离心压缩机简图及基本工作原理

1 离心压缩机基本工作原理

在大中型低压流程空分设备中，一般都采用了离心压缩机来压缩原料气体——空气和压缩产品气体——氧气等，空气压缩机的压力比一般为6~8；氧气压缩机的压力比为6～30或更高。

首先对DA350-61型离心压缩机进行介绍：DA350-61型离心空气压缩机的设计流量为370m3/min，出口压力为720kPa（7.35kgf/cm2），由2500kW电动机驱动，通过增速齿轮增速到8600r/min。整个压缩机由一个带有六个叶轮的转子及与其相配合的固定元件组成。为了节省压缩机的损耗和不使气体温度过高，整个压缩机被分为三段，每段由两个叶轮及与其相配合的固定元件组成，空气经过第一段压缩后，由蜗壳把空气从压缩机中引出，引向中间冷却器进行冷却，冷却以后，再由吸气室进入第二段。与第一段相同，继续进行增压和压缩后的中间冷却。然后空气再通到第三段进行最后的增压，空气压力升高到所需要的压缩机出口压力，即Pc=720kPa。

在压缩机的每个段里，常常是由几个或一个压缩机级组成的。这种“压缩机级”简称为“级”，由一个叶轮及与其相配合的固定元件所构成。这些固定元件一般由吸气室、扩压器、弯道回流器及蜗壳等组成。因此，对于任何复杂结构型式的离心压缩机都可以认为是由级所组成的。下面介绍级中的叶轮及与其相配合的固定元件的作用与原理。

1）吸气室

吸气室是用于把所需压缩的气体，由进气管道或中间冷却器的出口，均匀地引入叶轮去进行增压。因此，在每段压缩机的第一级进口都设置了吸气室。

2）叶轮

叶轮也称为工作轮，它是压缩机中的一个最重要的部件。气体在叶轮叶片的作用下跟着叶轮做高速的旋转。而气体由于受旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力得到了提高。此外，气体的速度能也同样是在叶轮里得到提高的。

3）扩压器

气体从叶轮流出时，它具有较高的流动速度，为了充分利用这部分速度能，常常在叶轮之后设置通流截面逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体的压力。

4）弯道与回流器

为了把扩压器后的气体引导到下一级叶轮继续提高压力，在扩压器后面常设置使气流拐弯的弯道及将气体引入下一级叶轮进口的回流器。

5）蜗壳

蜗壳的主要作用是把扩压后或叶轮后面的气体汇集起来，并把气体引到压缩机外部，使它流向气体输送管道或流到冷却器进行冷却。此外，在汇集气体的过程中，在大多数情况下，由于蜗壳外径的逐渐增大和通流截面的渐渐扩大，也对气流起到一定的降速扩压作用。

在离心压缩机中，除了级的组成部分外，为了减少压缩机外部和内部的漏气，在压缩机的机壳两端设置了前轴封和后轴封。在主轴和叶轮轮盖进口端设置了轴封和密封。此外，为了减少叶轮作用到推力轴承上的轴向推力，通常还设置有平衡盘。

2 压缩机级的典型结构型式

任何复杂结构型式的离心压缩机都是由级组成的。对于离心压缩机级来说，即使级的形式很多，但从基本结构上来看，通常分为中间级和末级两种。

图1所示为中间级的形式，它由叶轮1、扩压器2、弯道3和回流器4等组成。气体经过中间级后，将直接流到下一级继续进行增压。在离心压缩机的每一个段里，除了段中的最后一级外，都属于这种中间级。图2所示为末级的形式，它由叶轮1、扩压器2、蜗壳3等组成，气体经过这一级增压后，将排出机外，流入冷却器进行冷却或送往使用单位。

图1 离心压缩机的中间级

1—叶轮；2—扩压器；3—弯道；4—回流器；5—蜗壳

对于这两种级的结构型式来说，叶轮1是这两种级所共同具有的，只是在固定元件上有所不同。对于末级来说，它是以蜗壳 3（图2）取代中间级的弯道3和回流器4（图1），有时还取代了级中的扩压器2（图1）。

在离心压缩机级的设计中，应首先解决这两种典型级的设计问题。

图2 离心压缩机的末级

1—叶轮；2—扩压器；3—蜗壳