1 離心壓縮機基本工作原理

在大中型低壓流程空分設(shè)備中，一般都采用了離心壓縮機來壓縮原料氣體——空氣和壓縮產(chǎn)品氣體——氧氣等，空氣壓縮機的壓力比一般為6~8；氧氣壓縮機的壓力比為6～30或更高。

首先對DA350-61型離心壓縮機進行介紹：DA350-61型離心空氣壓縮機的設(shè)計流量為370m3/min，出口壓力為720kPa（7.35kgf/cm2），由2500kW電動機驅(qū)動，通過增速齒輪增速到8600r/min。整個壓縮機由一個帶有六個葉輪的轉(zhuǎn)子及與其相配合的固定元件組成。為了節(jié)省壓縮機的損耗和不使氣體溫度過高，整個壓縮機被分為三段，每段由兩個葉輪及與其相配合的固定元件組成，空氣經(jīng)過第一段壓縮后，由蝸殼把空氣從壓縮機中引出，引向中間冷卻器進行冷卻，冷卻以后，再由吸氣室進入第二段。與第一段相同，繼續(xù)進行增壓和壓縮后的中間冷卻。然后空氣再通到第三段進行最后的增壓，空氣壓力升高到所需要的壓縮機出口壓力，即Pc=720kPa。

在壓縮機的每個段里，常常是由幾個或一個壓縮機級組成的。這種“壓縮機級”簡稱為“級”，由一個葉輪及與其相配合的固定元件所構(gòu)成。這些固定元件一般由吸氣室、擴壓器、彎道回流器及蝸殼等組成。因此，對于任何復雜結(jié)構(gòu)型式的離心壓縮機都可以認為是由級所組成的。下面介紹級中的葉輪及與其相配合的固定元件的作用與原理。

1）吸氣室

吸氣室是用于把所需壓縮的氣體，由進氣管道或中間冷卻器的出口，均勻地引入葉輪去進行增壓。因此，在每段壓縮機的第一級進口都設(shè)置了吸氣室。

2）葉輪

葉輪也稱為工作輪，它是壓縮機中的一個最重要的部件。氣體在葉輪葉片的作用下跟著葉輪做高速的旋轉(zhuǎn)。而氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，以及在葉輪里的擴壓流動，使氣體通過葉輪后的壓力得到了提高。此外，氣體的速度能也同樣是在葉輪里得到提高的。

3）擴壓器

氣體從葉輪流出時，它具有較高的流動速度，為了充分利用這部分速度能，常常在葉輪之后設(shè)置通流截面逐漸擴大的擴壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，以提高氣體的壓力。

4）彎道與回流器

為了把擴壓器后的氣體引導到下一級葉輪繼續(xù)提高壓力，在擴壓器后面常設(shè)置使氣流拐彎的彎道及將氣體引入下一級葉輪進口的回流器。

5）蝸殼

蝸殼的主要作用是把擴壓后或葉輪后面的氣體匯集起來，并把氣體引到壓縮機外部，使它流向氣體輸送管道或流到冷卻器進行冷卻。此外，在匯集氣體的過程中，在大多數(shù)情況下，由于蝸殼外徑的逐漸增大和通流截面的漸漸擴大，也對氣流起到一定的降速擴壓作用。

在離心壓縮機中，除了級的組成部分外，為了減少壓縮機外部和內(nèi)部的漏氣，在壓縮機的機殼兩端設(shè)置了前軸封和后軸封。在主軸和葉輪輪蓋進口端設(shè)置了軸封和密封。此外，為了減少葉輪作用到推力軸承上的軸向推力，通常還設(shè)置有平衡盤。

2 壓縮機級的典型結(jié)構(gòu)型式

任何復雜結(jié)構(gòu)型式的離心壓縮機都是由級組成的。對于離心壓縮機級來說，即使級的形式很多，但從基本結(jié)構(gòu)上來看，通常分為中間級和末級兩種。

圖1所示為中間級的形式，它由葉輪1、擴壓器2、彎道3和回流器4等組成。氣體經(jīng)過中間級后，將直接流到下一級繼續(xù)進行增壓。在離心壓縮機的每一個段里，除了段中的最后一級外，都屬于這種中間級。圖2所示為末級的形式，它由葉輪1、擴壓器2、蝸殼3等組成，氣體經(jīng)過這一級增壓后，將排出機外，流入冷卻器進行冷卻或送往使用單位。

圖1 離心壓縮機的中間級

1—葉輪；2—擴壓器；3—彎道；4—回流器；5—蝸殼

對于這兩種級的結(jié)構(gòu)型式來說，葉輪1是這兩種級所共同具有的，只是在固定元件上有所不同。對于末級來說，它是以蝸殼 3（圖2）取代中間級的彎道3和回流器4（圖1），有時還取代了級中的擴壓器2（圖1）。

在離心壓縮機級的設(shè)計中，應首先解決這兩種典型級的設(shè)計問題。

圖2 離心壓縮機的末級

1—葉輪；2—擴壓器；3—蝸殼