離心式壓縮機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀及前景展望

劉麗娟（陜西省咸陽(yáng)市陜西煤化能源有限公司 陜西 咸陽(yáng) 713600）

一、離心式壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

離心式壓縮機(jī)是速度式壓縮機(jī)中的一種。 早期，這種壓縮機(jī)只用來(lái)壓縮空氣，且只適用于中、低壓力及氣量很大的場(chǎng)合。 隨著石油、化工生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和機(jī)械加工工藝的發(fā)展，從60 年代開(kāi)始，離心式壓縮機(jī)在我國(guó)石油化工生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。近幾十年來(lái)新建的大型合成氨廠， 乙烯廠均采用了離心式壓縮機(jī)，并實(shí)現(xiàn)了單機(jī)配套。 例如年產(chǎn)30 X 104t 的合成氨廠合成氣壓縮機(jī)(帶循環(huán)級(jí))，只用一臺(tái)由2×104kW 的汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)，從而節(jié)約了大量投資，降低了氨的成本。 在年產(chǎn)30×104t 的乙烯工廠中，裂解氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)和丙烯壓縮機(jī)均采用了汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)， 從而使乙烯的成本顯著降低。 在天然氣液化方面已有采用流量48．2×104m3／h 的超低溫(-160℃)離心式壓縮機(jī)，其生產(chǎn)規(guī)模每年可提高到100×104t。此外，離心式壓縮機(jī)還廣泛地應(yīng)用在制氧，尿素、酸、堿等工業(yè)以及原子能工業(yè)的惰性氣體的壓縮和核工業(yè)特殊元素的制取方面。 隨著離心式壓縮機(jī)技術(shù)的不斷提高， 其在許多場(chǎng)合已經(jīng)逐漸替代活塞式壓縮機(jī)而成為主要的動(dòng)力機(jī)械。

二、離心式壓縮機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀

離心式壓縮機(jī)的發(fā)展歷程要晚于活塞式壓縮機(jī)，在19 世紀(jì)活塞式壓縮機(jī)幾乎是唯一的一種壓縮機(jī)應(yīng)用形式， 但由于活塞式壓縮機(jī)存在著油耗量大、個(gè)體笨重等一些列的缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到了很大的限制。 同時(shí)，隨著材料科學(xué)、氣體動(dòng)力學(xué)等一系列基礎(chǔ)學(xué)科的發(fā)展和制造工藝的提高， 離心式壓縮機(jī)得到了迅速的發(fā)展。 目前，大功率(最大功率已達(dá)52900 千瓦)高壓離心式壓縮機(jī)一般用高速工業(yè)蒸汽輪機(jī)拖動(dòng)， 多數(shù)采用單列串聯(lián)或兩列串聯(lián)驅(qū)動(dòng)。 它的出口壓力已可達(dá)150～850 公斤/cm2， 最高可讓420 公斤／cm2；轉(zhuǎn)速為10000-16000 轉(zhuǎn)／分，最高可達(dá)25000 轉(zhuǎn)／分；連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間可達(dá)18 個(gè)月以上。 在高壓離心式壓縮機(jī)上則成功地采用了高壓液體浮環(huán)式密封，多油楔徑向軸承、浮動(dòng)式止推軸承等結(jié)構(gòu)；在工藝方面，對(duì)于葉輪輪出口較寬的壓縮機(jī)則廣泛采用全焊接結(jié)構(gòu)代替鉚接結(jié)構(gòu)， 對(duì)于狹流道葉輪的制造則使用電蝕加工，對(duì)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡的要求更高：在沒(méi)計(jì)上則合理地考慮轉(zhuǎn)子的軸向推力平衡，多缸的臨界轉(zhuǎn)速和提高轉(zhuǎn)子剛度、以及根據(jù)工質(zhì)的不同性質(zhì)來(lái)選擇各零部件的材料等問(wèn)題， 并且正在逐步提高小流量級(jí)的空氣動(dòng)力性能和采用二元葉輪以及摸清高壓下實(shí)際氣體的性質(zhì)， 對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和壓縮氣體的性能試驗(yàn)和換算也是當(dāng)前應(yīng)被重視的問(wèn)題。 值得注意的是國(guó)外正在研究試制壓力為2500—3200 公斤/cm2的超高壓離心式壓縮機(jī)，以適應(yīng)高壓聚乙烯生產(chǎn)的需要。 此外，隨著交通運(yùn)輸、國(guó)防等事業(yè)的發(fā)展， 在小功率燃?xì)廨啓C(jī)中的離心式壓氣機(jī)上廣泛采用高強(qiáng)度的材料，其小級(jí)壓比一般已達(dá)4.5～6.5，并正在試制研究單級(jí)壓比為12， 轉(zhuǎn)速為130000 轉(zhuǎn)／分， 級(jí)效率更高的離心式壓氣機(jī)級(jí)。

三、離心式壓縮機(jī)的發(fā)展前景

目前離心式壓縮機(jī)總的發(fā)展趨勢(shì)是向高速度、高壓力、大流量、 大功率的方向發(fā)展。 如離心式壓縮機(jī)的出口壓力可達(dá)15～35MPa，最高可達(dá)42MPa，由于近年來(lái)合成氨，尿素和乙烯等生產(chǎn)規(guī)模不斷的向大型化發(fā)展， 新的離心式壓縮機(jī)的功率也不斷提高，如日產(chǎn)3000t 的合成氣壓縮機(jī)功率將達(dá)到6×104kW。 目前在國(guó)外有年產(chǎn)68×104t 的最大規(guī)模乙烯廠，其裂解氣壓縮機(jī)的功率達(dá)5．5×104kW。

在離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方面，目前是向高速度，成套，組合化和自動(dòng)化方向發(fā)展。 如在提高葉輪圓周速度方面，采用了鈦合金的葉輪其圓周速度可達(dá)400m／s，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)由10000r／min 提高到20000r／min，最高可達(dá)120000r／rain，由于葉輪轉(zhuǎn)速的提高，從而可以縮小葉輪直徑，使壓縮機(jī)的體積，質(zhì)量減小，節(jié)省材料。另外，三元精密鑄造葉輪的發(fā)展，更進(jìn)一步提高了葉輪的制造水平。 在密封結(jié)構(gòu)方面近幾年進(jìn)行了大量的研究和不斷改進(jìn)，提高了密封效果。 例如級(jí)間的密封，殼體與軸的密封由單梳齒改為雙梳齒迷宮密封，減小間隙，使密封結(jié)構(gòu)與性能已達(dá)到350MPa 以上， 這是由于浮環(huán)密封進(jìn)行了不斷改進(jìn)的結(jié)果。 國(guó)外有些廠用“L”型密封環(huán)，有的在高壓環(huán)上開(kāi)了軸向孔，經(jīng)過(guò)研究還有的在高壓側(cè)上開(kāi)了許多徑向通槽， 這樣就大大改善了浮環(huán)的冷卻效果，不但可以提高壓力，而且還可以提高轉(zhuǎn)速。 近年來(lái)在軸承的結(jié)構(gòu)及性能方面的研究和改進(jìn)， 更為有效的減少或防止了產(chǎn)生油膜振蕩，減少了停車(chē)率，延長(zhǎng)了連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間。 近年徑向軸承一般多采用油楔軸承， 而推力軸承則多采用疊塊式金斯泊爾(Kingsbury)軸承和米切爾(Michell)軸承。 其連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間現(xiàn)已提高到30000～100000h。

我國(guó)從建國(guó)初期開(kāi)始已能生產(chǎn)離心式壓縮機(jī)， 在上世紀(jì)70年代由于石油化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要而從國(guó)外引進(jìn)了一系列性能較高的離心式壓縮機(jī)，積累了豐富的制造和使用經(jīng)驗(yàn)，在對(duì)引進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消耗吸收的基礎(chǔ)上提高了自己的研發(fā)和制造能力。 到日前為止，已經(jīng)能夠生產(chǎn)供石油化工、航空航天、機(jī)械等各行業(yè)所使用的各種壓縮機(jī)， 但總體水平與世界先進(jìn)水平還存在較大的差距，未來(lái)還需要加大在這方面的研發(fā)投入。

四、結(jié)語(yǔ)

盡管在離心式壓縮機(jī)的制造和設(shè)計(jì)方面已經(jīng)取得了一系列的成就，但還有很多技術(shù)難題需要我們解決。 具體到我國(guó)，應(yīng)在積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)不斷提高自身的研發(fā)實(shí)力， 只有這樣才能更好地促進(jìn)離心式壓縮機(jī)技術(shù)水平的提高。

[1] 魏龍，袁強(qiáng). 離心式壓縮機(jī)的喘振及控制[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2004（02）

[2] 張莉娟，朱愛(ài)斌，陳渭，謝友柏. 大型離心式壓縮機(jī)鑄造機(jī)殼的靜態(tài)有限元分析[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2009（04）