1、压缩机培训,山西输气管理处 杨南 2008年9月25-26日,概念 用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机，它通过做功部件将机械能转换为被压缩工质的压力能（势能）。 当提升压力小于 0.2Mpa 时，通常称为鼓风机；提升压力小于 0.02 Mpa 时称为通风机。 分类： 从工作原理分，压缩机可分为容积式压缩机和速度式压缩机两大类 。,容积式压缩机,容积式压缩机是通过周期地改变工作腔的容积来吸入气体和压缩、排出气体；吸入气体时工作腔容积增大，工作腔容积减小时气体被压缩并排出，从而达到升压目的。常见的容积式压缩机有往复式（活塞式）压缩机、螺杆式压缩机、罗茨式压缩机、转子式压缩机。,速度式压缩
2、机,速度式压缩机是靠机内作高速旋转的叶轮，使吸进的气流能量头提高，并通过扩压元件把气流的动能头转换成所需的压力能量头。根据气流在做功元件内流动方向的不同，速度式压缩机又可分为离心式压缩机和轴流式压缩机两种。,往复式压缩机简介,往复压缩机属于容积式压缩机，是最早应用于工业的机型 。工作原理如图：,气缸与活塞构成容积可变的工作腔，活塞在气缸内做往复运动，当活塞向左运动时。缸内容积增大，根据气体状态方程可知，缸内压力降低，当缸内压力低于入口阀处管道压力时，管道的气体便通过进气阀门进入缸内。当活塞向右运动时，缸内容积减小，气体被压缩，压力升高，由于入口阀为单向阀，气体不能从入口流出。当缸内压力,高于出
3、口管道的压力时，缸内气体便顶开出口阀，流入出口管道。 往复式压缩机的优点 ：范围宽，适应性强，效率高，压比高，易操作，可以达到很高的压力 。 缺点是运动部件和易损件多，维修量大，运转时存在不平衡力，排气存在脉动现象，系统振动问题不易解决，气缸这一对气体做功部件的体积往往 只占机组体积的一小部分，因而当流,量需要较大时，设备体积往往过于庞大。往复式压缩机的型式很多，典型的现代对动平衡式往复式压缩机如图,螺杆式压缩机简介,螺杆式压缩机也属于容积式压缩机，起源于20 世纪 30 年代瑞典，20 世纪 50 年代 后逐渐走向市场，是一种比较新颖的机型，近年来发展很快。,通常所说的螺杆压缩机指的是双螺杆
4、压缩机。在“”形的气缸中，平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子节圆外有凸齿的转子称为阳转子或阳螺杆；在节圆内具有凹齿的转子称为阴转子或阴螺杆。一般阳转子与原动机相连，是主动转子。与往复式压缩机相比，螺杆式压缩机具有零部件少、运转可靠、连续动转时间长、动力平衡好、适应性强、可多相混输的优点。缺点是由于转子齿面间实际上留有间隙，所以不能用于高压 场合，排气压力一般不能超过 3MPa，也不能用于微型场合，目前只有空积流量大0.2m3/min 时，螺杆压缩机才具有优势。螺杆式压缩机可采用无油式和和喷油冷却式。,轴流式压缩机简介 轴流式压缩机属于速度型压缩机，其工作原理是被压缩气体沿着压缩机轴向流动，依
5、靠高速旋转的转子叶片对气体做功，使气体产生速度压力，并通过扩压叶片将速度能进一步转化为压力能。如此反复，使气体压力升高。,由于气体在机壳内沿着转子轴向流动，其流通面积较大，并且流道短，故轴流式压缩机具有流量大，效率高，结构紧凑的优点，是近几十年来发展起来的新机型，广泛用于化工、冶金和航空发动领域。特别是航空发动机和民用燃气轮机，其压气机部分基本采用轴流式压缩机。它的缺点是气体从单级叶片中获得的能量和压力小，故压缩机总压比较小，且需要较多级压缩才满足需要。另外工况范围也比较窄，用固定工况较多，很少应用于长输天然气管道。,离心机压缩机简介 离心式压缩机是依靠高速旋转的叶轮产生的离心力来使气体获得压
6、力的压缩机。当气体流经叶轮时，由于高速旋转的叶轮使气体受到离心力的作用而产生压力与很高的速度，而后高速气流通过扩压器使气体速度变慢，进一步使气体压力提高。下图是解体的离心式压缩机，可见到内部的导叶。,平衡盘,转子,回流器,叶轮,弯道,扩压器,离心压缩机与往复活塞压缩机相比较，则可显示出离心压缩机所具有的一些特点。 优点 1.流量大 由于活塞压缩机仅能间断地进气排气，气缸容积较小，活塞往复运动的速度不能太快，因而排气量受到很大限制。而气体流经离心压缩机是连续的，气缸流通截面的面积较大，叶轮转速很高，故气体流速很大，因而流量很大。有的离心压缩机进气量可达6000m3min以上。这样可使与输气量有关
7、的产品产量大大提高。 2.转速高,活塞压缩机的活塞、连杆和曲轴等运动件，必需实现旋转与往复的运动变换，惯性力较大，活塞和进排气阀时动时停，有的运动件与静止件直接接触产生摩擦，因而提高转速受到很多限制。 而离心压缩机转子只作旋转运动，转动惯量较小，运动件与静止件保持一定的间隙，因而转速可以提高。一般离心压缩机的转速为5000n20000r/min。由于转速高，适用工业汽轮机直接驱动，既可简化结构，又能利用化工厂的热能，可大大减少外供能源，还便于实现压缩机的变转速调节。,3.结构紧凑 机组重量和占地面积比同一流量的活塞压缩机小得多。 4.运转可靠 活塞压缩机由于活塞环、进、排气阀易磨损等原因，常需
8、停机检修。排气不稳定，被油污染。 而离心压缩机运转平稳，一般可连续一三年不需停机检修，亦可不用备机。排气均匀稳定，不被油污染，故运转可靠，维修简单，操作费用低。,缺点 （1）单级压力比不高，高压力比所需的级数比活塞式的多。所以目前排气压力在Pa以上的，只能使用活塞压缩机。 （2）由于转速高和要求一定的通道截面，故不能适应太小的流量。 （3）由于离心压缩机中的气流速度较大等原因，造成能量损失较大，故效率较活塞压缩机稍低一些。 （4）由于转速高、功率大，一旦发生事故，其破坏性较大。为保证安全运行，需要采取一些措施。,几种大型压缩机特点比较： 压气站的投资占输气管道总投资的 20-25%，经营费用占
9、总经营费用的 4050%，而其中压缩机组的投资要占压气站投资的一半以上。压缩机的燃料消耗占压气站经营费用的 70%左右，因此选择技术先进，经济上合理的压缩机组是至关重要的。几种压缩机性能比较（书153页）,输气压缩机组的原动机类型,干线输气管道上，用来驱动输气压缩机的原动机主要是：1.燃气轮机2.燃气发动机3.电动机4.蒸汽轮机（较少）。,燃气轮机 燃气轮机基本工作原理是以连续流动的气体为工质、把热能转化为机械功的旋转式动力机械 。工作过程分为压缩、燃烧、膨胀和排气等四个过程。 燃气轮机的工质是由其本身的燃烧室（也叫燃气发生器）产生的燃气。 燃气轮机主要由轴流式空气压缩机、燃气发生器、高压涡轮
10、(燃气透平）、低压涡轮（动力透平）及转轴组成。 燃气轮机的具体结构，可以将其分为重型工业燃气轮机、航空改型燃气轮机和混合型燃气轮机三种类型。,又可分为单轴型和双轴型燃气轮机 优点：效率高、轻便、单机功率大、易于安装、维修和整体更换方便、检修停运时间短、不必设现场维修人员与设备等优点 。 缺点：效率低。 燃气轮机五大辅助系统： 1.启动系统 2.燃料气系统 3.润滑系统 4.空气系统 5.控制系统,简化的燃气轮机中的空气流向,人马座燃气轮机,发动机主要组件,压气机和空气进口组件,燃气发动机 燃气发动机属于内燃机，其基本原理类似于汽油机，只是燃料改成天然气而已。主要优点是热效率较高（通常为 35%
11、37%，最高可达 40%）、燃料气消耗率低（0.250.3 Nm3/Kw.h）、可直接与往复式压缩机联接且调速方便。主要缺点是机器笨重、结构复杂、 安装和维修费用高、辅助设备繁杂、振动和噪音大、不宜与离心式压缩机直接联接。一般来说，燃气发动机的单机功率比燃气轮机小。,根据动力气缸吸入空气的方式，燃气发动机分为自然吸气型和增压吸气型两种类型，后者的特点是对将进入动力气缸的空气，利用一个废气驱动的涡轮增压器对即将进入动力气缸的空气增压，这样可以使同样排量的发动机提高综合热效率和单机功率，目前普遍应用于大功率燃气发动机。 燃气发动机的额定输出功率也与海拔高度有关系，当海拔高度超过 500830米时，
12、其额定输出功率将下降。当一台燃气发动机所处的位置超过其额定功率开始下降的高度界限时，高度每上升 300 米，其额定功率通常要降低 3%左右。气温对燃气发动机的额定输出功率也有影响，当气温超过一定限度时，其额定输出功率将减小。,燃气发动机两大机构： 1.曲柄连杆机构:将发动机活塞的直线运动变为曲轴旋转运动，它是完成热工转换的主要机构。 2.配气机构： 燃气发动机五大系统： 1.燃料气系统。 2.润滑系统。 3.点火系统。 4.冷却系统。 5.启动系统。,电动机 电动机是现代工业中应用面最广的原动机，它具有结构紧凑、规格齐全、操作简便、运行平稳、易于实现自动控制和远动操作、效率高（一般为 97%左
13、右）、可靠性高、寿命长、投资小、安装维护费用低等优点。采用电动机驱动机组投资要低于同功率组的燃气轮机。大型电机则采用同步电机。采用变频器向电机供电可以实现电动机的无级变速，是当今各行业的发展趋势。近些年来又出现了液力藕合式变速器与大功率恒速电机配合，实现调速目的驱动方式，由液力藕合式变速器的转动效率比变频器高，故在一些场合得到应用。,离心式压缩机,离心式压缩机的驱动 离心式压缩机是高速旋转的工作机械，要求驱动机必须满足以下条件： 1、驱动功率足。 2、转速高。一般都在3000rpm以上。 3、结构系统简单，启动迅速方便，容易开停车。 4、运转平稳，振动小，防爆，安全可靠，能长周期运转。 5、调
14、节性能好，能适应离心压缩机的变转速调节。,常用的驱动机有： 1.电动机：结构简单，启动迅速方便。缺点：转速低，需要增速齿轮箱；转速调节困难；功率受限制。 2.气轮机：驱动功率大，转速调节方便，具有防爆、防火、防潮特性，安全性能好，效率高，对电网依赖性低，使用性能好。缺点：辅助设备（水泵、冷却塔）和管线多；不能在短时间内启动，开停车操作比较复杂。 3.燃气轮机：体积小，重量轻；结构简单，振动小；启动快，辅助系统少。缺点：零部件工作温度高，影响使用寿命；效率低。,图8-5 C304型气体压缩机（全级）,DA12062离心式压缩机纵剖面结构图 1吸气室；2叶轮；3扩压器； 4弯道；5回流器；6蜗室；
15、 7、8轴端密封；9隔板密封； 10轮盖密封；11平衡盘； 12推力盘；13联轴器；14卡环；15主轴；16机壳；17支持轴承；18止推轴承；19隔板；20回流器导向叶片,离心式压缩机主要由转子和静子组成。 转子是离心压缩机的主要部件，它是由15主轴及套在轴上的2叶轮，11平衡盘、12推力盘、13联轴器和14卡环组成。 静子部件包括：16机壳、3扩压器、4弯道、5回流器和6蜗室，另外还有19隔板、20回流器导向叶片、7和8轴端密封、9隔板密封、10轮盖密封、17支持轴承和18止推轴承。 其中由叶轮、扩压器、弯道和回流器组成一级，它是离心压缩机的基本单元。离心压缩机按中间冷却器分段。中间冷却器前
16、面的三级为第一段，后面的三级为第二段。机壳又称气缸，该气缸为水平剖分式，由上缸和下缸组成。,图中表示气体由1吸气室进入，通过2叶轮对气体作功，使气体的压力、速度、和温度提高。然后进入3扩压器使速度降低、压力提高。4弯道、5回流器主要起导向作用，使气流进入下一级继续压缩。由于逐级压缩使气体温度升高，造成再压缩多耗功。为了降低温度减少耗功，气体经三级压缩后由6蜗室排出，经中间冷却器降温后再重新引入第四级。经六级压缩后的高压气体由出气管输出。,典型的DA12062离心式压缩机结构。其中产品型号中的DA表示单吸入式离心压缩机，120表示吸入流量约120m3/min，6表示6级结构，2表示第二次设计。该
17、机器的主要设计参数是： 流量 125m3/min， 排气压力 6.23105Pa， 转速 13900rmin， 功率 660kW。,叶轮 它是离心压缩机的唯一做功部件。气体进入叶轮后，在叶片的推动下跟着叶轮旋转，由于叶轮对气流做功，增加了气流的能量，因此气体流出叶轮时的压力和速度均有所增加，离心式压缩机中气体压力的 70%来自于叶轮，其余在扩压器中产生。 根据叶轮叶片线型又可分为二元叶轮和三元叶轮。二元叶轮的叶片只有二维弯曲，是早期压缩机和窄叶轮的主要形式。三元叶轮的叶片空间扭曲，大大改善了气体在叶轮中的流动性能，使叶轮效率得到较大提高，但加工复杂，最早在大流量宽叶轮上采用，现已普遍采用。,叶
18、片,轮盘,叶轮盖,气 体 吸,气 体 吸,单轴压缩机上的2维叶轮,单轴压缩机上的3维叶轮,由于叶轮在入口处有轴向开口，因此在工作时，叶轮受到的气体对它轴向的压力不同，这样就产生了一个指向入口方向的静推力。对于工作压力很高的大型压缩机而言，这是一个很大的数值，压缩机的轴承难以承受，因此必须预以消除。低压大流量的压缩机可采用背靠背布置叶轮的方式来相互抵消叶轮产生的轴向力，但最常用的方式是在末级叶轮后设置一个平衡盘（鼓）的方式。,压头（能头）：叶轮对 1kg 质量气体做的功。 通常用 h表示,平衡盘（平衡鼓） 除了齿轮压缩机采用一体悬轴外，其它压缩机都使用平衡盘。平衡盘的一侧与出口端（高压端）相通，
19、另一侧与压缩机的入口端（低压端）相联通，这样便在平衡盘上产生了一个与叶轮推力相反的位力，从而抵消整个转子向入口端的推力。为了不使在压缩机在工况变动时来回窜动，设计时并不将轴向力完全平衡掉，这样可使转子始终压向一侧。,扩压器 气体从叶轮流出时速度仍很高，为了充分利用这部分速度能，在叶轮后要设置流通截面逐渐扩大的扩压器，气体在扩压器中减速，使气体的动能转变为压力能，扩压器又分有叶扩压器和无叶扩压器。有叶扩压器效率较高，但工况范围较窄，当实际工况偏离设计工况较大时，其效率下降很快，甚至首先在扩压器内产生喘振。无叶扩压器效率比有叶扩压器低，但工况范围较宽。 弯道 为把扩压器后的气流引导到下一级叶轮去进
20、行压缩，在扩压器后设置了使气流由离 心方向改变为向心方向的弯道。,回流器 为了使气流以一定方向均匀地进入到下一级叶轮进口需要设置回流器，在回流器中一般装有导叶。,隔板：将级与级之间的叶轮隔开。 蜗壳：主要作用是将由扩压器（或直接从叶轮）出来的气流汇集起来引出机器。此外，在蜗壳汇集气流的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着降速扩压的作用。,止推盘 与叶轮和平衡盘装配方式一样，止推盘或止 推环也通过过盈配合和键连接在轴上。转子 的推力通过止推盘或止推环传递到止推轴承 上，轴上止推盘的位置决定了叶轮在固定隔 板内的轴向位置。止推盘的位置取决于止推 盘内侧的一个小间隔环，它的最终长度
21、由压 缩机装配末端确定。,进气导叶 进气导叶位于叶轮第一级进气侧，用来减少了气 流的紊乱和引导气流的方向。梳齿密封则阻止压 缩气体再进入导叶/叶轮入口。对于多极压缩机， 固定导叶是直接引导气体进入叶轮入口的固定元 件。,轴 旋转部件安装在轴上。发动机或透平驱动机的能量通过轴进行传递。 在设计时必须考虑在压缩机的整个转速范围内，转轴运行达到最稳定。“临界”转速就是与转轴横向振动固有频率一致时的转速。必须预先知道转轴的临界转速，并将它设置为低于正常转速的下限值或高于正常转速的上限值，通常为安全界限的1520%。短转轴的1级、2级或3级压缩机的转速通常低于一临界转速；长转轴的4级或更多级压缩机的转速
22、通常处于一临界转速和二临界转速之间。,转子 将叶轮、平衡盘等部件红套在轴上，就构成了转子，转子是压缩机的关键部件。叶轮和转子上的所有部件都应用足够的过盈量，必须紧密地装在轴上，在运行过程中不允许有松动。转子装配时应进行严格的动平衡。由于制造误差和材料的不均匀，转子的质量中心往往不会在正中心，这一质量偏心在转子高速运转时产生离心惯性力，引起压缩机振动，因此需要通过动平衡来尽可能地消除质量偏心。转子动平衡一般在动平衡机上进行，通过转子一定的速度运转，发现不平衡的总量和相位，从而通过加重或去重，使转子不平衡量尽可能地减小。,转子的质量偏心在实际中不可能 100%以消除，质量偏心在转子运转时产生不平衡
23、惯性力，成为周期性干扰力而使转子产生受迫振动，受迫振动的频率等于转子的转速频率。如果转子的转速与转子固有频率相等或相近，则转子就会发生共振而出现剧烈振动现象，也就是临界转速现象，发生共振的转速称为转子的临界转速。压缩机的工作转速应当避开临界转速。转子的临界转速往往不止一个，它与转子的自由度数目有关。只有一个叶轮的转子具有一个自由度，它有一个临界转速。有二个叶轮的转子就有二个自由度，它有二个临界转速。我们称临界转速中数量最小的一个为一阶临界转速，比它大的 为二阶、三阶临界转速等。工程上有实际意义的主要是前几阶临界转速。,刚性轴:工作转速小于一阶临界转速的轴。 挠性轴:工作转速大于一阶临界转速的轴
24、。 增大轴的弹性系数（刚度系数）或降低叶轮的质量，则系统的固有频率升高。,轴承 离心式压缩机工作转速较高，一般采用液压轴承，亦称滑动轴承，它用以支承转子和承受转子的轴向推力。由于离心式压缩机的转子轻，转速较高，在工作时容易产生一种称为“油膜振动”的涡动现象，因此离心式压缩机大都采用分块式轴承，这种轴承的工作面由若干块可以倾斜的瓦块组成，称作“可倾瓦轴承”，瓦块表面镀有巴氏合金，某些轴承还将测量轴瓦温度的热电阻埋入瓦块中。分块式推力轴承也称为“金斯伯雷轴承”或“金氏轴承”。为方便拆装，径向和推力轴承常做成两半对剖式。,滑动轴承的工作原理：依靠轴颈或止推盘本身的旋转，把润滑油带入轴颈或止推盘与轴瓦
25、之间，形成楔状油膜，受到负荷的挤压建立起油膜压力将轴浮起，使得在正常工作时轴颈可推力盘与轴承瓦不接触。以颈向轴承为例，油膜滑动轴承的理论模型如图,止推轴承 止推轴承是用来防止转轴的轴向运动，从而保持压缩机内转子的轴向位置。多数用于离心式压缩机上的止推轴承是双作用、斜衬垫类型。标准的德莱塞兰的推力轴承是米歇尔型或哈斯伯雷型可倾瓦轴承。在机器非正常运行时可两面动作提供可能的反向推力。在多数高压场合，采用平衡盘和密封来补偿叶轮的串动量，这提供了更多的安全运行。止推轴承提供了一个过补偿，把正常的推力负荷从轴承外侧转移到它的内侧。,联轴器： 联轴器将压缩机轴与驱动设备联结起来，向压缩机传递扭矩。压缩机与
26、驱动设备安装过程中轴线不可能保证百分这百的对中，所以联轴器要有吸收不对中量的能力。离心式压缩机常用的联轴器有齿式联轴器和干式弹性联轴器，齿式联轴器对轴向位移适应性好，对径向和角偏差适应性不好，并且需要润滑。干式弹性联轴器由两组弹簧片作为变形元件，它对各种变形都有一定适应性，不需要润滑，因此目前广泛采用。,振动及位移探头：现代压缩机都装有振动和轴位移探头，用以监测压缩机的运行状态。振动探头一般为 X 和 Y 方向两个一组。轴位移探头装在轴端，如果轴位移超过报警值，说明推力轴承被磨损。,水平剖分式拆装方便，隔板可直接安装在外壳内，但由于存在巨大的密封面，不适宜用在工作压力较高的情况，一般工作压力低
27、于 3.5MPa。垂直剖分在外壳的一侧开有密封盖，其密封面较小，有利于工作在较高的压力下，但维修不如水平剖分式方便，必须将内部构件从外壳中抽出来。 不同用途的离心压缩机的出入口连接管线位置也不同，化工流程用压缩机所压缩的气体往往含有极少量的液态重组分，因此管线接口方向向下有利于排除液体。输气用压缩机的接口一般在压缩机的两侧。,轴封 轴封的主要作用是隔离来自大气和轴承座的气体。对于高速轴封有六种类型： 1）迷宫密封 2）浮环密封 3）TBS型液体密封 4）机械表面密封 5）干气密封 6）碳环密封 备注：所有密封中没有一种类型是完美的密封方式。这就意味着，允许一定数量的密封气体或液体泄漏以避免机械
28、接触，或对机械密封接触面的进行润滑和冷却。,迷宫密封 迷宫式密封最常应用于出入口之间的密封。其工作原地理是气流从窄缝突然进入流通面积较大的流道后，会形成涡流，使气流的能量被消耗，形成压力损失，如此反复，气流通过迷宫密封的压力降很大，因此泄漏量大大减少。由于气体流经的通路径像走迷宫，因此这种形式的密封称为“迷宫密封”，又由于其形状像梳子齿，所以也叫“梳齿密封”。迷宫迷封形式简单，造价低廉，但从原理可知，它存在一定的泄漏，因此一般作为压缩机内部的级间密封。当迷宫密封与轴的间隙增大时，泄漏量增加，需要更换。迷宫密封属于易损件，一般采用铝合金制造，做成两半式，便于拆装。,原理：当气流通过齿顶间隙时，加
29、速降压为一膨胀 过程；气流进入齿间的空腔时，因面积突然扩大形 成很强的旋涡，从而使动能几乎完全消失，转化为 热能，温度可恢复到齿前的温度，而压力能未得恢 复。这样，每通过一齿一腔相当于一级节流。逐级 节流使压力降低、比容增大、流速增大，于是最后 的压力趋近于背压，而温度却保持不变。 梳齿密封的特点是依靠少量的漏气来平衡密封前后 的压力差。,干气密封简介 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，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
30、压设备的轴封。干气密封主要用于离心式压缩机、轴流式压缩机、齿轮传动压缩机和透平膨胀机等高速旋转设备的无接触轴封。由它来密封旋转机器中的气体或液体介质。与其它密封相比，干气密封具有泄露量少，磨损小，寿命长，能耗低，操作简单可靠，维修量低，被密封的流体不受油污染等特点。因此，在压缩机应用领域，干气密封正逐渐替代浮环密封、迷宫密封和油润滑机械密封，成为压缩机正常运转和操作可靠的重要元件。,干气密封的特点 1、低能量消耗 在动态状态中，低能量消耗仅仅是由端面内气体膜的粘性剪切和密封钢管的圆柱形腔体内的搅动所产生的涡损。功率消耗仅为接触式机械密封的5%左右；能耗低1KW； 2、无磨损 干气密封为非接触密
31、封（端面分离的间隙大约为3-5um），端面间充满了洁净的气体，使密封端面间形成了一个稳定的气膜，保持了一定的间隙。因此，不存在端面的磨损，精度高，寿命长； 3、 不需要密封油系统 该干气密封不需要复杂的油密封系统，因为它需求任何气体的支持，系统运行简单，仅用相当小投资就可购得和安装；,4、无油污染 因为该干气密封在运行时不需要油来润滑与冷却，因此消除工艺流程中的气体被油污染； 5、密封辅助系统简单、可靠，使用中维护量小。,干气体密封盒内部零部件图,1.配合环 2.主环 3.弹簧 4.挡盘 5.轴衬套 6. 腔室壳体 7.内侧迷宫封严 8.外侧迷宫封严 9.螺母 10.内传动销钉 11.保持架,
32、注意主环是静止的石墨封严，配合环是螺旋槽图案的碳化钨封严。 配合环是封严件的旋转元件，通常用碳化钨制造。表面蚀刻螺旋槽图案，螺旋槽图案从外圆周开始，扩展到位于表面部分距离的内圆周。这就使得配合环和主环之间的环形面积在静止时全部接触。螺旋槽的深度大约100 到400 微英寸。在工作过程中，螺旋槽会引起压力升高导致表面产生小的分离。 主环是封严件的静止元件，由软的石墨制造。在轴没有旋转的情况下这个组件靠在配合环上，形成静态封严，使压气机内工质空气封严。 弹簧在当轴静止时提供静态的密封力。弹簧定位在保持架内，当轴不转动时推压挡盘使主环靠在配合环上。 挡盘位于弹簧和主环之间。因为主环由软的石墨制造，这
33、个零件可以防止弹簧穿透主环。,轴衬套由位于轴里的销钉驱动。轴衬套驱动配合环 腔室壳体是密封件最外面的部分，它在压气机壳体内定位封严件。壳体内安装干空气封严组件。 内侧迷宫封严使不干净的工质气体不会进入干气体封严件 外侧迷宫封严防止临近轴承的滑油进入干气体封严件。 螺母将干气体封严轴衬套固定住。它使用锁片垫圈强制保险。采用垫片使干气体密封件正确定位，使它和转子的中心位置同心。 内驱动销钉与配合环背面的孔相啮合，以保证配合环在转动时不滑。 保持架固定主环、挡盘和弹簧。它还包含防止主环转动的销钉。,干气密封组件安装位置图,干气密封的工作原理,干气密封动环端面开有气体槽，气体槽深度仅有几微米，端面间必
34、须有洁净的气体，以保证在两个端面之间形成一个稳定的气膜，使密封端面完全分离。气膜厚度一般为几微米，这个稳定的气膜可以使密封端面间保持一定的密封间隙,间隙太大，密封效果差,而间隙太小会使密封面发生接触，产生的摩擦热能使密封面烧坏而失效。气体介质通过密封间隙时靠节流和阻塞的作用而被减压,从而实现气体介质的密封。几微米的密封间隙会使气体的泄漏率保持最小，动环密封面分为外区域和内区域，气体进入密封间隙的外区域有空气动压槽，这些槽压缩进来的气体。,密封间隙内的压力增加将形成一个不被破坏的稳定气膜.稳定的气膜是由密封墙的节流效应和所开动压槽的泵效应得到的.密封面的内区域是平面，靠它的节流效应限制了泄漏量。
35、干气密封的弹簧力很小，主要目的是为了当密封不受压时确保密封面的闭合。,密封坝,动压槽,旋转方向,动环,干气密封的动静环,静止状态下的密封,运动状态下的密封,CDP-416,Dresser-rand CDP-416 离心式压缩机密封气系统,Dresser-rand CDP-416离心式压缩机轴封主要采用干气密封，但不单纯是干气密封，它结合迷宫密封以达到更好的密封效果。压缩机转子和定子之间主要是利用迷宫密封。密封介质主要是天然气，辅助密封气为氮气。机组正常运行时压缩机出口天然气压力满足密封件，所以用出口高压天然气作为密封气，但在机组启停阶段机组出口天然气达不到密封条件，故需用辅助密封气进行密封，辅
36、助密封气压力一般要高于5.5MPa,两个浮子流量计分别显示进驱动端和非驱动端的密封气的流量，总设计流量102Nm3/小时，最大不超过150 Nm3/小时。差压控制器PDIC605主要调节和控制密封气流量，仪表气通过它输出控制气来控制调压阀PCV605，调压后，使孔板FO605两端的差压接近69KPa，进而得到需要的密封气流量。密封气分一次放空和二次放空。一次放空主要是天然气或氮气；二次放空包含空气、天然气，故出口需加阻火器。放空流量一般为2.54Nm3/小时，最大不超过4.75 Nm3/小时。隔离空气用于隔离密封气和润滑油，压力高于276KPa。通过差压控制阀PDCV630，使隔离气压力始终比
37、二次放空压力高20.7KPa。,主、辅密封气的工作流程,无论是主密封气亦或辅助密封气在分别经过各自管路上的单向阀后汇集到同一条管路上，其以后的过滤、调压流程均相同，在主、辅密封气供应管线上均装有单向阀，以防止相互窜气。密封氮气供气压力由变送器408（PIT-650 ）进行监视，当压力低于4300KPa（623.5psig）时发出密封气供应压力低报警。 密封气经过滤器923（FL-600）流到差压调节阀919（PCV-605），调节阀由差压指示控制器918（PDIC-605）控制，保持孔板966（FO-605）前后的密封气压差为69KPaD（10psiD）。设计密封气流量为102Nm3/hr（6
38、0cfm），最大密封气流量为150Nm3/hr（88cfm）。,从L1口泄漏到U2口的密封气，通过安装在接口D3和E3的初级放空管排出，由孔板925（FE-611）和926（FE-621）进行计量，正常流量为2.54Nm3/hr（1.5cfm）/保证流量（最大允许流量）为4.75Nm3/hr（2.8cfm）。每条放空线上都安装一个爆破片，在压力达到14521KPa （213psig）时爆破，以防止压力过高，并防止放空气流从U2口回流到L1口。初级放空管气体压力由压力开关912（PSH-613）、913（PSH-623）、915（PSHH-613）和916（PSHH-623）监测，当背压增加到8
39、9.6KPaG（13psig）时报警，增加到103.4KPaG（15psig）时停机。,隔离空气的工作流程,当压缩机润滑油系统开始工作时，电磁阀403（SV-630）打开，隔离气进入迷宫密封。隔离气被过滤器924（FL-623）过滤到1m以下。差压控制阀950（PDCV-630）控制隔离气注入压力比二次放空口密封口V2排出的次级密封气的压力高20.7KPaD（3psig）。隔离气注入气压由差压开关908（PDSL-631）测量，当压力下降到6.9KPaD（1.0psig）时报警。差压在仪表903（PDI-631）上进行显示。从口U2泄到口V2的密封气及从口F3泄到口V2的隔离气，通过接到口F3
40、的次级放空管线进行放空。放空管线最大背压也必须限制在34.5KPaG（5psig）以下。次级放空管上安装有一台可燃气体探测器400（AE-640/AT-640），当可燃气体/空气混合浓度达到70%LEL（爆炸下限）以上进行报警。,离心压缩机组操作,润滑油系统： 交流泵采用 1 用 1 备方式，当主泵失效时，备 用泵自行起动，可使机组继续运行。过滤器也采 用 1 用 1 备方式，在过滤器的前后有差压指示， 当差压超过一定值（各厂家不同，通常1bar） 时，表明过滤器已堵塞，需切换至备用过滤器。 过滤器切换一般采用手动切换。经过过滤的润滑 油经冷却器冷却后进入机组各润滑点。在各润滑 点的回油管线上
41、通常装有视镜，以观查回油的流 量。,F=9/5t+32,应急供油的方式有两种： 第一种是采用高位油箱，即当交流泵失效时（如交流电源 故障），高位油箱的油利用其位置高差（约 5m 左右）形 成的压力，为机组停机后惰走阶段提供应急润滑。高位油 箱的容量需要满足机组在完全停住前的供油量，一般为 1m3左右。 第二种应急供油采用直流泵方式，直流泵由UPS直接供电，供电时间需满足机机完全停住前的供油。应急高位油箱方 式流程简单，供油可靠，缺点是供油压力低。直流泵方式 油压较高，设备布置简洁，缺点是在某些特定事故时存在 无法供油的风险。,压缩机组防喘振系统,喘振现象：由于离心式压缩机的入口流量不断减小 ，
42、使得当上述的旋转脱离非常严重时，气体的分离 涡流充满整个叶轮或扩压器流道，这时，压缩机 的输出压力突然降低。但此时工作的压缩机是与管 道系统相联的，管道内的气体压力并不会突然变化 ，因此管道内的气体会从压缩机的出口倒向流入压 缩机内。这样压缩机内气体增多，冲击损失得到改 善，压缩机输出压力恢复正常，重新向管道内输气。 但是压缩机入口流量过小的状况并没有根本改变， 气体输向管道后输出压力又发生了突然降低，气管 道气体再次倒向流入压缩机，如此反复，压缩机的 流量大幅波动，并随气流发生大幅振动。当这样现 较轻时，气流倒回压缩机以及随后的输回管道过程 听起来象人的粗重喘气声，故称这种现象为喘振。,级中
43、的能量损失,级中的能量损失可大体分为流动损失，轮阻损失，和漏气损失。为了提高级效率，应尽量减少能量损失。为此需要了解产生损失的机理和减少损失的方法。 流动损失 由于级内流动的复杂性，有关流动损失的一些因素至今研究的还不充分，亦缺少有效的计算方法。为便于分析和寻找减少损失的途径，可将流动损失大致分为摩阻损失、分离损失、冲击损失、二次流损失和尾迹损失，以及超音速气流产生的微波损失等。事实上这些损失很难截然分开，它们不是孤立的，而是互相影响的。,旋转脱离 在叶片流道进口处，当气流角与叶片角不一致时， 气流对叶片产生冲击作用，并在叶片的非工作面 或非工作面引起分离，因此冲击损失是分离损失 的一种特殊形
44、式。当流量小于设计流量时，冲角i0，在叶片非工作面上出现分离，形成旋涡区， 并向叶轮出口处逐渐扩大。当级的流量减小到某 一值时，叶轮或叶片扩压器进口处的气流方向就 会和叶片进口角很不一致，冲角大大增加，引起 叶道中气流边界层严重分离。由于各叶片的型线 加工和安装情况不一定全相同，加上气流的不均 匀性，叶道中气流的分离不可能在所有叶片上同 时发生，而总是在其某一个或几个叶片上先发生。,例如在叶道 B 上先发生了气流分离现象，它将减 小该叶道的有效通流面积，使原要流过 B 叶道的 气流中，有部分流向邻叶道 A 和 C，并改变其气 流方向。C 叶道的冲角将有所减小，而 A 叶道冲 角增大，使 A 叶
45、道的气流分离。它反过来又导致 B 叶道冲角减小，而消除了其分离现象，使分离 由B 叶道转移到 A 叶道。依引类推，分离区沿叶 轮旋转的反方向，以比叶轮旋转速度小的相对速 度旋转。这种现象即称为旋转脱离。,阻塞 当压缩机的流量大大高于设计流量时，冲角 i0， 在叶片的工作面上出现分离，形成旋涡区，但工 作面上的涡流受到主气流的压抑，不会扩展到整 个槽道，但会使气体流动损失增加，压缩机效率 降低。如果气流的分离使得叶轮或叶片扩压器出 口的有效流通面积较多地减小，严重时可以出现 进口流通面积大于出口面积的情况,压缩机叶轮或 扩压器内的扩压流动性质可能变为收敛流动性质， 此时增加压缩机的转速，流量不会
46、再增加。另外， 如果当气流速度增加达到声速，这时再提高叶轮 的转速所增加的功都被气流损失所消耗，流量也 会达到最大值，这种即使提高压缩机转速也无法 使流量提高的现象称为阻塞。,避免压缩机发生喘振现象的原因： 1.压缩机运行在不稳定的工况区域。 2.防喘阀或防喘阀的放气阀卡住或关闭。 3.进口流量太低。 4.压缩机进口流量太低。 喘振发生时有可能损坏机组，主要表现以下方面： 1.径向振动增加，转子运行不稳定，破坏径向轴承。 2.压缩机转子作用力方向的突然改变，能引起止推 轴承的损坏。 3.喘振冲击引起压缩机内部密封条摩擦损伤。 4.联轴器损坏。 5.激起管线振动和基础振动。 6.机组固定点承受过
47、载，机组对中变差。,压缩机的防喘控制系统由以下部分组成： 压缩机进出口侧的压力传送器和温度检测器、入口 管线上的流量传送器、防喘控制器和带有附件的防 喘阀。 作用：压缩机喘振检测和预防。 核心部件：防喘控制器和防喘阀。 防喘控制器：喘振检测器是防喘控制器一个重要部 件，用于测量跨在压缩机进口限流孔两端的压差来 计算经过压缩机的流量的降低速率，并与设定值进 行比较。如果最大值超过某一设定值（典型值未25 %），则记录一次脉动，防喘阀打开15%。增加流 量进压缩机，这就防止了喘振的进一步加剧，如果 10秒钟内出现5次脉动，机组就停机。在只出现单 个脉冲或10秒中内小于5次脉动时，控制器会比较,缓慢
48、关闭防喘阀，从全开到全关需要约1分钟；打开 时需数百毫秒。 当压缩机运行点降到喘振保护边缘以下时，控制系 统打开循环阀；当运行点回到喘振保护边缘以上时 ，控制系统关闭循环阀。当压缩机入口流量急速变 化时，就预示着压缩机将要发生喘振工况。 防喘控制器的输入信号： 1.流量计两端的不同压力下的流量脉冲。 2.压缩机进气和排气压力及温度。 3.防喘阀开度的阀位反馈。 防喘控制器的输出是： 1.防喘阀电磁铁启动的开关量信号。 2.控制防喘阀的模拟指令。,防喘阀 作用：通过使压缩机出口天然气回流到入口，增大 压缩机流量来保持最小的压缩机喘振裕度；保持压 缩机进口压力；限制压缩机最大出口压力。 功能：喘振
49、裕度控制和过程控制。 喘振裕度控制：压缩机的喘振裕度和防喘阀的喘振 裕度设定值进行比较，如果喘振裕度大于设定值，则防喘阀就关闭；如果喘振裕度小于设定值，防喘阀就打开。这个作用用于单机控制。 过程控制：如果压缩机进口压力降低，小于它的设定值与偏差值之差，或者压缩机进口压力大于它的 设定值与偏差值之和，则防喘阀打开以增加进口压力或减少出口压力。,在正常情况下，防喘阀受喘振裕度控制回路的控制 。然而如果过程控制要求打开超过了喘振裕度控制 ，则过程控制忧于喘振裕度控制。,离心式压缩机启停机操作 离心式压缩机组在安装完第一次启动运行前应通过 一系列检查或试验，确认机组处于可以启动运行的 状态。 启机前检
50、查或试验包括 ： 1.检查机组气路、水路、油路安装、清洗符合要求。 2.对初次开车应确认管路经过吹扫，管路内无焊屑 等施工废弃物。 3.压缩机入口管路应加装临时锥形滤网，待运行一 段时间后再取出。 4.检查管路支承，不允许由于管路的膨胀收缩、振 动和重量影响到压缩机气缸本体。 5.经手动盘车确认机组转子能否顺利转动。,6.检查确认油路系统清洗合格，油箱的油量适中， 油经取样化验合格。 7.蓄能器压力正常，主油泵、辅助油泵工作正常， 高位油箱油路流程正确。 8.检查确认仪表风系统工作正常，仪表阀门灵活准 确。 9.自控保护系统经过检验确认动作灵敏 。 10. UPS 电源系统投入使用。 机组启动 现在的压缩机组启动都由 PLC 系统按开机逻辑自动 完成，无须人员干预。当启动过程中预到不正常情 况时，自控系统会给出报警信息或中止机组启动这 时需要操作员来排除故障，重新启动过程。,
