离心压缩机结构形式发展探析

赵 帅

（大庆油田有限责任公司天然气分公司油气加工三大队，黑龙江大庆 163721）

0 引言

离心压缩机是一种能够实现连续提供压缩气体的节能设备，在我国工业现代化生产过程中发挥着重要作用。在大型工业装置、企业输送等各个领域，离心压缩机都得到了非常广泛的应用。离心压缩机最初出现在20 世纪初，经过近百年的发展，整体技术水平得到了极大提升，而且在很多关键技术上取得了重大突破。随着离心压缩机技术水平不断提升，其结构形式也逐渐趋于多样化。

1 离心压缩机结构分类

目前，单轴离心压缩机、齿轮组离心压缩机、原动机与离心压缩机组合机构是我国工业领域应用比较广泛的3 种主要形式[1]。3 种类型的离心压缩机在性能上各具特色，在实际应用领域性能侧重点也存在较大差别。而由于不同类型离心压缩机在工业生产中实际需求不同，因此也体现出了较大的差异性。随着工业生产的不断发展，离心压缩机在结构形式上也出现了一些变化，以满足不同工业生产的实际需求。

1.1 单轴离心压缩机

单轴离心压缩机是世界上出现得最早的离心压缩机类型之一，早在20 世纪初就已经在实际中得到应用。在经过近百年的发展，其在核心技术方面没有发生本质的变化，但是运行效率、运行稳定性都得到了极大提升。它作为离心压缩机最基本的形式之一，技术原理主要是：将压缩机叶轮套在轴上，而联轴器与驱动机则主要是通过径向轴承在叶轮两端支撑部分来进行连接。在实际应用过程中，这类离心机还可以按照机壳形式进一步划分为水平剖分型压缩机和垂直剖分型压缩机。

水平剖分型压缩机是应用最广泛的压缩机之一，主要特点是可以利用轴心的水平剖面来对隔板以及定子件进行划分，因此在实际进行检修作业过程中必须要首先将其上半部分进行拆除。由于它整体结构形式比较简单，维修保养成本也相对较低，因此在实际工业生产过程中得到了非常广泛的应用。

垂直剖分型压缩机则是后期通过研发才出现的一个类型，其主要特点是能够承受较大压力，而且具有良好的密闭性，对易燃易爆气体有非常好的压缩效果。但是垂直剖分型压缩机生产制造成本相对较高，而且在实际进行垂直剖分型压缩机连接过程中技术难度非常大，因此其仅仅在一些特殊的工业生产领域得到了应用。

1.2 齿轮组装式离心压缩机

这是在单轴离心压缩机的基础上，经过大量研发发展出的另外一种离心压缩机结构形式，即齿轮组装式离心压缩机。该压缩机很好地解决了单轴离心压缩机存在的两个问题：一是在使用电机驱动方式的过程中会出现压缩机转速超过电机转速的现象，这就对齿轮增速机的转速匹配性能提出了更高的要求；二是针对工业生产中多级压缩实际需求，单轴离心压缩机在实际运行过程中当容积总量产生变化的时候，气体的压力也会持续减小，如果要想保持个体转速相同，就会导致后面压缩机流量系数会出现一定变化，而在这种情况下不能选择较大的流量系数，否则就会影响压缩机整体的压缩效率。

研发人员在20 世纪40 年代末成功设计出了齿轮与离心压缩机组合的结构类型，即齿轮组装式离心压缩机。通常情况下，单轴压缩机与齿轮组装式压缩机之间的差异非常明显。齿轮组压缩机不仅可以针对氮气、空气进行压缩处理，而且还可以针对易燃易爆、有毒气体进行压缩处理。它与传统的单轴压缩机相比较，性能方面具有的最大优势是既可以实现对转速的多级调节，而且还可以根据实际情况来选择合理的转速配合比例。另外，齿轮组离心压缩机还能够实现每组叶轮轴向位置进气，这样就能实现对气体的逐级压缩冷却处理，进一步提高离心机的运行效率。因此在实际应用中齿轮组压缩机能为企业创造巨大的经济效益。

目前在我国工业生产中应用比较广泛的齿轮组装式离心压缩机主要有普通齿轮组装压缩机、工业齿轮组装压缩机等几种类型[1]。

1.3 原动机与离心压缩机组合结构

在上述几种离心压缩机结构特征基础上，相关专家通过对原动机以及离心压缩机结构进行深入分析后，研发出了新的结构组合方式，通过结构组合使离心压缩机性能优势更加明显，而且实际占用场地面积也更小，密封系统也得到了有效减少，因此该型离心压缩机后期的维护保养工作量非常小。

1.3.1 膨胀机与压缩机组合

膨胀机与压缩机组合主要可以分为透平膨胀机与压缩机组合、压缩机为主的组合，后者组合形式中机的主要作用是进行能量回收。上述两种组合形式在结构特点以及性能上都具有各自优势。膨胀机与压缩机组合主要是通过一级膨胀与一级压缩来完成气体处理，因此，在实际进行悬臂布置的时候膨胀机与压缩机会出现一定程度的交叉。膨胀机与压缩机在连接的过程中不需要使用其他的联动设备，因此整体结构更加紧凑。而从整体结构方面来说，该组合方式主要是以膨胀机的工艺性能来发挥主要作用，而压缩机在机组运行过程中处于辅助地位，压缩机功能在发生改变的时候整个机组的工艺性能也会随之发生改变。随着现代磁力轴承技术逐步趋于成熟，因此，该组合方式中原有的润滑油系统完全可以用磁力轴承来代替，使得该组合方式机组后期维护保养成本非常低。

另外，以压缩机为主膨胀机为辅的组合形式主要是为了满足一些特殊工艺环境而设计的组合方式，在该组合方式中非联动轴外壁上悬挂着膨胀机，这样就能够实现对整个工艺生产过程中尾气能量的有效回收。膨胀机通过采用单机向心、双极轴流结构形式使得能量回收顺利实现。

1.3.2 复合组装压缩机

为了满足不同工业生产的特殊需求设计出了组装齿轮压缩机，而复合组装式压缩机主要是对原有的组装式齿轮压缩机设计思路进行了延伸，在整个机组中引入了工业尾气能量回收装置，使得整个机组运行效率极大提升，有效控制了工业生产能耗，这对于现代工业生产来说具有十分重要的现实意义。目前在世界范围内各大压缩机生产制造企业都开始大力推广新型的复合组装压缩机，而且在经过多年发展后，组装式压缩机在技术上取得了巨大进步，在实际工业生产中具有较强的针对性[3]。

1.3.3 电机与压缩机组合

该组合方式主要是利用高速电机与单轴压缩机相结合来组成整个系统，通过这种方式使得基础的结构形式更加简单，后期维护保养更加便利。该组合系统在实际应用过程中气体泄漏概率得到了有效控制，机组整体运行稳定性得到了极大提升，而且，该机组实际占用场地面积非常小，而且采取了封闭式罐装设计，省去了原有的干气密封系统，从而使得在实际工业生产中不再出现气体泄漏的可能性。其整体采用一体化的结构设计形式，有效避免了传动连接方式引起的安全隐患；而且也可以采用立式布置，使得其占地面积更小。由于高速电机能够实现转速调节，因此，该机组在实际运行过程中齿轮传动过程损失非常小，机组整体的运行稳定性得到了极大提升。随着磁力轴承的不断应用，该机组实现了无油化运行，整个系统结构形式更加简单，在现代信息技术的基础上还能够实现远程控制，适应在各种恶劣环境下作业。

2 结束语

综上所述，对几种离心压缩机结构形式发展进行分析，根据其出现的先后顺序体现出了非常明显的递进式发展规律，整体结构形式从最初的单一化逐步发展到多样化，最后实现了整体结构集成，从而使得明星压缩机技术与现代工业发展形成了高度契合。虽然目前原动机与离心压缩机组和结构形式整体运行效率以及稳定性得到了极大提升，但是仍然存在一些问题。只有进一步加强技术研发，逐步提升离心压缩机的技术针对性，才能为我国工业现代化发展作出更大贡献。