离心式压缩机的结构设计探析

离心式压缩机的结构设计探析

池艳波

(珠海凌达压缩机有限公司)

摘要：随着我国工业的不断进步，压缩机在生产领域的重要性越来越突出。其内部结构设计直接关系到设备的性能，成为压缩机产品的核心竞争要素之一。合理的设计不仅能够提升制冷效果，而且还保障了设备运行的安全性。在本文中，笔者首先简要介绍了离心式压缩机的结构特点；其次，逐一说明了内部零件的结构；最后，通过对压缩机串、并联的讨论提出了压缩机设计的调节优化方法，以供参考。

关键词：离心式压缩机；内部结构；设计优化

引言

压缩机的工作原理是通过提升气压来达到制冷的效果，其做功过程对内部的元件结构要求极为苛刻。这种设备以其运行平稳、设备小巧的特点，一经出现就受到了企业的广泛青睐。但需要注意的是，离心式压缩机的做功效率相比其他压缩机而言稍差。而且该设备的稳定工况区间较小，在运行过程中喘振的问题也十分常见。由此可见，对离心式压缩机的内部结构进行研究，并提出行之有效的优化手段就显得十分迫切了。

一、离心式压缩机的特点

（一）水平剖分型

在压缩机的运行过程中，最核心的结构要属转子和定子。定子在压缩机内部能够产生一个磁场，并实现驱动轴的正常工作。而转子则安装在机座上，当设备电源开打时转子和定子就会受到电磁的作用，从而转动运送空气。水平离心式压缩机在设计上，将气缸一分为二变成均等的上下两个部分。这种设计结构方便零件的组装，而且投产使用后运行维护也相对较为容易，能够直接拆解。不过水平剖分型压缩机在高气压的工况中表现欠佳，因此通常在一些大分子量的气体压缩或者输送中使用。

（二）垂直剖分型

垂直剖分型压缩机的设计大致为圆柱形，转子和定子的安装也就显得比较特殊。首先，在转子的主轴部分一侧安装有推力盘。在传统的压缩机中，一旦开展高负荷的运行则会由于叶轮处气压不均，而产生一个轴向力。这个力可能导致设备不稳，严重影响正常工作的进行。而推力盘的安装缓解了这个问题，使转子能够始终保持稳定。此外，在推力盘与平衡盘之间，还设计安装了若干叶轮。当叶轮转动时，内部的气体被逐渐压缩进扩压器里，新空气又源源不断的补充进来。值得一提的是，垂直剖分型压缩机机壳和端盖并没有采取O型设计，而借助于各班来实现密封。这种结构不仅能够达到更好的封闭效果，而且还显著减少了生产成本。

二、该类型压缩机的主要零部件

（一）叶轮

从压缩机的工作原理来看，叶轮的作用无疑是至关重要的。气体的运送与增压都离不开叶轮的引导和做功，因此叶轮的形状与数量设计就需要合理优化。一方面叶轮在转动中给气体提供了动力，从而实现对气体的整体增压；另一方面叶轮的设计通常为圆盘状，在运行过程中能够带动并抛出气体，在离心力的推动下向指定方向运输。在设计中技术人员应该对叶轮的强度进行计算，不仅要选用合适的材料，而且还需要满足过盈利量的相关要求。而在叶轮的结构方面也需要注意以下两个问题。其一，调整轮盖厚度。在满足设备正常运行的前提下，尽可能的减小轮盖质量。这样一来可以控制叶轮的离心力大小，从而提高设备的性能。其二，应该降低叶轮的内径大小。这种设计方法可以增大叶轮和主轴的接触面积，是转子的整体结构更加稳定。

（二）弯道及回流器

空气从扩压器排出后，需要通过弯道与回流器导入下一级工序。通常而言，弯道与回流器的设计采用隔板和叶片，不仅可以顺利的引导气流，而且还通过叶片来控制气体运行方向。回流器安装子在多级叶轮之间，不断对气体进行增压。不难看出，在引流增压过程中弯道发挥着重要的作用，其通道结构与形状直接影响着气体的回流。在设计时，应该首选对弯道型线进行优化。目前业界是生产制造中大多以双圆弧结构为主，实际上并未达到合理的优化。随着技术的成熟，尤其是信息技术标准化的发展给弯道设计也提供了一些新的方法。技术人员可以利用专业的软件来建立几何模型，并通过具体数值的运算给弯道和回流器的设计提供可靠的依据。

（三）密封

密封是压缩机设计中重要的一环，由于定子与转子之间的页数结构，对设计提出了更高的要求。若是密封性较差，就会使设备的工作效率大幅降低，影响生产的开展。而若是在密封的过程中没有处理好定子和转子的关系，也容易造成两者的碰撞摩擦。这不仅会造成零部件的快速老化，而且还可能埋下安全隐患。因此，在设计的过程中必须确保定子与转子之间留有一定的缓冲部分，使设备在运行中不产生碰撞冲突。但也要减少和避免气体泄漏的现象，使气体压力能够保持在较高的水平。笔者建议，离心式压缩机在结构设计上可以采用双密封的方式，确保工艺系统内部的封闭性。利用较高的压力来进行密封，在高压力的作用下气体则不会外流。

（四）润滑

前文也曾提到过，离心式压缩机的零部件相当冗杂，在运行中就难免产生一些摩擦。比如在转子运行过程中，轴承与轴颈之间就会相互产生作用力。这不仅会导致工艺系统产生大量的热能，而且还可能对元器件造成一定的损害。而润滑就是要解决这个现象，使设备工作效率得到进一步提高，同时延长设备的生命周期。目前业界在设计中采用的方式较为多样，其中包括润滑油箱、阀门以及冷却器等多种办法。笔者认为，在离心式压缩机设计中可以增添一个辅助油泵，用来减小摩擦作用力。通过在轴承等部位加入润滑剂，将以往的干摩擦转变为液体摩擦，极大的减小了对设备的危害。

三、压缩机的串联与并联

压缩机的串联与并联在工作方面的表现也各不相同，这需要根据具体的生产需求来决定。比如在生产中需要大量的气体，传统的方式显然满足不了这个需求，因此就必须采用并联的方式。技术人员可以将多台压缩机进行并联，从而增大气体流量，提高工艺系统的效率。亦或是生产过程中对气体的需求浮动区间较大，采用并联的方式也能够灵活的应对。在气体需求量较小时，可以令一台正常运作；当需求增加时，则令两台压缩机同时运作。而压缩机并联则是针对工艺系统压力过高的问题，减小企业的成本投入。一般来说，工艺系统压力要求大或者变动范围大，对设备的性能有着较高的要求。而通过串联的方式，也能达到预期的效果，使生产能够有序开展。因此，在具体结构设计中技术人员仍需要考虑到实际需求，对方案进行合理的优化。

四、离心式压缩机调节任务与方法

压缩机的工作离不开与工艺系统管网的协调，同样需要因地制宜。在不同的生产要求下，气体的流量和压力也有着较大的差别。技术人员就需要根据实际情况来合理调节，以方便生产的有序进行。比如在部分产品的制造中，需要对工艺系统的压力进行调节。那么技术人员就可以保持排气压的稳定，改变气体的流量来实现工艺系统压力的控制。又或者生产对于气体流量的要求较为苛刻，那么就可以改变排出压力，而保持气体流量的稳定。此外，为了避免设备在运行中出现喘振的现象，技术人员还可以按照一定的压力比来调节。使不同气体之间的成分组成含量大致相同，也能实现生产效率的提升。

结语

综上所述，随着工业和制造业的不断发展，离心式压缩机逐渐在各行各业得到了广泛的应用。而由于其内部设计结构较为复杂，且对设备性能的影响较为显著。因此，技术人员应该针对叶轮、回流器、密封等重点环节进行控制，同时兼顾具体生产的需求，不断提高离心式压缩机的工作性能。

参考文献：

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