1 離心壓縮機(jī)基本工作原理

在大中型低壓流程空分設(shè)備中，一般都采用了離心壓縮機(jī)來(lái)壓縮原料氣體——空氣和壓縮產(chǎn)品氣體——氧氣等，空氣壓縮機(jī)的壓力比一般為6~8；氧氣壓縮機(jī)的壓力比為6～30或更高。

首先對(duì)DA350-61型離心壓縮機(jī)進(jìn)行介紹：DA350-61型離心空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)流量為370m3/min，出口壓力為720kPa（7.35kgf/cm2），由2500kW電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)增速齒輪增速到8600r/min。整個(gè)壓縮機(jī)由一個(gè)帶有六個(gè)葉輪的轉(zhuǎn)子及與其相配合的固定元件組成。為了節(jié)省壓縮機(jī)的損耗和不使氣體溫度過(guò)高，整個(gè)壓縮機(jī)被分為三段，每段由兩個(gè)葉輪及與其相配合的固定元件組成，空氣經(jīng)過(guò)第一段壓縮后，由蝸殼把空氣從壓縮機(jī)中引出，引向中間冷卻器進(jìn)行冷卻，冷卻以后，再由吸氣室進(jìn)入第二段。與第一段相同，繼續(xù)進(jìn)行增壓和壓縮后的中間冷卻。然后空氣再通到第三段進(jìn)行最后的增壓，空氣壓力升高到所需要的壓縮機(jī)出口壓力，即Pc=720kPa。

在壓縮機(jī)的每個(gè)段里，常常是由幾個(gè)或一個(gè)壓縮機(jī)級(jí)組成的。這種“壓縮機(jī)級(jí)”簡(jiǎn)稱(chēng)為“級(jí)”，由一個(gè)葉輪及與其相配合的固定元件所構(gòu)成。這些固定元件一般由吸氣室、擴(kuò)壓器、彎道回流器及蝸殼等組成。因此，對(duì)于任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式的離心壓縮機(jī)都可以認(rèn)為是由級(jí)所組成的。下面介紹級(jí)中的葉輪及與其相配合的固定元件的作用與原理。

1）吸氣室

吸氣室是用于把所需壓縮的氣體，由進(jìn)氣管道或中間冷卻器的出口，均勻地引入葉輪去進(jìn)行增壓。因此，在每段壓縮機(jī)的第一級(jí)進(jìn)口都設(shè)置了吸氣室。

2）葉輪

葉輪也稱(chēng)為工作輪，它是壓縮機(jī)中的一個(gè)最重要的部件。氣體在葉輪葉片的作用下跟著葉輪做高速的旋轉(zhuǎn)。而氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，以及在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng)，使氣體通過(guò)葉輪后的壓力得到了提高。此外，氣體的速度能也同樣是在葉輪里得到提高的。

3）擴(kuò)壓器

氣體從葉輪流出時(shí)，它具有較高的流動(dòng)速度，為了充分利用這部分速度能，常常在葉輪之后設(shè)置通流截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，以提高氣體的壓力。

4）彎道與回流器

為了把擴(kuò)壓器后的氣體引導(dǎo)到下一級(jí)葉輪繼續(xù)提高壓力，在擴(kuò)壓器后面常設(shè)置使氣流拐彎的彎道及將氣體引入下一級(jí)葉輪進(jìn)口的回流器。

5）蝸殼

蝸殼的主要作用是把擴(kuò)壓后或葉輪后面的氣體匯集起來(lái)，并把氣體引到壓縮機(jī)外部，使它流向氣體輸送管道或流到冷卻器進(jìn)行冷卻。此外，在匯集氣體的過(guò)程中，在大多數(shù)情況下，由于蝸殼外徑的逐漸增大和通流截面的漸漸擴(kuò)大，也對(duì)氣流起到一定的降速擴(kuò)壓作用。

在離心壓縮機(jī)中，除了級(jí)的組成部分外，為了減少壓縮機(jī)外部和內(nèi)部的漏氣，在壓縮機(jī)的機(jī)殼兩端設(shè)置了前軸封和后軸封。在主軸和葉輪輪蓋進(jìn)口端設(shè)置了軸封和密封。此外，為了減少葉輪作用到推力軸承上的軸向推力，通常還設(shè)置有平衡盤(pán)。

2 壓縮機(jī)級(jí)的典型結(jié)構(gòu)型式

任何復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式的離心壓縮機(jī)都是由級(jí)組成的。對(duì)于離心壓縮機(jī)級(jí)來(lái)說(shuō)，即使級(jí)的形式很多，但從基本結(jié)構(gòu)上來(lái)看，通常分為中間級(jí)和末級(jí)兩種。

圖1所示為中間級(jí)的形式，它由葉輪1、擴(kuò)壓器2、彎道3和回流器4等組成。氣體經(jīng)過(guò)中間級(jí)后，將直接流到下一級(jí)繼續(xù)進(jìn)行增壓。在離心壓縮機(jī)的每一個(gè)段里，除了段中的最后一級(jí)外，都屬于這種中間級(jí)。圖2所示為末級(jí)的形式，它由葉輪1、擴(kuò)壓器2、蝸殼3等組成，氣體經(jīng)過(guò)這一級(jí)增壓后，將排出機(jī)外，流入冷卻器進(jìn)行冷卻或送往使用單位。

圖1 離心壓縮機(jī)的中間級(jí)

1—葉輪；2—擴(kuò)壓器；3—彎道；4—回流器；5—蝸殼

對(duì)于這兩種級(jí)的結(jié)構(gòu)型式來(lái)說(shuō)，葉輪1是這兩種級(jí)所共同具有的，只是在固定元件上有所不同。對(duì)于末級(jí)來(lái)說(shuō)，它是以蝸殼 3（圖2）取代中間級(jí)的彎道3和回流器4（圖1），有時(shí)還取代了級(jí)中的擴(kuò)壓器2（圖1）。

在離心壓縮機(jī)級(jí)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)首先解決這兩種典型級(jí)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

圖2 離心壓縮機(jī)的末級(jí)

1—葉輪；2—擴(kuò)壓器；3—蝸殼