离心式空压机国内外发展趋势简述

于洋 葛婧 陈云伟 张帝 蒋传杰

摘要：离心式空压机在化工行业的发展中占有极其重要的作用，本文将简述离心式空压机的发展起源，并介绍国内主流的离心式空压机的机型特点，分析未来空分行业用离心式空压机的发展趋势。

关键词：离心式空压机;发展趋势;单缸;多缸

0  引言

离心式空压机是将气态介质的压力等级提高或者将气态介质从一个设备输送至另一个设备，离心式空压机的驱动机一般为汽轮机或电机，将蒸汽能量或电能转化为气态介质的压力势能[1]，在这样的过程中气态介质的体积会减小或发生状态改变，压力通常会升高。离心空压机工作时，叶片的吸力面会吸收气态介质，通过叶片的压力面做功并在由隔板组成的阔压器中扩大气态介质的压力，使气态介质的压力得到提高[2]。

起初离心式空压机并不被行业内的人士看好，因其只适合用于低压力、小流量的工作状态，但由于离心空压机的化工行业的重要作用，同时由于化工行业在近年来的飞速发展，其在化工领域占有的重要地位逐渐显现，在化工行业中，离心空压机是化工流程的心脏设备[3]。

伴随着离心压缩设计能力的提高，使得其工作效率不断提高，又由于各种先进的密封及离心空压机隔板扩压器结构的应用，促使离心空压机向着工作压比宽泛、工作流量宽泛的方向发展，因此逐步的打开了离心式空压机的适用范围[4]。

1  离心式空压机的起源

在离心式空压机出现前，往复式空压机占据着化工行业的主导地位。往复式空压机存在诸多缺点，譬如其单缸体容量小、体积巨大、工作噪音大、容易损坏和工作效率低等[5]，很难在化工行业大范围推广应用。直至1900年，法国一家名为“拉托“的工厂，首先设计并制造出世界上第一台离心式空压机，该离心式空压机用于高炉鼓风用，因此现在行业内也管离心式空压机称作离心式鼓风机[6]。至1906 年，由瑞士人设计并制造的Latto型空压机，从此在世界范围内引发了广泛使用离心式空压机的热潮。

从上个世纪40年代起，随着军用航空飞行器的发展需要，出现了轴流式空压机。轴流式空压机具有高达84～92%的热效率[7]，广泛的用于航空燃气轮机的制造中，于此同时，能源行业也看到轴流式空压机的优势，在煤制油、能源及制药等领域也得到了充分的发展。由于轴流式空压机的飞速发展制约了离心式空压机的发展，直到1965年，航空航天领域对超小型燃气轮机的需求以及离心式空压机制造工艺水平的提高及气动力学设计能力的提高，促使其获得长足的发展。离心式空压机具有转速高、连续性强、使用年限长、可不间断连续工作等优点，随着其设计、制造关键单元技术的革新，促进了离心式空压机的大面积应用。

上世纪石油化工行业得到飞速发展，1950年代后期，成立于德国的得马格公司设计并制造了著名的齿轮组装式空压机，组装式空压机为齿轮传动多级离心式空压机，其多级的气动设计，大大的提高了空压机的排气压力及质量流量，使其的化工行业特别是化肥行业得到大范围应用，直至上世纪70年代末期，各离心式空压机生产厂商都推出了各自的VK系列空压机以适用广泛的市场需求。者其中不乏一些著名型号的离心空压机：例如1960年美国的哎里奥特设计制造出PAP系列离心空压机，该离心空压机为三段压缩，排气流量的下限为为27.88m3/min。15年后，该生产厂家设计并制造出PAP+系列离心空压机，其进一步提高了排气压力及流量;1963年美国一家名为兰德的公司研制出申泰克系列离心式空气空压机，该系列离心空压机工作状态稳定，工作效率较哎里奥特生产的离心式空压机有所提高，在化工行业得到一致的好评，直到1977年该厂家生产了申泰克二代系列离心空压机，该代产品较初代产品提高转速约12%，大大地提高排气压力及流量。

2  离心式空压机在我国的发展历程

我国受限于早期技术积累比较薄弱，在1950年以前，离心空压机在国内鲜有发展，只有极少数厂家可以制造离心鼓风机，但不具备设计能力。上世纪50年代后，离心空压机经历了从无到有的过程，并在60年代后经历了飞速发展。例如陕鼓厂、上鼓厂及著名的沈鼓厂等均能够自主设计、制造生产離心空压机，但离心空压机的设计依然依赖于技术引进，直到上世纪70年代后期，国内离心空压机的理论计算水平及研究水平才得到长足的发展，离心空压机的研发、加工及制造水平有了较大的飞跃。

国内离心空压机行业的发展依赖于技术引进，早期，陕西鼓风机厂从瑞士速尔绶公司引进轴流式离心空压机的整套设计、生产技术，生产静叶不可调及静叶可调两种系列、不同规格的轴流风机。沈鼓厂从新比隆公司引进了MCL型及BCL型离心空压机的生产制造技术，随后又开发出管线型离心空压机，这三种离心空压机技术奠定了国内离心空压机行业的基础。为了开拓高压力离心空压机市场，沈阳鼓风机厂又从日本引进了DH型离心空压机的整套技术。在70年代后期，为了提高我国的离心空压机水平，由先后引进了多种国际上先进的离心空压机设计制造技术，由此缩短了与国外同行业的差距。目前我国可生产各类型的离心空压机，特别是沈阳鼓风机厂以能够生产各类型离心空压机而著称，其能够生产MCL、BCL、PCL、DMCL、MCO、ZMCL、DH、SVK、PTA等各类型离心空压机，覆盖了民用、军用、石油化工等各行各业，可谓多点开花。

沈阳鼓风机厂为我国离心空压机行业的排头兵，具备全国领先的技术水平，为能源、化工、天然气输送等行业提供了先进的离心空压机设备，为我国各项重大装备的国产化做出了杰出贡献。上世纪70年代，依赖于国家对空压机行业的大力投入，沈阳鼓风机厂对其加工制造及装配能力进行技术改造，引进一大批精良的设备，建立了齿轮箱生产车间，能够自行设计制造匹配的齿轮箱，大大降低了生产成本。此外还建设了高信息化的试车台，具备了国内同行业领先的试验水平，能够完成离心空压机的机械运转及性能试验，完整的模拟用户的使用工况，符合美国石油化工行业标准的要求。

我国离心空压机行业的发展得益于许多单元技术的科技进步，随着单元技术的突飞猛进以及技术整合能力的不断提升，离心式空压机从使用性能及可靠性上均得到较大提升。随着三元叶轮模型机的开发，离心式空压机的模型机性能、计算分析方法均得到长足的发展，近年来，随着离心空压机的设计制造技术发展，在石化行业得到了广泛应用。

早期的离心空压机将驱动机布置在低压缸机组的排气侧，因为早期的无双轴申的汽轮机和电机。如一台离心空压机装置由多缸组成，与驱动机连接的第一个缸的轴系就要承受多缸的轴功率，造成第一个缸的转子、轴承等尺寸较大。由于与驱动机相连的第一个机组的轉子主轴及轴承尺寸过大，限制了隔板流到的布置，导致其无法设计流量和压比较大的单级叶轮。

伴随着离心空压机的发展，单轴的离心空压机逐渐暴露出缺点，例如单一流道导致进气效率低，均匀性差，调速困难，离心空压机的检修困难，提高性能仅能通过转速的提高实现，给齿轮箱的制作带来困难。对于多级空压机，由于其转子振动情况难以得到有效的控制，制约了其发展。

在这样的背景，沈阳鼓风厂开发出单缸悬臂离心空分空压机——即MCO型离心空压机，其是对传统的水平剖分离心空压机的改进。MCO型离心空压机通过将首级由缸体内移至缸体外的蜗壳内，叶轮由闭式叶轮改为半开式叶轮，首级叶轮可增加至直径1.6m，后几级叶轮的可以减小外径，增加出口截面积，提高整体效率。其次，首级叶轮悬挂在缸体外部，由此可以将轴承座也安装在外部，提高检修轴承的便利程度。最后，4个叶轮并采用两端低压，中间高压的布置方式，利于减小轴向推力，减小推力盘的负荷。MCO型离心空压机打破了国际先进离心空压机公司对大国内大型空分装置垄断的局面，目前该机型已得到推广应用，在国内取得良好的口碑，也为后续相关机型的改进提供了广泛的借鉴意义。

3  离心式空压机的未来发展趋势

MCO型离心空压机从上世纪90年代研制成功后，在国内空分市场有着制造成本低、耗能低、运行平稳等优势，由于其首级叶轮带进口导叶，因此实现了比较简易的流量调节，在空分用户中逐渐取代了DMCL+2MCL型空压机组，MCO机型还大大降低了生产成本和用户的使用成本，成为目前国内空分市场的顶级产品，今年来由于国家政策导向，空分试车逐渐增大，对MCO机型的需求也越来越高。举例说明：目前41000m3/h及以上的空分空压机，入口流量为210000m3/h的装置，一般采用DMCL1204+2MCL1203两缸结构，由于缸体数量多，总重量约为200T，转子总重约为13t，需要两个驱动机，费用高，占用厂房面积大，由于参与工作的零件较多、较大，容易发生振动故障，增加使用成本。与之相对的是，我们可以使用MCO1404机型代替双缸结构，单独MCO1404机组重仅为110t，转子的重量为7t，单缸结构降低使用成本、维修费用等成本50%以上，同时单缸结构可以减小占地面积，使用一台机组所产生的机械损失更小，不宜发生故障，可以连续长时间运转。MCO型离心空压机的出现以及技术的成熟，为离心空压机市场带来了新的选择，具有成本低、能耗低、运行平稳的特点，目前已成为空压机市场的主流机型。

参考文献：

[1]高其烈.空气压缩机的技术进展和趋向[N].风机技术，2005，10（2）：53-56.

[2]Ozgokmen T M， Johns W E， Peters H， et al. Turbulent mixing in the red sea outflow plume from a high-resolutingnonhydrostaticmodel[J]. Jounal of Physical Oceanography， 2003， 33（8）：1846-1869.

[3]花严红，袁卫星，王海.离心压缩机研究现状及展望[N].风机技术，2007，2（3）：45-48.

[4]西安交通大学透平压缩机教研室.离心式压缩机原理[M].北京：机械工业出版社，1990.

[5]樊会元，席光，王尚锦.离心压缩机二元和三元叶轮内流分析[N].风机技术，1999，3（1）：45-18.

[6]A·埃利·尼森费尔德（美），复斌等译.离心式压缩机操作与控制原理[M].北京：机械工业出版社，1998.

[7]魏金章.空分装置用透平压缩机的发展[N].风机技术，1997，9（6）：1-4.