某离心式压缩机革新简介

　　齿轮传动装置是整体齿轮传动压缩机的重要部件，它由热装在大齿轮轴上的中央大齿轮以及通常由2至3个小齿轮轴所构成。离心压缩机级的三元叶轮悬臂安装在小齿轮轴的两端。每级均装有一个用法兰联接到齿轮箱上的蜗壳。对于单轴离心压缩机，级间的气体压缩造成体积流量减少，它导致各级叶轮的较小流动横截面。离心压缩机各级叶轮的窄流道对比于宽流道，会引起较高的摩擦损失和间隙损失，窄流道连同其它因素一道造成叶轮出口宽度变窄和较低的级效率。为了增加各级叶轮的出口宽度，减小各级叶轮的直径，效率虽获得增加，但实际上降低了压头。如果现有级数不能满足所需压头，那末叶轮数必须增加。整体齿轮传动透平压缩机的基本思想就是在1个或者2个压缩级之后，利用转速变化的附加自由度，给以后小齿轮轴上的下一级叶轮以一个*佳流量系数，因此得到较高的效率。

　　多轴齿轮式压缩机的结构设计与单轴压缩机不同，它允许叶轮外形和压缩机机壳之间具有较小的工作间隙，因此可以有效地采用开式叶轮，以增加单级的压比。单级压比增加的结果带来较高的叶轮顶部速度，而开式叶轮没有轮盖，在较高转速下能减少由离心力作用造成叶轮材料的变形。由此可见，设计要求中的压缩机总压比，对多轴齿轮式压缩机而言，可以比单轴压缩机采用较少的级数来达到。

　　高效率多轴离心压缩机的设计是要考虑到它的参数保持在一个合理的界限内，体现在单轴压缩机和"理想"齿轮传动压缩机之间一个兼顾考虑之中，它的每个叶轮具有它自己的小齿轮，因此*佳转速带来*高的效率，通过转速的增加以及叶轮外径的相应减小，在这种压缩机中，级间的叶轮比例大致保持不变。

　　各级叶轮悬臂安装在小齿轮轴上能具有在气动力学上更为有利的叶轮轴向长度以及一个毂径/外径比小和*佳流动工况的轴向入口。总结了所有的有利条件，一台整体齿轮传动离心压缩机联轴器处的所需动力取决于它的不同用途，大致比为同样目的设计的单轴离心压缩机低10%～15%.多轴齿轮式离心压缩机对比于单轴离心压缩机的优缺点列于表2.表2多轴齿轮式压缩机对比于单轴离心压缩机的优缺点优点缺点1高效率，节能*高可达15%各级叶轮必须装有效轴封。

　　二，新技术和新发展

　　MGB公司为近年来多轴整体齿轮传动离心压缩机开发事业的先驱者。图1所示双中间大齿轮和10级叶轮的概念已取得发明专利。多年来，为多轴齿轮传动压缩机的应用开拓了很多新的领域。

　　1.高总压比（10级叶轮，总压比达200）

　　在改进设计中，小齿轮轴可增加到4个。总压比64已为一台7级压缩机的上限，因为顶部速度和马赫数已显示出相当高的值。由于可实现的传动比和齿轮许用齿面速度的原因，第7级叶轮转速不得不低于优化转速。其效率不能达到*高值。在市场竞争的条件下，7级以上多轴压缩机的制造似乎并不可能。

　　以下的构思成为解决此问题的突破点：由配置上部双中间大齿轮来解决，除了转换到第2个大齿轮以外，并选定改变齿轮模数。双齿轮中的较小齿轮同主驱动齿轮啮合，有较大模数；而双齿轮的大齿轮有较小的模数，它由第5级及第6级的转矩来确定。既然是这样，转子具有的*高转速不再由主动齿轮齿数来确定。在此解决的办法中，其尺寸及转速可以设定在正常范围内，甚至10级整体齿轮传动压缩机也是这样。此外，对于蜗壳联接体的空间情况是更为有利的。

　　8级到10级多轴压缩机，它的出口压力可达5MPa到20MPa.*近，MGB公司为某尿素工厂提供一台RG530/ 10型10级CO2混合气的多轴齿轮传动压缩机，流量约为23475m 3 /h，出口压力为20MPa，第10级叶轮转速为48000r/min.此压缩机已于1997年3月经过试验台性能考核，取得满意的结果。它同需要2至3个机壳的单轴离心压缩机相比较，能较大地节省动力消耗及投资费用。

　　2.多用途压缩机和膨胀

　　机近年来，多轴齿轮传动压缩机的应用已被开拓了很多新领域。三种不同压缩机组合成一台多轴齿轮传动压缩机，由一台电动机和/或一台透平驱动，如用于空分装置则是可行的。将硝酸工厂的一台尾气膨胀机级装于小齿轮轴端，如同一台多轴齿轮传动压缩机的叶轮一样，已由MGB公司开发成功。离心压缩机级的叶轮悬臂安装于一端，而径流膨胀机级叶轮装在同一轴的另一端。第二个小齿轮上的两个叶轮也同样配置，第三个小齿轮轴仅装一个第三压缩机级叶轮。为某硝酸工厂设计的一套空气压缩机和硝酸尾气膨胀机机组，压缩机有3级，膨胀机有2级，用于澳大利亚一套500吨/日中压工艺的硝酸工厂。

　　此机组为利用工厂副产蒸汽的凝汽式汽轮机和硝酸尾气膨胀机作驱动机，除了驱动空气压缩机以外，尚驱动一台1500r/min的发电机发电，这台机组的成功运行，为今后的继续发展创造了有利条件。

　　通常，硝酸工厂除了有一台空气压缩机及一台尾气膨胀机以外，还有一台氧化氮（NOx）压缩机。*近作了一个方案，将硝酸工厂的2台压缩机和1台膨胀机组合在1套多轴压缩膨胀机上，这台多轴齿轮压缩膨胀机的动力消耗与3台单轴机器（1台轴流空气压缩机，1台NOx离心压缩机，1台硝酸尾气膨胀机）的机组比较，其效率可提高2%以上，投资节省15%以上。

　　大型空分装置有一台空气压缩机和一台空气增压压缩机，这两台压缩机可以用一台多轴压缩机来代替。上海石化公司*近向MGB公司订购了一台用于15000m 3 /h空分装置二合一压缩机。采用此机组除了节省场地外，还节省投资约15%.此机组有3级空气压缩机叶轮，4级空气增压机叶轮。

　　3.透平直接驱动

　　透平直接驱动多轴齿轮传动压缩机是MGB公司的一项革新，近年来已被证明是成功的，即用汽轮机或燃气轮机不通过中间齿轮箱驱动压缩机，而是直接联接于主齿轮箱体下部的小齿轮轴，如同一台透平直接驱动的单轴机器。上述革新的效益见表6.MGB公司用透平直接驱动多轴齿轮传动机组的业绩从1993年开始已累计有20台，其中18台驱动机为汽轮机，2台为燃气轮机。

　　4.轴封技术进展

　　在较高压力等级的各种工艺气体（包括空气）用途中，可用碳环轴封代替迷宫轴封，这是一种气体润滑的"浮动"碳环。轴和碳环轴封的间隙按机器实际达到的操作温度来计算，直径间隙一般在0.03～0.10mm之间，使用碳环轴封的好处在于它将迷宫轴封原来的泄漏量减到10%左右，这种碳环轴封适用于工作温度高达500℃，周速高达90m/s，每一碳环轴封差压可达0.5～1MPa.对于用于压缩有毒或爆炸性工艺气体时，可在碳环轴封之间加缓冲气的腔室来解决。另外，这种设计方便维护，无需将蜗壳从齿轮箱体上拆下来就能拆卸或重新组装叶轮和轴封。

　　为了使先进的整体齿轮传动离心压缩机更多地用于压缩工艺气体，MGB公司已成功地采用机械接触轴封或者干气轴封，取得极好的轴封效果。

　　三，展望

　　整体齿轮传动离心式压缩机的新发展，为工艺装置提供了可靠，紧凑，节能，节省投资和安装维护简单的透平压缩机，在某些领域有取代单轴压缩机的趋势，已为广大石化工业用户或承包商所青睐，因此，又促进了制造商研制和生产的积极性，形成良性循环发展。可以期望它在即将到来21世纪世界上的石油，石化，化工和冶金工业范围内有更大的发展前景，将改变化工机械工程师和学者的传统观念。