化工单元操作过程气体输送机械 (NXPowerLite).ppt

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1、气体输送机械,化工单元操作过程,Senior engineer,前言压缩机是输送气体并提高气体压力能的机器。在石油化工厂中，压缩机主要压缩原料气、空气或中间过程的介质气体，以满足石油化工生产工艺的需要。压缩机按其工作原理可分为速度型和容积型两种。速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮的作用下，得到巨大的动能，随后在扩压器中急剧降低，使气体的动能转变为势能，也就是压力能。容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。,往复压缩机,2012-5-29,气体输送机械,共性：气体和液体同为流体，输送机械工作原理基本相似。特性：气体密度远较液体小且可压缩。,(1)一定质量流量下气体

2、体积流量大，输送机械的体积较大；(2)气体输送管路的常用流速要比液体大得多(一般约10倍)。而通常流体流动阻力正比于流速的平方，因此输送相同的质量流量，气体输送要求提供的压头相应也更高；,(3)由于气体的可压缩性，在输送机械内部气体压强变化时，,其体积和温度随之而变。气体输送机械结构设计更为复杂，选用上必须考虑的影响因素也更多。,通风机（Fan）,工业上常用通风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。轴流式通风机排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。,离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为：,低压离心通风机：出口风压小于1.0 kPa（表压）中压离心通风机：出口风压1.

3、03.0 k Pa（表压）高压离心通风机：出口风压3.015.0 k Pa（表压）,离心通风机（Centrifugal Fan）,1机壳2叶轮,3吸入口4排出口,结构和工作原理：与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和叶轮组成。差异在于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。叶片有平直、前弯和后弯几种形式。平直叶片一般用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆形两种，一般低、中压通风机多为矩形。,(u2 u1),离心通风机（Centrifugal Fan）,离心通风机的特性曲线,主要性能

4、参数：,风量V：气体通过体积流量（按通风机进口状态计）。风压HT（也称全风压）：单位体积气体所获得的能量(N/m2)。轴功率和效率：N、,HT,Hp,N,HT V,V,Hp VVN,空气直接由大气吸入时 u1 0，且（z2-z1）可忽略，则：,测定通风机特性曲线的依据,V以通风机进口、出口为 1、2 截面列柏努利方程：,22,HT=(z2 z1)g+(p 2 p1)+,u222,HT=(p 2 p1)+,=H p+H k,离心通风机（Centrifugal Fan）全风压（压头）由静风压 Hp 和动风压 HK 两项组成。风压与气体的密度成正比。通风机特性曲线中的两条曲线分别代表全风压、静风压与

5、风量的关系（HTV，HpV）。性能表上风压的空气条件为 20、0.1MPa。若实际输送气体与上述条件不同时，应加以换算：,1.2,=H T,H T=H T,轴功率与风压、风量和效率的关系为,当所输送的气体条件与上述试验条件不同时，应换算为,H T V,N=,1.2,N=N,离心通风机（Centrifugal Fan）,9-19D,高压离心通风机,GY4-73 型锅炉,离心通、引风机,DKT-2系列低噪声离心通风机,B30 防爆轴流通风机,高温离心通风机,鼓风机（Blower）,罗茨鼓风机（容积式风机、正位移类型）,工业上常用的鼓风机主要有旋转式和离心式两种类型。,工作原理：与齿轮泵相似。,结构

6、：由机壳和腰形转子组成。,两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。,改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。,特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工作温度不能超过 85，以防转子因热膨胀而卡住。,罗茨鼓风机的出口压强一般不超过 80 kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。,罗茨鼓风机,L4LD 系列L10WDA 系列,3R5WD 系列L6LD 系列,离心鼓风机（透平鼓风机 Turboblower）工作原理：与离心泵相同。单级风机的风压较低，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似。离心鼓风机

7、的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过 0.3MPa（表压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直径大小也大致相同。,结构示意图,多级低速离心鼓风机,离心鼓风机（透平鼓风机 Turboblower）,2012-5-29,往复压缩机,压缩机,速度型,离心式混流式,回转式,滑片式螺杆式,转子式容积型膜式往复式活塞式,压缩机按结构型式不同，分类如下：轴流式,离心式压缩机,离心式压缩机概述,级内的各种流量损失3.4 多级压缩,3.5 功率与效率3.6 性能与调节,3.7 相似理论的应用,3.8 主要零部件及辅助系统3.9 安全可靠性3.10 选型,3.1 离心式压缩机概述,3.1.1 发展概

8、况3.1.2 工作原理,3.1.3 工作过程与典型结构3.1.4 级的结构与关键截面3.1.5 离心压缩机特点3.1.6 适用范围,3.1.2 工作原理,一般说来，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子间的距离。达到这个目标可采用的方法有：,1、用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法(如活塞式)；2、用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件(高速回转的叶轮)对气体作功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩压流道中流动时这部分动能又转变成静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。,3.1.3 工作过程与

9、典型结构,1吸入室；2轴；,3叶轮；,4固定部件；5机壳；,6轴端密封；7轴承；,8排气蜗室；,离心压缩机,定子：气缸，其上的各种隔板以及轴承等,驱动机,转子高速回转,叶轮入口产生负压（吸气）,气体在流道中扩压,气体连续从排气口排出,零部件，如扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室。气体的流动过程是：,组成转子：转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、联轴节及平衡盘等。,离心式压缩机常用术语：,级：由一个叶轮与其相配合的固定元件所构成,段：以中间冷却器作为分段的标志，如前所述，气流在,第三级后被引出冷却，故它为二段压缩。,缸：一个机壳称为一缸，多机壳称为多缸（在叶轮数较,多时采用）,列：指压缩机缸的排列方式

10、，一列可由一至几个缸组成,叶轮、扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室,主要部件的功用：,三、叶轮的典型结构1、离心式叶轮,闭式叶轮 半开式叶轮,双面进气叶轮,2、按叶片弯曲形式,后弯叶片：弯曲方向与叶轮旋转方向相反，级效率高，,2A90,径向叶片：2A90，工作稳定范围宽，常用,前弯叶片：弯曲方向与叶轮旋转方向相同，2A90，,效率低，稳定工作范围较窄，多用于一部分通风机。,3、叶轮的速度三角形,在讨论其工作原理时，常常会用到叶轮进、出口处的三角形,优点：,（1）排气量大，气体流经离心压缩机是连续的，其流通截面积较大，且叶轮转速很高，故气流速度很大，因而流量很大。（2）结构紧凑、尺寸小。它比同气

11、量的活塞式小得多；（3）运转平稳可靠，连续运转时间长，维护费用省，操作人员少；,（4）不污染被压缩的气体，这对化工生产是很重要的；（5）转速较高，适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。缺点：,（1）单级压力比不高，不适用于较小的流量；,（2）稳定工况区较窄，尽管气量调节较方便，但经济性较差,离心式压缩机的特点,适用范围,1.化工及石油化工工艺用,2.动力工程用,3.制冷工程和气体分离用,4.气体输送用,漏气损失,（1）产生漏气损失原因,（2）密封件的结构形式及漏气量的计算,（3）轮盖密封的漏气量及漏气损失系数,（1）产生漏气损失的原因,从右图中可以看出，由于叶轮出口压力大于进口压力，级出口压力大于

12、叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定部件之间的间隙中会产生漏气，而所漏气体又随主流流动，造成膨胀与压缩的循环，每次循环都会有能量损失。该能量损失不可逆的转化为热能为主流气体所吸收。,（2）密封件的结构形式,3.4 多级压缩,（1）采用多级串联和多缸串联的必要性,（2）分段与中间冷却以减少耗功,（1）采用多级串联和多缸串联的必要性,离心压缩机的压力比一般都在3以上，有的高达150，甚至更高。离心压缩机的单级压力比，较活塞式的低，所以一般离心压缩机多为多级串联式的结构。考虑到结构的紧凑性与机器的安全可靠性，一般主轴不能过长。对于要求高增压比或输送轻气体的机器需要两缸或多缸离心压缩机串联起来形成机组。,(

13、2)分段与中间冷却以减少耗功,为了降低气体温度，节省功率，在离心压缩机中往往采用分段中间冷却的结构，而不采用汽缸套冷却。各段由一级或若干级组成，段与段之间在机器之外由管道连接中间冷却器。应当指出，分段与中间冷却不能仅考虑省功，还要考虑下列因素：,1）被压缩介质的特性属于易燃、易爆则段出口的温度低一些，对于某些化工气体，因在高温下气体发生不必要的分解或化合变化，或会产生并加速对机器材料的腐蚀，这样的压缩机冷却次数必需多一些。,2）用户要求排出的气体温度高，以利于化,学反应(由氮、氢化合为氮)或燃烧，则不必采用中间冷却，或尽量减少冷却次数。,3）考虑压缩机的具体结构、冷却器的布置、输送冷却水的泵耗

14、功、设备成本与环境条件等综合因素。,4）段数确定后，每一段的最佳压力比，可,根据总耗功最小的原则来确定。,3.6 性能与调节,3.6.1 离心压缩机的性能,3.6.2 压缩机与管网联合工作3.6.3 压缩机的串联与并联,3.6.4 压缩机的调节方法及特点,3.6.1 离心压缩机的性能,3.6.1.1 性能曲线,3.6.1.2 喘振工况,3.6.1.3 堵塞工况,3.6.1.4 性能曲线的变化规律,3.6.1.1 性能曲线,（1）性能曲线的形成,（2)性能曲线的特点,（3）性能曲线的特点,（4）最佳工况,（5）稳定工作范围,（1）性能曲线的形成,（2)性能曲线的特点,（3）性能曲线的特点,随着流

15、量的减小，压缩机能提供的压力比将增,大。在最小流量时，压力比达到最大。,离心压缩机有最大流量和最小流量两种极限流,量；排除压力也有最大值和最小值。,效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率,下降的较快。,功率N与Qj。大致成正比，所以功率曲线一般随Qj增加而向上倾斜，但当-Qj曲线向下倾斜很,快时，功率曲线也可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。,（4）最佳工况,工况的定义：性能曲线,上的某一点即为压缩机的某一运行工作状态(简称工况)。,最佳工况点：通常将曲,线上效率最高点称为最佳工况点，一般应是该机器设计计算的工况点。如图所示，在最佳工况点左右两边的各工况点，其效率均有所降低。,（5）稳定工作范围

16、,压缩机性能曲线的左边受到喘振工况的限,制，右边受到堵塞工况限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。压缩机变工况的稳定工作范围越宽越好。,3.6.1.2 喘振工况,（1）压缩机喘振的机理,（2）喘振的危害,（3）防喘振的措施,（1）压缩机喘振的机理,旋转脱离,压缩机的喘振,（2）喘振的危害,喘振造成的后果是很严重的，它不仅使压缩机的性能恶化，压力和效率显著降低，机器出现异常的噪声、吼叫和爆音，而且使机器出现强烈的振动，致使压缩机的轴承、密封遭到损坏，甚至发生转子和固定部件的碰撞，造成机器的严重破坏。,（3）防喘振的措施,操作者应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点

17、处在性能曲线图上的位置。为偏于运行安全，可在比喘振线的流量大出510的地方加注一条防喘振线，以提醒操作者注意。,降低运行转速，可使流量减少而不致进人喘振状态，但出口,压力随之降低。,在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，使流量减,少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。,在压缩机出口设置旁通管道，如生产中必须减少压缩机的输送流量时，让多余的气体放空，或经降压后仍回进气管，宁肯多消耗流量与功率，也要让压缩机通过足够的流量，以防进入喘振状态。,（3）防喘振的措施（续）,在压缩机进口安置温度、流量监视仪表，出口安置压力监视仪表，一旦出现异常或端振及时报警，最好还能与防喘振控制操作联功d4与紧

18、急停车联动。运行操作人员应了解压缩机的工作原理，随时注意机器所在的工况位置，熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致迅人喘损状态。一日进人喘振应立即加大流量退出喘振或市即停机。停机后，应经开缸检查确无隐患，方可再开动机器。,3.6.1.3 堵塞工况,流量达到最大时的工况即为最大流量工况。造成这种工况有两种可能：一是级中流道中某喉部处气流达到临界状态，这时气体的容积流量已是最大值，任凭压缩机背压再降低，流量也不可能再增加，这种情况称为“阻塞”工况。另一种情况是流道内并未达到临界状态，即未出现“阻塞”工况，但压缩机在偌大的流量下，机内流动损失很大，所能提供的排气压力已很小，几乎接近零能

19、头，仅够用来克服排气管的流动阻力以维持这样大的流量，这也是压缩机的最大流量工况。,由制造厂商提供的离心式压缩机的性能曲线图上一般都注明该压缩机的设计条件，例如气体介质名称、密度(或分子量)、进气压力及进气温度等。因为如果运转时的气体介质、进气条件与设计条件不符，那么压缩机的运转性能就有别于所提供的性能曲线图。以如图形式表示的性能曲线与气体的性质和进气状态密切相关。如图所示，如果进气温度Ti不变，在相同容积流量Qi下，压缩重的气体所得到的压力比较大；反之，压缩轻的气体，所得的压力比较小。同样，假设压缩的是同一种气体介质，但进气温度Ti不同，进气温度较高的气体，共性能曲线在下方，进气温度较低的气体

20、的性能曲线在上方。,3.6.1.4 性能曲线的变化规律,3.6.2 压缩机与管网联合,3.6.2.1 管网特性曲线,3.6.2.2 压缩机与管网联合工作,3.6.2.3 平衡工况的稳定性,e r rp+,2 2c c,所谓管网，一般是指与压缩机连接的进气管路、排气管路以及这些管路上的附件及设备的总称。但对于离心式压缩机来说，管网只是指压缩机后面的管路及全部装置。管网终端的压力应为：,式中P包括管网中的摩擦损失和局部阻力损,失，A为总阻力损失的计算系数。,l 2 2,=p+p=p+=pr+AQ 2,3.6.2.1 管网特性曲线,3.6.2.2 压缩机与管网联合工作,某压缩机原来进气温度为30度，

21、工作点在A点(见图)，因生产中冷却器出了故障，使气温剧增到70度，这时压缩机突然出现了喘振，究其原因，就是因为进气温度升高，使压缩机的性能曲线下降，由线1下降为l，而管网性能曲线未变，压缩机的工作点变到A，此点如果落在喘振限上，就会出现喘振。,例1 性能变化造成的喘振情况,例2 性能变化造成的喘振情况,某压缩机原在上图所示的A点正常运转，后来由于某种原因，进气管被异物堵塞而出现了喘振。分析其原因就是因为进气管被堵，压缩机进气压力从pi一下降为pi。使机器性能曲线下降到l线，管网性能曲线无变化，于是工作点变到A，落入喘振限所致。,例3 性能变化造成的喘振情况,某压缩机原在转速为n下正常运转，工况

22、点为A点(见上图)。后因生产中高压蒸汽供应不足，作为驱动机的蒸汽轮机的转速下降到n2，这时压缩机的工作点A落到喘振区，因此产生了喘振。,压缩机串联工作可增大气流的排出压力，压缩机并联工作可增大气流的输送流量。但在两台压缩机串联或并联工作时，两台压缩机的特性和管网特性在相互匹配中有可能出现不能很好协调工作的情况，例如使总的性能曲线变陡，变工况时某台压缩机实际上没起作用，却自自耗功，或者某台压缩机发生喘振等。,3.6.3 压缩机的串联与并联,3.6.4 压缩机的调节方法及特点压缩机与管网联合工作时，应尽量运行在最高效率工况点附近。在实际运行中，为满足用户对输送气流的流量或压力增减的需要，就必需设法

23、改变压缩机的运行工况点。实施改变压缩机运行工况点的操作称为调节。下面讨论几种压缩机的调节方法。,123456,压缩机出口节流调节压缩机进口节流调节采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节)采用可转动的扩压器叶片调节改变压缩机转速的调节三种调节方法的经济性比较及联合采用两种调节,3.6.4.1 压缩机出口节流调节,3.6.4.2 压缩机进口节流调节,调节压缩机进口管道中阀门开度是又一种简便且可节省功率的调节方法。如图所示，改变进气管道中的阀门开度，可以改变压缩机性能曲线的位置，从而达到改变输送气流的流量或压力。,3.6.4.3 采用可转动的进口导叶调节,3.6.4.4 采用可转动的扩压器叶片调

24、节,3.6.4.5 改变压缩机转速的调节,图为用户要,求压力p，不变,而流量增大为qms或减小为qms，,调节转速到n或n”，使性能曲线移动即可满足要求。,3.6.4.6 三种调节方法的经济性比较及联合采用两种调节,左图表示了进口节流、进气预旋和改变转速的经济性对比。其中以进口节流为标准。曲线1表示进口预旋比进口节流所节省的功率。曲线2表示改变转速比,进口节流所节省的功率。显然改变转速的经济性最佳。,3.8 主要零部件及辅助系统,3.8.1 叶轮,3.8.2 密封结构,3.8.1 叶轮,3.8.1.1 对叶轮的要求,3.8.1.2 叶轮的结构形式,叶轮是离心压缩机中唯一对气体作功的部件，且是高

25、速回转件，所以对叶轮的设计、材料和制造要求都很高，对叶轮的要求主要是：,提供尽可能大的能量头；,叶轮以及与之匹配的整个级的效率要比较高；所设计的叶轮型式能使级及整机的性能稳定工,况区较宽；,强度及制造质量符合要求。,3.8.1.1 对叶轮的要求,3.8.1.2 叶轮的结构形式,(1)按叶轮的弯曲形式分,(2)按叶轮结构形式分,(3)按制造工艺分,(1)按叶轮的弯曲形式分,前弯叶片式叶轮,(2)叶轮的结构形式分,可分为闭式、半开式和开式叶轮三种类型。,离心压缩机大多数采用闭式叶轮。,(3)按制造工艺分,叶轮有铆接、焊接、精密铸造、钎焊,和电蚀加工等制造方法。,3.8.2 密封结构,3.8.2.1

26、 压缩机中常用的密封形式,3.8.2.2 迷宫密封,3.8.2.3 浮环油膜密封,流体机械既有静密封又有动密封。动密封是防止机器在运转期间和停转期间流体向外或向内泄露的构件。动密封主要是旋转轴的密封。旋转轴密封又有面接触密封和非接触密封两种主要类型。,3.8.2.1 压缩机中常用的密封形式,3.8.2.2 迷宫密封,（1）迷宫密封的结构形式,（2）密封原理,（3）迷宫密封设计及使用中应注意的问题,迷宫密封的结构形式迷宫密封也称为梳齿型密封，是一种非接触型密封。主要用于离心压缩机级内轮盖密封、级问密封和平衡盘密封上。在压力较低，且允许流体少量流出时，也可作为轴密封(轴与壳体问的密封)使用。迷宫密

27、封的结构用的较多的是以下几种：,平滑形 曲折形,台阶形,径向排利的迷宫密封,还有一种新型的迷宫密封叫蜂窝形迷宫密封,平滑行迷宫密封,曲折形迷宫密封,台阶形迷宫密封,径向排列的迷宫密封,蜂窝形迷宫密封,密封原理,迷宫密封是利用节流原理使气体每经过一个齿片，压力就下降一次，经过一定数量的齿片后就形成较大的压降，实质上迷宫密封就是给气体的流动以压差阻力，从而减小气体的通过量。,设计及使用中应注意的问题,梳齿密封除了轮盖密封齿数较少外，一般密封结构中z不少,于6片，也不多于35片；,为提高节流降压效果，梳齿的径向间隙s应尽可能的小，一般为O.4mm左右。相邻齿片问的距离和间隙的比应足够大，一般齿距与间

28、隙的比值为6（如图）；,梳齿顶端朝向来流一边作成尖角形，以加强气流旋涡，提,高密封效果；,梳齿材料一般采用青铜、铜锑锡合金及铝合金等较软的金属制作，避免划伤轴或轴套。对于易燃、易爆气体，还应采用不会产生火花的材料；,如果被密封的气体有毒或易燃易爆，不允许漏至机外仍采用迷宫密封的话，则必须在梳齿的中间某部位，设计成抽气(或冲气)的密封型式。,3.8.2.3 浮环油膜密封,1一浮环 2一L型固定环 3一销钉 4一弹簧5一轴套 6一挡油环 7一甩油环 8一轴,9一高压侧预密封梳齿 10一梳齿座 11一高压侧回油孔12一空腔 13一进油孔 14一低压侧回油空腔,3.9 安全可靠性,3.9.1 叶轮强度

29、,3.9.2 转子临界速速度3.9.3 轴向推力的平衡3.9.4 抑振轴承,3.9.5 机械故障诊断,由于离心叶轮高速旋转所产生的离心力及与轴过盈配合所产生的压紧力等，会使叶轮内部产生很大的应力，为保证安全运转，需要进行叶轮强度计算。,闭式叶轮由轮盘、轮盖和叶片构成，从强度观点看，轮盖可视为轮盘的一个特例。而沿周向分散的叶片，可假定为沿周向均匀分布的由特定材料制成的盘形夹层。故叶轮强度计算主要是轮盘应力计算。目前轮盘应力计算有二次法、递推一代人法和有限元法。,应当指出，由于叶轮的重要作用和特殊地位，通常均选用优质的材料，考究的制造工艺和偏于安全的圆周速度uz，故叶轮的安全可靠性，一般是可以有所

30、保证的。,3.9.1 叶轮强度,3.9.2 转子临界速度,n2nc1,为了确保机器运行的安全性，要求工作转速远离,第1、2阶临界转速，其校核条件是,对于刚性转子,为了防止可能出现的轴承油膜振荡，工作转速应,低于二倍的第一阶临界转速，即,n0.75nc1,对于柔性转子1.3nc1n0.7nc2,a,b,c,3.9.3.2 轴向推力的平衡措施(1)叶轮对排叶轮的各种排列方式如下图所示，图(a)是叶轮顺排，转子上各叶轮轴向力相加；图(b)和带有中间冷却器酌图(c)是叶轮对排，可使转子上的轴向力相互抵消，总轴向力大大降低。,在轮盘背面加几条径向筋片，如图所示，相当于增加一个半开式叶轮。使间隙中的流体旋

31、转角速度增加一倍，从而使离心力增加压力减小图中eij线为无筋时的压力分布，而eih为有筋时的压力分布。可见靠内径处的压力显著下降，故使叶轮轴向力减少，这种措施对流体密度大的高压压缩机减小叶轮轴向力有效。,（2）叶轮背面加筋,如左图所示，在末级叶轮之后的轴上安装一个平衡盘。并使平衡盘的另一侧与吸气管相通，靠近平衡盘端面安装梳齿密封，可使转子上的轴向,力大部分被平衡掉。平衡盘是最常用的平衡轴向推力的措施。,（3）采用平衡盘（亦称平衡活塞）,3.9.4 抑振轴承,3.9.4.1 滑动轴承的基本工作原理,3.9.4.2 几种常用的抑振轴承,3.9.4.1 滑动轴承的基本工作原理,3.9.4.2 几种常

32、用的抑振轴承,(1)普通的圆柱轴承(2)椭圆轴承,(3)多油叶轴承(4)多油楔轴承(5)可倾瓦轴承,(6)垫块式止推轴承,这种轴承在低速重载时，轴颈处于较大的偏心下工作，因而是稳定的，可是在高速轻载下处于非常小的偏心下工作，因而很不稳定，油膜振荡一旦发生很难抑制。所以对于高速轻载转子，圆柱轴承很少采用。,(1)普通的圆柱轴承,（2）椭圆轴承,这种轴承由上下两段圆,弧所构成，图1所示，由于加工方便，使用较广泛。其特点是上、下两段圆弧都距轴承中心有较大的偏心，并产生两个油楔。其上瓦油楔的油膜压力就会对前述的轴颈失稳起到抑制作用，由于几何的对称性，这种轴承允许轴颈正反转。,这种轴承由几块圆弧形瓦块组

33、成，可以是对称的，也可是不对称的，它与椭圆轴承的性能类似，每段都有较大的偏心，且油楔数更多，因轴颈受多方油楔的作用，故抑振性能优于椭圆轴承。,（3）多油叶轴承,如图所示这种轴承的抑振性能与多油叶轴承相似，但由于油楔的不对称性，故只允许轴颈单向转动。,（4）多油楔轴承,(5)可倾瓦轴承,这种轴承由多块可以绕支点偏转的活动瓦块组成。这是目前认为抑振性能最好的轴承。它不仅油楔数多，且当外部发生变化使轴颈中心瞬时离开平衡位置时，由于瓦块可以绕支点偏转能够自动调整到平衡位置，使其不存在维持振荡的因素，因而稳定性很好.,止推轴承的工作原理与径向轴承类似，也是由转子上转动的推力盘与轴承上几块扇形面形成的收敛

34、油楔动压力来平衡转子的轴向推力载荷。如图所示。,(6)垫块式止推轴承,3.9.5 机械故障诊断,3.9.5.1 机械故障诊断的必要性,3.9.5.2 故障诊断监测系统,3.9.5.3 故障监测技术,3.9.5.4 机械故障诊断方法,所谓故障是指机器丧失工作效能的程度，但通常,故障是能修复或排除。,长期以来采用的是定期预防性维修制度，即到一定时间不出故障也要停机大修，解体检查，一些部件还不到使用寿命就得更换，造成维修费用很大和停产时间很长等损失。如采用机器故障诊断技术，则可改为预防性维修制度，根据故障诊断结果，确定适时的停机和局部维修，这样就大大延缓停机大修的时间，甚至不必定期停机大修，从而节省

35、了维修费用，增加了持续生产的时间。,3.9.5.1 机械故障诊断的必要性,机器故障诊断的过程一般包括如下的主要环节(1)机器状态参数的检测，即信号采集；(2)信号处理，提取故障特征信息；(3)确定故障的发生部位、类型和程度；(4)对确定的故障作防治处理与监控。,3.9.5.2,故障诊断监测系统,a振动信号的采集应用各类测振传感器检测机器振动的位移、速度和加速度，并转为电信号送入分析处理器。b振动信号的处理它是将传感器感受到的各种激振力作用的复杂信号加工处理，提取与故障有关的特征信息，并从模拟量变化为数字量，然后送人数字运算电路或电子计算机进行信号分析处理，最后获得用于故障分析的数字或图形。,(

36、1)机器振动检测技术(2)热红外技术(3)声发射技术(4)噪声分析技术(5)润滑油的光谱、铁谱分析技术,3.9.5.3 故障监测技术,机器故障诊断中除了检测状态参数和信号处理之,外，更重要的是根据提取的特征信息进行故障识别与诊断，以确定故障发生的部位、类别和程度，然而这是一项相当复杂与艰巨的工作。现今，故障诊断方法已有多种，如综合比较诊断法、特性变化诊断法、故障树诊断法、模糊诊断法、专家系统诊断法和神经网络诊断法等。其中，专家系统诊断法是一种智能化的计算机诊断系统，能使一般人员像专家一样识别与判断机械故障；而神经网络诊断法是一种由模仿人的大脑神经元网络结构而建立的一种非线性的动力学网络系统，可

37、使专家更为准确地识别与判断机械故障。,3.9.5.4 机械故障诊断方法,压缩机（Compressor）,工业上使用的压缩机主要有往复式和离心式两种类型。,往复式压缩机（Reciprocating Compressor）,结构：主要部件有气缸、活塞、吸入和压出活门。,工作原理：与往复泵相似，依靠活塞往复运动和活门的交替动作将气体吸入和压出。,气体在压缩过程中体积缩小、密度增大、温度升高。,1.工作原理往复式压缩机通过曲轴连杆机构将曲轴旋转运动转化为活塞往复运动。当曲轴旋转时，通过连杆的传动，驱动活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。曲轴旋转一周，活塞往

38、复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。,2012-5-29,往复压缩机,1.1 理论工作循环为了更好地理解活塞压缩机的工作原理，这里重点介绍理论工作循环。假定压缩机没有余隙容积，没有吸、排气阻力，没有热量交换，则压缩机工作时，汽缸内的压力和容积的关系如下图所示。压缩机的理论工作过程可以简化成下图示的三个热力过程。,2012-5-29,往复压缩机,1.1 理论工作循环吸气活塞自0点移至1点，吸气阀打开，气体在P1压力下进入气缸。压缩活塞自1点移至2点，吸排气阀均关闭，此过程为多变压缩过程，气缸内的气体压力升至P2。排气活塞从2点移至3点，压力为P2的气体等压排出气缸。

39、过程0-1-2-3-0构成了压缩机的理论工作循环，压缩机完成一个理论循环所消耗的功即为图中0-1-2-3-0所代表的面积。,2012-5-29,往复压缩机,1.1 理论工作循环压缩机在压缩气体的过程中，温度会逐步升高，是个多变的过程。实际压缩循环比理论压缩循环多了一个热膨胀的过程。随着热膨胀的逐步增加压力升高，温度也升高，功耗随之加大。所以，在理论上等温压缩循环的功耗最小。,2012-5-29,往复压缩机,V a(p2 1),V c V b p,=1+(2 1)k=1(2 1)k 1,V c,V V V V V,往复式压缩机（Reciprocating Compressor）,Va,Vb,Vc

40、,Vd,A,B,C,D,pp2p1,V,(a)(b)(c),(d),单动往复压缩机活塞运行位置及对应的气体 P-V 状态变化,图,工作循环分析：,余隙的存在不仅减少气体吸入量而且增加压缩机能量损耗。,VaVc Va,=,Vc VbVc Va,0=,余隙系数,容积系数,1,k 1 1p p p p,V c a c a c a,0,=,0 随余隙系数 e 和压缩比 p1/p2 增大而下降并有可能达到 0,(p2 1p)k 1,k,压缩机（Compressor）根据稳流体系热力学第一定律，多变压缩过程理论上在一个工作循环中活塞对气体所做的功为,式中 T1 为吸气温度。压缩功与压缩气体温升都随压缩比增

41、加而增加。实际压缩比一般不超过 8。高终压(0.51.0MPa)压缩机都为多级。气体经上一级压缩后，通过中间冷却器和油水分离器进入下一级气缸再压缩。各级压缩比只占总压缩比的一部分，对于 n 级压缩，取各级压缩比相等则其仅为总压缩比（p1/p2）的 n 次方根。多级压缩可避免单级压缩比过高而引起的排出气体超温、容积系数低的问题，而且由于级间冷却使气体体积减小并使压缩过程接近于等温过程，因此还可减少功耗。,k 1,W=p1(V c V b),k 1,k 1k,T 2=T 1(p2 p1),往复式压缩机的选用根据所输送气体性质确定压缩机的类型（如空气压缩机、氨气压缩机、氢气压缩机等），再根据生产能力

42、和排出压强选择合适的型号。注意：一般标出的排气量是以 20，101.33 kPa 状态下的气体体积表示的。,往复式压缩机的排气是,脉动的，可在出口处安装贮气罐，既可使气体平稳输出，又可使压缩机气缸带出的油沫和水分离。,1,1,2,2,2,3,31,3,1.2 实际工作循环,往复压缩机,2012-5-29,1.2 实际工作循环压缩机工作过程中活塞环、填料、气阀不可避免存在泄露，每个循环的排气量总小于实际吸气量。压缩机的进气阻力过大，会造成压缩机排气量减少。余隙容积过大会降低排气量，使指示功图面积变小。,2012-5-29,往复压缩机,1.2.1 实际过程与理论过程的区别由于余隙容积的存在，实际工

43、作循环由膨胀、吸气、压缩、排气四个过程组成，而理论循环无膨胀过程。实际吸、排气过程中存在阻力损失，使实际气缸内吸气压力小于吸入管路内气压、实际气缸内排气压力高于排出管路内气压；吸、排气过程中有压力波动、温度变化。在膨胀和压缩过程中，因为气体与气缸壁之间存在热交换，使得压缩过程指数与膨胀过程指数不断变化，并非常数。,2012-5-29,往复压缩机,2.性能参数 往复式压缩机的性能参数主要包括：排气压力排气温度排气量功率和效率,2012-5-29,往复压缩机,2.1 吸气/排气压力往复压缩机的吸气和排气压力分别指第一级吸入管道处和末级排出接管处的气体压力，因为压缩机采用的是自动阀，气缸内的压力取决

44、于进、排气系统中的压力，即由“背压”决定。所以吸、排气压力是可以改变的。压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值，实际上只要机器强度、排气温度、电机功率和气阀工作许可，他们是可以在很大范围内变化的。,2012-5-29,往复压缩机,2.2 排气温度排气温度是指压缩机末级排出气体的温度，它应在末级气缸排出管处测得。多级压缩机末级之前各级的排气温度称为该级的排气温度，在相应级的排气接管处测得。排气温度可以计算校核，T2T1(P2/P1)n-1/n排气温度应进行监控：排气温度过高会造成润滑油润滑性能下降，轻质油挥发污染气体，润滑油积碳堵塞阀槽，活塞环软化或加速磨损，非金属阀片融化等。,2012-5-29

45、,往复压缩机,2.3 容积流量往复压缩机的容积流量是指在单位时间内经压缩机压缩后在压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值，单位是M3/min或M3/h。压缩机的额定容积流量，即在压缩机铭牌上标注的容积流量是指在特定的进口状态下（进口压力0.1MPa，温度20）时的容积流量。对于实际气体，若是在高压下测得的气体容积，则换算时要考虑到气体可压缩性的影响。,2012-5-29,往复压缩机,2.4 供气量往复压缩机排气量随压缩机的进口状态而变，它不反映压缩机所排气体的物质数量。化工工艺中使用的压缩机，由于工艺计算的需要，需将容积流量则算到标准状态（1.013x105M

46、Pa，0）时的干气容积值，此值称为供气量或者标准容积流量。,2012-5-29,往复压缩机,2.5 功率和效率压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气体，另一部分是用于克服机械摩擦。前者称为指示功，后者称为摩擦功，二者之和为主轴所需的总功，称为轴功。单位时间所消耗的功称为功率。指示功率与总功率的比值即为压缩机的效率。,2012-5-29,往复压缩机,1st stage3 bar1 bar,2nd stage8 bar3 bar,2012-5-29,往复压缩机,2.6 多级压缩所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压缩后将气体导入中间冷却器进行冷却。如图所示Q,2.6 多级压缩的理

47、由/优势1.可以节省压缩气体的指示功，下图为两级压缩与单级压缩所耗功之比。当第一级压缩达到压力P2后，将气体引入中间冷却器中冷却，使气体冷却到原始温度T1.因此使排出的气体容积由V2减至V2，然后进入第二级压缩到最终压力。这样，从图中可以看出，实行两级压缩后，与一级压缩相比节省了图中绿色区域的功。采用多级压缩可以节省功的主要原因是进行中间冷却。如果没有中间冷却，第一级排出的气体容积不是因冷却而由V2减至V2，而仍然以V2的容积进行二级压缩，则所消耗的功与单级压缩相同。,2012-5-29,往复压缩机,pressure,2.5 多级压缩,2012-5-29,p,volume,V往复压缩机,nd,

48、2级stage,单级压缩压比很大2级压缩曲线通过中间冷却节省的压缩功减去级间冷却器产生的损耗1、2级级间冷却1级压缩曲线1级,2.6 多级压缩的理由/优势2.可以降低排气温度通过多级压缩中间冷却后降低了气体的进气温度，压缩过程接近等温压缩，可以显著降低排气温度。排气温度过高，会使润滑油粘度降低，性能恶化或形成积炭现象；使气阀的工作寿命下降。对某些特种气体压缩机，排气温度过高还会引发腐蚀或爆炸。,2012-5-29,往复压缩机,122,2.6 多级压缩的理由/优势3.提高容积系数随着压力比的上升，余隙容积中的气体膨胀所占的容积增加，气缸实际吸气量减少。采用多级压缩，压力比下降，因而容积系数增加。

49、,2012-5-29,往复压缩机,2.6 多级压缩的理由/优势4.降低活塞力多级压缩由于每级容积因冷却而逐渐减少，当行程相同时，活塞面积减少，故能降低活塞上所受的气体力，因此使运动机构重量减轻，机器效率提高。,2012-5-29,往复压缩机,Quantity,2.7 气量调节方式,2012-5-29,往复压缩机,卸荷器调节,旁通调节,变转速调节,M,Compressordelivery pressure,余隙腔调节,3 结构压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、润滑油系统、进出口缓冲罐/气液分离器等部件组成。,2012-5-29,往复压缩机,3.1 机体机体包括

50、机身、机座、曲轴箱等部件。机体一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体，是支承气缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。,2012-5-29,往复压缩机,3.1 机体的作用用来连接气缸和安装运动机构，并用作支承座。承受机器本身的全部或部分重量。作为传动机构的定位和导向部分。如曲轴支承在机体的主轴承上，十字头以机体滑道导向。承受压缩机工作时气体压力及转动部件的惯性力。连接某些辅助部件，如润滑油系统、盘车系统、冷却系统等。,2012-5-29,往复压缩机,128,3.2 气缸气缸是活塞式压缩机中组成压缩容积的主要部分。气缸与活塞配合完成气体的逐级