离心式压缩机的发展现状及前景展望

刘丽娟（陕西省咸阳市陕西煤化能源有限公司 陕西 咸阳 713600）

一、离心式压缩机简介

离心式压缩机是速度式压缩机中的一种。 早期，这种压缩机只用来压缩空气，且只适用于中、低压力及气量很大的场合。 随着石油、化工生产规模的扩大和机械加工工艺的发展，从60 年代开始，离心式压缩机在我国石油化工生产中应用越来越广泛。近几十年来新建的大型合成氨厂， 乙烯厂均采用了离心式压缩机，并实现了单机配套。 例如年产30 X 104t 的合成氨厂合成气压缩机(带循环级)，只用一台由2×104kW 的汽轮机驱动的离心式压缩机，从而节约了大量投资，降低了氨的成本。 在年产30×104t 的乙烯工厂中，裂解气压缩机、乙烯压缩机和丙烯压缩机均采用了汽轮机驱动的离心式压缩机， 从而使乙烯的成本显著降低。 在天然气液化方面已有采用流量48．2×104m3／h 的超低温(-160℃)离心式压缩机，其生产规模每年可提高到100×104t。此外，离心式压缩机还广泛地应用在制氧，尿素、酸、碱等工业以及原子能工业的惰性气体的压缩和核工业特殊元素的制取方面。 随着离心式压缩机技术的不断提高， 其在许多场合已经逐渐替代活塞式压缩机而成为主要的动力机械。

二、离心式压缩机的发展现状

离心式压缩机的发展历程要晚于活塞式压缩机，在19 世纪活塞式压缩机几乎是唯一的一种压缩机应用形式， 但由于活塞式压缩机存在着油耗量大、个体笨重等一些列的缺点，使其应用受到了很大的限制。 同时，随着材料科学、气体动力学等一系列基础学科的发展和制造工艺的提高， 离心式压缩机得到了迅速的发展。 目前，大功率(最大功率已达52900 千瓦)高压离心式压缩机一般用高速工业蒸汽轮机拖动， 多数采用单列串联或两列串联驱动。 它的出口压力已可达150～850 公斤/cm2， 最高可让420 公斤／cm2；转速为10000-16000 转／分，最高可达25000 转／分；连续运转时间可达18 个月以上。 在高压离心式压缩机上则成功地采用了高压液体浮环式密封，多油楔径向轴承、浮动式止推轴承等结构；在工艺方面，对于叶轮轮出口较宽的压缩机则广泛采用全焊接结构代替铆接结构， 对于狭流道叶轮的制造则使用电蚀加工，对转子动平衡的要求更高：在没计上则合理地考虑转子的轴向推力平衡，多缸的临界转速和提高转子刚度、以及根据工质的不同性质来选择各零部件的材料等问题， 并且正在逐步提高小流量级的空气动力性能和采用二元叶轮以及摸清高压下实际气体的性质， 对于高速运转时的振动和压缩气体的性能试验和换算也是当前应被重视的问题。 值得注意的是国外正在研究试制压力为2500—3200 公斤/cm2的超高压离心式压缩机，以适应高压聚乙烯生产的需要。 此外，随着交通运输、国防等事业的发展， 在小功率燃气轮机中的离心式压气机上广泛采用高强度的材料，其小级压比一般已达4.5～6.5，并正在试制研究单级压比为12， 转速为130000 转／分， 级效率更高的离心式压气机级。

三、离心式压缩机的发展前景

目前离心式压缩机总的发展趋势是向高速度、高压力、大流量、 大功率的方向发展。 如离心式压缩机的出口压力可达15～35MPa，最高可达42MPa，由于近年来合成氨，尿素和乙烯等生产规模不断的向大型化发展， 新的离心式压缩机的功率也不断提高，如日产3000t 的合成气压缩机功率将达到6×104kW。 目前在国外有年产68×104t 的最大规模乙烯厂，其裂解气压缩机的功率达5．5×104kW。

在离心式压缩机的结构方面，目前是向高速度，成套，组合化和自动化方向发展。 如在提高叶轮圆周速度方面，采用了钛合金的叶轮其圆周速度可达400m／s，压缩机转数由10000r／min 提高到20000r／min，最高可达120000r／rain，由于叶轮转速的提高，从而可以缩小叶轮直径，使压缩机的体积，质量减小，节省材料。另外，三元精密铸造叶轮的发展，更进一步提高了叶轮的制造水平。 在密封结构方面近几年进行了大量的研究和不断改进，提高了密封效果。 例如级间的密封，壳体与轴的密封由单梳齿改为双梳齿迷宫密封，减小间隙，使密封结构与性能已达到350MPa 以上， 这是由于浮环密封进行了不断改进的结果。 国外有些厂用“L”型密封环，有的在高压环上开了轴向孔，经过研究还有的在高压侧上开了许多径向通槽， 这样就大大改善了浮环的冷却效果，不但可以提高压力，而且还可以提高转速。 近年来在轴承的结构及性能方面的研究和改进， 更为有效的减少或防止了产生油膜振荡，减少了停车率，延长了连续运转时间。 近年径向轴承一般多采用油楔轴承， 而推力轴承则多采用叠块式金斯泊尔(Kingsbury)轴承和米切尔(Michell)轴承。 其连续运转时间现已提高到30000～100000h。

我国从建国初期开始已能生产离心式压缩机， 在上世纪70年代由于石油化工产业发展的需要而从国外引进了一系列性能较高的离心式压缩机，积累了丰富的制造和使用经验，在对引进技术进行消耗吸收的基础上提高了自己的研发和制造能力。 到日前为止，已经能够生产供石油化工、航空航天、机械等各行业所使用的各种压缩机， 但总体水平与世界先进水平还存在较大的差距，未来还需要加大在这方面的研发投入。

四、结语

尽管在离心式压缩机的制造和设计方面已经取得了一系列的成就，但还有很多技术难题需要我们解决。 具体到我国，应在积极引进国外先进技术的同时不断提高自身的研发实力， 只有这样才能更好地促进离心式压缩机技术水平的提高。

[1] 魏龙，袁强. 离心式压缩机的喘振及控制[J].风机技术，2004（02）

[2] 张莉娟，朱爱斌，陈渭，谢友柏. 大型离心式压缩机铸造机壳的静态有限元分析[J].压缩机技术，2009（04）