浅谈离心压缩机的发展趋势

康建兴　刘洋　张彬　齐志勇

【摘 要】离心压缩机是工业化生产中一种常见的气体压缩设备，按结构可以分为单轴式和多轴式两种。早起的单轴压缩机级效率较低，通过更改结构，弥补了单轴式离心压缩机在高压比的环境中的缺点。多轴式压缩机早起用于空分装置，之后通过改进被应用到化工行业，对化工装置热能的综合利用很有利。

【关键词】多轴式压缩机；单轴式压缩机；最新进展；关键技术

1.单轴式离心压缩机的技术进展

早期的离心压缩机都是将驱动机布罝在低压缸的端部，这是因为当时的汽轮机和电动机只有单轴伸产品。如压缩机由双缸或三缸组时，低压缸的轴就需传递压缩机的全部轴功率，造成低压缸的轴、轴承、轴封的直径都要加大。由于低压缸的轴粗，又是径向进气，轴的干扰使首级叶轮进气室内部流场不均匀度很大，使得级效率和单级压比有所降低。随着时间的推移，单轴式离心压缩机的缺点逐渐暴露出来，例如进气不均匀，不易实现调速，转子不易抽出，每一次速度提高都要通过齿轮箱来实现。这样，对于多级压缩机来说，实现起来相当繁琐，结构庞大，成本较高。

目前市场上已很多方法克服单轴式离心压缩机的缺點。MCO 型压缩机就是对新比隆 MCL 型单轴式压缩机的一次有效的改进。首先通过将首级由闭式叶轮改为悬臂半开式，叶轮外径加大，后几级闭式叶轮的外径减小，出口加宽，提高了整机效率。采用四个叶轮为背对背排列，并采用两端低压，中间高压的布置方式，比曼透平公司的 RIK 型四个叶轮同向排列合理，最后采用外置式冷却器，使抽芯清洗操作简单。若施工要求为单级式或两级式压缩机，则传统的单轴式压缩机还勉强可以实现。若为多级压缩，考虑到级间的进出口风筒布置和各级的轴向布置，以及由此带来的转子临界转速和振动等问题，则传统的单轴式压缩机是难以实现或不合理的。

2.多轴式离心压缩机的技术进展

驱动机与齿轮箱中部的大齿轮轴相联，大齿轮驱动三个小齿轮，小齿轮轴的两端悬臂安装离心式叶轮，六个蜗壳形机壳用螺栓固定在齿轮箱的两侧。小齿轮轴穿过蜗形壳体处装有轴封，小齿轮轴穿过齿轮箱处装有油封。由以上结构可以看出，多轴式离心压缩机的叶轮直径和转速都能最佳匹配，因此各级叶轮的工作效率较高。并且每级叶轮为轴向进气，流动状态更为均匀，故而提高了级效率。另外由于高速化，每级叶轮压比高，获得同样的压缩比，需要的叶轮数远远少于单轴式压缩机，因此，造价低体积小。多轴式压缩机早期主要用于空分装置， 用转速为1500r/min 的电动机通过联轴器与大齿轮轴直联。之后它推广到化工行业，驱动机用高速的蒸汽透平或燃气透平，需增设齿轮箱减速后再驱动大齿轮。这种传动方式虽然损失约2%的功率，增加减速箱的投资与占地面积，但用汽轮机对化工装置热能的综合利用很有利。但同样多轴式压缩机在结构上存在一些缺点。因此它不适合变转速调节性能。

另外，多轴式压缩机首次投运前需要对外部管道设备进行彻底的清洗。由于多轴式压缩机的叶轮转速在2～5万r/min之间，齿轮的节圆速度在130～200m/s之间，因此外部管道（气路、油路）及设备的吹扫和清洗是否彻底，对高速运转的叶轮和齿轮的安全极其重要。

3.“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式

任何高压比多级离心压缩机都有高压段，高压段性能的优劣对整机性能的影响极大。相比单轴式压缩机，多轴式压缩机的高压段性能更为良好。因此，如果将单轴式压缩机的高压段改用多轴式，整台压缩机的性能就可大幅度提高。另一方面，如前所述，大流量、高压比离心压缩机如采用纯多轴式机型，级数过多会降低运行的可靠性。基于以上两种原因，近期国内外出现了“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式，分别发挥各自的优势，整机性能明显提高。近期国内大型空分装置中有三种型式的离心式空压机组，其中曼透平公司生产的 RIKl40-4 型压缩机就是采用了“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式，技术性能最好。

4.总结

（1）早期的某些单轴式压缩机驱动机布罝在双缸机组的端部，造成了低压缸的轴、轴承、轴封的直径都要加大，目前国内外很多压缩机制造厂已对此进行了改进。通过压缩机叶轮材料和汽轮机末级叶片材料的升级，提速、减级数、降成本是当前单轴式离心压缩机技术的发展趋势。

（2）多轴式压缩机具有效率高、价格低、占地小的优势，在非危险性气体压缩中的应用己非常广泛、成熟，已成为国内外空分行业压缩机的主力机型；对压比不太高的化工气体的压缩，应用范围正逐歩扩大。

（3）对高压比离心压缩机，国内外出现了单轴式与多轴式联合的创新模式，分别发挥各自的优势，与常规的单轴式相比，整机性能明显提高；联合模式的可靠性高于多轴式压缩机，这是当前离心压缩机技术发展的新动向。 [科]

【参考文献】

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