离心式压缩机

除了最小的理论压缩能量,能源消耗也产生于:

•叶轮和扩散器中的气体摩擦;

•轴承与密封摩擦;

•车轮之间和密封系统中的迷宫泄漏;

•平衡活塞从排放到吸入的泄漏;

•防浪涌阀泄漏和/或防浪涌保护校准不当。尽量减少这些损失可以实现如下:

具有正压力梯度的压缩机内部表面应高度抛光以减少摩擦。请注意,抛光区域的负压梯度可能会导致浪涌过早发生(下面讨论)——考虑飞机机翼的顶部表面是亚光表面(机翼上方是负压),而前缘是抛光的(正压)。抛光的另一种选择是涂覆气体流道(转子和定子)的表面,有一些专利产品可用。

油封造成的能量损失是相当大的。供油必须泵到压缩机的吸入压力以上,返回的甜油必须冷却,因为油封中的紧密间隙会由于高剪切速率而导致加热。干气密封的使用将这些损失减少到接近零。干式密封不仅比密封油系统便宜得多,而且许多用户发现改装是合理的。

绝大多数压缩机使用油润滑轴承。相关的能量损失可以从泵油所需的功率和油冷却器中除去的热量中看出。慢慢地,磁轴承开始被使用,最初用于寒冷偏远地区的管道压缩机,现在可用于大多数工艺应用。不幸的是,这些通常不能改装到现有的压缩机,因为轴承在物理上更大-特别是推力轴承。对于新安装,磁轴承加干气密封可形成无油压缩机。令人惊讶的是,磁轴承控制轴的位置要比油润滑套筒轴承的公差更小,甚至可以给予主动振动控制。转子和迷宫之间更紧密的公差也通过减少内部泄漏提高了效率。

电磁铁n Á

压缩机轴

电磁铁

位置传感探头n Á

压缩机轴

图8.1磁滑动轴承。

磁轴承通过感应探头和轴之间的距离,并调整电磁铁的电流来维持轴的位置。图8.1说明了操作的一般原理。如果同时增加所有磁体的电流,则增加轴承刚度。由于磁力轴承和干气密封中的摩擦接近于零,因此油润滑套筒和推力轴承固有的压力-速度极限(PV limit)消失了,可以提高速度。最后,由于磁体的快速响应,这些轴承可用于主动振动控制。

传统的迷宫是简单的一系列刀口设置成一个环安装在每个隔膜,与边缘向内对旋转轴。典型的间隙是压缩机轴直径的1.3到1.5%,所以总是有一些泄漏。如果迷路被污染或磨损(例如由于浪涌或未快速通过第一个横向临界速度而发生),泄漏会增加。这种泄漏可以通过改进设计减少到几乎为零,例如将刀口安装在轴上的可磨迷宫,并允许切割成安装在膜片中的可磨环。

一些压缩机服务有内部污垢的风险。转子和定子涂层可以减少这种趋势。将洗油注入恶臭压缩机(例如,破裂的气体压缩机)的吸口是很常见的,但这种洗油会增加功率要求,因此应尽量减少,以达到预期的结果。由于聚合物污垢随着气体温度的增加而增加,因此应最大限度地进行吸冷和间冷。

所有的动态压缩机(离心和轴向)如果吸入量流量过低,就会表现出不稳定。这就是所谓的浪涌,导致周期性的流动逆转。对于轴向压缩机可能会很猛烈,对于离心式和轴向式都有推力轴承损坏的风险。保护包括确保吸入流量在整个工作速度范围内安全高于喘振点。与空气压缩机不同,空气压缩机通过从排放物排气来避免喘振,工艺压缩机通常通过冷却器将部分排放物流溢出回压缩机吸口。在理想情况下,防浪涌保护通常不需要连续的溢流,除非工厂以低吞吐量运行。浪涌保护裕量应不大于浪涌时流量以上的5%。先进的防浪涌控制是自我校准,以确保溢出流(浪费压缩能量)保持在安全的最小值。如果工艺需求总是小到足以产生防喘振溢流,则在短期内研究吸力节流,长期内应对压缩机进行改造。

低流量,高压比,更有效地处理往复式压缩机。然而,主要是出于成本考虑,许多此类应用都使用了离心机械,特别是在海上,往复式压缩机的重量和振动更难以适应。

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