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轴流式压缩机

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一、 轴流式压缩机简介
轴流式压缩机是属于一种大型的空气压缩机它是由3大部分组成，一是以转轴为主体的可以旋转的部分简称转子，二是以机壳和装在机壳上的静止部件为主体的简称定子（静子），三是壳体、密封体、轴承箱、调节机构、联轴器、底座和控制保护等组成。
轴流压缩机主要是由机壳、叶片承缸、调节缸、转子、进口圈扩压器、轴承箱、油封、密封、轴承、平衡管道、伺服马达、底座等组成。
轴流式压缩机的静叶可调机构和带动该机构的中间气缸，机壳是标准化的同一种型号不同级数的机壳，进排气缸是一样的，不同级数机身长度的改变组合木模来实现，当级数不用时，除轴向长度不同外，其它所有结构都一样。主轴都是为镍铬合金钢，叶片材料为铬不锈钢，静叶内缸结构尺寸、轴封、密封、联轴器级轴流式压缩机的附属设备、润滑油系统、控制系统、保护系统都是非常智能型的。前6级的反动为百分之70，以后几级的反动向为百分之100。
压缩机底座由钢板焊接而成，压缩机本体重量通过下壳体的支腿，支撑在底座的4个支柱上，下机壳与底座上的支座间有定位及导向结构，整个轴流式压缩机的重量支撑在4个支柱上，其低压侧的2个支柱与机壳支腿的上下面做成球面的，支柱与支腿之间的间隙因此允许机器低压侧在各个方向上摆动以适应受热膨胀。定子的死点在高压侧，所以高压侧的支柱不允许机器的高压侧轴向移动，只允许在垂直于轴的横向移动。为了保持轴孔的水平高度不变，高压侧的2个支柱为特殊材料做成，不会因受热而伸长。
当我们启动轴流式压缩机后，空气从压缩机过滤器中进入，同时产生的噪声会沿着进气口传出，然后经过整流栅使吸入的气流稳定，为隔离压缩机对吸气管道的机械震动、降低噪音，同时补偿压缩机的热膨胀位移，也利于压缩机检修时设备对中调整，在压缩机与吸入气管道的连接处配置了柔性补偿器。采用柔性合成胶材料，其耐温以产生逆流时的风温，经过进气节流阀来控制压缩机启动带来的阻力，当压缩机运行稳定后，压力值上升到指定时。进气调节阀开始关闭，放空阀动作卸掉内部多余的气压。
二、轴流压缩机的基本工作原理
图1－5为轴流压缩机的构造示意图。在压缩机主轴上安装有多级动叶片，整个通道由收敛器、进口导流叶片、各级工作叶片（动叶片）和导流叶片、扩压器等组成。气体由进口法兰流经收敛器10，使进人进日导流叶片1的气流均匀，并得到初步的加速。气流流经进口导叶叶片间的流道，使气流整理成轴向流动，并使气体压力有少许提高。转子8由原动机拖动作高速旋转，由工作叶片2将气流推动，使之大大加速，这是气体接受外界供给的机械能转变为气体动能的过程。高速气流流经导流叶片3构成的流道（相当于扩压管），在其中

降低流速而使气体压缩，这是靠减少气流动能来使气体压缩的升压过程。一列工作叶片（动叶）与一列导流叶片（静叶）构成一个工作级。气体连续流经压缩机的各级，逐级压缩升压。最后经整流装置4将气流整理成轴向，流经扩压器7，在扩压器中气流速度降低，压力升高，最后汇入蜗壳经出口法兰排出压缩机。
轴流压缩机每级的增压比不大，约为1．15～1．25，若要获得较高压力，需要较多的级。例如压比为4的空气压缩机，一般需要十几级。
三、 轴流式压缩机的技术特点
1、一是轴流压缩机气体动力学设计采用最先进的三元流理论和优化设计方法；采用效率高、压头大的新型叶栅，成功进行了各种反动度叶型组合设计。在同样参数的条件下，新设计的产品比国外原进口产品级数少1—2级，效率平均提高5％以上，与一般离心压缩机比效率高出10％。
2、二是采用先进的程序进行转子动力学设计，并将产品安放基础和轴承转子作为一个系统进行各种计算与分析，提高了产品运转的平稳性、安全性和可靠性。
3、采用全静叶可调机构，将原静叶调节角度从37°—79°拓展到22°—79°，扩大了工况调节范围；同时进一步研究开发了全静叶可调加变转速调节新技术，工况范围又拓宽了15％以上，有效地避免了运行时放风操作和造成的能源损失。
4、整体结构采用便于用户安装调试的公共底座；定子组件采用三层缸结构，改善了产品内部零部件的热应力分布，提高了产品的抗振性，降低了机组的噪音，噪音比国外同类产品低5—10分贝。
5、五是调节机构和滑动支撑部件大量运用DU型合金和石墨轴承，这种材料具有良好的无油自润滑特点。
四、轴流压缩机零部件
1、机壳：机壳分上机壳和下机壳两部分，为水平剖分型，上、下机壳在中分面处用预应力螺栓联接，机壳是由HT250铸造而成，进、出气法兰均垂直向下，机壳加工完后要进行水压试验，检验机壳的密封性并测量其变形，机壳分四点支承在底座上，四个支撑点设计在接近下机壳中分面处，分布在下机的两侧，而不是分布在机壳的两端，因此机组运行时具有一定的稳定性，减少了由于热胀而引起的机组热变形，四个支撑点其中一端（排气端）两点为固定点，另外两点为滑动点。
2、叶片承缸：叶片承缸为水平剖分型，中分面用预应力螺栓联接形成一个内也为很小锥度的筒体，与转子组成轴流压缩机的通道。
叶片承缸的缸体由球墨铸铁QT400铸造而成，通过两端支撑在机壳上，靠进气侧的一端为固定支撑，靠排气侧的一端设计成滑动支撑以满足缸体热胀的要求，承缸的进气侧相配的是进口圈，排气侧相配的是扩压器，分别与机壳、密封套组成一个收缩通道和扩压通道，从而组成了一个完整的轴流压缩机通道，气流从机壳进气室进入，沿流道经过转子叶片逐级压缩做功和动、静叶栅的不断扩压，压力提高，最后经扩压器进一步扩压进入机壳排气室由密道引向工艺流程
叶片承缸上装有支撑静叶轴承，静叶及其附件全部支撑在静叶轴承上，静叶轴承是石墨轴承，它是无油润滑轴承，有很好的自润滑作用和密封作用，为了防止气体从静叶轴承间隙中向外部泄漏，每个叶片的柄部安装有一个“0”型密封环。
3、调节缸：调节缸由Q235A钢板焊接而成，水平剖分型，中分面用螺栓联接，具有较高的刚性，调节缸分四点支撑在机壳上，安装在机壳与叶片承缸之间，因此有时称为中缸，而机壳为外缸，叶片承缸为内缸。
调节缸的四个支撑是由无油润滑的“DU”金属制成的。调节缸的内部对应于各级装有各自的导向环，导向环是用35号钢加工而成，分为上下两半，分别安装在上下缸体上。
调节缸的作用在于调节轴流压缩机的各级静叶角度，以满足变工况的要求，安装在机壳两侧的伺服马达在控制系统作用下，通过连接板带动调节缸做轴向往复运动，缸体则又带动各级导向环和嵌在环内的滑块一起运动，滑快通过曲柄带动静叶产生转动，从而达到调节静叶角度的目的，而各级静叶调节的大小，是通过变化各级曲柄的长度来实现的，这些都是在气动计算过程中确定的。
4、转子及动静叶片：轴流压缩机转子是一个主轴、各级动叶、隔叶块、代叶块及叶片锁紧装置组成 。
主轴：高合金锻钢锻造而成，材料为25Cr2Ni4MoV,主轴材料的化学成分需经严格的化验分析，性能指标通过试块进行检验，粗加工后进行热运转试验和探伤检验，所有指标合格后，才能投入精加工。
动叶：2Cr13,叶片用坯料精加工而成，原材料进行化学成份、力学性能、裂纹检验，成型叶片要进行湿式喷砂处理，以增加叶片表面的抗疲劳强度；还要进行测频、确保运行时叶片的安全性。
静叶：2Cr13,叶片用坯料精加工而成，原材料同样要进行化学成份分析及力学性能、裂纹检验等，叶片表面也要进行湿式喷砂处理。
轴流压缩机转子设计中进行了横向振动及扭曲振动分析计算，转子装配后做高速动平衡和超速试验，确保机组运行时安全可靠。
轴承箱：轴压缩机的轴承箱由轴承箱体和轴承箱盖组成，轴承箱体与下机壳铸为一体，轴承箱内安装有径向轴承和止推轴承，润滑轴承的润滑油由轴承箱集油回到油箱，轴承箱体底部装有导向装置，和底座配合，使机组对中和沿轴向热胀，轴承箱盖油使封处设有一个充气孔，必要时可供油封充气防止润滑油外泄。
6、油封：轴流缩机的轴承箱内安装有油封，用于防止轴承箱内润滑油的外漏，油封上设计有一个挡风板，防止密封处泄漏的高温气体（特别是排气侧）进入轴承箱内，造成轴承温度升高，润滑油老化。
7、密封：在压缩机的进气侧和排气侧分别设有轴端密封，型式为拉别密封，密封处镶在轴上，密封片的数量是根据计算确定的，密封间隙的大小可通过调整密封套圆周上的调整块来实现。
8、轴承：轴流压缩机的径向轴承为椭圆瓦轴承，止推轴承是金斯泊雷轴承，主付推力面均可100%承受轴向推力。
每个径向轴承附近安装有两个互成90度的轴振动探头，用于检测轴流压缩机运转过程中转子的振动，止推轴承一侧安装一个轴位移探头，用于检测轴压缩机过程中转子的轴向位移。

轴流压缩机的径向和止推轴承已成为一个完整的系列，各种不同大小型号轴承的选用，都是根据转子转速、重量等因素确定轴承的润滑油量、轴承消耗功率、轴承油温等，并通过计算确定的。
9、平衡管道：在压缩机上设有一个高压平衡管道和排空官道，高压平衡管道的作用是将排气侧的高压气体引向进气侧的平衡活塞，用来平衡一部分由于气动引起的指向进气侧的轴向推力，以减轻止推轴承的负载，增加止推轴承的寿命。排空管道是将排气侧密封后的泄漏气体及机壳与叶片承缸之间的泄漏气体排向大气。
10、伺服马达（静叶调节油缸）：在轴流压缩机下机壳的两侧各安装有一个伺服马达，它和调节缸相连接，当120bar的高压油投入运行后伺服马达活塞作轴向往复移动，同时调节缸也做同步的轴向往复移动。伺服马达也是设计成为系列的，伺服马达的选用，是由驱动调节缸所需的轴向力来确定的。
五、压缩机喘振
1、当压缩机流量小到足够时，会在整个扩压器流道中产生严重的旋转失速，压缩机出口压力突然下降，使管网的压力比压缩机出口压力高，迫使气流倒回压缩机，一直到管网压力下降到低于压缩机出口压力时，压缩机又开始向管网供气，压缩机又恢复正常工作。当管网压力又恢复到原来压力时，流量仍小于喘振流量，压缩机又产生严重的旋转失速，出口压力下降，管网中的气流又会倒流回压缩机。如此周而复始，一会儿气流送向管网，一会儿又倒灌口压缩机，使压缩机的流量和出口压力周期性的大幅波动，引起压缩机强烈的气流波动，这种现象就称压缩机的喘振。一般管网容量大，喘振振幅就大，频率就低，反之，管网容量小,喘振振幅就小，频率就高。
2、压缩机一旦出现喘振，则机组和管网的运行状态具有以下特征：
压缩机工况极不稳定；压缩气体的出口压力和人口流量周期性地大幅度波动，频率较低，同时平均排气压力值下降；喘振有强烈的周期性气流噪声，出现气流吼叫声；机器强烈振动，机体、轴承、管道的振幅急剧增加。由于振动剧烈，轴承液体润滑条件会遭到破坏，损坏轴瓦。转子与定于会产生摩擦、碰撞，密封元件将严重损坏。
3、要防止压缩机喘振的发生，可以从以下几个方面人手：
防止进气压力低、进气温度高和气体分子量减小等；防止管网堵塞使管网特性改变；在开、停车过程中，升、降速度不可太快，并且先升速后升压和先降压后降速；开、关防喘振阀时要平稳缓慢。关防喘振阀时要先低压后高压，开防喘振阀时要先高压后低压。如万一出现旋转失速和喘振，首先应立即全部打开防喘振阀，增加压缩机流量，然后根据情况进行处理。若是因进气压力低、进气温度高和气体分子量减小等原因造成的，要采取相应措施使进气气体参数符合设计要求；如是管网堵塞等原因，就要疏通管网，使管网特性优化；如是操作不当引起的，就要严格规范操作

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