离心式空压机工艺.docx

1、离心式空压机工艺离心式空压机工艺一、 概 论1.1 压缩机的分类：（1）往复式活塞（柱塞）压缩机； (2) 螺杆式压缩机（类似罗茨式风机）；(3) 离心式压缩机（类似离心式风机）；风机除按工作原理分类外，还常按其产生全压的高低来分类：（a） 风扇 指在标准状况下，风机产生的额定全压低于98Pa的风机。这类风机无机壳，故又称自由风扇。（b） 通风机 指在设计条件下，风机产生的额定全压值在98Pa14700Pa之间的风机。在各类风机中，通风机应用最为广泛，如发电厂中用的各种风机基本上都是通风机。（c） 鼓风机 指气体经风机后的压力升高在14700PaPa之间的风机。也称高压风机。（d） 压缩机 指

2、气体经风机后的压力升高大于Pa，或压缩比大于3.5的风机。也称超高压风机。1.2 压缩机的工作原理1.2.1根据工作方式的不同，压缩机可分为两大类 容积型与速度型。 容积型压缩机是靠工作腔容积的改变来实现吸汽、压缩、排汽等过程。属于这类压缩机的有往复式压缩机和回转式压缩机。速度型压缩机是靠高速旋转的叶轮对气体做功，压力升高，并完成输送气体的任务。属于这类压缩机的有离心式和轴流式压缩机，目前常用的是离心式压缩机。1.2.2 离心式压缩机的基本知识1）主要性能参数（1） 排气量Q（m3/min） 指单位时间内压缩机在特定的进气状态下的排气量。这个特定进气状态通常指进气口压力为一个标准大气压，温度为

3、20（化工行业常取进气口温度为0）。（2） 排气压力P2（Pa）指压缩机输出气体在最终排出处的绝对压力。排气压力为气体的静压头与速度压头之和。一般情况下，静压头占大多数的份额。压缩机的排气压力与进气压力之比，称压力比或压比，用表示；即排气压力/进气压力。（3） 转速n（r/min） 指压缩机的转子速度。对活塞式压缩机，指其曲轴的转速。（4） 轴功率Ps（kW）指压缩机在理想状态下工作的理论功率与各种损耗功率之和，也称实际功率。压缩机的驱动功率为原动机的输出功率。原动机的额定输出功率常为压缩机额定轴功率的（1.11.2）倍。（5） 效率 （） 指压缩机的理论功率与实际轴功率的比值。效率是评价压缩

4、机经济性的重要指标。（6） 容积比能 （kW/（m3/min） 压缩机在排气压力一定的条件下，轴功率与排气量的比值，表示输出单位排气量所消耗的轴功率。（7） 排气温度 （）压缩机工作时，压力比越大，效率越低，其排气温度就越高。由于多种原因，排气温度不能过高。通常规定压缩机排气温度不能高于160。受工作介质理化性能的限制，工艺压缩机的排气温度要求更低一些。2）离心式压缩机常用术语级：由一个叶轮与其相配合的固定元件所构成 段：以中间冷却器作为分段的标志，如前所 述，气流在第三级后被引出冷却，故它为 二段压缩。缸：一个机壳称为一缸，多机壳称为多缸（在 叶轮数较多时采用）列：指压缩机缸的排列方式，一列

5、可由一至几 个缸组成3）整机结构1.2.3 离心式压缩机的典型工作 特性曲线见下图 。转速n固定时，排气压力与排气量可用式P2=a-bQ2表示，式中a、b为实测数据用最小二乘法回归得到的系数。降低转速后，P2Q曲线向左下方移动。虚线以左为压缩机喘振区。转速n固定时，轴功率与排气量可近似用式Ps=aQ-bQ3表示。排气量过大时，由于发生阻塞工况，压比和效率都急剧下降。改变转速n，可在相当大的范围内调节排气压力和排气量；又因为不会产生其他附加损耗，效率变化不大。1.2.4 压缩机的工况调节压缩机实际运行时，由于工艺参数的调整、工作介质理化性能的变化、外界环境条件的改变等原因，经常需要对压缩机工作状

6、况作及时的调节，以满足生产工艺的要求。压缩机的工况调节，有排气压力不变下的排气量调节，有排气量不变下的排气压力调节，也有排气压力和排气量同时作调节。压缩机的工况调节，是通过改变压缩机的工作点来完成的。改变压缩机气体负荷管网的阻抗曲线，或者改变压缩机自身的工作曲线，都可以改变系统的工作点，实现工况调节。a 出口节流阀调节 在压缩机排气口安装调节阀，见图6 。 出口节流阀V全开时，管网阻抗曲线为1，工作点为A 。关小阀V后，管网阻抗变大为2，工作点移到B，排气量从Q1下降到Q2，压缩机排气压力则从P1增大到P2，但压力（P2-P1）完全消耗在阀V的节流损失上。因此，出口节流调节是不经济的，而且调节

7、排气量范围越大越不经济。b 进口节流阀调节 在压缩机进气口安装调节阀，见图7 。 进口节流阀V全开时，Ps= Ps，压缩机特性曲线为1，管网阻抗曲线为3，工作点为A 。关小阀V后，Psh2。因此，进口节流调节比出口节流调节要经济。c 进口导叶调节 在压缩机叶轮入口前设置可转动的进口导向叶片，通过改变导向叶片的安装角，使进入叶轮的气流产生预旋绕，以改变压缩机工作曲线实现工况调节。 加大进口导向叶片的安装角后，Q-P曲线下移，轴功率Ps曲线也下移，见图8 。调节排气量较小时，进口导向叶片调节的节能效果较好；随着排气量调节范围的增大，进口导叶的节流作用逐渐增强，调节的经济性也随之下降。d 改变转速调

8、节 改变压缩机转子转速时，压缩机的工作特性曲线呈基本平移态势。排气压力与转速的平方近似成正比，工况可调节的范围大。当系统静能头为零即管网阻抗曲线过原点时，轴功率与转速的立方近似成正比，调节工况的经济性最好。改变转速调节不会造成其他附加损耗，压缩机效率基本不降低，见图9 。变速调节的实际节能效果受到转速效应、系统静能头不为零、变速设备自身耗能等因素的影响。变速调节装置还需要一定的初投资。三种工况调节方法的比较见图10 。1.2.5离心式压缩机的工作原理和应用离心式压缩机通过高速旋转的叶轮，把原动机的能量传送给气体，使气体压力和速度提高，气体在压缩机内固定元件中将速度能转换为压力能。主要用来压缩和

9、输送气体。离心式压缩机的工作原理是气体进入离心式压缩机的叶轮后，在叶轮叶片的作用下，一边跟着叶轮作高速旋转，一边在旋转离心力的作用下向叶轮出口流动，并受到叶轮的扩压作用，其压力能和动能均得到提高，气体进入扩压器后，动能又进一步转化为压力能，气体再通过弯道、回流器流入下一级叶轮进一步压缩，从而使气体压力达到工艺所需的要求。离心式压缩机的原理与活塞式压缩机有根本区别，它不是利用气缸容积减小的方式来提高气体的压力，而是依靠动能的变化来提高气体压力。离心式压缩机具有带叶片的工作轮，当工作轮转动时，叶片就带动气体运动或者使气体得到动能，然后使部分动能转化为压力能，从而提高气体的压力。这种压缩机由于它工作

10、时不断地将制冷剂蒸汽吸入，又不断地沿半径方向被甩出去，所以称这种型的压缩机为离心式压缩机。它与离心式风机有很大的相似之处。离心式空气压缩机原理是由叶轮带动气体做高速旋转，使气体产生离心力，由于气体在叶轮里的扩压流动，从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高，连续地生产出压缩空气。 离心式空气压缩机属于速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠。结构紧凑、重量轻，排气量范围大；易损件少，运转可靠、寿命长；排气不受润滑油污染，供气品质高；大排量时效率高、且有利于节能。 离心式空气压缩机的结构特点： 离心式空气压缩机组结构简单，运行可靠；离心压缩机主要由转子和定子两大部分组成。转子

11、包括叶轮和轴。叶轮上有叶片，此外还有平衡盘和轴封的一部分。定子的主体是机壳(气缸)，定子上还安排有扩压器、弯道、回流器、迸气管、排气管及部分轴封等。离心压缩机的工作原理为，当叶轮高速旋转时，气体随着旋转，在离心力作用下，气体被甩到后面的扩压器中去，而在叶轮处形成真空地带，这时外界的新鲜气体进入叶轮。叶轮不断旋转，气体不断地吸入并甩出，从而保持了气体的连续流动。 离心式空气压缩机主要构件、空气动力部分、级间冷却器、整体传动装置、润滑系统和操作控件的制造都能够保证提供可靠的性能；在压缩空气气道中，离心式空气压缩机没有任何需润滑部件；离心式空气压缩机精确平衡的挠性碟片式联轴器，将振动降至最低，并且不

12、需要联接器润滑油，也可以提供其它联接方法；离心式空气压缩机紧凑的成套底座，将框架、中间冷却器和润滑油箱集成在一起，从而具有出色的扭转刚度。 离心式空气压缩机的应用： 离心式空气压缩机广泛应用于汽车、化工、制药、采矿和空气分离等行业，离心式空气压缩机也在这些行业有着良好的发展前景离心式空气压缩机的优点： 与往复式压缩机比较，离心式压缩机具有下述优点：1、结构紧凑，尺寸小，重量轻；2、排气连续、均匀，不需要级间中间罐等装置；3、振动小，易损件少，不需要庞大而笨重的基础；4、除轴承外，机件内部不需润滑，省油，且不污染被压缩的气体；5、转速高；6、维修量小，调节方便。压缩机的主要功能和用途 :空气压缩

13、机的特点由电动机直接驱动压缩机，使曲轴产生旋转运动，带动连杆使活塞产生往复运动，引起气缸容积变化。由於气缸内压力的变化，通过进气阀使空气经过空气滤清器（消声器）进入气缸，在压缩行程中，由於气缸容积的缩小，压缩空气经过排气阀的作用，经排气管，单向阀（止回阀）进入储气罐，当排气压力达到额定压力0.7MPa时由压力开关控制而自动停机。当储气罐压力降至0.5-0.6MPa时压力开关自动联接启动。（2）空气压缩机的选择空气压缩机的选择主要依据气动系统的工作压力和流量。气源的工作压力应比气动系统中的最高工作压力高20%左右，因为要考虑供气管道的沿程损失和局部损失。如果系统中某些地方的工作压力要求较低，可以

14、采用减压阀来供气。空气压缩机的额定排气压力分为低压（0.71.0MPa）、中压（1.010MPa）、 高压（10100MPa）和超高压（100MPa以上），可根据实际需求来选择。常见使用压力一般为0.7-1.25MPa。首先按空压机的特性要求，选择空压机的类型。再根据气动系统所需要的工作压力和流量两个参数，确定空压机的输出压力pc和吸入流量qc，最终选取空压机的型号。1）空压机的输出压力pcpc=p+ppc：空压机的输出压力p：气动执行元件的最高使用压力p：气动系统的总压力损失。一般情况下，p=0.150.2MPa。2）空压机的吸入流量qc不设气罐，qb=qmax设气罐，qb=qsaqb：气动

15、系统提供的流量qmax：气动系统的最大耗气量qsa：气动系统的平均耗气量空压机的吸入流量，qc=kqbqc：空压机的吸入流量k：修正系数。主要考虑气动元件、管接头等处的漏损、气动系统耗气量的估算误差、多台气动设备不同时使用的利用率以及增添新的气动设备的可能性等因素。一般k=1.52.0.3)空压机的功率Pp=（n+1）*k*p1*qc*(pc/p1)(k-1)/(n+1)*k-1/(k-1)*0.06 （3）空气压缩机的用途a 、传统的空气动力：风动工具，凿岩机、风镐、气动扳手，气动喷砂；b 、仪表控制及自动化装置，如加工中心的刀具更换等c、车辆制动，门窗启闭；d 、喷气织机中用压缩空气吹送纬

16、纱以代替梭子；e 、食品、制药工业，利用压缩空气搅拌浆液；f 、大型船用柴油机的起动；g 、风洞实验、地下通道换气、金属冶炼；h 、油井压裂；i、 高压空气爆破采煤；j 、武器系统，导弹发射、鱼雷发射；k、潜艇沉浮、沉船打捞、海底石油勘探、气垫船；l、 轮胎充气；m、吹瓶机；n、喷漆；二、离心式压缩机拖动系统的负载特性 离心式压缩机即为超高压的离心式风机，其负载特性同离心式风机的负载特性，即为平方转矩特性。分析方法同离心式风机，只是要注意系统反压和最低出口压力的要求。因为离心式压缩机与通风机和鼓风机不一样：通风机和鼓风机系统一般不存在反压，所以基本满足流体力学的三个相似条件，可以用比例定律的三

17、个公式计算： qv/qv=n/n (1)H/H=( n/n)2，p/p=( n/n)2 (2)P/P=( n/n)3 (3)而离心式压缩机系统一般都存在反压力：储气罐压力或母管压力，其原理就像水泵系统的静扬程一样。所以离心式压缩机系统不满足流体力学的三个相似条件，因而不能直接用比例定律的三个公式计算，而必须进行相似折算后才能用比例定律的三个公式计算，其原理就像水泵系统在不同静扬程和不同流量时的节能计算一样。三、离心式压缩机拖动系统的节能分析 离心式压缩机的节能计算原理就像水泵系统在不同静扬程和不同流量时的节能计算一样。只要知道反压（气罐压力或母管压力）所占额定全压的百分比和实际流量所占额定流量

18、的百分比，就可查表求出其相应的转速、轴功率和节电率。表1 水泵系统在不同静扬程和不同流量时转速、轴功率和节电率： 流量Q/Qe静扬程Hst零流量10203040506070809010转速%31.637.142.848.554.861.368.475.883.391.2轴功率%3.164.277.8411.416.523.132.043.657.875.9节电率%90.586.782.275.570.462.551.238.320.920转速%44.749.554.459.464.569.674.880.185.892.1轴功率%8.9312.116.121.026.833.741.951.4

19、63.278.1节电率%79.475.270.865.359.251.542.431.217.030转速%54.858.662.566.570.674.778.983.488.193.0轴功率%16.520.124.429.435.241,749.158.068.480.4节电率%65.662.259.153.449.542.635.025.814.540转速%63.266.269.372.575.879.282.786.390.093.9轴功率%25.229.033.338.143.649.756.664.372.982.8节电率%55.853.549.946.040.534.528.020

20、.912.050转速%70.773.175.678.180.783.486.288.991.894.8轴功率%35.539.143.247.656.758.064.170.377.485.2节电率%43.641.536.032.729.525.821.316.19.460转速%77.579.280.982.684.586.688.891.093.395.7轴功率%46.649.752.956.460.365.070.175.481.287.7节电率%30.128.426.624.522.218.915.511.96.870转速%83.785.086.387.688.990.391.893.39

21、4.896.6轴功率%58.661.464.367.270.373.677.481.285.290.2节电率%12.411.410.39.38.37.26.25.14.280转速%89.590.391.191.992.793.694.595.496.497.5轴功率%71.773.675.677.679.782.084.486.889.692.7节电率%5.95.14.33.63.12.62.21.81.5阀门调节功耗737780848790939698注意：1. 表中最左边一栏为水泵系统静扬程与全扬程的百分比；2. 表中最上边一栏为水泵系统的实际流量与额定流量的百分比。3. 本表所列数据系根

22、据某典型水泵特性得出，与实际的泵有一定误差。工业企业压缩机系统节能改造在工业企业中，一般有多台压缩机组成压缩机系统，采用母管制运行；母管压力采用启停压缩机和卸载控制相结合的办法，也能达到经济运行的目的。在这样的压缩机系统中，若是容积式压缩机（即活塞式压缩机和螺杆式压缩机）单机采用调速运行时，只影响流量而不会影响并汽压力，因此可以单台或部分压缩机实现变频调速，在不影响供汽压力的前提下实现供汽流量调节。若是离心式压缩机，在单台或部分压缩机实现变频调速时，就要考虑并汽压力的问题了：因为母管压力限制了压缩机的调速范围，如果母管压力较高，调速压缩机稍一降速就会并不了汽，就像是静扬程较高的水泵系统一样。四

23、、离心式压缩机并列运行节能分析4.1 相同参数离心式压缩机并列运行节能分析例5-1：图6所示为两台压缩机机并联运行且其中一台转速降低时并联运行工况点的变化情况。并联运行工作点由M点逐渐移到MM” M.点，工频压缩机的工作点则相应的由N点逐渐移到NN” N.点，由图上可见，工作点所对应的流量减小，同时压力下降；而工频压缩机的流量反而会增加。最后工作点移到B点，变频压缩机的流量为零，而工频压缩机的流量约增加了60%，压力下降了40%左右，工频压缩机有可能过载，应采取相应的措施，如关小进气门以防止其过载。根据压力减小的比例可以算出变频压缩机的最低转速：Pb/Pm开平方即为最低转速与额定转速的比值。如

24、Pb/Pm=0.6，则n1/ne=0.77。此时对于变频压缩机来说，Pb就成了其静压力了，已不再符合相似定律了，所以在调速的过程中，流量已不再与转速的一次方成正比了，而是流量比恒大于转速比了！其中心调节频率也不再是额定频率与最低频率的中间值了，而应查表1求出50%流量时的转速（频率）了！如果本例的静压力Pb为全压的50%的话，则其中心调节频率为83.4%额定频率（转速），而不是0.77与1.00的中间值88.5%！这个转速也是我们计算变频压缩机功率消耗的依据。可以根据不同流量时的转速查出（或算出）其消耗的电功率和节电率来。图6 两机并联其中一台转速降低时并联运行工况点的变化如果压缩机在工频运行

25、时采用卸载或启停控制的话，就要根据加/卸载或启/停控制的时间比和相应的电功率消耗的值进行计算了。一般在这种工况下，仅一台机采用变频调速控制收不到什么节能效果，只能对出口压力的稳定性起到作用；只有两台压缩机同时采用变频调速，才能取得良好的节能效果。图7 多机并联其中一台转速降低时并联运行工况点的变化例5-2：图7所示为三台压缩机机并联运行且其中一台转速降低时并联运行工况点的变化情况。与上例相比，变频压缩机的静压力更高，因而调速范围更小，节能效果也就更差了。如果其中还有一台压缩机采用启停控制的话，则有可能不但不节能，反而还费能了，就如华北制药厂的案例一样！4.2 不同参数离心式压缩机并列运行节能分

26、析图8 不同参数离心式压缩机并列运行分析例5-3： 工程案例：河南天方药业压缩机节能分析：河南天方药业集团共有各种压缩机31台：650m3/min进口压缩机4台，400 m3/min国产压缩机11台，活塞式压缩机16台，它们的参数和工作数据如下：进口离心式压缩机4台： 压缩机参数： 型 号：TA95M2D (二级压缩) 额定流量：650m3/min 吸气压力：0.0993MPa (大气压力0.1013MPa) 吸气温度： 35 oC 相对湿度： 80% 排气压力：0.33MPa （绝对压力） 轴 功 率： 2058 kW (+ - 4%) 电动机参数： 型 号：TECO 三相感应电动机 额定功

27、率：2200kW 额定电压：10000 V 额定电流：139 A (运行电流 118-122A) 额定转速：2960 rpm 功率因数：0.88国产离心式压缩机11台： 压缩机参数： 型 号： 额定流量：400m3/min 吸气压力：98.68 kPa (大气压力100.68 kPa) 吸气温度： 20-155 oC 相对湿度： 80% 排气压力：280.68 kPa （绝对压力） 轴 功 率：1098 kW (+ - 4%) 电动机参数： 型 号：YKOS 1250 -2 三相感应电动机 额定功率：1250kW 额定电压：10000 V 额定电流：84 A (运行电流 78-82A) 额定转

28、速：2985/1760 rpm 速比：5.89 功率因数：0.853. 国产活塞式压缩机16台： （用作末端压力微调。） 压缩机参数： 型 号： 额定流量：80m3/min 吸气压力：98.68 kPa (大气压力100.68 kPa) 吸气温度： 20-155 oC 相对湿度： 80% 排气压力： 320 kPa （绝对压力） 轴 功 率： 208 kW (+ - 4%) 电动机参数： 型 号： 三相感应电动机 额定功率：240kW 额定电压：380 V 额定电流： 54 A 额定转速：1485 rpm 功率因数：0.85 图9所示为压缩机组的示意图：图9 河南天方药业集团二分厂压缩机组示意图由于所有的压缩机都并入同一管网系统工作，管线很长，所以管网阻力很大。离心式压缩机采用进气门控制，活塞式压缩机则采用运行台数控制。在目前（冬季）用气量约为60%左右，管网压力为0.16MPa（表压，即相对压力）的工况下，压缩机运行电流已达90%98%，若再开大进气门电动机就会过载；夏天由于空气密度变小，所以进气门要开大，而电功率增加并不多。由于压缩机在小流量工作时效率降低，所以电流太小工作不经济；由于压缩机台数很多，所以采用工作台数来调节用气