
2.喘振的原因
（1）转速变慢。多因透平蒸汽量不足，或蒸气管网波动，使蒸汽压力及温度下降。
进气温度升高。当大气温度上升，或出口气体打回流而中间冷却效果不好时，进气温度升高并与出口压力成反比变化。如进气压力与转速一定，则进气温度愈低出口压力愈高，其喘振流量也愈大。
气体分子量变小。当进气压力与转速一定，分子量变小则出口压力减小，相应的喘振流量也变小，较易进入喘振区。
进气压力降低。在北方冬天过滤器进口结冰，造成进气压力降低。当转速一定时，进气压力愈低，喘振流量也愈小。
（2）气体出口压力升高，进入喘振区。
压缩机紧急停车，来不及回流或放空。如果逆止阀动作迟缓或关不严，在压缩机急剧减速出口压力降低时，系统高压气体便会倒流，引起压缩机喘振。
逆止阀板脱落或阀板打不开，气体排不出去，也会使出口压力过高而喘振。
（3）操作不当引起喘振。
对于双缸的压缩机，开车时先增加低压缸的压力比，再增加高压缸的压力比，升压过程中先增加低压缸的压力比，再增加高压缸的压力比，即先关低压缸的防喘阀，再关高压缸的防喘振阀。低压缸出口压力还比较低，就会是高压缸压力过高而造成喘振。停车时先开高压缸的防喘振阀，再开低压缸的防喘振阀。
（4）机械部件损坏。
机械密封、平衡盘密封、“O”型环等部件如果安装不全，位置不正确或脱落，形成段间或级间窜气，则会引起喘振。
4.喘振的防止与消除
（1）增加气体流量。是防喘振最重要的方法。喘振现象发生时，立即增大流量（开防喘阀）。如系统需要保压，打开防喘振阀气体打回流之后，适当提高转速，使出口压力增加到原来的水平。在停车之前预先打开防喘阀。
（2）根据性能曲线，控制防喘裕度，合理整定防喘振阀门。
防喘裕度是指在一定转速下，实际流量与喘振流量之比：
防喘裕度=该转速下的实际流量/同转速下的喘振流量
为防止压缩机喘振，防喘裕度应控制在1.0以上，即实际流量大于喘振流量。若喘振裕度太大，压缩机虽不易喘振，但会使出口压力降低很多，相应的流量浪费很大，成本增高。一般防喘裕度为1.05～1.3压缩机正常运转时，防喘振阀应当关闭并投入自动，既安全又经济。防喘振阀根据一定转速下的流量和出口压力两个参数来控制的，双参数调节系统较理想的解决了离心压缩机防喘振之安全与经济对立的问题。
（3）开车与停车，升速与升压，降速与降压，遵守“升压必先升速，降速必先降压”原则。升速与升压不能过猛、过快。降速与降压也应缓慢、均匀。
（4）缓慢并交替地开启防喘振阀门。开关防喘振阀，不要过快太猛，以避免轴位移增大，振动加剧，密封系统失调。

   透平turbine（汽轮机）简介
1. 工作原理及操作性能
透平又叫汽轮机，是以蒸汽为工作介质，利用高速气流推动叶轮转动，从而把蒸汽的热能变成机械能的一种能量转换设备。高压蒸汽从装在汽缸上的喷嘴喷出，经膨胀降压，而形成高速气流。高速气流吹送到装在叶轮周边的一个个叶片上，从而把转子转动起来。排出的蒸汽温度和压力均有所下降，叫作乏汽。
冲动式汽轮机：蒸汽主要在喷嘴（静叶栅）内膨胀。
反动式汽轮机：蒸汽在喷嘴（静叶栅）与叶片（动叶栅）内膨胀。
冲动反动组合式汽轮机：由冲动级和反动级组合而成的汽轮机。
透平本体分为转子和定子两部分。转子包括主轴、叶轮和叶片。定子包括汽缸、喷嘴和隔板。
蒸汽经过透平的叶轮后，压力和温度均有所降低，蒸汽的热能变成了机械能。单级透平的经济效果低，功率受到很大的限制。为了提高能量转换的效率，大功率透平往往经过几个叶轮，逐级降低其压力和温度。这种透平是多级的，蒸汽每经过一次热能→动能→机械能的转换，叫作一个级。透平的级又有压力级和速度级之分。压力级是由喷嘴和动叶片组成的级。速度级则是在同一叶轮的轮缘上，装设第二或第三列动叶栅，使动能的转换分为几个级来完成而改进其效率。从第一级的出来的蒸汽又进入第二级，第二级的喷嘴装在汽缸内的隔板上，也是多个叶片组成的，叫做静叶片。蒸汽再一次降压升速，带动第二个叶轮。多级透平是喷嘴（静叶片）与动叶片相间排列的。
透平机组还包括一系列辅助设备。
（1）进汽系统。除蒸汽主汽门外，还有根据调速器的信号自动调节进汽量以保持转数恒定的调节汽门。调速器可以人工给定转数，也可与其他调节系统相连，保持某一工艺参数如（量、压力等）恒定。危急保安器的作用是一旦转数超过设备允许极限值时，自动将调速器的油压卸掉，迅速关主汽门，切断进汽。

除由于超速而自动停车（脱扣）外，当机组运行不正常（机械振动、LO压力低、密封气压差低等等）都可通过联锁使调速器油卸压而停车。
透平排出的乏汽可以高于常压（叫背压式透平），也可以低于常压（叫凝气式透平）。凝气式透平必须有冷凝真空系统。乏汽先进一台表面冷凝器（水冷却器），由于蒸汽冷凝时体积减小而形成负压。漏入的不凝气用蒸汽喷射器抽出。
（2）汽封系统的作用是在轴的两端形成密封，防止缸内蒸汽逸入大气，或空气（凝气式透平的出口端）漏入缸体。开车前2分钟投用，转速为“0”时切除。
（3）油系统转动部件（径向轴承、止推轴承等）需要LO，调速系统需要GO。
油压过低，或油位过高，有启动辅油泵和自动停车联锁。
透平每一级叶轮前后两侧存在压力差。叶轮前面进汽压力高，而另一侧蒸汽作功压力降低，使叶轮前后两侧形成压力差，并造成叶轮的轴向推力。多级透平各级的轴向推力累积起来也是很大的。为了平衡叶轮前后的压力差，每个叶轮的轮盘上都有“平衡孔”。平衡孔都开成单数，以避免在同一直径上存在两个孔而削弱叶轮的强度。
透平在正常工况下运转不会有大问题，若操作失当或工况失调，也会使透平的轴向推力过大而烧瓦。
影响蒸汽透平轴向推力的因素有：
（1）透平负荷增加过猛，即进气流量过大。透平每级叶轮前后两侧的压力差与其蒸汽流量成正比变化，总的轴向力随负荷增加而变大。负荷增加过快太猛时，汽量突然增大，叶片受到过大的轴向推力，整个转子轴向力增加，最终导致止推轴承烧坏。
（2）进汽温度降低。造成透平后面几级的蒸汽湿度增大，蒸汽中所含的水滴冲击叶片而是轴向力增加。蒸汽温度下降还使前面几级的“反动度”增加，即动叶片中焓降增加，使动叶片前后蒸汽的压力降变大，每级轴向推力增大，转子总的轴向推力也随之增加。
（3）真空恶化或背压升高。将使最后几级叶片内的蒸汽焓降减少，级的“反动度”增大，动叶片前后压差增大，轴向力增加。真空高汽轮机效率好，汽轮机需要的进气量小，设计好了，轴向力是可以平衡的。
（4）级间密封磨损或损坏。喷嘴、隔板及轴封磨损或损坏，均会造成间隙过大而是漏气量增大。漏过的蒸汽经喷嘴膨胀作功，造成叶轮前后压力增高，使轴向力增大。
（5）叶轮表面结垢。可是表面积减少，叶轮前后压差增大，轴向推力增大。必须严密监测第一级后的压力（机室压力）用以判断叶片的流通状况。若在同样工况下，第一级的压力缓慢上升，说明叶片表面在逐渐结垢；如这个压力突然上升，说明叶片通道堵塞，可能是异物或机器零件落入通道；如果这个压力突然降低，说明叶片有脱落或折断，而使通道变大。
（6）蒸汽带水冲击。沿轴向冲击叶片表面，形成轴向冲力。造成叶轮前后压差增大，轴向推力增大，止推轴承温度升高，振动加剧，透平内部发出金属噪音。
   为确保透平安全，一旦发现水冲击，立即停车，开大疏水阀排水，以避免事故扩大到推力轴承融化，轴封损坏，甚至叶片碰毁。
汽耗率，透平每作出一个单位的功所需要的蒸汽量。
蒸汽参数对透平功率有着很大的影响：
（1）透平进汽压力愈高，在相同温度和出口压力下，其热功效率愈高，即每公斤蒸汽作出的功愈多。凝气式透平随进口压力的提高，进口温度也必须提高，否则乏汽的水分太高，使最后几级叶片受到冲击和腐蚀。
（2）透平进气温度愈高，在相同的条件下，效率也愈高。如进汽压力一定，提高透平进汽温度，蒸汽焓值增加，级内热损失减少，透平相对效率会提高。
（3）透平排汽压力愈低，则汽耗率愈低。降低出口压力的效果要比增加进汽压力更为显著。透平排汽压升高，即相应的真空度张高或恶化，使最后几级叶片的蒸汽焓降减少，则排汽温度随之也升高。除引起轴向力增大烧瓦外，对排气缸和表面冷凝器的工作条件也带来极不利的影响。
2. 真空系统
真空系统的作用是维持凝气式透平的真空度，同时将冷凝液回收重复使用。
凝气式透平的乏汽在表面冷凝器中冷凝成水，由于体积急剧收缩，从而形成负压。

在蒸汽冷凝下来以后，积蓄下来的不凝性气体（BFW带入或设备管线漏入）通过两个串联的蒸汽喷射器抽出。每抽一次，压力就升高一些，又可冷凝下来一些水分，这些冷凝水引回系统。最后将不凝气体排入大气。

真空系统的压力正常值为0.014 MPaA。
引起真空下降的原因：
(1) 冷却水中断
(2) 冷却水量不足
(3) 凝汽器满水
(4) 凝汽器冷却面积垢
(5) 真空系统漏气量增多
(6) 抽气器工作不正常
   表面冷凝器中的冷凝水汇集在设备下部的一个槽中，叫做热水井。冷凝水的液面位于热水井处，保持换热管束不浸没在水中，否则冷凝水过冷，减少了回收的热量，增多了溶解氧量，促进腐蚀。水位也不要太低，以防冷凝液泵抽空。
   冷凝液用冷凝液泵抽走。热水井液位调节器是分程调节的，水位低时返回阀开，冷凝液返回热水井，水位高时，冷凝液排除系统。冷凝液泵有备用泵，热水井液位过高时可自动启动。

干气密封

1． 2. 干气密封工作原理
干气密封是一种非接触式端面密封，密封单元由两个环构成。第一个环称为旋转环，其密封端面上刻有许多槽。槽下的光滑区域称为密封坝，它是真正起密封作用的部分并形成从密封压力到大气压力之间的压力梯度。第二个环其端面为光滑面。除允许其沿轴向移动外，限制其他方向的移动，称其为主环或静环，并安装于弹簧调节负载的腔内。

在转子静止，机内已卸压状态下，主环后的弹簧将使其与旋转环（动环）贴合。当机内常压时，气压产生了流体静压力，该力使得主环与旋转环分开，在两环间产生非常薄的间隙。通过间隙允许非常少量的密封气体泄漏。
一旦机组转动，由于旋转环端面上的槽的泵效应，产生流体动压力。在靠近槽的根部形成高压区，从而两个环面之间气膜厚度增加。当流体动压力与流体静压力平衡时，便建立起稳定的间隙并形成一定的流量。该泄漏量与气体压力、温度、气体的物理性质、密封尺寸以及转速有关。

这一间隙使得两个端面不接触地平稳运行。密封运行的设计和原理都保证了一定厚度的自稳定间隙的形成。这是由于运行中气体流量或转子位移的干扰会引发间隙的变化，而这种变化势必引起流体动静压平衡的变化，力平衡的变化又具有修正间隙的作用。例如，设间隙增加，则槽的泵效应产生的压力就降低，因此流体动压分开力减小，而流体静压闭合力使得间隙减小到原来尺寸。相反，密封面彼此接近（间隙减小）时，流体动压效应增强，分开力急剧增加。这种自平衡原理使得密封面保持恒定分开，并且泄漏量也恒定。
串联密封由两对密封环或二级组成。它既可以作为整体也可以作为两个部分使用。分级使用时，第一级密封起主导作用，承担密封全部过程压力，而第二级密封作为第一级密封的备用安全措施。作为整体密封时，允许第一级密封的泄漏引入到第二级。
2．干气密封控制盘
3．
干气密封控制盘用于监控离心压缩机内的干气密封，并可分为三个部分：
⑴．主密封供气系统
⑵．隔离密封供气系统
⑶．一级密封泄漏系统
2.1. 主密封供气系统
干气密封的控制主要控制密封端面间的通过密封气流的微小间隙。这个微小的间隙依靠不含有比间隙尺寸大的颗粒的气体维持。控制盘的特性是密封气体进行过滤过程，以满足高洁净度的要求、延长密封寿命、防止在静环后面积聚污染物。
压缩机的每端都装有串联干气密封，以密封压缩机内的压力，尽管他们在设计时以压缩机出口压力为参考。每端的串联密封的压力都被维持在高于连接到密封的工艺气的压力。这样就确保了在密封腔能够维持一个清洁的环境。只有少量的预期内的泄漏可以通过每端密封的一级密封端面。

2.2  干气密封的特征

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