风机与压缩机的应用探究

风机和压缩机广泛应用于国民经济的各个领域和人们的日常生活中。例如，在家庭中广泛使用的电风扇和吹风机，计算机中的冷却风扇，空调机和电冰箱中的制冷压缩机等均是风机和压缩机的实际应用。应用场合不同，对尺寸和性能方面的具体要求也不同。例如，空调制冷系统的压缩机要求尺寸小、重量轻、密封性好、制冷量大、噪声小、抗振性好，且在不同的运行工况下都能正常工作。常用的制冷压缩机类型主要有以下几种：

（1）斜盘式压缩机 斜盘式压缩机分为单向和双向两种，气缸数一般有5、6、10等几种，斜盘的运动使进入气缸的润滑油飞溅到各润滑部位，高速时容积效率低。

（2）旋转滑片式压缩机 滑片式压缩机的气缸有圆柱面和椭圆面两种，前者的转子在气缸内偏心配置，后者为同心配置。滑片安装在转子上的纵向凹槽内，转子旋转时通过离心力使滑片紧贴气缸壁，故低速时容积效率高。这种压缩机结构简单，成本低。

（3）滚动活塞式压缩机 压缩机的滚动活塞装在曲轴上，自转的同时绕气缸中心线公转，转子与气缸的接触点转到进口处时开始吸气，到下侧时停止吸气，转子旋转，容积减小，气压升高，高于排气压强时排气。这种压缩机易损件较少、寿命长。

（4）汪克尔式（Wangkel）压缩机 汪克尔式压缩机又称摆线式压缩机，于1962年由德国的Borsig公司生产。它的气缸型线为双弧外摆线，转子为三顶点内包络线，两者同一方向旋转改变基元容积大小。该压缩机采用接触式密封，可靠性和稳定性高，但高速时容积效率较低。

（5）螺杆式压缩机 螺杆式压缩机靠气缸内螺杆的回转造成螺旋状齿形空间的容积变化来完成气体的压缩过程。为适应车用空调小而轻的要求，螺杆式压缩机需要向小型化发展，但存在相对泄漏量大、相对喷油量多、动力损失大、对轴承的要求较高等问题，必须进一步提高压缩机的性能。

（6）涡旋式压缩机 涡旋式压缩机是用于车辆空调系统较为理想的一种容积式压缩机，近年来备受重视而发展迅速。涡旋式压缩机的动涡旋盘借助曲轴机构绕静涡旋盘转动，两者之间形成月牙腔。压缩机工作时，静涡旋盘外侧的进气口引入气体封闭于月牙腔内，气体在向中心运动过程中容积减小，压强提高，最后通过静涡旋盘轴向中心孔排出。

以下举例说明风机和压缩机在国民经济主要工业部门中的应用。

在煤炭工业中，通风机用于矿井井下通风，根据通风机服务区域的不同又分为主通风机和局部通风机（简称主扇和局扇）。

在冶金工业中，鼓风机为高炉和各种冶炼设备提供氧气或空气。

在石油天然气工业中，压缩机是气举法开采原油的关键设备。气举法是用高压压缩机，将天然气加压注入油层夹管和油管的环形空间，再使油气混合物沿油管举升到地面。为了更有效、更容易地使油气混合物举升到地面，必须提高加注天然气的压强，因此活塞式压缩机和透平压缩机是比较合适的压缩机械。

随着石油化工和化工工业的发展，压缩机被广泛用来压缩和输送石油化工和化工生产过程中的气体。近30年来，由于离心压缩机技术和水平的不断提高，离心压缩机已经成为石油化工和化工生产过程中应用最广泛的压缩机。下面介绍具有代表性的日产30万吨乙烯生产装置中的三种压缩机以及大化肥装置的五种压缩机。

乙烯是衡量一个国家石油化工工业发展水平的重要标志，是生产石化产品中最基础的原料，因此乙烯装置在石油化工中具有特别重要的地位。与乙烯装置配套的简称为“三机”的压缩机，包括裂解气压缩机、丙烯压缩机和乙烯压缩机。

由美国德莱赛兰和日本三菱重工（MH）合营的MD-R公司是我国乃至全球乙烯用压缩机最大的供应商。此外，意大利的新比隆公司、德国的伍德公司和德马格公司、丹麦的诺文科公司以及日本日立制作所等也都是世界上著名的压缩机制造商。我国的沈阳鼓风机厂基本上代表了我国离心式压缩机的技术水平。目前，我国现有的乙烯装置配套的“三机”基本上都是引进的，如目前已投产的30万吨乙烯装置中的三种压缩机基本上都是从MD-R公司引进的，其基本参数见表1-1。

表1-1 乙烯装置中的三种压缩机的基本参数

大化肥装置中应用的离心式压缩机包括原料气压缩机、空气压缩机、合成气压缩机、氨压缩机和二氧化碳压缩机。表1-2所示为大化肥装置中的五种压缩机的基本参数。图1-10所示为离心式压缩机的外形图和内部结构图。

表1-2 大化肥装置中的五种压缩机的基本参数

(www.xing528.com)

图1-10 离心式压缩机的外形图和内部结构图

在航空工程中，空气喷气发动机是目前飞机上用的主要航空发动机，在形式上它可以分为无压缩机的空气喷气发动机和燃气涡轮发动机两种。前者可分为超声速冲压式发动机和高超声速冲压式发动机，后者可分为涡轮喷气发动机（见图1-11）、加力式涡轮喷气发动机、涡轮风扇发动机（见图1-12）、加力式涡轮风扇发动机、涡轮螺旋桨发动机和涡轮轴发动机。在燃气涡轮发动机中就用到了压缩机。

图1-11 涡轮喷气发动机

涡轮喷气发动机是以空气作为介质的，空气通过进气道进入压缩机进行压缩，提高压强，从压缩机流出的高压空气在燃烧室与喷入的燃料混合燃烧，形成很高能量的高温高压燃气，进入涡轮膨胀并部分变为机械能带动压缩机旋转，从涡轮流出的高温高压燃气在尾喷管继续膨胀，并沿发动机轴向以高速从喷口向外喷出，从而使发动机获得反作用推力。在燃气涡轮发动机中，压缩机和涡轮都由旋转的和静止的叶片组成，压缩机的作用是提高流过它的空气总压。

以柴油作为主要燃料的柴油机动力装置是目前使用较为广泛的且具有较高经济性能的动力推进装置，在柴油机装置中就用到压缩机。压缩空气系统中有空气压缩机，用来起动主机和发动机组及其他需要压缩空气的设备。

船用和车用发动机已广泛采用增压技术来改善发动机性能，以提高发动机动力性、经济性和降低废气排放。因为在车用发动机中使用涡轮增压器能有效地提高发动机的平均有效压强，从而大幅度地提高发动机的比功率和燃油经济性；同时又能降低噪声和废气中的有害成分；并随着技术的发展，在改善发动机的转矩特性、提高发动机的低速性能和加速响应特性等方面也发挥了重要的作用。车用发动机涡轮增压器主要由压气机部分、涡轮部分、中间部分等组成。车用发动机涡轮增压器要求整体结构尺寸小、重量轻、效率高、可工作范围广、寿命长以及成本低，这就使得结构形式上有其特殊性。压缩机一般为径流离心式，由进口段、叶轮、扩压器和集气器组成。进口段设计成圆柱形，有的还装有导向叶片；叶轮选用摩擦损失和流动阻力较小、结构又较简单的半开式，普遍采用径向叶片，目前在小型增压器中已开始并越来越多地采用前倾后弯叶片，以提高级效率，扩大流量范围；扩压器多采用无叶扩压器，虽最高效率较低，但随流量变化平稳，能适应较宽的流量范围；集气器的形状为蜗壳状或等截面状，视增压器在发动机中的位置和进气管数目而定。图1-13所示为离心式压缩机叶轮。

图1-12 涡轮风扇发动机

在水电站以及铁路和公路建设、矿山建设、水利和土建工程的供气系统中广泛使用活塞式压缩机（见图1-14），它又分为移动式和固定式。水电站供气系统分低压空气系统和高压空气系统，前者的压强一般为0.7MPa，主要负责机组制动、机组调相压水、维护检修及空气围带用气；后者压强为2～3MPa，负责油压装置的用气。电站供气系统由空压机、储气罐、气水分离器、各种阀门及监控装置等组成。热电厂锅炉中的重要设备有送风机和引风机（见图1-15）。送风机的作用是向炉膛供给燃烧所需的空气。空气温度与室温相同，所需风压不超过15kPa，属于通风机的范围。送风机普遍采用机翼型后弯式叶片离心风机，目前大容量机组多采用轴流式风机。离心式送风机一般采用双速电动机驱动，并配有入口导流器调节风量；轴流式送风机则可以通过变角度调节来改变风量。

图1-13 离心式压缩机叶轮

图1-14 活塞式压缩机

图1-15 离心式引风机

引风机用于将燃料在锅炉中燃烧后产生的高温烟气排入到大气中去。烟气温度较高，通常在150～200℃，故需要引风机的轴承具有良好的冷却条件。由于烟气中带有飞灰，引风机易磨损，一般采用板式叶片。对于除尘效率高或者用于燃油锅炉的引风机，可以采用后弯机翼型离心风机或者轴流式风机，轴流式风机用作锅炉引风机将是今后发展的趋势。