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觀點1:通過壓縮機葉輪材料和汽輪機末級葉片材料的升級,提速、減級數(shù)、降成本是當前單軸式離心壓縮機技術的發(fā)展趨勢。
觀點2:多軸式壓縮機具有效率高、價格低、占地小的優(yōu)勢,在非危險性氣體壓縮中的應用己非常廣泛、成熟,已成為國內(nèi)外空分行業(yè)壓縮機的主力機型。
觀點3:單軸式與多軸式聯(lián)合的創(chuàng)新模式,可靠性高于多軸式壓縮機,這是當前離心壓縮機技術發(fā)展的新動向。
單軸式離心壓縮機的技術進展
早期的離心壓縮機都是將驅動機布置在低壓缸的端部,這是因為當時的汽輪機和電動機只有單軸伸產(chǎn)品。如壓縮機由雙缸或三缸組時,低壓缸的軸就需傳遞壓縮機的全部軸功率,造成低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大。由于低壓缸的軸粗,又是徑向進氣,軸的干擾使首級葉輪進氣室內(nèi)部流場不均勻度很大,使得級效率和單級壓比有所降低。
隨著時間的推移,單軸式離心壓縮機的缺點逐漸暴露出來,例如進氣不均勻,不易實現(xiàn)調(diào)速,轉子不易抽出,每一次速度提高都要通過齒輪箱來實現(xiàn)。這樣,對于多級壓縮機來說,實現(xiàn)起來相當繁瑣,結構龐大,成本較高。
目前市場上已有很多方法克服單軸式離心壓縮機的缺點。MCO型壓縮機就是對新比隆MCL型單軸式壓縮機的一次有效的改進。首先通過將首級由閉式葉輪改為懸臂半開式,葉輪外徑加大,后幾級閉式葉輪的外徑減小,出口加寬,提高了整機效率。采用四個葉輪為背對背排列,并采用兩端低壓,中間高壓的布置方式,比曼透平公司的RIK型四個葉輪同向排列合理,最后采用外置式冷卻器,使抽芯清洗操作簡單。
若施工要求為單級式或兩級式壓縮機,則傳統(tǒng)的單軸式壓縮機還勉強可以實現(xiàn)。若為多級壓縮,考慮到級間的進出口風筒布置和各級的軸向布置,以及由此帶來的轉子臨界轉速和振動等問題,則傳統(tǒng)的單軸式壓縮機是難以實現(xiàn)或不合理的。
多軸式離心壓縮機的技術進展
驅動機與齒輪箱中部的大齒輪軸相聯(lián),大齒輪驅動三個小齒輪,小齒輪軸的兩端懸臂安裝離心式葉輪,六個蝸殼形機殼用螺栓固定在齒輪箱的兩側。小齒輪軸穿過蝸形殼體處裝有軸封,小齒輪軸穿過齒輪箱處裝有油封。
由以上結構可以看出,多軸式離心壓縮機的葉輪直徑和轉速都能最佳匹配,因此各級葉輪的工作效率較高,并且每級葉輪為軸向進氣,流動狀態(tài)更為均勻,故而提高了級效率。另外由于高速化,每級葉輪壓比高,獲得同樣的壓縮比,需要的葉輪數(shù)遠遠少于單軸式壓縮機,因此,造價低體積小。
多軸式壓縮機早期主要用于空分裝置,用轉速為1500r/min的電動機通過聯(lián)軸器與大齒輪軸直聯(lián)。之后它推廣到化工行業(yè),驅動機用高速的蒸汽透平或燃氣透平,需增設齒輪箱減速后再驅動大齒輪。這種傳動方式雖然損失約2%的功率,增加減速箱的投資與占地面積,但用汽輪機對化工裝置熱能的綜合利用很有利。當然,多軸式壓縮機在結構上存在一些缺點,因此它不適合變轉速調(diào)節(jié)性能。
另外,多軸式壓縮機首次投運前需要對外部管道設備進行徹底的清洗。由于多軸式壓縮機的葉輪轉速在2~5萬r/min之間,齒輪的節(jié)圓速度在130~200m/s之間,因此外部管道(氣路、油路)及設備的吹掃和清洗是否徹底,對高速運轉的葉輪和齒輪的安全極其重要。
“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式
任何高壓比多級離心壓縮機都有高壓段,高壓段性能的優(yōu)劣對整機性能的影響極大。相比單軸式壓縮機,多軸式壓縮機的高壓段性能更為良好。因此,如果將單軸式壓縮機的高壓段改用多軸式,整臺壓縮機的性能就可大幅度提高。另一方面,如前所述,大流量、高壓比離心壓縮機如采用純多軸式機型,級數(shù)過多會降低運行的可靠性。
基于以上兩種原因,國內(nèi)外出現(xiàn)了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式,分別發(fā)揮各自的優(yōu)勢,整機性能明顯提高。而國內(nèi)大型空分裝置中有三種型式的離心式空壓機組,其中曼透平公司生產(chǎn)的RIKl40-4型壓縮機就是采用了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式,技術性能較好。
總結
(1)早期的某些單軸式壓縮機驅動機布置在雙缸機組的端部,造成了低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大,目前國內(nèi)外很多壓縮機制造廠已對此進行了改進。通過壓縮機葉輪材料和汽輪機末級葉片材料的升級,提速、減級數(shù)、降成本是當前單軸式離心壓縮機技術的發(fā)展趨勢。
(2)多軸式壓縮機具有效率高、價格低、占地小的優(yōu)勢,在非危險性氣體壓縮中的應用己非常廣泛、成熟,已成為國內(nèi)外空分行業(yè)壓縮機的主力機型;對壓比要求不太高的化工氣體的壓縮,應用范圍正逐步擴大。
(3)對高壓比離心壓縮機,國內(nèi)外出現(xiàn)了單軸式與多軸式聯(lián)合的創(chuàng)新模式,分別發(fā)揮各自的優(yōu)勢,與常規(guī)的單軸式相比,整機性能明顯提高;聯(lián)合模式的可靠性高于多軸式壓縮機,這是當前離心壓縮機技術發(fā)展的新動向。




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