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　　离心式压缩机是透平式压缩机的一种，具有处理气量大，体积小，结构简单，运转平稳，维修方便以及气体不受污染等特点。随着气体动力学研究的成就使离心式压缩机的效率不断提高,又由于高压密封，小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的一系列问题，使离心压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复活塞式压缩机。作为高炉鼓风用的离心式鼓风机的流量有大至7000m3/min，功率大的有52900kw的，转速一般在1000r/min以上。

　　一般说，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子之间的距离。为了达到这个目标，除了采用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法以外，还有一种用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件(高速回转的叶轮)对气体作功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩张流道中流动时这部分动能又转变为静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。

　　离心式压缩机由转子及定子两大部分组成。转子包括转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、联轴节及平衡盘等零部件。定子则有气缸，定位于缸体上的各种隔板以及轴承等零部件.在转子与定子之间需要密封气体之处还没有密封元件。

　　气体的流动过程是:当驱动机使转子高速回转时，叶轮的入口产生负压将进气管的气体连续吸入机内，气体在流道中进行逐步压缩后，连续从排气口排出。机内的各段流道根据其作用的不同，有不同的名称和构造型式，它们是依据气体的热力学及动力学规律设计而成的，,气体从进气口进入吸气室,再经高速旋转的叶轮，进入扩压器，然后通过弯道进入回流器，从回流器出来便算完成一个级的压缩过程.如需要进一步提高压力则再进入第二级、第三级…。每级的过程与上述相同。气体从最后一级出来即进入一蜗壳，最后从排气口排出。

　　级是离心压缩机的基本单元，它是由一个叶轮和一组与其相配合的固定元件所构成。例如型号为DA120—61，D为即表示叶轮是单面进气，A是压缩机，120是进气流量120m3/min，6为6个级别，1表示第一次设计的产品。

　　压缩机的气体从进气口进入，经Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、级，出了第三级即排出机外，在机外进行冷却（或抽、加气）后，再从第Ⅳ级的吸气室进入，从第Ⅵ级排出，这称为两段压缩。每一进气口到排气口之间的级组成为一个段，段由一个或几个级组成。该压缩机是由一个缸组成。一个缸可容纳的级数最少一级，最多达到十级。高压离心压缩机有时需由两个或两个以上的缸组成。由一缸或几缸排列在一条轴线上称为离心压缩机的列；不同的列，其转数也不同，高压列的转数高于低压列。

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　　吸气室压缩机每段的第Ⅰ级入口都设有吸气室，其作用是将气体从进气管均匀地导入叶轮的入口以减小气体进入时的流动损失。

　　叶轮叶轮是离心压缩机中最重要的一个部件，驱动机的机械功即通过此高速回转的叶轮叶片对气体作功而使气体获得能量，它是压缩机中唯一的作功部件，故亦称工作轮。叶轮一般是由轮盖、轮盘和叶片组成的闭式叶轮，也有没有轮盖的半开式叶轮。

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　　扩压器气体从叶轮流出时，具有很高的速度，为了使这部分速度尽可地转化为压力能，在叶轮外缘的周围设置了流通截面逐渐扩大的流通空间，这就是扩压器。扩压器是由前后隔板组成的环形通道。其中不装叶片的称为无叶扩压器，装有叶片的称为叶片扩压器。

　　弯道为了把从扩压器流出来的气体引导到下一级去进行再压缩，在扩压器外周设置了使气体由离心方向改变为向心方向的环形通道，称为弯道。弯道是由隔板和气缸内壁组成的环形空间。

　　回流器为了使气流以一定方向（一般是轴向）均匀地进入下一级的叶轮入口，又在弯道的出口设置了回流器，使气体依靠回流器中的叶片导流作用均匀地向心流动，然后流入下一级叶轮。回流器是由两块隔板和装在隔板之间的叶片构成的。

　　蜗壳蜗壳的作用是将由扩压器（或由叶轮）出来的气流有序地汇集起来而引出压缩机。在有些情况下，由于蜗壳中的气流速度有所下降，这时蜗壳也可起一定的扩压作用。

　　压缩机中间各级一般是由叶轮、扩压器、弯道及回流器组成，第Ⅰ级还带有吸气室，末级则有蜗壳，但没有回流器，末级也可能没有扩压器。

　　1密封件为了减少机内的气体从高压处向低压处泄漏，在各级叶轮的进口圈外径处均设有轮盖密封，在级与级之间则有级间密封，这种密封通常是用非接触式的迷宫式密封（或称梳齿式密封）。此外，在转轴伸出机外之处也有密封，称为轴端密封，简称轴封。轴封的型式对于低压密封也常用迷宫式密封，对于高压密封则大多用浮环油膜密封或机械密封

　　2平衡盘为了减小或平衡掉离心压缩机转子受到机内气体压力的作用而产生的不平衡轴向力，通常在轴上靠近最后一级叶轮处装有一旋转圆盘，即为平衡盘。平衡盘的外缘和气缸壳体之间也设有迷宫密封。使平衡盘的内侧和高压气体相通，另一侧则与低压（或压缩机进气口）相通。转子受到的未被平衡盘完全平衡的残余轴向力则由止推轴承加以承担。

　　轴承离心压缩机是高速回转机械，除了小型压缩机有采用滚动轴承的以外，绝大多数采用特殊型式的动压滑动轴承，有支撑轴承（或称径向轴承）及止推轴承两种。支撑轴承承受压缩机转子的重力及其他径向力，止推轴承则主要承担转子所受的不平衡向力，并且保证转子的轴向定位，避免在机器运行时发生转子与定子相碰。离心压缩机转子属于高速轻载转子，为了保证其在轴承中能形成理想的油膜，并防止轴承油膜振荡的不正常现象出现，一般采用多块可倾瓦轴承或椭圆形等特殊滑动轴承。多块可倾瓦轴承是利用几千瓦块在其支点附近作轻微摇摆以形成多油楔，使高速转轴轴颈得到及时的足够的油润滑，并且运转稳定。

　　4联轴器由于离心压缩机具有高速回转、大功率以及运转时难免有一定振动的特点，所用的联轴器既要能够传递大扭矩，又要允许径向及轴向有少许位移，所以一般常用的是齿型联轴节，依靠齿型的啮合传递扭矩，这种联轴节需要润滑剂。近年来国外创造了一种鼓膜型联轴器，利用膜片传递扭矩，膜片还可有少许变形。这种联轴器不需要润滑剂，制造也容易，很受欢迎。

　　离心压缩机的驱动机除了中、小型压缩机有用电动机外，一般是用汽轮机或燃气轮机直接驱动，这样既可以满足大功率、高转速的要求，又可以直接利用工厂的副产品——高压蒸汽机或高温燃气作为动力，此外采用这类驱动机还可以使压缩机采用调节转速的方法来调节压缩机流量或压力，这种调节方法比较经济。

　　离心压缩机也有冷却水系统及要求很高的润滑油系统，有时还有增速箱以提高压缩机整机或某一转子的转速。离心压缩机的自控系统比活塞式压缩机的要求为高，除了常规的操作参数测量、显示以外，还有喘振控制系统、轴位移及振动的批示及报警、自动停车等安全设施。

　　叶轮是离心压缩机中唯一对气体作功的元件，且是高速回转件，所以对叶轮的设计、材料和制造要求都很高，对叶轮的要求主要是：第一、提供尽可能大的能量头；第二、叶轮以及与之匹配的整个级的效率要比较高；第三、所设计的叶轮型式能使级及整机的性能稳定工况区较宽；第四、强度与制造质量符合要求。能否达到以上要求，首先与叶轮的选型和设计参数的正确选取有关。

　　叶片的弯曲形式是叶轮的主要特征，图所示出后弯式、径向式及前弯式三种型式。在圆周速度u2相同的情况下，它们的性能与叶片弯曲有密切关系。

　　其中的压缩机型叶轮（βA2=30°—60°）大多用于大、中型流量的压缩机级，而水泵型（βA2=15°—30°）则常用于中、小流量的高压压缩机最后几级；径向叶片叶轮尤其是带导风轮的直叶片叶轮则用于航空用增压器居多，也常被大型离心压缩机的前两级所采用。前弯式叶片叶轮只在通风机中应用。由于三元流动理论的不断发展以及加工技术的进步，近二十多年来空间扭曲叶片在宽叶轮中的应用也逐渐普遍，因为扭曲叶片叶轮内气体流动比较均匀，速度分布和压力分布比较合理，流动损失小，故级效率有明显提高，稳定工况区也有所扩大，所以大、中型压缩机的前几级采用扭曲叶片已愈来愈多。

　　按结构型式分，可分为闭式、半开式及开式叶轮三种。离心压缩机大多采用闭式叶轮，如图所示。

　　它由轮盘、轮盖和叶片组成，闭式叶轮的效率较高，但轮盖内孔较大，该处因受轮盖旋转惯性力的作用，切向应力较大，所以闭式叶轮的圆周速度U2就受轮盖强度的限制，一般U2不超过320m/s。因此也就限制了级压力比的提高。

　　半开式叶轮，特别是带导风轮的径向直叶片叶轮（如图示）由于没有轮盖，且叶片本身在旋转运动中不产生弯矩。且可起加强筋的作用，所以U2max可达450—540m/s，一个级的压力比高达6.5。半开式叶轮在叶片与固定壁面的间隙的潜流泄漏又降低了压缩机的效率。开式叶轮在压缩机中基本上不被采用。

　　为了适应大气量压缩机的需要，叶轮还可作成双面进气的型式（如图示），即由两个单吸叶轮并联、且背靠背地连在一起，这种叶轮还具有轴向力自动平衡的优点，但制造稍为困难些。

　　从制造方法来看，叶轮有铆接、焊接、精密铸造、钎焊及电蚀加工等制造方法，因此为了适应制造工艺要求，叶轮又有不同结构型式。目前大多采用铆接及焊接的结构型式。制作轮盘及轮盖的材料大多采用低合金钢如：34GrMo、34GrNi3Mo、CrMn4等，制作叶片常用20MnV及30CrMnSi等。

　　在叶轮制作过程中除了对其材料、加工质量需要逐项严格检验以外，加工完成的叶轮还必须逐个进行超速试验。叶轮超速试验合格后，把叶轮和轴以及其它转子上的附件组装成转子，还必须进行转子的动平衡试验。超速试验是将叶轮安装在高速回转试验台上，用超过压缩机额定转速15——20%（对电机驱动的压缩机叶轮只需超速10%）运转，然后测量叶轮内孔及外缘的变形率是否在规定值之内，同时检验叶轮的表面是否出现裂纹或其它缺陷。用超速试验可以检验叶轮的材质、设计和加工的综合质量。转子的动平衡试验是在叶轮以及其它附件（如间距套、平衡盘及止推盘等）装到轴上的过程中多次进行的。美国石油协会标准（API）规定对离心式压缩机转子的动平衡精度要求是：在转子允许的最高连续转速下（110%额定转速），转子的最大不平衡力应不超过该转子质量力的10%。

　　迷宫密封也称为梳齿形密封，是一种非接触型密封。主要用于离心压缩机级内轮盖密封、级间密封和平衡盘的密封上。在压力较低，且允许流体少量泄出时，也可以作为轴封（轴与壳体间的密封）使用。迷宫密封的结构用得较多的是以下几种：

　　（1）平滑形 如图，轴作成光轴，密封体上车有梳齿或者镶嵌有齿片，结构很简单。

　　（2）曲折形 为了增加每个齿片的节流降压效果，发展了曲折型的迷宫密封，密封效果比平滑型好，如图，是整体曲折型，除了密封体上有密封齿（或密封片）外，轴上还有沟槽。整体型的缺点是密封齿之间的间距不可能加工得太短，因而密封的轴向尺寸较长。如采用镶嵌型，见图，就可以大缩短轴向尺寸。

　　（3）台阶形 如图，这种型式的密封效果也优于光滑型，常用于叶轮轮盖的密封，一般有3——5个密封齿。

　　迷宫密封是利用节流原理使气体每经过一个齿片，压力就有一次下降，经过一定数量的齿片后就有较大的压降，实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力，从而减小气体的通过量。

　　(1)  梳齿密封除了轮盖密封齿数较少外,一般密封结构中Z不少于6片,但也不宜过多,一般不多35片,以免轴间尺寸太长,而且齿片过多,对进一步降低漏气量作用也不明显,

　　(2)  为提高节流降压效果,梳齿的径向间隙S应尽可能小些,一般为0.4mm左右.

　　(3)  梳齿顶端朝向来流一边作成尖角形,见图，以加强气流的旋涡，提高密封的效果。

　　(4)  梳齿材料一般采用青铜、铜锑锡合金及铝合金等较软的金属制作，避免划伤轴或轴套。

　　浮环油膜密封主要用于高压离心压缩机的轴封上。浮环油膜密封（见图）的工作原理就相当于把固定套筒车成若干个圆环套在轴套上，环与轴套之间的间隙中注有高压油，形成油膜，阻止气体流出。环本身能作径向的自由浮动，但不能转动，因有定位销钉3的限制；环的一个端面经过研磨，靠弹簧4压在L型隔距套上。高压侧压差较小，一般只用一个浮环，低压侧有2—3个或更多的浮环。工作时圆环所以能产生自由浮动，其原理与滑动轴承原理相同，都是因油楔产生浮力的作用结果，所不同的是，被浮起的对象不同。

　　对轴承来说，被浮起的是轴，轴瓦固定不动；而对浮环密封来说，被浮起的是浮环，而轴固定不动，见图，浮环由于自身受到的重力G，使环与轴存在一定偏心距e，轴转动时就会在轴的上方（或某一方）形成油楔而产生油膜浮力W，此浮力而使环趋向对中。浮环就在其重力、浮力及环端面摩擦力等的动态平衡中保持环与轴的基本同心。所有环都能与轴自动“对中”就能明显地减小油膜密封的间隙值，从而提高密封的性能，并且大大减小漏油量，这就是浮环油膜密封的突出优点，它解决了离心压缩机向高压发展的一个技术关键。

　　离心式压缩机入口的气体速度一般为20-30m/s,出口为25-35m/s,但气体从叶轮中流出时具有的速度C2则约为200-300m/s,高能量头的叶轮甚至达到500m/s以上.径向直叶片叶轮其出口的动能约占叶轮能量头的一半,后弯叶片叶轮的动能也占25-40%设置扩压器的目的就是使这部分动能尽可能多地、有效地转换为静压能。当叶轮的反作用度较小时，其扩压器性能的好坏对整个压缩机性能的影响还相当地大。

　　扩压器在离心压缩机的轴面上的截面形状一般为矩形，在径向截面上则可分为无叶式，叶片式及少通道式三种，下面就分别分析气体在各种扩压器中的流动及其扩压原理。无叶式扩压器是由两个平壁隔成的环形通道，气体从叶轮流出后，经过一个很小的环形间隙即流入此环形通道（见图）随着扩压器的半径渐大，气体的通道流截面也渐增，气体速度也就逐渐降低。于是气体压力逐渐升高，然后离开扩压器进入弯道等。

　　无叶扩压器的优点主要是：结构简单，没有叶片存在，也就没有气流与叶片之间产生的冲击损失，所以稳定工况范围较宽，在变工况下仍能保持较高的效率，且能适应不同βAZ的叶轮，另外无叶扩压器还可使叶轮外缘处压力场分布均匀，免受周期性的外力干扰。

　　无叶扩压器的缺点则是：由于流线方向角a基本不变，使流动路程变长，沿程摩擦损失增大，所以无叶扩压器的效率（在设计工况下）比叶片式扩压器低（约3-5%）特别当叶轮出口气流a2很小时，效率降低更明显。另外无叶扩压器的径向尺寸较大，从而增大了压缩机的何体积。

　　当叶轮出口气流方向角a2较小时，再采用无叶扩压器，气体流动路线就会太长，将显著地降低扩太器的效率，这时就采用叶片式扩压器。一般对移动式压缩机在a2=12°—15时及固定式压缩机在a2>

　　aA3叶片扩压器中气流受叶片的引导，其流动轨迹大致和叶片形状一致，流程比对数螺旋线的为短。