淺談離心壓縮機(jī)的發(fā)展趨勢

康建興　劉洋　張彬　齊志勇

【摘 要】離心壓縮機(jī)是工業(yè)化生產(chǎn)中一種常見的氣體壓縮設(shè)備，按結(jié)構(gòu)可以分為單軸式和多軸式兩種。早起的單軸壓縮機(jī)級效率較低，通過更改結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)了單軸式離心壓縮機(jī)在高壓比的環(huán)境中的缺點(diǎn)。多軸式壓縮機(jī)早起用于空分裝置，之后通過改進(jìn)被應(yīng)用到化工行業(yè)，對化工裝置熱能的綜合利用很有利。

【關(guān)鍵詞】多軸式壓縮機(jī)；單軸式壓縮機(jī)；最新進(jìn)展；關(guān)鍵技術(shù)

1.單軸式離心壓縮機(jī)的技術(shù)進(jìn)展

早期的離心壓縮機(jī)都是將驅(qū)動(dòng)機(jī)布罝在低壓缸的端部，這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的汽輪機(jī)和電動(dòng)機(jī)只有單軸伸產(chǎn)品。如壓縮機(jī)由雙缸或三缸組時(shí)，低壓缸的軸就需傳遞壓縮機(jī)的全部軸功率，造成低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大。由于低壓缸的軸粗，又是徑向進(jìn)氣，軸的干擾使首級葉輪進(jìn)氣室內(nèi)部流場不均勻度很大，使得級效率和單級壓比有所降低。隨著時(shí)間的推移，單軸式離心壓縮機(jī)的缺點(diǎn)逐漸暴露出來，例如進(jìn)氣不均勻，不易實(shí)現(xiàn)調(diào)速，轉(zhuǎn)子不易抽出，每一次速度提高都要通過齒輪箱來實(shí)現(xiàn)。這樣，對于多級壓縮機(jī)來說，實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)繁瑣，結(jié)構(gòu)龐大，成本較高。

目前市場上已很多方法克服單軸式離心壓縮機(jī)的缺點(diǎn)。MCO 型壓縮機(jī)就是對新比隆 MCL 型單軸式壓縮機(jī)的一次有效的改進(jìn)。首先通過將首級由閉式葉輪改為懸臂半開式，葉輪外徑加大，后幾級閉式葉輪的外徑減小，出口加寬，提高了整機(jī)效率。采用四個(gè)葉輪為背對背排列，并采用兩端低壓，中間高壓的布置方式，比曼透平公司的 RIK 型四個(gè)葉輪同向排列合理，最后采用外置式冷卻器，使抽芯清洗操作簡單。若施工要求為單級式或兩級式壓縮機(jī)，則傳統(tǒng)的單軸式壓縮機(jī)還勉強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)。若為多級壓縮，考慮到級間的進(jìn)出口風(fēng)筒布置和各級的軸向布置，以及由此帶來的轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速和振動(dòng)等問題，則傳統(tǒng)的單軸式壓縮機(jī)是難以實(shí)現(xiàn)或不合理的。

2.多軸式離心壓縮機(jī)的技術(shù)進(jìn)展

驅(qū)動(dòng)機(jī)與齒輪箱中部的大齒輪軸相聯(lián)，大齒輪驅(qū)動(dòng)三個(gè)小齒輪，小齒輪軸的兩端懸臂安裝離心式葉輪，六個(gè)蝸殼形機(jī)殼用螺栓固定在齒輪箱的兩側(cè)。小齒輪軸穿過蝸形殼體處裝有軸封，小齒輪軸穿過齒輪箱處裝有油封。由以上結(jié)構(gòu)可以看出，多軸式離心壓縮機(jī)的葉輪直徑和轉(zhuǎn)速都能最佳匹配，因此各級葉輪的工作效率較高。并且每級葉輪為軸向進(jìn)氣，流動(dòng)狀態(tài)更為均勻，故而提高了級效率。另外由于高速化，每級葉輪壓比高，獲得同樣的壓縮比，需要的葉輪數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于單軸式壓縮機(jī)，因此，造價(jià)低體積小。多軸式壓縮機(jī)早期主要用于空分裝置， 用轉(zhuǎn)速為1500r/min 的電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器與大齒輪軸直聯(lián)。之后它推廣到化工行業(yè)，驅(qū)動(dòng)機(jī)用高速的蒸汽透平或燃?xì)馔钙剑柙鲈O(shè)齒輪箱減速后再驅(qū)動(dòng)大齒輪。這種傳動(dòng)方式雖然損失約2%的功率，增加減速箱的投資與占地面積，但用汽輪機(jī)對化工裝置熱能的綜合利用很有利。但同樣多軸式壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上存在一些缺點(diǎn)。因此它不適合變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能。

另外，多軸式壓縮機(jī)首次投運(yùn)前需要對外部管道設(shè)備進(jìn)行徹底的清洗。由于多軸式壓縮機(jī)的葉輪轉(zhuǎn)速在2～5萬r/min之間，齒輪的節(jié)圓速度在130～200m/s之間，因此外部管道（氣路、油路）及設(shè)備的吹掃和清洗是否徹底，對高速運(yùn)轉(zhuǎn)的葉輪和齒輪的安全極其重要。

3.“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式

任何高壓比多級離心壓縮機(jī)都有高壓段，高壓段性能的優(yōu)劣對整機(jī)性能的影響極大。相比單軸式壓縮機(jī)，多軸式壓縮機(jī)的高壓段性能更為良好。因此，如果將單軸式壓縮機(jī)的高壓段改用多軸式，整臺壓縮機(jī)的性能就可大幅度提高。另一方面，如前所述，大流量、高壓比離心壓縮機(jī)如采用純多軸式機(jī)型，級數(shù)過多會降低運(yùn)行的可靠性。基于以上兩種原因，近期國內(nèi)外出現(xiàn)了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式，分別發(fā)揮各自的優(yōu)勢，整機(jī)性能明顯提高。近期國內(nèi)大型空分裝置中有三種型式的離心式空壓機(jī)組，其中曼透平公司生產(chǎn)的 RIKl40-4 型壓縮機(jī)就是采用了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式，技術(shù)性能最好。

4.總結(jié)

（1）早期的某些單軸式壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)布罝在雙缸機(jī)組的端部，造成了低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大，目前國內(nèi)外很多壓縮機(jī)制造廠已對此進(jìn)行了改進(jìn)。通過壓縮機(jī)葉輪材料和汽輪機(jī)末級葉片材料的升級，提速、減級數(shù)、降成本是當(dāng)前單軸式離心壓縮機(jī)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

（2）多軸式壓縮機(jī)具有效率高、價(jià)格低、占地小的優(yōu)勢，在非危險(xiǎn)性氣體壓縮中的應(yīng)用己非常廣泛、成熟，已成為國內(nèi)外空分行業(yè)壓縮機(jī)的主力機(jī)型；對壓比不太高的化工氣體的壓縮，應(yīng)用范圍正逐歩擴(kuò)大。

（3）對高壓比離心壓縮機(jī)，國內(nèi)外出現(xiàn)了單軸式與多軸式聯(lián)合的創(chuàng)新模式，分別發(fā)揮各自的優(yōu)勢，與常規(guī)的單軸式相比，整機(jī)性能明顯提高；聯(lián)合模式的可靠性高于多軸式壓縮機(jī)，這是當(dāng)前離心壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)向。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

[1]花嚴(yán)紅，袁衛(wèi)星，王海.離心壓縮機(jī)研究現(xiàn)狀及展望[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2013（3）：59-62.

[2]王 軍，鄭志國，印明洋，等.單軸懸臂多級離心壓縮機(jī)的研制[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2014（2）：5-8.

[3]王廣蘭，馬誠.多軸組裝式與傳統(tǒng)單軸式離心壓縮機(jī)的比較[J].風(fēng)機(jī)技術(shù)，2010（3）：14-17.

[4]魏宗勝.多軸式離心壓縮機(jī)的經(jīng)濟(jì)節(jié)能性[J].化工設(shè)計(jì)，2013，9（4）：28-31.

[5]楊愛學(xué).離心空壓機(jī)組在大型化工型空分裝置中的應(yīng)用[J].中國設(shè)備工程，2011（4）：42-43.