離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式發(fā)展探析

趙 帥

（大慶油田有限責(zé)任公司天然氣分公司油氣加工三大隊(duì)，黑龍江大慶 163721）

0 引言

離心壓縮機(jī)是一種能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)提供壓縮氣體的節(jié)能設(shè)備，在我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)過程中發(fā)揮著重要作用。在大型工業(yè)裝置、企業(yè)輸送等各個(gè)領(lǐng)域，離心壓縮機(jī)都得到了非常廣泛的應(yīng)用。離心壓縮機(jī)最初出現(xiàn)在20 世紀(jì)初，經(jīng)過近百年的發(fā)展，整體技術(shù)水平得到了極大提升，而且在很多關(guān)鍵技術(shù)上取得了重大突破。隨著離心壓縮機(jī)技術(shù)水平不斷提升，其結(jié)構(gòu)形式也逐漸趨于多樣化。

1 離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分類

目前，單軸離心壓縮機(jī)、齒輪組離心壓縮機(jī)、原動(dòng)機(jī)與離心壓縮機(jī)組合機(jī)構(gòu)是我國(guó)工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的3 種主要形式[1]。3 種類型的離心壓縮機(jī)在性能上各具特色，在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域性能側(cè)重點(diǎn)也存在較大差別。而由于不同類型離心壓縮機(jī)在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)際需求不同，因此也體現(xiàn)出了較大的差異性。隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，離心壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)形式上也出現(xiàn)了一些變化，以滿足不同工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。

1.1 單軸離心壓縮機(jī)

單軸離心壓縮機(jī)是世界上出現(xiàn)得最早的離心壓縮機(jī)類型之一，早在20 世紀(jì)初就已經(jīng)在實(shí)際中得到應(yīng)用。在經(jīng)過近百年的發(fā)展，其在核心技術(shù)方面沒有發(fā)生本質(zhì)的變化，但是運(yùn)行效率、運(yùn)行穩(wěn)定性都得到了極大提升。它作為離心壓縮機(jī)最基本的形式之一，技術(shù)原理主要是：將壓縮機(jī)葉輪套在軸上，而聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)機(jī)則主要是通過徑向軸承在葉輪兩端支撐部分來進(jìn)行連接。在實(shí)際應(yīng)用過程中，這類離心機(jī)還可以按照機(jī)殼形式進(jìn)一步劃分為水平剖分型壓縮機(jī)和垂直剖分型壓縮機(jī)。

水平剖分型壓縮機(jī)是應(yīng)用最廣泛的壓縮機(jī)之一，主要特點(diǎn)是可以利用軸心的水平剖面來對(duì)隔板以及定子件進(jìn)行劃分，因此在實(shí)際進(jìn)行檢修作業(yè)過程中必須要首先將其上半部分進(jìn)行拆除。由于它整體結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)成本也相對(duì)較低，因此在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了非常廣泛的應(yīng)用。

垂直剖分型壓縮機(jī)則是后期通過研發(fā)才出現(xiàn)的一個(gè)類型，其主要特點(diǎn)是能夠承受較大壓力，而且具有良好的密閉性，對(duì)易燃易爆氣體有非常好的壓縮效果。但是垂直剖分型壓縮機(jī)生產(chǎn)制造成本相對(duì)較高，而且在實(shí)際進(jìn)行垂直剖分型壓縮機(jī)連接過程中技術(shù)難度非常大，因此其僅僅在一些特殊的工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

1.2 齒輪組裝式離心壓縮機(jī)

這是在單軸離心壓縮機(jī)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過大量研發(fā)發(fā)展出的另外一種離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式，即齒輪組裝式離心壓縮機(jī)。該壓縮機(jī)很好地解決了單軸離心壓縮機(jī)存在的兩個(gè)問題：一是在使用電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的過程中會(huì)出現(xiàn)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速超過電機(jī)轉(zhuǎn)速的現(xiàn)象，這就對(duì)齒輪增速機(jī)的轉(zhuǎn)速匹配性能提出了更高的要求；二是針對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中多級(jí)壓縮實(shí)際需求，單軸離心壓縮機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中當(dāng)容積總量產(chǎn)生變化的時(shí)候，氣體的壓力也會(huì)持續(xù)減小，如果要想保持個(gè)體轉(zhuǎn)速相同，就會(huì)導(dǎo)致后面壓縮機(jī)流量系數(shù)會(huì)出現(xiàn)一定變化，而在這種情況下不能選擇較大的流量系數(shù)，否則就會(huì)影響壓縮機(jī)整體的壓縮效率。

研發(fā)人員在20 世紀(jì)40 年代末成功設(shè)計(jì)出了齒輪與離心壓縮機(jī)組合的結(jié)構(gòu)類型，即齒輪組裝式離心壓縮機(jī)。通常情況下，單軸壓縮機(jī)與齒輪組裝式壓縮機(jī)之間的差異非常明顯。齒輪組壓縮機(jī)不僅可以針對(duì)氮?dú)狻⒖諝膺M(jìn)行壓縮處理，而且還可以針對(duì)易燃易爆、有毒氣體進(jìn)行壓縮處理。它與傳統(tǒng)的單軸壓縮機(jī)相比較，性能方面具有的最大優(yōu)勢(shì)是既可以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的多級(jí)調(diào)節(jié)，而且還可以根據(jù)實(shí)際情況來選擇合理的轉(zhuǎn)速配合比例。另外，齒輪組離心壓縮機(jī)還能夠?qū)崿F(xiàn)每組葉輪軸向位置進(jìn)氣，這樣就能實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的逐級(jí)壓縮冷卻處理，進(jìn)一步提高離心機(jī)的運(yùn)行效率。因此在實(shí)際應(yīng)用中齒輪組壓縮機(jī)能為企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

目前在我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用比較廣泛的齒輪組裝式離心壓縮機(jī)主要有普通齒輪組裝壓縮機(jī)、工業(yè)齒輪組裝壓縮機(jī)等幾種類型[1]。

1.3 原動(dòng)機(jī)與離心壓縮機(jī)組合結(jié)構(gòu)

在上述幾種離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)特征基礎(chǔ)上，相關(guān)專家通過對(duì)原動(dòng)機(jī)以及離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析后，研發(fā)出了新的結(jié)構(gòu)組合方式，通過結(jié)構(gòu)組合使離心壓縮機(jī)性能優(yōu)勢(shì)更加明顯，而且實(shí)際占用場(chǎng)地面積也更小，密封系統(tǒng)也得到了有效減少，因此該型離心壓縮機(jī)后期的維護(hù)保養(yǎng)工作量非常小。

1.3.1 膨脹機(jī)與壓縮機(jī)組合

膨脹機(jī)與壓縮機(jī)組合主要可以分為透平膨脹機(jī)與壓縮機(jī)組合、壓縮機(jī)為主的組合，后者組合形式中機(jī)的主要作用是進(jìn)行能量回收。上述兩種組合形式在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及性能上都具有各自優(yōu)勢(shì)。膨脹機(jī)與壓縮機(jī)組合主要是通過一級(jí)膨脹與一級(jí)壓縮來完成氣體處理，因此，在實(shí)際進(jìn)行懸臂布置的時(shí)候膨脹機(jī)與壓縮機(jī)會(huì)出現(xiàn)一定程度的交叉。膨脹機(jī)與壓縮機(jī)在連接的過程中不需要使用其他的聯(lián)動(dòng)設(shè)備，因此整體結(jié)構(gòu)更加緊湊。而從整體結(jié)構(gòu)方面來說，該組合方式主要是以膨脹機(jī)的工藝性能來發(fā)揮主要作用，而壓縮機(jī)在機(jī)組運(yùn)行過程中處于輔助地位，壓縮機(jī)功能在發(fā)生改變的時(shí)候整個(gè)機(jī)組的工藝性能也會(huì)隨之發(fā)生改變。隨著現(xiàn)代磁力軸承技術(shù)逐步趨于成熟，因此，該組合方式中原有的潤(rùn)滑油系統(tǒng)完全可以用磁力軸承來代替，使得該組合方式機(jī)組后期維護(hù)保養(yǎng)成本非常低。

另外，以壓縮機(jī)為主膨脹機(jī)為輔的組合形式主要是為了滿足一些特殊工藝環(huán)境而設(shè)計(jì)的組合方式，在該組合方式中非聯(lián)動(dòng)軸外壁上懸掛著膨脹機(jī)，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)工藝生產(chǎn)過程中尾氣能量的有效回收。膨脹機(jī)通過采用單機(jī)向心、雙極軸流結(jié)構(gòu)形式使得能量回收順利實(shí)現(xiàn)。

1.3.2 復(fù)合組裝壓縮機(jī)

為了滿足不同工業(yè)生產(chǎn)的特殊需求設(shè)計(jì)出了組裝齒輪壓縮機(jī)，而復(fù)合組裝式壓縮機(jī)主要是對(duì)原有的組裝式齒輪壓縮機(jī)設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了延伸，在整個(gè)機(jī)組中引入了工業(yè)尾氣能量回收裝置，使得整個(gè)機(jī)組運(yùn)行效率極大提升，有效控制了工業(yè)生產(chǎn)能耗，這對(duì)于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)來說具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前在世界范圍內(nèi)各大壓縮機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)都開始大力推廣新型的復(fù)合組裝壓縮機(jī)，而且在經(jīng)過多年發(fā)展后，組裝式壓縮機(jī)在技術(shù)上取得了巨大進(jìn)步，在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中具有較強(qiáng)的針對(duì)性[3]。

1.3.3 電機(jī)與壓縮機(jī)組合

該組合方式主要是利用高速電機(jī)與單軸壓縮機(jī)相結(jié)合來組成整個(gè)系統(tǒng)，通過這種方式使得基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式更加簡(jiǎn)單，后期維護(hù)保養(yǎng)更加便利。該組合系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過程中氣體泄漏概率得到了有效控制，機(jī)組整體運(yùn)行穩(wěn)定性得到了極大提升，而且，該機(jī)組實(shí)際占用場(chǎng)地面積非常小，而且采取了封閉式罐裝設(shè)計(jì)，省去了原有的干氣密封系統(tǒng)，從而使得在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中不再出現(xiàn)氣體泄漏的可能性。其整體采用一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，有效避免了傳動(dòng)連接方式引起的安全隱患；而且也可以采用立式布置，使得其占地面積更小。由于高速電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，因此，該機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過程中齒輪傳動(dòng)過程損失非常小，機(jī)組整體的運(yùn)行穩(wěn)定性得到了極大提升。隨著磁力軸承的不斷應(yīng)用，該機(jī)組實(shí)現(xiàn)了無油化運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式更加簡(jiǎn)單，在現(xiàn)代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上還能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程控制，適應(yīng)在各種惡劣環(huán)境下作業(yè)。

2 結(jié)束語

綜上所述，對(duì)幾種離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式發(fā)展進(jìn)行分析，根據(jù)其出現(xiàn)的先后順序體現(xiàn)出了非常明顯的遞進(jìn)式發(fā)展規(guī)律，整體結(jié)構(gòu)形式從最初的單一化逐步發(fā)展到多樣化，最后實(shí)現(xiàn)了整體結(jié)構(gòu)集成，從而使得明星壓縮機(jī)技術(shù)與現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展形成了高度契合。雖然目前原動(dòng)機(jī)與離心壓縮機(jī)組和結(jié)構(gòu)形式整體運(yùn)行效率以及穩(wěn)定性得到了極大提升，但是仍然存在一些問題。只有進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)，逐步提升離心壓縮機(jī)的技術(shù)針對(duì)性，才能為我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展作出更大貢獻(xiàn)。