【導(dǎo)讀】機是輸送和提高氣體壓力的機器。我們知道，氣體的壓強取決于單位。時間內(nèi)氣體分子撞擊單位面積的次數(shù)與強烈程度。但當(dāng)溫度減下來后，氣體壓力又隨之降低。而一般要求被壓縮氣。體應(yīng)具有不太高的溫度。因此提高氣體壓力的主要方法是通過增加單。目前使用最廣泛的壓縮機通常分為兩類：一類是容積式壓縮機，著垂直于壓縮機軸的徑向進(jìn)行的。度升高，當(dāng)氣體流經(jīng)擴(kuò)壓器等截面積擴(kuò)張的通道時，流速逐漸降低，在軸流式壓縮機中，同樣由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)是。在使用上，一般容積式壓縮機宜用于高壓力，中、小流量的場合；心式的更大，壓力則比離心式的低些?？s機，泵等負(fù)荷機旋轉(zhuǎn)。一臺壓縮機常常有兩個或兩個以上的氣缸，按壓力高低稱低。半聯(lián)軸節(jié)等零部件組成，又稱為轉(zhuǎn)子。封等零部件組成，常稱為定子。在離心式壓縮機中，氣體流過一級之后，壓力的提高是有限的，了吸氣室、擴(kuò)壓器、彎道和回流器等固定元件。所以葉輪使氣體提高能量的關(guān)鍵部件。

　　

【正文】 圖 23 是不同轉(zhuǎn)速下壓縮機工作特性曲線與控制線的關(guān)系圖。 圖 23 不同轉(zhuǎn)速下壓縮機工作特性曲線與控制線的關(guān)系圖 在實際情況下，如在工藝生產(chǎn)過程中當(dāng)工藝負(fù)荷變化不大時，壓縮機的轉(zhuǎn)速變化也不會大。此時控制線就可以用一條直線來代替拋物線（見圖中的 c 線）。這種方法能夠滿足要求，且能使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得簡單。 防喘振控制系統(tǒng)的組成元件包括變送器、設(shè)定器、運算器、調(diào) 節(jié)器和調(diào)節(jié)閥等。變送器感受壓力、流量參數(shù)的大小及變化，后經(jīng)運算，把控制線方程兩邊的計算結(jié)果輸入調(diào)節(jié)器進(jìn)行比較，最后控制調(diào)節(jié)閥 ˙ 41 ˙ 動作達(dá)到防喘振目的。 在手動操作時壓縮機應(yīng)嚴(yán)格遵守： 開車時，必須根據(jù)壓縮機的性能曲線，遵循“先升速后升壓”的原則；停車時則相反，應(yīng)“先降壓后降速”。具有分段防喘振控制系統(tǒng)的機組，在實際手動操作防喘振閥時，必須交替進(jìn)行，不可顧此失彼，這些必須注意。 五 汽輪機調(diào)速調(diào)壓和保安系統(tǒng) 大型化工廠汽輪機的調(diào)速調(diào)壓系統(tǒng)的作用是調(diào)節(jié)汽輪機的轉(zhuǎn)速和抽汽壓力 /背壓維持在設(shè)定值上，機組的 保安系統(tǒng)在機組超速、軸向位移大、振動過大、油壓過低等異常情況出現(xiàn)時能使機組得到保護(hù)。 六 密封系統(tǒng) 由于壓縮機的轉(zhuǎn)子和定子一個高速旋轉(zhuǎn)而另一個固定不動，兩者之間必定具有一定的間隙，因此就一定會有氣體在機器內(nèi)有一個部位泄露到另一個部位，同時還向機器外界進(jìn)行泄露。為了減少或防止氣體的這些泄露，需要采用密封裝置。防止機器內(nèi)部通流部分各空腔之間泄露的密封叫內(nèi)部密封；防止或減少氣體由機器內(nèi)部向外界泄漏的或由外界向機器內(nèi)部泄漏的密封，叫外部密封或稱軸端密封。內(nèi)部密封如輪蓋、定距套和平衡盤上的密封，一般做成迷宮型。對于外 部密封來說，如果壓縮的氣體有毒或易燃易爆，例如氨氣、甲烷、丙烷、石油氣、氫氣等等，不允許漏至機外，必須采用液體密封、機械接觸式密封、干氣密封等等；當(dāng)壓縮的氣體無毒，例如空氣、氮氣等等，允許有少量氣體泄漏，亦可以采用迷宮密封等。 ˙ 42 ˙ 1 迷宮密封： 為說明此密封原理，下面對氣體通過密封的流動情況進(jìn)行介紹，如圖 24 所示。 前后氣體有一定的壓差，氣體從高壓端流向低壓端，當(dāng)通過密封齒和軸的間隙時，氣流速度加快，氣體壓強和溫度都要降低。從間隙流入到下一個齒間空腔時，由于面積突然的擴(kuò)大，形成強烈的漩渦，在容積比間 隙容積大很多的空腔中氣流速度幾乎等于零，動能由于漩渦全部變?yōu)闊崃浚訜釟怏w本身，因而氣體溫度又從流經(jīng)間隙時的溫度回升到流入間隙前的溫度，但空腔中的壓強卻回升很少，可認(rèn)為保持流經(jīng)間隙時的壓強不變。氣體再從這個空間流經(jīng)下一個密封齒和軸之間的間隙，又進(jìn)入再下一個齒間空腔，重復(fù)上述過程，如此流經(jīng)一個個齒，最后從整個密封流出。氣體每從一個大的齒間空腔流經(jīng)一個小的齒與軸間的間隙，再流入另一個大的齒間空腔，壓強就降低一次，而且隨著流動氣體比容不斷增加，通過間隙的速度不斷加快，因而壓強降低得越多，如圖 25 所示。 圖 24 密封中氣體流動 圖 25 迷宮密封中的壓力降 安裝密封體時，要檢查與軸的對中情況，存在偏心會引起漏氣量大大增加，為了保護(hù)利用上述現(xiàn)象可起到密封和減少泄漏量的作用。一方面是因為設(shè)置密封裝置可使密封齒和軸的間隙，比不設(shè)密封齒時 ˙ 43 ˙ 的間隙減少很多，減少了流通面積；另一方面由于節(jié)流使每個齒前后壓差遠(yuǎn)比整個密封裝置前后壓差小。壓差和通流面積減少都使漏氣量減少。 軸應(yīng)注意密封片的材料選擇，一般選用比軸軟的材料。 2 干氣密封 此密封技術(shù)源于七十年代 初，七十年代末已進(jìn)入商用階段。但運用到我國的壓縮機上卻比較晚。 我們一期裝置的二氧化碳壓縮機高壓缸軸端密封就采用的是干氣密封，使用效果很好，操作維修也方便。 典型的干氣密封如下圖 26 所示，是由傳統(tǒng)的機械密封變形改進(jìn)而來的，它與機械密封有些相似，也是由動環(huán)和靜環(huán)組成，動環(huán)固定在壓縮機軸上，與軸一起旋轉(zhuǎn)。與傳統(tǒng)機械密封不同的是干氣密封的動環(huán)密封面上有一系列的螺旋槽，如圖上所示。 圖 626 動環(huán)材質(zhì)為碳化鎢（較硬），靜環(huán)為碳環(huán)（較軟），這樣的設(shè)計選材有利于干氣密封的最佳運行及簡便維修。 流體的密封是在動環(huán)和靜環(huán)之間的徑向結(jié)合面間進(jìn)行的，靜止時 ˙ 44 ˙ 密封表面高平面度地貼合在一起。 當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，流體由外向螺旋槽根部運動時增壓，該處構(gòu)成了密封壩。氣流所受離心力和密封壩對流體的流動提供阻滯力，提高了氣體壓力。所產(chǎn)生壓力作用于動靜環(huán)密封面并使其分開；閉合力 FC 等于系統(tǒng)壓力加上很小的彈簧力，分開力 FO 等于系統(tǒng)壓力降低加上螺旋槽產(chǎn)生的壓力。平衡狀態(tài)時，對于常見流體 ，分開的動、靜環(huán)密封面間間隙為 3 微米左右。當(dāng) FC=FO 時，間隙就穩(wěn)定下來，平衡狀態(tài)時的受力圖如下圖 2 2 29 所示。 圖 27 圖 28 ˙ 45 ˙ 圖 29 如果由于某種干擾，使得密封間隙減少，螺旋槽產(chǎn)生的分開力將大大增加，這又使平衡恢復(fù)，如圖所示；同樣當(dāng)由于某種干擾，使密封間隙 增大時，螺旋槽產(chǎn)生的分開力將大大縮小，密封也同樣很快恢復(fù)平衡狀態(tài)。 干氣密封允許轉(zhuǎn)子有較大的振動，并且運行維護(hù)大大簡化，是目前最流行的密封。 干氣密封需要干燥干凈的緩沖氣，這對于干氣密封保持最佳性能和延長壽命很重要，因此壓縮機干氣密封系統(tǒng)設(shè)計時就要考慮這些要求，比如有過濾器，緩沖氣一般從壓縮機排出管線抽出或來自外部供給氣體；此外干氣密封系統(tǒng)設(shè)計時還要在干氣密封和軸承區(qū)域之間注入隔離氣（一般為氮氣）以防止泄漏氣體進(jìn)入軸承區(qū)域。 根據(jù)壓縮機的工藝介質(zhì)、壓縮機的進(jìn)口壓力及現(xiàn)場條件，壓縮機軸端用干氣密封一般可選用諸 如單端面干氣密封、雙端面干氣密封、串聯(lián)式干氣密封以及帶中間進(jìn)氣的串聯(lián)式干氣密封等形式。單端面干氣密封適用于少量工藝氣泄漏到大氣中無危害的工況；雙端面干氣密封適用于不允許工藝氣泄漏到大氣中，但允許阻封氣（通常為氮氣）進(jìn)入機內(nèi)的工況；串聯(lián)式干氣密封也適用于允許少量工藝氣泄漏到大氣中的工況，但第二級干氣密封主要是作為安全備用密封，該級正常運行時不承受或承受很小的差壓；帶中間進(jìn)氣的串聯(lián)式干氣密封適用于既不允許工藝氣泄漏到大氣中，也不允許非工藝氣進(jìn)入機內(nèi)的工況，且第二級干氣密封也起安全備用密封的作用。 雙甲車間的循環(huán) 氣壓縮機和氨壓縮機軸端密封就采用了串聯(lián)式 ˙ 46 ˙ 干氣密封（干氣密封為國內(nèi)制造），而且氨壓縮機低壓缸軸端干氣密封第一級還是雙端面干氣密封。 第五節(jié) 離心式壓縮機工況調(diào)節(jié)的幾種方法 一 概述 壓縮機在運行時，系統(tǒng)的壓力、流量是不斷的變化的，這就要求壓縮機的流量、壓力也要隨著變化，也即要不斷的改變的壓縮機的運行工況。改變壓縮機工況的方法就叫調(diào)節(jié)。由于壓縮機運行工況點是由壓縮機本身性能曲線和管網(wǎng)性能曲線共同決定的，所以改變運行工況既可以采用改變壓縮機性能曲線也可以采用改變管網(wǎng)性能的方法來實現(xiàn)。 二 幾種調(diào)節(jié)方法介紹 壓縮機調(diào)節(jié)方法有：壓縮機出口節(jié)流調(diào)節(jié)、壓縮機進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)、改變壓縮機轉(zhuǎn)速、采用可轉(zhuǎn)動的進(jìn)口導(dǎo)葉、采用可轉(zhuǎn)動的擴(kuò)壓器導(dǎo)葉調(diào)節(jié)等方法，下面就逐一介紹。 1 壓縮機出口節(jié)流調(diào)節(jié) 這種調(diào)節(jié)方法是通過開大或關(guān)小壓縮機出口閥門的開度實現(xiàn)的，實際上也就是通過改變管網(wǎng)性能曲線實現(xiàn)工況點轉(zhuǎn)移的。 如下圖所示，假設(shè)壓縮機的出口氣體被送往一恒壓容器，容器內(nèi)壓力始終為 Pr。在不考慮壓縮機出口與容器之間連接管道阻力的理想情況下，壓縮機應(yīng)穩(wěn)定在 S 點的工況下運行。而實際情況是出口閥門和管道阻力是存在的，在考慮了出口管道的性能曲線的情況 下，壓 ˙ 47 ˙ 縮機的運行工況點實際上是在 S’ 點。此時若再關(guān)小壓縮機出口閥，則管網(wǎng)性能曲線就變得更徒，實際工況點上移至 1 處，反之若開大出口閥，則管網(wǎng)性能曲線趨于平坦，壓縮機的運行工況點又下移至 2 處。 顯然這種出口節(jié)流法會帶來節(jié)流損失。當(dāng)調(diào)節(jié)量比較大時，閥門的這個附加損失也是相當(dāng)大的，這種方法很不經(jīng)濟(jì)，而且喘振限沒有改變。一般很少用。 2 壓縮機進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié) 這種調(diào)節(jié)是將調(diào)節(jié)閥門安裝在進(jìn)氣管線上，通過改變閥門開度的大小，就可以改變壓縮機的性能曲線，從而達(dá)到調(diào)節(jié)目的。這種方法實際上是通過改變實際壓縮機進(jìn)口壓力而改變壓縮機 運行工況點的。如下圖 30 所示。 圖 30 在下圖 31 曲線上 1 為調(diào)節(jié)閥門全開時的壓縮機性能曲線，這時Pin=Po。調(diào)節(jié)時關(guān)小閥門即經(jīng)過節(jié)流 PinPa。在固定閥門開度情況下， Pin 的大小隨流量的大小而變化的，流量增加，閥門的損失也就增加， Pin 就愈低。若壓縮機轉(zhuǎn)速不變，壓縮機進(jìn)口壓力下降，則出口壓力也下降，于是進(jìn)口節(jié)流后的壓縮機的性能曲線就往右下方移動。通過改變進(jìn)氣節(jié)流閥開度，就可以相應(yīng)的改變壓縮機性能曲線位 ˙ 48 ˙ 置，正是利用這一點來進(jìn)行調(diào)節(jié)的。 進(jìn)口節(jié)流比出口節(jié)流的經(jīng)濟(jì)性好，因為節(jié)流后喘振流量向小流量方 向移動，使壓縮機能在較小的流量下工作，擴(kuò)大了穩(wěn)定運行范圍。但采用進(jìn)口節(jié)流閥仍帶來一定的節(jié)流損失，此外節(jié)流時要注意使閥門后的氣流保持均勻，以免影響到壓縮機的工作而降低效率。二期空分裝置的增壓機就采用這種調(diào)節(jié)方式。 圖 31 壓縮機進(jìn)氣節(jié)流示意圖性能曲線 3 改變壓縮機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) 我們知道，當(dāng)壓縮機的轉(zhuǎn)速改變時其性能曲線也跟著改變，所以可用改變壓縮機轉(zhuǎn)速的方法改變工況點來滿足用戶的要求。變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)并不引起其它附加損失，只是調(diào)節(jié)后新的工作點不一定是效率最高點，而是效率 有所下降。這種調(diào)節(jié)方法不要求機器中裝備調(diào)節(jié)用的可動部件，因此壓縮機本身的結(jié)構(gòu)可以簡單，制造方便，加之目前大型壓縮機大都采用蒸汽透平驅(qū)動，這樣就可以方便的滿足改變轉(zhuǎn)速的要求。二期的氨壓縮機就采用這種調(diào)節(jié)方式。 ˙ 49 ˙ 圖 32 壓縮機的喘振線 圖 33 采用進(jìn)口氣流旋繞對性能的影響 4 采用可轉(zhuǎn)動進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)（進(jìn)氣預(yù)旋調(diào)節(jié)） 這是一種改變?nèi)~輪前進(jìn)口導(dǎo)葉的角度，使氣產(chǎn)生預(yù)旋轉(zhuǎn)進(jìn)而改變壓縮機性能曲線的調(diào)節(jié)方法。進(jìn)口導(dǎo)葉可繞本身的軸轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動后使進(jìn)口氣流產(chǎn)生與葉輪旋轉(zhuǎn)方向一致的旋繞，稱為正旋繞， 反之稱為負(fù)旋繞。當(dāng)進(jìn)口由正旋繞變到負(fù)旋繞時，這個壓縮機的性能曲線有向大流量區(qū)移動的趨勢，而且在同一流量上的能量頭有明顯的增加，能量頭曲線變得愈來愈平坦，喘振流量值有所增大，見圖 33 所示。對強后彎葉輪的離心式壓縮機，這種調(diào)節(jié)方法不理想，而通風(fēng)機和軸流壓縮機采用這種方法還可以。采用這種方法，可轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉的形狀要設(shè)計得好，葉片要有良好的氣動性能，這樣也就不會像進(jìn)口節(jié)流閥門調(diào)節(jié)那樣產(chǎn)生較大的損失。所以采用這種方法有較好的經(jīng)濟(jì)性。二期的循環(huán)氣壓縮機和空壓機就采用這種調(diào)節(jié)方式。 5 采用可轉(zhuǎn)動的擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié) 這種方法是 裝設(shè)可轉(zhuǎn)動的擴(kuò)壓器葉片，在流量變化時相應(yīng)的改變 ˙ 50 ˙ 葉片擴(kuò)壓器進(jìn)口幾何角度以適合改變了的工況的，避免在葉片擴(kuò)壓器中首先產(chǎn)生嚴(yán)重的脫離而導(dǎo)致喘振，從而擴(kuò)大了穩(wěn)定工況范圍。這種方法很少把它作為單獨的調(diào)節(jié)方法使用，一般是和其它方法聯(lián)合使用，特別是和改變轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)方法聯(lián)合使用，有很好的效果。這種方法的實質(zhì)也是改變壓縮機的性能曲線。 此外還有壓縮機