多轴式离心压缩机的技术进展

2019-05-16

从1947年德国Demag公司研制成功世界台多轴式四级离心压缩机以来,多轴式压缩机已经历了长达65年的工业运行考验,积累了丰富的设计、制造和使用经验,早已成为国外空分行业压缩机的主力机型,并有针对空气介质的多轴式压缩机API 672标准。但直到2002年,才专门针对化工、石化的介质。

多轴式离心压缩机驱动机与齿轮箱中部的大齿轮轴相联,大齿轮驱动三个小齿轮,小齿轮轴的两端悬臂安装离心式叶轮,六个蜗壳形机壳用螺栓固定在齿轮箱的两侧。小齿轮轴穿过蜗形壳体处装有轴封,小齿轮轴穿过齿轮箱处装有油封。

由以上结构可以看出,多轴式离心压缩机的叶轮直径和转速都能佳匹配,因此各级叶轮的工作效率较高。并且每级叶轮为轴向进气,流动状态更为均匀,故而提高了级效率。另外由于高速化,每级叶轮压比高,获得同样的压缩比,需要的叶轮数远远少于单轴式压缩机,因此,造价低、体积小。

多轴式压缩机早期主要用于空分装置,用转速为1500r/min的电动机通过联轴器与大齿轮轴直联。之后它推广到化工行业,驱动机用高速的蒸汽透平或燃气透平,需增设齿轮箱减速后再驱动大齿轮。这种传动方式虽然损失约2%的功率,增加减速箱的投资与占地面积,但用汽轮机对化工装置热能的综合利用很有利。

但同样,多轴式压缩机在结构上也存在一些缺点。例如,由于多轴式压缩机的轴系复杂,各根小齿轮转子的转速大多数都在二阶临界转速和三阶临转速之间,且互不相同,若要实现变转速功能,需要避开每根小齿轮转子的临界转速,并要有一定的隔离度。

因此它不适合变转速调节性能。另外,多轴式压缩机首次投运前需要对外部管道设备进行彻底的清洗。由于多轴式压缩机的叶轮转速在2-5万r/min之间,齿轮的节圆速度在130~200m/s之间,因此外部管道(气路、油路)及设备的吹扫和清洗是否彻底,对高速运转的叶轮和齿轮的安全极其重要。

任何高压比多级离心压缩机都有高压段,高压段性能的优劣对整机性能的影响极大。相比单轴式压缩机,多轴式压缩机的高压段性能更为良好。因此,哪果将单轴式压缩机的高压段改用轴式,整台压缩机的性能就可大幅度提高。

另一方面,如前所述,大流量、高压比离心压缩机如采用纯多轴式机型,级数过多会降低运行的可靠性。基于以上两种原因,近期国内外出现了“单轴式低压缸+多轴式高压缸”的新模式,分别发挥各自的优势,整机性能明显提高。