離心式壓縮機的發展現狀及前景展望

劉麗娟（陜西省咸陽市陜西煤化能源有限公司 陜西 咸陽 713600）

一、離心式壓縮機簡介

離心式壓縮機是速度式壓縮機中的一種。 早期，這種壓縮機只用來壓縮空氣，且只適用于中、低壓力及氣量很大的場合。 隨著石油、化工生產規模的擴大和機械加工工藝的發展，從60 年代開始，離心式壓縮機在我國石油化工生產中應用越來越廣泛。近幾十年來新建的大型合成氨廠， 乙烯廠均采用了離心式壓縮機，并實現了單機配套。 例如年產30 X 104t 的合成氨廠合成氣壓縮機(帶循環級)，只用一臺由2×104kW 的汽輪機驅動的離心式壓縮機，從而節約了大量投資，降低了氨的成本。 在年產30×104t 的乙烯工廠中，裂解氣壓縮機、乙烯壓縮機和丙烯壓縮機均采用了汽輪機驅動的離心式壓縮機， 從而使乙烯的成本顯著降低。 在天然氣液化方面已有采用流量48．2×104m3／h 的超低溫(-160℃)離心式壓縮機，其生產規模每年可提高到100×104t。此外，離心式壓縮機還廣泛地應用在制氧，尿素、酸、堿等工業以及原子能工業的惰性氣體的壓縮和核工業特殊元素的制取方面。 隨著離心式壓縮機技術的不斷提高， 其在許多場合已經逐漸替代活塞式壓縮機而成為主要的動力機械。

二、離心式壓縮機的發展現狀

離心式壓縮機的發展歷程要晚于活塞式壓縮機，在19 世紀活塞式壓縮機幾乎是唯一的一種壓縮機應用形式， 但由于活塞式壓縮機存在著油耗量大、個體笨重等一些列的缺點，使其應用受到了很大的限制。 同時，隨著材料科學、氣體動力學等一系列基礎學科的發展和制造工藝的提高， 離心式壓縮機得到了迅速的發展。 目前，大功率(最大功率已達52900 千瓦)高壓離心式壓縮機一般用高速工業蒸汽輪機拖動， 多數采用單列串聯或兩列串聯驅動。 它的出口壓力已可達150～850 公斤/cm2， 最高可讓420 公斤／cm2；轉速為10000-16000 轉／分，最高可達25000 轉／分；連續運轉時間可達18 個月以上。 在高壓離心式壓縮機上則成功地采用了高壓液體浮環式密封，多油楔徑向軸承、浮動式止推軸承等結構；在工藝方面，對于葉輪輪出口較寬的壓縮機則廣泛采用全焊接結構代替鉚接結構， 對于狹流道葉輪的制造則使用電蝕加工，對轉子動平衡的要求更高：在沒計上則合理地考慮轉子的軸向推力平衡，多缸的臨界轉速和提高轉子剛度、以及根據工質的不同性質來選擇各零部件的材料等問題， 并且正在逐步提高小流量級的空氣動力性能和采用二元葉輪以及摸清高壓下實際氣體的性質， 對于高速運轉時的振動和壓縮氣體的性能試驗和換算也是當前應被重視的問題。 值得注意的是國外正在研究試制壓力為2500—3200 公斤/cm2的超高壓離心式壓縮機，以適應高壓聚乙烯生產的需要。 此外，隨著交通運輸、國防等事業的發展， 在小功率燃氣輪機中的離心式壓氣機上廣泛采用高強度的材料，其小級壓比一般已達4.5～6.5，并正在試制研究單級壓比為12， 轉速為130000 轉／分， 級效率更高的離心式壓氣機級。

三、離心式壓縮機的發展前景

目前離心式壓縮機總的發展趨勢是向高速度、高壓力、大流量、 大功率的方向發展。 如離心式壓縮機的出口壓力可達15～35MPa，最高可達42MPa，由于近年來合成氨，尿素和乙烯等生產規模不斷的向大型化發展， 新的離心式壓縮機的功率也不斷提高，如日產3000t 的合成氣壓縮機功率將達到6×104kW。 目前在國外有年產68×104t 的最大規模乙烯廠，其裂解氣壓縮機的功率達5．5×104kW。

在離心式壓縮機的結構方面，目前是向高速度，成套，組合化和自動化方向發展。 如在提高葉輪圓周速度方面，采用了鈦合金的葉輪其圓周速度可達400m／s，壓縮機轉數由10000r／min 提高到20000r／min，最高可達120000r／rain，由于葉輪轉速的提高，從而可以縮小葉輪直徑，使壓縮機的體積，質量減小，節省材料。另外，三元精密鑄造葉輪的發展，更進一步提高了葉輪的制造水平。 在密封結構方面近幾年進行了大量的研究和不斷改進，提高了密封效果。 例如級間的密封，殼體與軸的密封由單梳齒改為雙梳齒迷宮密封，減小間隙，使密封結構與性能已達到350MPa 以上， 這是由于浮環密封進行了不斷改進的結果。 國外有些廠用“L”型密封環，有的在高壓環上開了軸向孔，經過研究還有的在高壓側上開了許多徑向通槽， 這樣就大大改善了浮環的冷卻效果，不但可以提高壓力，而且還可以提高轉速。 近年來在軸承的結構及性能方面的研究和改進， 更為有效的減少或防止了產生油膜振蕩，減少了停車率，延長了連續運轉時間。 近年徑向軸承一般多采用油楔軸承， 而推力軸承則多采用疊塊式金斯泊爾(Kingsbury)軸承和米切爾(Michell)軸承。 其連續運轉時間現已提高到30000～100000h。

我國從建國初期開始已能生產離心式壓縮機， 在上世紀70年代由于石油化工產業發展的需要而從國外引進了一系列性能較高的離心式壓縮機，積累了豐富的制造和使用經驗，在對引進技術進行消耗吸收的基礎上提高了自己的研發和制造能力。 到日前為止，已經能夠生產供石油化工、航空航天、機械等各行業所使用的各種壓縮機， 但總體水平與世界先進水平還存在較大的差距，未來還需要加大在這方面的研發投入。

四、結語

盡管在離心式壓縮機的制造和設計方面已經取得了一系列的成就，但還有很多技術難題需要我們解決。 具體到我國，應在積極引進國外先進技術的同時不斷提高自身的研發實力， 只有這樣才能更好地促進離心式壓縮機技術水平的提高。

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[2] 張莉娟，朱愛斌，陳渭，謝友柏. 大型離心式壓縮機鑄造機殼的靜態有限元分析[J].壓縮機技術，2009（04）