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一文掌握!化工用離心式壓縮機,從結構特點到大中小修

發布時間:2024-03-11 10:17人氣:

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......

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。

 

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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。

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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,再用螺栓聯接。

 

圖片垂直拋分式

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,轉變為壓強的提高;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,在軸的一端通過聯軸器和透平相聯。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。加熱溫度應該根據葉輪和主軸的過盈量、紅套過程來決定,溫度過低會出現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,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點,故在工業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)。

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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。

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(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、浮環密封

浮環密封的基本結構如圖4所示。密封是由幾個浮動環組成,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,擋油環6及甩油環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(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。浮環是掛在軸的軸套5上,在徑向是活動的。浮環與軸套的間隙很小,內側環比外側環的間隙小。當軸轉動時浮環被油膜浮起,為了防止浮環轉動,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。

 

浮環密封主要是高壓油在浮環與軸套之間形成油膜而產生節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。

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1—浮環;2—固定環;3—銷釘;4—彈簧;5—軸套;6—擋油環;7—甩油環;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,浮環就裝在L形固定環的中間。高壓環一般只采用一個,因為壓差小。而低壓環壓差大,一般采用幾個。為了使浮環與L形固定環之間的間隙不太大,用彈簧4將浮環壓平。

 

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。

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1—燈籠環;2—鍵;3—O形環;4—動環;5—O形環;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4,由鎖緊套8壓緊在機械密封軸套7上,動環下面裝有O形密封環5。動環和軸套間無驅動銷,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。與雙端面動環相對應的兩個靜環均裝在機械密封外殼中,靜環后面有小彈簧,使動靜環工作面間有一定的貼合緊力。

 

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

 

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。

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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點:首先,它穩定性好,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。

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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據范圍內;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。

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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

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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,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。

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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,然后通過基環傳給軸承座。在起動或甩負荷時可能出現反向軸向推力,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,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。

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1-底環;2—調平塊;3、4—校平塊;5、6—瓦塊

 

上水準塊用一個調節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。下水準塊裝在基環的凹槽中,用它的刃口與基環接觸。上水準塊用螺釘來定位。為防止基環轉動,在基環上設有防轉銷鍵。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,經過基環背面銑出的油槽,并通過基環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、氣系統的管線,閥門、法蘭的泄漏缺陷;

(3)消除運行中發生的故障缺陷。

 

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)檢查聯軸器齒面磨損、潤滑油供給以及軸向串動和螺栓、螺母的聯接情況,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據等。

(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。

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