一文掌握！化工用離心式壓縮機，從結構特點到大中小修

一、化工離心式壓縮機的基本組成與分類

從外觀上看一臺壓縮機，首先看到的是機殼，它又稱氣缸，通常是用鑄鐵或鑄鋼澆鑄而成。一臺高壓離心式壓縮機通常有兩個或兩個以上氣缸，按其氣體壓強高低分別稱為低壓缸、中壓缸和高壓缸。

 

壓縮機本體結構可以分為兩大部分：轉動部分，它由主軸9、葉輪6（本壓縮機共有8葉輪）、平衡盤8、推力盤11以及半聯(lián)軸器等零部件組成，稱為轉子。固定部分，是由氣缸5、隔板7（每個葉輪前后都配有隔板）、徑向軸承12、推力軸承10、軸端密封等零部件組成，常稱為定子。

 

 

二、化工離心式壓縮機的結構特點

1、主要部件的結構特點

（1）氣缸和隔板

氣缸是壓縮機的殼體，又稱機殼。由殼身和進排氣室構成，內裝有隔板、密封體、軸承體等零部件。對它的要求是：有足夠的強度以承受氣體的壓力；法蘭結合面應嚴密，保持氣體不向機外泄漏；有足夠的剛度，以免變形。

 

① 氣缸的型式

離心式壓縮機氣缸可分為水平剖分型和垂直剖分型（又稱筒型）兩種。氣體壓強比較低（一般低于50 MPa）的多采用水平剖分型氣缸，氣體壓強較高或易泄漏的要采用筒型缸體。

 

離心式壓縮機常按氣缸型式分類，分別稱為水平剖分型和垂直剖分型壓縮機。

 

ⅰ、水平剖分型壓縮機

水平剖分型氣缸有一個中分面，將氣缸分為上、下兩半，分別稱為上、下氣缸，在中分面處用螺栓把法蘭連接在一起。法蘭結合面應嚴密，保證不漏氣。一般進、排氣接管或其他氣體接管都裝在下氣缸，以便拆裝時起吊上氣缸方便。打開上氣缸，壓縮機內部零件，如轉子、隔板、迷宮密封等都容易進行拆裝。

 

水平剖分型壓縮機一個氣缸可以是一段壓縮，也可以是兩段以上的多段壓縮。

水平拋分式

 

ⅱ、垂直剖分型（筒型）壓縮機

垂直剖分型氣缸適應于中、高壓壓縮機。氣缸是一個圓筒，兩端分別有端蓋板，用螺栓把緊。隔板有水平剖分面，隔板之間有止口定位，形成隔板束。轉子裝好后放在下隔板束上。蓋好上隔板束，隔板中分面法蘭用螺栓把緊，將內缸推入筒型缸體安置好后。軸承座可以和端蓋板做成一整體，易于保持同心，也可以分開制造，再用螺栓聯(lián)接。

 

垂直拋分式

與水平剖分型缸體比較起來，筒型缸體具有許多優(yōu)點：

第一，筒型缸體強度高；

第二，筒型缸體泄漏面小，氣密性好；

第三，筒型缸體的剛性比水平剖分型好，在相同條件下變形小。筒型缸體的最大缺點是拆裝困難，檢修不便。

 

（2）、隔板

隔板形成固定元件的氣體通道，根據(jù)隔板在壓縮機中所處的位置，隔板有4種類型：進氣隔板、中間隔板、段間隔板和排氣隔板。進氣隔板和氣缸形成進氣室，將氣體導流到第一級葉輪入口，對于采用可調預旋的壓縮機，在進氣隔板還要裝上可調導葉，以改變氣體流向第一級葉輪的方向角。中間隔板任務有二，一是形成擴壓器（無葉或葉片式擴壓器），使氣流自葉輪流出來后具有的動能減少，轉變?yōu)閴簭姷奶岣?；二是形成彎道流向中心，流到下級葉輪的入口。排氣隔板除了與末級葉輪前隔板形成末級擴壓器外，還要形成排氣室。

 

隔板上裝有輪蓋密封和葉輪定距套密封，所有密封環(huán)一般都作成上下兩半（對大型壓縮機可能作成4半），以便拆裝。為了使轉子的安裝和拆卸方便，無論是水平剖分型還是筒型壓縮機隔板都作成上下兩半，差別僅在于隔板在氣缸上的固定方式不同。對水平剖分型氣缸來說，每個上下隔板外緣都車有溝槽，與相應的上下氣缸裝配，為了在上氣缸起吊時，隔板不致于掉下來，常用沉頭螺釘將隔板和氣缸在中分面固定。對筒形氣缸來說，上下隔板固定好后，用貫穿螺栓固定成整個隔板束，軸向推進筒型氣缸內。

 

（3）離心式壓縮機轉子

轉子是壓縮機的關鍵部件，它高速旋轉，對氣體做功。轉子由許多零部件組成，如由主軸、8個葉輪、定距套、平衡盤、推力盤等零部件組成，在軸的一端通過聯(lián)軸器和透平相聯(lián)。主軸中間段直徑不一樣，分三段，分別裝有3個、2個和3個葉輪，這種軸稱為階梯，軸設計時，一般盡可能縮小兩端軸承中心間距離和根據(jù)氣動設計盡量增加軸徑，以便增加軸的剛性。

 

葉輪、定距套等各種轉動部件都紅套在軸上，其中如輪盤、平衡盤等還設有鍵。有的廠家設計的壓縮機葉輪雖然也帶有鍵，但正常運轉時并不傳遞轉矩，只起防松作用。過盈裝配不僅是傳遞轉矩需要，還是為了防止葉輪在運轉時由于離心力的作用而松動。

 

轉子各零件的裝配有許多技術要求，主要要求如下。

 

① 轉子在裝配前，所有葉輪應做超速試驗，檢查葉輪的變形和表面質量情況。

葉輪表面質量通常用磁粉（對鋼制葉輪）或著色法（對不銹鋼制葉輪）來進行檢查。對鉚接葉輪要特別注意鉚釘是否有松動現(xiàn)象。

 

② 葉輪和轉子上的所有其他零部件都必須緊密裝在軸上，在運行過程中不允許有松動。葉輪裝配采用得比較普遍的是紅套。首先將葉輪均勻加熱。主軸一般立放在夾具上，當葉輪加熱到適當溫度時，將葉輪套入主軸。加熱溫度應該根據(jù)葉輪和主軸的過盈量、紅套過程來決定，溫度過低會出現(xiàn)葉輪還沒裝到應有位置就涼下來，卡住主軸。

 

③ 轉子裝配時應進行嚴格的動平衡。多級葉輪轉子應每裝兩個葉輪校正一次動平衡。如果葉輪是奇數(shù)，則第一次裝三個葉輪進行校正。一般先裝位于中間的兩個（或三個）葉輪，然后再在其兩側各裝一個葉輪，按此順序裝完為止。

④ 轉子裝配后，有關部位的徑向及軸向跳動值應小于允許值。

 

（4）離心式壓縮機葉輪

葉輪又稱工作輪，是壓縮機轉子上最主要的部件。葉輪隨主軸高速旋轉，對氣體做功。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪作高速旋轉，受旋轉離心力的作用以及葉輪里的擴壓流動，在流出葉輪時，氣體的壓強、速度和溫度都得到提高。

 

按結構型式葉輪分為開式、半開式和閉式三種，在大多數(shù)情況下，后兩種葉輪在壓縮機中得到了廣泛應用。

 

開式葉輪結構最簡單，僅由輪轂和徑向葉片組成。在葉輪上，葉片槽道兩個側面都是敞著的，氣體通道是由葉片槽道和與葉輪前后有一定間隙的機殼形成的。這種通道對氣體流動不利，使氣體流動損失很大，此外，在葉輪和機殼之間引起的摩擦鼓風損失也最大，故這種葉輪的效率最低，在壓縮機中很少被采用。

 

半開式葉輪和開式葉輪不同，葉片槽道一側被輪盤封閉，另一側敞開，改善了氣體通道，減少了流動損失，提高了效率。但是，由于葉輪側面間隙很大，有一部分氣體從葉輪出口倒流回進口，內泄漏損失大。此外，葉片兩邊存在壓力差，使氣體通過葉片頂部從一個槽道潛流向另一個槽道，因而這種葉輪的效率仍不高。

 

閉式葉輪由輪盤、葉片和輪蓋組成。這種葉輪對氣體流動有利。輪蓋處裝有氣體密封，減少了內泄漏損失。葉片槽道間潛流引起的損失也不存在，因此效率比前兩種葉輪都高。另外，葉輪和機殼側面間隙也不像半開式葉輪那樣要求嚴，可以適當放大，使檢修時拆裝方便。這種葉輪在制造上雖較前兩種復雜，但有效率高和其他優(yōu)點，故在工業(yè)壓縮機中得到廣泛應用。

 

三、化工離心式壓縮機密封的結構

由于壓縮機的轉子和定子一個高速旋轉而另一個固定不動，兩部之間必定具有一定的間隙，因此就一定會有氣體在機器內由一個部位泄漏到另一個部位，同時還向機器外部進行泄漏。為了減少或防止氣體的這些泄漏，需要采用密封裝置。防止機器內部通流部分各空腔之間泄漏的密封叫內部密封，防止或減少氣體由機器向外部泄漏或由外部向機器內部泄漏（在機器內部氣體壓強低于外部氣壓時）的密封，叫外部密封或稱軸端密封。內部密封如輪蓋、定距套和平衡盤上的密封，一般作成迷宮型。

 

對于外部密封來說，如果壓縮的氣體有毒或易燃易爆，如氨氣、甲烷、丙烷、石油氣、氫氣等，不允許漏至機外，必須采用液體密封、機械接觸式密封、抽氣密封或充氣密封等；當壓縮的氣體無毒，如空氣、氮氣等等，允許少量氣體泄漏，亦可以采用迷宮型密封?；S的壓縮機中，常采用的密封有迷宮型、浮環(huán)油膜密封、機械接觸式密封等幾種。下面對幾種密封分別予以討論。

 

1、迷宮型密封

① 結構型式

迷宮型密封的結構多種多樣，壓縮機內采用較多的有以下幾種。

ⅰ、曲折型

圖1是整體曲折型密封。這種型式的特點是除了密封體上有密封齒（或密封片）外，軸上還有溝槽。整體型的缺點是密封齒間距不可能加工得太短，因而軸向尺寸長。采用鑲嵌型可以大大縮短軸向尺寸（圖2）。

ⅱ、平滑型 

這種密封或者是軸作成光軸，或者是密封體作成光滑內表面，可分為整體平滑型和鑲嵌平滑型。

ⅲ、臺階型（圖3）這種型式多用于輪蓋或平衡盤。

（4）蜂窩型

這種密封加工工藝復雜，但密封效果好，密封片結構強度好。

 

2、浮環(huán)密封

浮環(huán)密封的基本結構如圖4所示。密封是由幾個浮動環(huán)組成，高壓油由孔12注入密封體中，然后向左右兩邊溢出，左邊為高壓側，右邊為低壓側，流入高壓側的油通過高壓浮環(huán)，擋油環(huán)6及甩油環(huán)7由回油孔11排出。因為油壓一般控制在略高于氣體的壓力，壓差較小，所以向高壓側的漏油量很少。流入低壓側的油通過幾個浮環(huán)（圖中為三個）然后流出密封體。因為高壓油與大氣的壓差較大，因此向低壓側的漏油量很大的。浮環(huán)是掛在軸的軸套5上，在徑向是活動的。浮環(huán)與軸套的間隙很小，內側環(huán)比外側環(huán)的間隙小。當軸轉動時浮環(huán)被油膜浮起，為了防止浮環(huán)轉動，一般用銷釘3來控制，這時所形成的油膜把間隙封閉以防止氣體外漏。

 

浮環(huán)密封主要是高壓油在浮環(huán)與軸套之間形成油膜而產生節(jié)流降壓阻止機內與機外的氣體相通。由于是油膜起主要作用，所以又稱為油膜密封。

1—浮環(huán)；2—固定環(huán)；3—銷釘；4—彈簧；5—軸套；6—擋油環(huán)；7—甩油環(huán)；8—軸；9—迷宮密封齒；10—密封；11—回油孔；12—進油孔

 

為了裝配方便，一般作成幾個L形固定環(huán)，浮環(huán)就裝在L形固定環(huán)的中間。高壓環(huán)一般只采用一個，因為壓差小。而低壓環(huán)壓差大，一般采用幾個。為了使浮環(huán)與L形固定環(huán)之間的間隙不太大，用彈簧4將浮環(huán)壓平。

 

3、機械接觸式密封

機械接觸式密封又稱端面密封，在水泵中應用很廣，積累了許多實踐經驗。這種密封的特點是密封油的漏損率極低，比一般油密封要小5~10倍，使用壽命比填料密封長。因此，在壓縮機中，當被壓縮的氣體不允許向外泄漏時，也常常用到它。

 

（1）機械接觸式密封結構特點

整個機械密封由1套雙端面主機械密封和1套單端面輔助機械密封組成，如圖5所示。

 

1—燈籠環(huán)；2—鍵；3—O形環(huán)；4—動環(huán)；5—O形環(huán)；6—定位套；7—軸套；8—鎖緊套；9—防松螺釘；10—鎖緊套；11—石墨墊

 

雙端面主機械密封動環(huán)4，由鎖緊套8壓緊在機械密封軸套7上，動環(huán)下面裝有O形密封環(huán)5。動環(huán)和軸套間無驅動銷，依靠兩端面壓緊產生的摩擦力，使其隨軸套一起轉動，為防止動環(huán)鎖緊套8松動退出，鎖緊套后部還設有4個周向均布的防松螺釘9。與雙端面動環(huán)相對應的兩個靜環(huán)均裝在機械密封外殼中，靜環(huán)后面有小彈簧，使動靜環(huán)工作面間有一定的貼合緊力。

 

單端面輔機械密封動環(huán)也裝在機械密封軸套上，靠鎖緊套10壓緊，與之對應的靜環(huán)裝在機械密封外殼中。但靜環(huán)工作面貼合，當燈籠環(huán)內移到位時，動靜環(huán)工作面分開。

 

機械密封軸套，由兩個對稱布置的鍵2傳遞轉矩，帶動軸套及兩個動環(huán)等與軸一起轉動。

 

四、壓縮機軸承的結構

1、支持軸承

透平壓縮機采用最早和最普遍的是圓瓦軸承，后來逐漸采用橢圓軸承、多油楔軸承和可傾瓦軸承。

 

① 圓瓦軸承

圖6是圓瓦軸承結構圖，上下兩半瓦由螺釘8聯(lián)接在一起，為保證上下瓦對正中心設有銷釘11。軸瓦內孔澆鑄巴氏合金，它具有質軟、熔點低和良好的耐熱性能。巴氏合金應結合緊密，不允許有裂紋、傷痕、氣孔及脫落現(xiàn)象。軸靜放在軸瓦上時，軸頸與軸瓦上方之間的間隙（頂隙）等于兩側間隙之和。軸頸和軸瓦的接觸角不小于60°～70°，在此區(qū)域內保證完全接觸。

 

潤滑油經由下軸瓦墊塊3之孔進入軸瓦并由軸頸帶入油楔，經由軸承的兩端而泄入軸承箱內。一般潤滑油壓強（表壓）為0.039～0.049MPa。墊塊3、7保證軸瓦在軸承殼中定位及對中，可以通過磨削墊片4、5來調整軸承位置。

② 橢圓瓦軸承

橢圓瓦軸承的軸瓦內表面呈橢圓形，軸承側隙大于或等于頂隙，一般頂隙約為軸徑d的（ 1～1.5 ）／1000，而側隙約為（1～3）d／1000。軸頸在旋轉中形成上下兩部分油膜（圖7），這兩部分油膜的壓力產生的合力與外載荷平衡。這種軸承和圓瓦軸承比較起來有如下優(yōu)點：首先，它穩(wěn)定性好，在運轉中若軸上下晃動，比如向上晃動，上面的間隙變小，油膜壓力變大，下面的間隙變大，油膜壓力變小，兩部分力的合力變化會把軸頸推回原來的位置，使軸運轉穩(wěn)定。其次，由于側隙較大，沿軸向流出的油量大，散熱好，軸承溫度低。因此它的頂隙可以比同樣尺寸的圓瓦軸承的頂隙小。但是，這種軸承的承載能力比圓瓦軸承低，由于產生上下兩個油膜，功率消耗大，在垂直方向抗振性好，但水平方向抗振性差些。

③ 可傾瓦軸承

如圖8。這種軸承由多瓦塊組成，瓦塊可以擺動，在工況變化時都能形成最佳油膜，抗振性好，不容易產生油膜振蕩。

 

我國瓦塊一般用25鋼或35鋼制成，內表面澆鑄一層巴氏合金。這層合金厚度很薄，一般都在1～3mm要求巴氏合金有較高的抗疲勞強度，與鋼背貼合緊密。這類軸承在加工時的主要要求是：瓦殼與瓦塊配合內徑公差一般應控制在0.025mm范圍內，等分的定位銷孔中心距公差亦應在此數(shù)據(jù)范圍內；瓦塊厚度公差應保證在0.0125mm范圍內，這樣可保證瓦塊的互換性，在裝配時可不必刮研找正。

1—軸承瓦背；2—油封；3—油封；4—銷子；5—螺釘；6—瓦塊；7—瓦塊；8、9—螺釘、墊圈；10—安全螺釘；11—銷子

 

拆裝時，一般要把上下殼體打開，注意不要刮傷巴氏合金表面，在維修過程中，間隙測量是很重要的，通常采用壓鉛法測量。五塊可傾瓦軸承頂部沒有瓦塊，頂部間隙不能直接測量，而是通過測量上部軸瓦3/4的壓鉛厚度S´＝r（圖9），再換算成軸承間隙

2、止推軸承

大型氨廠的幾臺壓縮機止推軸承采用是米契爾和金斯伯雷軸承。這些軸承的共同點是活動多塊式，在止推塊下有一個支點，這個支點一般偏離止推塊的中心，止推塊可以繞支點擺動，根據(jù)載荷和轉速的變化形成有利的油膜。米契爾軸承是止推塊直接與基環(huán)接觸，是單層的；金斯伯雷軸承是止推塊下有上水準塊、下水準塊，然后才是基環(huán)，相當于三層疊起來的。

 

① 米契爾軸承

圖10是美荷型裝置的合成氣壓縮機的徑向止推軸承示意圖。止推軸承為米契爾式，止推塊與基環(huán)之間有一個定位銷，當止推塊承受推力時，可以自動調整止推塊位置，形成有利油楔。在推力盤兩側分主推力瓦塊和副推力瓦塊。

1－徑向軸承瓦塊；2—定距套；3—推力瓦塊；4—推力盤；5—推力瓦塊

 

正常情況下，轉子的軸向力通過推力盤經過油膜傳給主推力瓦塊，然后通過基環(huán)傳給軸承座。在起動或甩負荷時可能出現(xiàn)反向軸向推力，此推力將由副推力瓦塊來承受。瓦塊表面上澆鑄巴氏合金，其厚度應小于壓縮機動、靜部分間的最小軸向間隙，這樣做是因為：一旦巴氏合金熔化后，推力盤尚有鋼圈支承著，短時間內不致引起壓縮機內動、靜部分碰傷，一般巴氏合金厚度為1～1.5mm。推力盤在軸向的位置是由止推軸承來保證的，即由止推盤和止推瓦塊間的位置來確定。

 

所以，根據(jù)壓縮機通流部分的尺寸確定好定距套的長度，在維修時不要改變。如果需要更換止推盤，應該注意新止推盤的厚度有無變化，有變化時應重新確定定距套的長度，以便準確保證轉子在氣缸里的軸向位置。推力盤和瓦塊間留有間隙，可以保證止推盤和瓦塊間形成油楔承受轉子的軸向推力。此間隙通常稱為推力間隙或轉子的工作竄動量（它和未裝好止推瓦塊時轉子的軸向竄量不一樣）。

 

② 金斯伯雷軸承

圖11是空氣壓縮機的止推軸承，采用金斯伯雷軸承。止推瓦塊墊有上水準塊、下水準塊、基環(huán)，它們之間用球面支點接觸，保證止推瓦塊、水準塊可以自由擺動，使載荷分布均勻。止推瓦塊由碳鋼制成，上面澆鑄巴氏合金，止推瓦塊體中鑲一個工具鋼制的支承塊，硬度為HRC50～60，這個支承塊與上水準塊接觸。

1－底環(huán)；2—調平塊；3、4—校平塊；5、6—瓦塊

 

上水準塊用一個調節(jié)螺釘在圓周方向定位，上下水準塊一般用精密鑄造鑄出，可以用耐磨的QT40～10制成。下水準塊裝在基環(huán)的凹槽中，用它的刃口與基環(huán)接觸。上水準塊用螺釘來定位。為防止基環(huán)轉動，在基環(huán)上設有防轉銷鍵。轉子的軸向竄量可以用調整墊片調整。

 

潤滑油從軸承座與外殼之間進來，經過基環(huán)背面銑出的油槽，并通過基環(huán)與軸頸之間的空隙進入止推盤與止推塊之間。止推盤轉動起來，由于離心力的作用，油被甩出，由軸承座的上方排油口排出。

 

金斯伯雷軸承的特點是載荷分布均勻，調節(jié)靈活，能補償轉子的不對中、偏斜，但是軸向尺寸長，結構復雜。

 

五、離心式壓縮機檢修內容

1、壓縮機小修

（1）檢查和清洗油過濾器；

（2）消除油、水、氣系統(tǒng)的管線，閥門、法蘭的泄漏缺陷；

（3）消除運行中發(fā)生的故障缺陷。

 

2、壓縮機中修

（1）包括小修項目。

（2）檢查、測量、修理或更換徑向軸承和止推軸承，清掃軸承箱。

（3）檢查、測量各軸頸的完好情況，必要時對軸頸表面進行修理。

（4）重新整定軸頸測振儀表，移動轉子，測量軸向竄動間隙，檢查止推軸承定位的正確性。

（5）檢查止推盤表面粗糙度及測量端面跳動。

（6）檢查聯(lián)軸器齒面磨損、潤滑油供給以及軸向串動和螺栓、螺母的聯(lián)接情況，進行無損探傷，復查機組中心改變情況，必要時予以調整。

（7）檢查、調整各測振探頭，軸位移探頭及所有報警信號、聯(lián)鎖、安全閥及其他儀表裝置。

（8）檢查擰緊各部位緊固件、地腳螺栓、法蘭螺栓及管接頭等。

 

3、壓縮機大修

（1）包括全部中修項目。

（2）拆卸氣缸，清洗檢查轉子密封、葉輪、隔板、缸體等零件腐蝕、磨損、沖刷、結垢等情況。

（3）檢查、測定轉子各部位的徑向跳動和端面跳動，軸頸粗糙度和形位誤差情況。

（4）宏觀檢查葉輪；轉子進行無損探傷。根據(jù)運行和檢驗情況決定轉子是作動平衡還是更換備件轉子。

（5）檢查、更換各級迷宮密封、浮環(huán)密封或機械密封或干氣密封；重新調整間隙，轉子總竄量、葉輪和擴壓器對中數(shù)據(jù)等。

（6）檢查清洗缸體封頭螺栓及中分面螺栓，并作無損探傷。

（7）氣缸、隔板無損探傷。氣缸支座螺栓檢查及導向銷檢查。

（8）檢查壓縮機進口過濾網和出口止逆閥。

（9）檢查各彈簧支架，有重點地檢查管道、管件、閥門等的沖刷情況，進行修理或更換。

（10）機組對中。

 

4、增速箱中修

（1）檢查、清洗潤滑油路，整定油溫，油壓力儀表，消除泄漏。

（2）檢查和緊固各連接螺栓。

（3）檢查齒面嚙合及磨損情況。

（4）清除機件和齒輪箱內油垢及污物。

（5）檢測聯(lián)軸器的軸向串量及檢查齒面磨損、潤滑情況。

 

5、增速箱大修

（1）包括全部中修內容。

（2）檢查止推盤磨損情況，測量端面跳動。

（3）檢測、修理或更換軸承和油封。

（4）檢測齒輪軸頸的圓度和圓柱度，必要時進行修整。

（5）檢查兩齒輪軸的平行度和水平度，必要時予以調整。

（6）對齒輪、軸、半聯(lián)軸器及其連接螺栓、螺母等作無損探傷。

（7）檢查、調整測振及軸位移探頭、溫度壓力儀表。

（8）清理噴油嘴、油孔、油道。