淺談離心壓縮機的發展趨勢

康建興　劉洋　張彬　齊志勇

【摘 要】離心壓縮機是工業化生產中一種常見的氣體壓縮設備，按結構可以分為單軸式和多軸式兩種。早起的單軸壓縮機級效率較低，通過更改結構，彌補了單軸式離心壓縮機在高壓比的環境中的缺點。多軸式壓縮機早起用于空分裝置，之后通過改進被應用到化工行業，對化工裝置熱能的綜合利用很有利。

【關鍵詞】多軸式壓縮機；單軸式壓縮機；最新進展；關鍵技術

1.單軸式離心壓縮機的技術進展

早期的離心壓縮機都是將驅動機布罝在低壓缸的端部，這是因為當時的汽輪機和電動機只有單軸伸產品。如壓縮機由雙缸或三缸組時，低壓缸的軸就需傳遞壓縮機的全部軸功率，造成低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大。由于低壓缸的軸粗，又是徑向進氣，軸的干擾使首級葉輪進氣室內部流場不均勻度很大，使得級效率和單級壓比有所降低。隨著時間的推移，單軸式離心壓縮機的缺點逐漸暴露出來，例如進氣不均勻，不易實現調速，轉子不易抽出，每一次速度提高都要通過齒輪箱來實現。這樣，對于多級壓縮機來說，實現起來相當繁瑣，結構龐大，成本較高。

目前市場上已很多方法克服單軸式離心壓縮機的缺點。MCO 型壓縮機就是對新比隆 MCL 型單軸式壓縮機的一次有效的改進。首先通過將首級由閉式葉輪改為懸臂半開式，葉輪外徑加大，后幾級閉式葉輪的外徑減小，出口加寬，提高了整機效率。采用四個葉輪為背對背排列，并采用兩端低壓，中間高壓的布置方式，比曼透平公司的 RIK 型四個葉輪同向排列合理，最后采用外置式冷卻器，使抽芯清洗操作簡單。若施工要求為單級式或兩級式壓縮機，則傳統的單軸式壓縮機還勉強可以實現。若為多級壓縮，考慮到級間的進出口風筒布置和各級的軸向布置，以及由此帶來的轉子臨界轉速和振動等問題，則傳統的單軸式壓縮機是難以實現或不合理的。

2.多軸式離心壓縮機的技術進展

驅動機與齒輪箱中部的大齒輪軸相聯，大齒輪驅動三個小齒輪，小齒輪軸的兩端懸臂安裝離心式葉輪，六個蝸殼形機殼用螺栓固定在齒輪箱的兩側。小齒輪軸穿過蝸形殼體處裝有軸封，小齒輪軸穿過齒輪箱處裝有油封。由以上結構可以看出，多軸式離心壓縮機的葉輪直徑和轉速都能最佳匹配，因此各級葉輪的工作效率較高。并且每級葉輪為軸向進氣，流動狀態更為均勻，故而提高了級效率。另外由于高速化，每級葉輪壓比高，獲得同樣的壓縮比，需要的葉輪數遠遠少于單軸式壓縮機，因此，造價低體積小。多軸式壓縮機早期主要用于空分裝置， 用轉速為1500r/min 的電動機通過聯軸器與大齒輪軸直聯。之后它推廣到化工行業，驅動機用高速的蒸汽透平或燃氣透平，需增設齒輪箱減速后再驅動大齒輪。這種傳動方式雖然損失約2%的功率，增加減速箱的投資與占地面積，但用汽輪機對化工裝置熱能的綜合利用很有利。但同樣多軸式壓縮機在結構上存在一些缺點。因此它不適合變轉速調節性能。

另外，多軸式壓縮機首次投運前需要對外部管道設備進行徹底的清洗。由于多軸式壓縮機的葉輪轉速在2～5萬r/min之間，齒輪的節圓速度在130～200m/s之間，因此外部管道（氣路、油路）及設備的吹掃和清洗是否徹底，對高速運轉的葉輪和齒輪的安全極其重要。

3.“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式

任何高壓比多級離心壓縮機都有高壓段，高壓段性能的優劣對整機性能的影響極大。相比單軸式壓縮機，多軸式壓縮機的高壓段性能更為良好。因此，如果將單軸式壓縮機的高壓段改用多軸式，整臺壓縮機的性能就可大幅度提高。另一方面，如前所述，大流量、高壓比離心壓縮機如采用純多軸式機型，級數過多會降低運行的可靠性。基于以上兩種原因，近期國內外出現了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式，分別發揮各自的優勢，整機性能明顯提高。近期國內大型空分裝置中有三種型式的離心式空壓機組，其中曼透平公司生產的 RIKl40-4 型壓縮機就是采用了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式，技術性能最好。

4.總結

（1）早期的某些單軸式壓縮機驅動機布罝在雙缸機組的端部，造成了低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大，目前國內外很多壓縮機制造廠已對此進行了改進。通過壓縮機葉輪材料和汽輪機末級葉片材料的升級，提速、減級數、降成本是當前單軸式離心壓縮機技術的發展趨勢。

（2）多軸式壓縮機具有效率高、價格低、占地小的優勢，在非危險性氣體壓縮中的應用己非常廣泛、成熟，已成為國內外空分行業壓縮機的主力機型；對壓比不太高的化工氣體的壓縮，應用范圍正逐歩擴大。

（3）對高壓比離心壓縮機，國內外出現了單軸式與多軸式聯合的創新模式，分別發揮各自的優勢，與常規的單軸式相比，整機性能明顯提高；聯合模式的可靠性高于多軸式壓縮機，這是當前離心壓縮機技術發展的新動向。 [科]

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