在大流量的用氣場合，沒有例外幾乎都是離心機或軸流壓縮機的天下。特別是石油化工行業中，離心機是關鍵設備之一。

•離心式壓縮機普遍適用于：流量/壓力100~2000m³/min、0.07~70MPa；

•軸流式壓縮機普遍適用于：流量/壓力1000~20000m³/min、0.3~0.7MPa。

（由于軸流壓縮機過于大型，我們一般很少接觸得到，故簡單帶過）

離心式和軸流式壓縮機都屬于速度式（也稱動力式）壓縮機的范疇，原理都是通過氣體加速繼而轉化為壓力能，而對氣體加速做功的都是旋轉的葉輪（葉片），故也常被稱為透平壓縮機。

 

 

一張軸流壓縮機的老照片

離心式和軸流式壓縮機的區別：

壓縮過程中氣體的大致流向。

從其名字就能直觀了解：離心式為徑向（離開軸心的方向），軸流式是軸向（沿著軸向流動）。基于此差別，這兩種壓縮機自然就有結構上的不同。

至于經常聽到的什么離心或者軸流的風機、鼓風機的稱呼，只是因為排氣壓力的不同，結構有所不同，但原理是一致的。

此部分參見：空壓機100課之005：速度型（離心、軸流...）壓縮機工作原理與結構形式

 

 

離 心 壓 縮 機

在早期，離心式壓縮機主要用來壓縮空氣，并且只適用于中低壓和大氣量場合。但隨著新技術、新工藝及新結構的應用，壓力方面目前已應用到高壓領域，流量方面不斷有向更大和更小流量發展的趨勢，如國內某大廠早已推出的40m³產品。

 

問

▍離心式壓縮機的基本結構

答

“離心”這種結構是個多面手，比如離心泵、離心通風機、離心鼓風機等等，這些結構的相似點在于都有一個葉輪（葉片）和一個蝸殼。

離心壓縮機用在其它氣體壓縮，如合成氣、裂解氣、二氧化碳等，有些氣體壓縮機在結構上會有所不同，這里不多探討。

離心壓縮機按結構和傳動方式的不同，分為三種結構：水平剖分型、垂直剖分型（又稱筒型）和等溫型，前兩者指的是結構上氣缸剖分方式，后者的主要區別是采用了級間冷卻，大多為多軸結構。

•水平剖分型的氣缸被剖分為上、下兩部分，用螺栓緊固，拆卸方便。一般用于中低壓力的空氣壓縮機，不適用高壓和含氧多且分子量小的氣體。大多數單級離心空壓機都是這種結構。

 

水平剖分型的基本結構：

 

 

•垂直剖分型（筒型），筒型氣缸內裝入垂直剖分的隔板，兩側端蓋用螺栓緊固。氣缸為筒型抗內壓能力強，對溫度和壓力引起的形變也比較均勻。

此種壓縮機缸體強度高、密封性好、剛性好，但是拆裝困難，檢修不便。適用于高壓或要求密封性好的場合。

垂直剖分型的基本結構：

 

 

 

 

•等溫型壓縮機，為了能在較小的動力下對氣體進行高效的壓縮，將各級葉輪壓縮后的氣體通過級間冷卻器冷卻后再導入下一級，盡量趨同于等溫壓縮狀態而得名。

這種類型的壓縮機通常設計成多軸，即一個大齒輪帶動數個小齒輪軸，以獲得高轉速。這種壓縮機適于壓縮中、低壓力的空氣、惰性氣體等。也就是我們空壓機行業常見的離心空壓機結構。

多軸等溫型的基本結構：

 

問

▍離心壓縮機的工作原理

答

離心壓縮機的基本工作原理：

氣體由吸氣室吸入，通過葉輪對氣體做功后，使氣體的壓力、速度得到提高，然后再進入擴壓器，將氣體的動能轉變為靜壓能。

當一級葉輪對氣體做功、擴壓后不能達到輸送要求時，就必須再進入下一級繼續壓縮。為此，多級壓縮機設置了彎道、回流器等，使氣體由離心方向變為向心方向，均勻的進入下一級葉輪入口，最后在末級由蝸殼匯集后輸出。

想象力不夠動圖來湊：

 

 

問

▍離心式壓縮機的主要構件？

答

在離心壓縮機中，習慣上將葉輪和主軸的組件統稱為轉子。主軸上還裝有平衡盤、推力盤、軸套、聯軸器等。

而定子就是機殼了，包括入口導流器、吸氣室、級間隔板（擴壓器、彎道、回流器）、排氣室（蝸殼）、軸封、級間密封等，也稱為固定元件。

 

 

•在結構上,葉輪典型的有三種型式：

⑴閉式葉輪：由輪盤、輪蓋、葉片三部分組成。

⑵半開式式葉輪：無輪蓋、只有輪盤、葉片。

⑶雙面進氣式葉輪：兩套輪蓋、兩套葉片，共用一個輪盤。

 

安裝在主軸上的葉輪：

 

 

•葉輪的結構以葉片的彎曲形式來分：

⑴前彎式葉輪：葉片彎曲方向與葉輪的旋轉方向相同。葉片出口角＞90°。

⑵后彎式葉輪：葉片彎曲方向與葉輪的旋轉方向相反，葉片出口角＜90°。

⑶徑向式葉輪：葉片出口方向與葉輪的半徑方向一致，葉片出口角＝90°

后彎式葉輪

 

多軸等溫型離心壓縮機爆炸圖：

 

•在空分裝置中采用的離心壓縮機由于轉速高，一般采用電動機通過齒輪增速箱來拖動。

 

對于齒輪的材質要求相當高，一般采用優質合金鋼，并經滲碳處理，以提高硬度，同時要求提高加工精度。在出廠前，并經嚴格的靜、動平衡實驗。

增速齒輪：

小齒輪軸和葉輪：

 

其它輔助設備有進氣導葉、冷卻器、密封組件等等，這里略過。

問

▍離心壓縮機的優缺點？

答

當前，在生產中除了流量較小（＜100m³/min）和超高壓的氣體輸送外，大多數傾向采用離心式壓縮機。

 

 

與其它壓縮機相比，

離心機具有以下優點：

①生產能力大，供氣量均勻；

②相較活塞機結構簡單、緊湊，占地面積小，土建投資少；

③易損件少，便于檢修，運轉可靠。尤其是連續運轉周期長，操作和維護的工作量較少；

④轉子與定子之間，除軸承和軸端密封之外，沒有接觸摩擦；

⑤氣缸內無需潤滑（無油）適用廣。

 

離心機的主要缺點：

①只在設計工況下工作時才有較高效率，離開設計工況點效率就會下降，變工況能力差；

②單級壓比低，不容易在高壓比的同時得到小流量，這主要是因為流量小，氣流通道變窄，因此制造加工困難，壓縮空氣流動損失大，效率很低；

③操作的適應性比較差，氣體的性質對操作性能有較大影響。

 

問

▍離心式壓縮機的幾個關鍵知識點？

答

喘振

所謂喘振是指當離心式壓縮機的入口流量低于一特定值時壓縮機的能量頭不足以克服背壓而在氣道內形成的一種周期性往復振蕩現象。

當流量減小到某一值（稱為最小流量）時，就不能穩定工作，它將使壓縮機產生強烈的振動和噪聲，嚴重時會損壞葉片甚至整個機組。

這一流量極限稱為喘振流量，壓縮機性能曲線的左端只能到此，不能再減小了。離心機的喘振是一個很復雜的物理現象，它既與氣流邊界層有關，又與壓縮機所在的管網系統有關。

 

•目前防“喘振”的常用方法：

為了防止當壓縮機工況發生變化時發生喘振現象，機組采取反喘振措施之一。即從壓縮機出口旁通—部分氣流直接進入壓縮機的吸入口，加大它的吸入量，從而避免喘振現象的發生。

（簡單理解為“旁通”）

之二在離心式壓縮機上采用獨立的反喘振系統。系統根據出入口壓力、溫度計算出當前工況下的入口流量并與系統中的當前工況喘振流量進行比較，從而控制反喘振控制閥的開度。

（簡單理解為“躲避”）

堵塞

在轉速不變時，當級中流量加大到某個最大值時，壓力比和效率會垂直下降，就會出現堵塞現象，所以，壓縮機性能曲線的右端只能到此。

這可能出現兩種情況：

第一，流量加大，摩擦力及沖擊損失都很大，葉輪對氣體做的功全部用來克服流動損失，級中的氣體壓力不能得到提高。

(類似于戰斗機高速飛行時的“音障”，即氣體流速接近音速時會遇到極大的障礙)

第二，在壓縮機內部流道中某個截面出現“失速”，氣流達到了音速，不可能再加速，流量不可能再增加。

（此類似于戰斗機突破“音障”）。

 

臨界轉速

轉軸的轉速達到某一數值時，軸所受的外力頻率與軸的自振頻率一致，將發生共振。

此時軸的運轉便不穩定而發生顯著的反復變形。嚴重時將使軸、軸承、零件甚至于整個機械設備遭到破壞，軸共振時的轉速稱為臨界轉速。

臨界轉速與轉軸材料的彈性特性，軸的形狀、尺寸、支承形式以及軸上圓盤動件質量有密切的關系。離心壓縮機的軸為撓性軸，工作在高于臨界轉速上。

離心壓縮機決不允許在臨界轉速上運行，在壓縮機的轉速控制系統中，臨界轉速的±5%區域均不允許停留。

 

密封

離心式壓縮機的密封是指將壓縮機的壓縮介質與外部環境相隔離，防止機內介質向機體外泄漏的一種裝置。

由于離心式壓縮機用于多種氣體，且轉速高/動能大，密封條件復雜，所以密封方式尤其重要。

常用的密封方式有：浮環密封、迷宮密封、阻塞密封、油潤滑機械密封以及干氣密封等。其中，干氣密封在壓縮機領域的應用越來越普及。

 

 

問

▍離心式壓縮機運行特點？

答

 

 

 

離心壓縮機的運行特點：

①在一定轉速下，壓縮機的壓力比同流量成反比；

②在一定轉速下，當流量為設計流量時，壓縮機的效率最高，當流量大于和小于此值時，效率都將下降，此設計流量即為設計工況點。

③壓縮機運行受到喘振工況和堵塞工況的限制，在這兩者之間稱為離心壓縮機的穩定工況區。

*衡量一個離心壓縮機性能優劣的重要指標之一，不僅要求在設計流量下有最高的效率和較高的壓力比，還要有較寬的穩定工況范圍。

④壓縮機的級數越多，則氣體密度變化的影響越大，壓縮機的性能曲線越陡，穩定工況區越窄。