离心式压缩机的操作与维护指南

任务目标

知识目标

1.掌握离心式压缩机的正常操作与事故处理知识。

2.掌握离心式压缩机的维护。

3.了解其他气体输送机械。

技能目标

1.会离心式压缩机的正常操作。

2.能够处理常见离心式压缩机的事故。

任务描述

本任务通过对离心式压缩机的正常操作与事故处理来掌握离心式压缩机的使用。

技能操作

1.离心式压缩机的结构和工作原理

离心式压缩机又称透平压缩机，其结构、工作原理与多级离心泵相似，故离心式压缩机都是多级的，叶轮的级数多，通常在10级以上。叶轮转速高，一般在5000r/min以上，因此可以产生很高的出口压强。离心式压缩机典型结构如图3-29所示，主轴与叶轮均由合金钢制成。气体经吸入室1进入第一个叶轮2内，在离心力的作用下，其压力和速度都得到提高，在每级叶轮之间设有扩压器3，在从一级压向另一级的过程中，气体在蜗形通道中部分动能转化为压力能，进一步提高了气体的压力；经过逐级增压作用，气体最后将以较大的压力经过与蜗室6相连的压出管向外排出。

由于气体的体积变化较大，温度升高也较显著，故离心式压缩机常分成几段，每段包括若干级，叶轮直径逐段缩小，叶轮宽度也逐级缩小。段与段间设有中间冷却器将气体冷却，避免气体终温过高。

近年来在化工生产中，除了要求终压特别高的情况外，离心式压缩机的应用已日趋广泛。离心式压缩机的主要优点是：体积小，重量轻，运转平稳，排气量大而均匀，占地面积小，操作可靠，调节性能好，备件需要量少，维修方便，压缩绝对无油，非常适宜处理那些不宜与油接触的气体；主要缺点是：制造精度要求高，不易加工，给气量变动时压力不稳定，负荷不足时效率显著下降等。

国产离心式压缩机的型号代号的编制方法有许多种。有一种与离心鼓风机型号的编制方法相似，例如，DA35-61型离心式压缩机为单侧吸入，流量为350m³/min，有6级叶轮第一次设计的产品。另一种型号代号编制法，以所压缩的气体名称的首个拼音字母来命名。例如，LT185-13-1，为石油裂解气离心式压缩机，流量为1850m³/min，有13级叶轮，第1次设计的产品。离心式压缩机作为冷冻机使用时，型号代号表示出其冷冻能力。其他型号代号编制法可参看其使用说明书。

图3-29 离心式压缩机典型结构图

1—吸入室 2—叶轮 3—扩压器 4—弯道 5—回流器 6—蜗室 7、8—轴端密封 9—隔板密封 10—轮盖密封 11—平衡盘

2.离心式压缩机的主要性能

（1）离心式压缩机的性能曲线 离心式压缩机的性能曲线与离心泵的特性曲线相似，由实验测得。图3-30为典型的离心式压缩机性能曲线，通常由q_V-ε、q_V-p、q_V-η三条曲线组成。但在讨论压缩机的工作点及其气量调节中，为了讨论的方便，常用出口压力p₂来代替压缩比ε，即用q_V-p曲线来代替q_V-ε曲线。对大多数透平式压缩机而言，q_V-ε（或q_V-p）曲线有一最高点，为设计点，实际流量等于设计流量时，效率_η最高；流量与设计流量偏离越大，则效率越低；一般流量越大，压缩比ε越小，即进气压力一定时流量越大出口压力越小。在一定范围内，透平式压缩机的功率、效率随流量增大而增大，但当增至一定限度后，却随流量增大而减小。

图3-30 离心式压缩机性能曲线

（2）离心式压缩机的喘振现象 离心式压缩机的最小流量q_V不等于零。当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量时，离心式压缩机就会出现一种不稳定工作状态，称为喘振。喘振现象开始时，由于压缩机的出口压强突然下降，不能送气，出口管内压强较高的气体就会倒流入压缩机。发生气体倒流后，使压缩机内的气量增大，至气量超过最小流量时，压缩机又按性能曲线所示的规律正常工作，重新把倒流进来的气体压送出去。压缩机恢复送气后，机内气量减少，至气量小于最小流量时，压强又突然下降，压缩机出口处压强较高的气体又重新倒流入压缩机内，重复出现上述的现象。这样，周而复始地进行气体的倒流与排出。在这个过程中，压缩机和排气管系统产生一种低频率高振幅的压强脉动，使叶轮的应力增加，噪声加重，整个机器强烈振动，无法工作。由于离心式压缩机有可能发生喘振现象，它的流量操作范围受到相当严格的限制，不能小于稳定工作范围的最小流量。一般最小流量为设计流量的70%～85%。压缩机的最小流量随叶轮转速的减小而降低，也随气体进口压强的降低而降低。

（3）离心式压缩机的调节 离心式压缩机的调节方法有以下几种：

1）调整出口阀的开度。操作简便，但由于关小排气阀时消耗较多的能量，不经济，一般只在小型压缩机上使用。

2）调整入口阀的开度。这种方法操作简便，能耗比调整出口阀门开度少，流量可调范围大，经济性较好，因而广泛采用。

3）改变叶轮的转速。此法流量调节范围大，且不会产生附加的能耗，是一种最经济的调节方法。工作中需要经常变工况的大型压缩机常采用此调节方法，但需要驱动机是可调速的，对汽轮机或燃气轮机驱动的压缩机较合适，如为电动机驱动，则可加设变速箱或采用大型的直流电动机，但会使设备复杂化，增加成本。

3.离心式压缩机的使用与维护

常见离心式压缩机如图3-31所示。

图3-31 常见离心式压缩机

（1）开车前的准备工作

1）检查管路系统内是否有异物和残存的液体，并用气体吹扫干净。检查管路架设是否处于正常支承状态、膨胀节的锁口是否已打开。防止管路的热膨胀、振动和重力影响到压缩机的缸体。

2）检查润滑油和密封系统。要求润滑油系统清洗调整合格，油箱内油位不低于油箱高度的2/3且经化验质量合乎要求；冷却系统畅通无渗漏现象，蓄压器按规定压力充氮，主油泵和辅助油泵正常输油，密封油保持液封等。

3）检查电气线路和仪表系统是否完好。要求各种仪表、调节阀门经检验合格，动作灵活准确，自控保安系统应动作灵敏可靠。

4）检查机器本身。大型机组一般都配有电动机驱动的盘车装置，小型机组配置盘车杠，通过盘车检查转子转动是否顺利、有无异常现象；检查管道和缸体内积液是否排尽，中间冷却器的冷却水是否畅通。

（2）离心式压缩机的起动 以电动机驱动的压缩机为例说明起动过程。

1）离心式压缩机的起动油系统，调整油温、油压，检查过滤器的油压降、高位油箱的油位，通过窥镜检查支持轴承和推力轴承的回油情况，检查调节动力油和密封油系统，起动辅助油泵并与主油泵交替开停。

2）电动机与齿轮变速器（或压缩机）脱开，由电气人员负责进行检查和单体运行。一般是先起动电动机10～15s，检查声音与旋转方向，有无冲击碰撞现象；然后连续运行8h以上，检查电流、电压、电动机的振动和温度、轴承温度和油压是否都达到了电动机试车时的要求。

3）电动机与齿轮变速器（或压缩机）串联试运转。为了防止起动过程中电动机的负荷过大，关闭进气阀的同时打开回流阀，使压缩机空负荷起动且不受排气管路的影响。一般是先起动10～15s，检查变速箱和压缩机内部的声音、有无振动，检查推力轴承的窜动；然后再次起动，当压缩机达到额定转速后连续运转5min，检查运转有无杂音、轴承温度和油温；运转30min后再一次检查压缩机的振动幅度、运转声音、油温、油压和轴承温度；连续运转8h后进行全面检查，待机组无异常现象后才允许逐渐增加负荷。

4）压缩机加负荷的重要步骤是慢慢打开进气管路上的节流阀，使其吸气量增加，同时逐渐关闭手动放空阀和回流阀，使压力逐渐上升，按规定的时间将负荷加满。加压时要注意压力表，当达到设计压力时立即关闭放空阀或回流阀，不允许压力超过设计值。压缩机满负荷后在设计压力下必须连续运转24h才算试运转合格。

5）当工艺气体不允许与空气混合时，在油系统正常运行后即可用氮气置换压缩机中的空气，要求压缩机内气体氧的体积分数小于0.5%。然后再用工艺气体置换氮气到符合要求，并将工艺气体加压到规定的入口压力，加压要缓慢，并使密封油压与气体压力相适应。以上只是离心式压缩机起动的大致过程，不同的压缩机其起动程序也不一样，所以生产中必须严格按操作规程执行。

（3）离心式压缩机的停车 离心式压缩机的正常停车与起动顺序相反。首先是打开放空阀或回流阀，关闭工艺管路上的送气阀，使压缩机与工艺系统脱开，进行自循环。关闭进口阀，起动辅助油泵，在压缩机流量减小快要达到喘振流量前切断电动机的电源。停机后油系统还要继续运行一段时间，一般每隔15min盘车一次。当润滑油的回油温度降到40℃左右时再停止辅助油泵，关闭油冷却器中的冷却水以保护转子、轴承和密封系统。最后关闭压缩机中间冷却器的冷却水。如果工艺气体易燃易爆或对人身有害，需要在停车后继续向密封系统注油，以确保易燃易爆或有害气体不漏到机外。如果停车时间较长，在将进出口阀都关闭后应使机内卸压，并用氮气置换，再用空气进一步置换后，才能停止油系统的工作。

遇到下列情况时，应作紧急停车处理：

1）断电、断油、断蒸汽时。

2）油压迅速下降，超过规定极限而联锁装置不工作时。

3）轴承温度超过报警值仍继续上升时。

4）电动机冒烟有火花时。

5）轴位计指示超过指标，保安装置不工作时。

6）压缩机发生剧烈振动或有异常声响时。

（4）离心式压缩机的运行和维护 离心式压缩机是一种庞大、结构复杂、高速运转、高压、大流量的机器设备，日常必须进行全员的综合检查、维护与管理，包括以下内容：

1）运行检查、维护。严格按照操作规程与岗位维护规程作业。

①检查机组运行参数、信号指示、运行设备进口和出口工艺气体参数（温度、压力、流量、压差）；机组振动值、轴位移、轴承温度；机组气、油、水路阀门、导叶开度；检查油、水系统的压力、温度以及油路压差等微机阀门、运行电器以及就地盘指示灯；检查厂房、隔音罩通风机的运行情况。

②现场运行点检、日检、周检以及综合检查。机组在正常运行中，要不断地监视运行变化，经常注意运行的变化趋势，防止事故的发生，确保安全运行。

③冷却系统的操作、维护与调整：

a.参阅操作规程作业，正确调节开关阀门、调整水量、水压、水温至正常范围。

b.维护与调整。风冷方面，主要是电动机除灰。日常工作中，经常遇到很多问题，如中间冷却器水侧结垢、水侧堵塞、气侧脏污、水流量减少、进水温度升高，这些情况出现时，都会影响冷却器的换热效果，需要检修清洗。

④润滑系统的维护：

a.油箱检查。检查油位，保证各机组运行中，主油箱油位在2/3以上，对于氮压机，因主电动机轴承依靠轴承油箱内无压油润滑，应注意电动机油箱油位偏低时及时补加；检查油质，根据规定，3个月化验一次油质。

b.油泵检查。油泵应无异常声响，测量振动速度应<2.8mm/s。

c.油冷却器检查。油温可以在规定范围内调节，油冷却器工作正常，无跑、冒、渗、漏，并在年度检修时对油冷却器清洗。

d.油过滤器检查。油过滤器阻力应<0.15MPa，并在年度检修时清洗或更换油过滤器滤芯。

e.注意季节、昼夜温差对润滑油温的变化，要缓慢调整，以免对压缩机组振动造成大的影响。

f.注意润滑油路系统的跑、冒、滴、漏对运行参数的影响。

总之，在压缩机组的辅助装置中，润滑油系统发挥着不可忽视的重要作用。操作、维护压缩机组的相关人员，应该在机组检修后，对润滑油系统进行全面、认真的调试工作；在机组正常运行时，认真点检、加强维护、按照规程操作。

⑤机组运行中，尽量避免带负荷紧急停车；只有发生违反运行规定的情况，才能紧急停车。当采取紧急停车措施后，应严格按照紧急停车规程检查。

a.环境温度高时，应检查空透的冷凝水排放、空气过滤器的排灰情况。

b.振动曲线趋势图的绘制。

c.气体冷却器温度、油温、油压的调整。

d.主电动机振动速度的测量。

e.机组润滑油的补充。

f.设备卫生的清洁。应注意：擦设备时不要靠近运转部位；不要用有油污的布擦气体的管路、缸体；不要触动仪控线路等。

2）管理。管理内容如下：

①建立压缩机主辅机的设备档案，主要包括：

a.压缩机主辅机的规格、型号、制造厂家、出厂编号及日期、设备重量、价格。

b.设备主要系统、结构、零部件图样。

c.主要技术参数及其性能曲线。

d.主要部件的材料牌号、成分、力学性能、耐热、耐蚀性能。

e.安装前质量检查、安装记录、日期和验收记录。

f.试运记录、次数以及累积运行时数。

g.开车投产记录、日期。

h.设备规程。

i.润滑记录。

j.设备检修方案、记录以及总结等。

设备技术档案要及时、准确、清晰、完整。

②设备备品、备件的管理。每台压缩机皆应根据实际具体情况。编制备品备件储备定额和消耗定额。储备足够数量的备品备件，加强分类保管和管理，防止变形、锈蚀和损坏。

③开展设备技术改造、提高设备升级。组织各人员开展设备技术改造，但改造前必须进行详细的设计计算和科学的分析，经过严格的审批。逐步消灭设备存在的不足，不断提高设备的完好程度。

④设备故障、事故总结。及时总结问题，加强交流，吸取经验，防止类似故障、事故发生。

4.离心式压缩机控制方案

（1）离心式压缩机调节方案 离心式压缩机是一个重要的气体输送设备，为了保证压缩机能够在工艺所要求的工况下安全运行，必须配备一系列自控系统。一台大型离心式压缩机通常有下列调节系统：

1）气量调节系统。气量调节系统即负荷调节系统，一般对原动机——汽轮机实现调速，要求汽轮机的转速有一定的可调范围，以满足压缩机气量调节的需要。

2）防喘振控制系统。因为喘振是离心式压缩机的固有特性，下面将介绍喘振会给压缩带来的危害。

3）压缩机的油系统，如密封油、控制油、润滑油等控制系统。

4）主轴振动、位移指示及保护系统。

图3-32 离心式压缩机的特性曲线

（2）离心式压缩机的防喘振控制 喘振是由于气体的可压缩性而造成的离心式压缩机的固有特性，压缩机不允许在喘振状态运动。为了防止出现喘振工况，必须设置防喘振控制系统。

1）离心压缩机喘振的原因。压缩机产生喘振的原因，首先得从对象特性上找，离心式压缩机的压缩比p₂/p₁与流量q_V的曲线大体如图3-32所示。各种转速下的曲线都有一个p₂/p₁值的最高点。在此点右边的曲线上工作，压缩机是稳定的。在曲线左边的流量范围内，由于气体的可压缩性，产生了一个不稳定状态，当流量逐渐减小到喘振线以下时，一旦压缩比下降，使流量进一步减小，由于输出管线中气体压力高于压缩机出口压力，被压缩了的气体很快倒流入压缩机，待管线中压力下降后，气体流动方向又反过来，周而复始。产生喘振时机体发生振动，并波及相邻的管网，喘振强烈时，能使压缩机严重破坏。

喘振是离心式压缩机所固有的特性，每台离心式压缩机都有一定的喘振区域。因此只能采取相应的防喘振控制方案以防发生喘振。另一方面喘振与管网特性有关，管网容量越大，喘振的振幅越大，频率就低；管网容量越小，喘振的振幅越小，频率越高。

此外，被压缩气体吸入状态，如温度、压力等的变化，也是造成压缩机喘振的因素。

2）防喘振控制系统。在正常情况下，压缩机的起振是因负荷减少，被输送的气体流量小于该工况下特性曲线的喘振点流量所致。因此，只能在必要时采取部分回流的办法，使之既适应工艺低负荷生产要求，又满足压缩机的流量大于小极限值的需要。

目前生产上采用两种不同的防喘振控制方案，即固定极限流量法与可变极限流量法。

①固定极限流量法。固定极限流量防喘振系统就是使压缩机的流量始终保持大于某一定值流量，从而避免进入喘振区运行，如图3-33中所示，就是极限流量，只要压缩机在转速为n₁、n₂、n₃运行的任何时刻流量均大于q_V，压缩机就不会产生喘振。流量q_V的大小由旁路阀进行控制。

本方法的优点是控制系统简单，使用仪表少，系统可靠性高，所以大多数压缩机都采用这种方法。此方法的缺点是在转速降低、压缩机低负荷运行时，防喘振控制系统投运过早，回流量较大，因此能量损耗较大。

②可变极限流量法。可变极限流量防喘振控制系统为了减少压缩机的能量消耗，适用于压缩机负荷有可能通过调速来改变的场合。因为不同转速工况下其极限喘振流量是一个变数，它随着转速的下降而变小，所以最合理的防喘振控制方案应是留有适当安全裕量，使防喘振调节器沿着喘振极限流量曲线右侧的一条安全操作线工作。为此需要解决两方面的问题：一是获得描述这一安全操作线的数字方程；二是通过仪表实现这些运算规律，最后构成实际可用的控制方案。

知识拓展

图3-33 固定极限流量防喘振控制特性曲线

一、往复式压缩机的操作与维护

1.往复式压缩机的结构和工作原理

（1）往复式压缩机的构造 往复式压缩机的构造与工作原理与往复泵相似，主要由气缸、活塞、活门构成，也是通过活塞的往复运动对气体做功，但是其工作过程与往复泵不同，因气体进出压缩机的过程完全是一个热力学过程。另外，由于气体本身没有润滑作用，因此必须使用润滑油以保持良好的润滑，为了及时除去压缩过程产生的热量，气缸外必须设冷却水夹套，活门要灵活、紧凑和严密。这种不同是由于气体的可压缩性造成的。

（2）往复式压缩机的工作原理

1）理想（无余隙）工作循环。如图3-34所示，假设被压缩气体为理想气体，气体流经阀门无阻力、无泄漏、无余隙（排气终了时活塞与气缸端面间没有空隙）等，则单缸单作用往复式压缩机的理想工作循环包含三个阶段。

①压缩阶段。当活塞位于气缸的最右端时气缸内气体的体积为V₁，压力为p₁，其状态点为图3-34所示1点。当活塞由点1向左推进时，由于吸入及排出阀门都是关闭的，故气体体积缩小而压力上升，直到压力升到p₂压缩终止，此阶段气体的状态变化过程为图3-34所示的曲线1—2。

②压出阶段。当压力升到p₂，排气活门被顶开，排气开始，气体从缸内排出，直至活塞移至最左端，气体完全被排净，气缸内气体体积降为零，压出阶段气体的变化过程为图3-34所示的水平线2—3。

③吸气阶段。当活塞从气缸最左端向右移动时，缸内的压力立刻下降到p₁，气体状况达到点4。此时，排出活门关闭，吸入活门打开，压力为p₁的气体被吸入缸内，直至活塞移至最右端（图中点1）。吸气阶段气体的状态变化为图3-34所示的水平线4—1。

综上所述，无余隙往复式压缩机的理想工作循环是由压缩过程、恒压下的排气过程和吸气过程所组成的。但实际压缩机是存在余隙（防止活塞与气缸的碰撞）的，由于排气结束，余隙中残存少量压力为p₂的高压气体，因此往复式压缩机的实际工作过程分为四个阶段（比理想工作循环多了膨胀阶段）。

图3-34 往复式压缩机的理想循环图

2）实际（有余隙）工作循环。往复式压缩机的实际工作循环如图3-34所示，实际工作循环分为四个阶段。活塞从最右侧向左运动，完成了压缩阶段及排气阶段后，达到气缸最左端，当活塞从左向右运动时，因有余隙存在，进行的不再是吸气阶段，而是膨胀阶段，即余隙内压力为p₂的高压气体因体积增加而压力下降，如图3-35中曲线3—4所示，直至其压力降至吸入气压p₁（图中点4），吸入活门打开，在恒定的压力以下进行吸气过程，当活塞回复到气缸的最右端截面（图中点1）时，完成一个工作循环。

图3-35 往复式压缩机的实际工作循环

综上所述，往复式压缩机的实际工作循环由压缩、吸气、膨胀、排气四个过程所组成。在每一循环中，尽管活塞在气缸内扫过的体积为（V₁-V₃），但一个循环所能吸入的气体体积为（V₁-V₄）。同理想循环相比，由于余隙的存在，实际吸气量减少了，而且功耗也增加了，因此应尽量减少余隙。

2.往复式压缩机的主要性能

往复式压缩机的主要零部件如图3-36所示，其主要性能有排气量、轴功率与效率。

图3-36 往复式压缩机的主要零部件

a）往复式压缩机的辅助系统 b）活塞杆 c）连杆 d）十字头 e）活塞

（1）排气量 排气量是指在单位时间内压缩机排出的气体体积，并以入口状态计算，也称压缩机的生产能力，用q_V表示，单位为m³/s。与往复泵相似，其理论排气量只与气缸的结构尺寸、活塞的往复频率及每一工作周期的吸气次数有关，但由于余隙内气体的存在、摩擦阻力、温度升高、泄漏等因素，使其实际排气量要小。往复式压缩机的流量也是脉冲式的、不均匀的。为了改善流量的不均匀性，压缩机出口均安装油水分离器，既能起缓冲作用，又能除油沫、水沫等，同时吸入口处需安装过滤器，以免吸入杂物。

（2）功率与效率 实际所需的轴功率比理论轴功率大，其原因是：实际吸气量比实际排气量大，凡吸入的气体都经过压缩，多消耗了能量；气体在气缸内脉动及通过阀门等的流动阻力，也要消耗能量；压缩机的运动部件的摩擦，要消耗能量。所以压缩机的效率范围为0.7～0.9，设计合理的压缩机应大于0.8。

如果压缩机的压缩比过大，则可能出现出口温度很高的现象，温度过高有可能使润滑油变稀或着火，且增加功耗等。因此，当压缩比大于8时，常采用多级压缩，以提高容积系数，降低压缩机功耗及避免出口温度过高。多级压缩是指气体连续并依次经过若干个气缸压缩，达到需要的压缩比的压缩过程，每经过一次压缩，称为一级，级间设置冷却器及油水分离器。理论证明，当每级压缩比相同时，多级压缩所消耗的功最少。

图3-37 常见往复式压缩机

往复式压缩机的类型很多，按照不同的分类依据可以有不同名称。常见的方法是按被压缩气体的种类分类，如空压机、氧压机、氨压机等；按气体受压缩次数分为单级、双级及多级压缩机；按气缸在空间的位置分为立式、卧式、角式和对称平衡式；另外，按一个工作周期内的吸排气次数分为单动与双动压缩机；按出口压力分为低压（<10³kPa）、中压（10³～10⁴kPa）、高压（10⁴～10⁵kPa）和超高压（>10⁵kPa）压缩机；按生产能力分为小型（10m³/min）、中型（10～30m³/min）和大型（>30m³/min）往复式压缩机。

图3-38 活塞式空气压缩机

3.往复式压缩机的选用

在选用压缩机时，首先要根据被压缩气体的种类确定压缩机的类型，如压缩氧气要选用氧压机、压缩氨用氨压机等，再根据厂房的具体情况，确定选用压缩机的空间形式，比如高大厂房可以选用立式等，最后根据生产能力与终压选定具体型号。常见往复式压缩机如图3-37所示，活塞式空气压缩机如图3-38所示。

4.往复式压缩机的使用与维护

（1）往复式压缩机的操作

1）起动前的检查和准备。往复式压缩机在起动前应做好如下准备工作：

①检查压力表、温度计、电气仪表及安全阀等是否齐全、完好，是否在校验的有效期内；调整和检查起动联锁装置、报警装置、切断装置等各种保护装置，以及流量、压力、温度调节等控制回路。对空气压缩机还应检查吸入管防护罩、过滤器是否完好，防止吸入易燃易爆气体或粉尘，避免积炭和引起燃烧爆炸事故。

②检查外部油油箱、冷却油油箱及内部油油箱是否加入了足够的油量，天气寒冷时油温下降，需用蒸汽进行加热。起动辅助油泵或与机组不相连的其他油泵（如外部齿轮油泵、内部气缸注油器及冷却油泵），向各注油点注油，并使其在规定的油压、油温下运行。

③起动内部油泵并调节流量，特别要注意气阀设在气缸头部的高压气缸，若起动前注油量过多，当压缩机起动时残存在气缸内的润滑油会对活塞产生液体撞击，导致活塞破坏发生事故。

④检查水路是否畅通、水温是否符合要求。方法是打开进水阀并观察排水管中是否有冷却水流出。在压缩机的运转过程中冷却水的温度并不是越低越好，因为当压缩临界温度较高的气体时，气缸冷却水温度过低会使气缸内气体出现液化现象；压缩含水蒸气的湿气体时会使水蒸气在气缸表面凝结，造成气缸的润滑恶化而增加气缸磨损。因此冷却水的温度应以设计说明书的规定为准。

⑤起动可燃性气体压缩机前，应用惰性气体置换气缸配管中的空气，确认氧的体积分数在4%以下。起动氧气和乙炔气压缩机前，经惰性气体置换后氧体积分数的最高限度为2%，而且应根据压缩机性能和操作规程规定的压力进行试车，不得超过。

⑥盘车一圈以上或瞬时接通主电动机的开关转几次，检查是否有异常现象。

2）起动操作。起动准备工作完成后，与前后各相关岗位联系，确认无问题后，报告有关人员经同意后方可开车。起动的程序如下：

①起动主电动机。

②调整外部齿轮油泵的油压使其在规定的范围内。

③检查气缸注油器，确认已注油。

④调节压力表阀的手轮使指针稳定。

⑤检查周围是否有异常撞击声。

⑥监视轴承的温度及吸入和排出气体的压力、温度，并与以前的记录进行比较，确定是否有异常现象。

⑦起动加速过程中为避免电动机超负荷，应关闭进排气管、全开旁通阀，进行空负荷起动。

以上只是往复式压缩机起动的大致过程，不同的压缩机其起动程序也不一样，所以生产中必须严格按照操作规程执行。

3）停车操作。压缩机的停车有正常停车和事故停车。在正常停车之前应放出气体，使压缩机处于无负荷状态，并依次打开分离器的排油阀，排尽冷凝液，然后再切断主电动机的开关；当压缩机安全停转后，依次停止内部注油器、冷却油泵和外部齿轮油泵；待气缸冷却后停供冷却水，停供通向各级间冷却器、油冷却器的冷却水。在冬季停车时应采取可靠的防冻措施，以防冻坏管道和设备。

在下列情况出现时应紧急停车：断水、断电和断润滑油时；填料函及轴承温度过高并冒烟时：电动机声音异常，有烧焦味或冒火星时；机身强烈振动而减振无效时；缸体、阀门及管路严重漏气时；有关岗位发生重大事故或调度命令停车时等。

（2）往复式压缩机的运行和日常维护 往复式压缩机的运行和日常维护应注意以下几个方面：

1）压缩机在运行时必须认真检查和巡视，经常“看、听、摸、闻”，注视吸排气压力及温度、排气量、油压、油温、供油量和冷却水等各项控制指标，发现隐患及时处理。注意异常响声，每隔一定时间记录一次。

2）禁止压缩机在超温、超压和超负荷下运行，如遇超温、超压、缺油、缺水或电流增高等异常现象，应及时排除并报告有关人员。遇易燃、易爆气体大量泄漏而紧急停车时，非防爆型电气开关、启动器禁止在现场操作，应通知电工在变电所内断电源。

3）压缩机在大修、中修时，对主轴、连杆、活塞杆等主要部件应进行无损检测，对附属的压力容器应按《压力容器安全技术监察规程》的要求进行检验。对可能产生积炭的部位必须进行全面、彻底的检查，将积炭清除后方可用空气试车，防止积炭在高温下引起爆炸。有条件的企业可用氮气试车。

4）特殊气体（如氧气）的压缩机，对其设备、管道、阀门及附件，严禁用含油纱布擦拭，也不得被油类污染，检修后应进行脱脂处理。压缩机房内严禁任意堆放易燃物品，如破油布、棉纱及木屑等。

（3）往复式压缩机运行中常见的故障和排除方法 往复式压缩机运行中常见的故障和排除方法见表3-7。

表3-7 往复式压缩机运行中常见的故障和排除方法

（续）

图3-39 轴流式通风机

二、轴流式通风机

轴流式通风机主要由圆筒形机壳及带螺旋桨式叶片的叶轮构成，如图3-39所示。由于流体进入和离开叶轮都是轴向的，故称为轴流式通风机。工作时，原动机械驱动叶轮在圆筒形机壳内旋转，气体从集流器进入，通过叶轮获得能量，提高压力和速度，然后沿轴向排出。轴流式通风机的布置形式有立式、卧式和倾斜式三种，小型的叶轮直径只有100mm左右，大型的可达20m以上。小型低压轴流式通风机由叶轮、机壳和集流器等部件组成，通常安装在建筑物的墙壁或顶棚上；大型高压轴流通风机由集流器、叶轮、流线体、机壳、扩散筒和传动部件组成。叶片均匀布置在轮毂上，数目一般为2～24。叶片越多，风压越高；叶片安装角一般为10°～45°，安装角越大，风量和风压越大。轴流式通风机的主要零件大都用钢板焊接或铆接而成。

轴流式风机可分为T35、BT35、T40、GD30K-12、JS20-11、GD系列、SS系列和DZ系列等。它具有风压低、风量大的特点，用于工厂、仓库、办公室、住宅等地方的通风换气。目前，广泛用于凉水塔中。

图3-40 离心式通风机

三、离心式通风机

1.离心式通风机的结构(www.xing528.com)

离心式通风机的结构与单级离心泵相似，如图3-40所示。它的机壳也是蜗壳形，壳内逐渐扩大的气体通道及其出口的截面则有方形和圆形两种，一般中、低压通风机多是方形，高压的多为圆形。通风机叶轮上叶片数目较多且长度较短，叶片有平直的，有后弯的，也有前弯的。中、高压通风机的叶片是弯曲的，因此，高压通风机的外形和结构与单级离心泵更为相似。

离心式通风机主要用于气体输送。根据所产生的压头大小，可将离心式通风机分为：

1）低压离心式通风机，出口风压低于0.9807×10³Pa（表压）。

2）中压离心式通风机，出口风压为0.9807×10³～2.942×10³Pa（表压）；

3）高压离心式通风机，出口风压为2.942×10³～14.7×10³Pa（表压）。

离心式通风机的选用和离心泵的情况相类似。

2.离心式通风机的工作原理

离心式通风机的工作原理和离心泵一样，在蜗壳中有一高速旋转的叶轮，借叶轮旋转时所产生的离心力将气体速度与压力增大，并在气体流向边缘时一部分动压头转化为静压头而排出。同时中心处产生低压，将气体由吸入口不断吸入机体内。

3.离心式通风机的主要性能

（1）风量 风量是单位时间内从通风机的出口排出的气体体积，并以风机进口处的气体状态计，以q_V表示，单位为m³/s。

（2）风压 风压是指单位体积的气体经过通风机所获得的能量，以H_T表示，单位为Pa，又称为全风压。全风压包括静风压H_P、动风压H_K。

H_T=H_P+H_K （3-4）

其中

式中 p₁、p₂——风机进、出口压力（Pa）；

ρ——风机进口处气体的密度（kg/m³）；

u₂——风机出口处气体的流速（m/s）。

风机铭牌或性能表上所列的风压除非特别说明，均指全风压。风机性能表上所列的风压是以空气作为介质，在293K、101.3kPa条件下测得的，当实际输送介质或输送条件与上述条件不同时，应对风压进行校正。

（3）功率与效率 通风机的输入功率，即轴功率，可由下式计算：

式中 P——通风机的轴功率，（kW）；

η——通风机的效率，由全风压得出，因此也称全压效率，其值可达90%。

4.离心式通风机的选用

通风机的类型很多，必须合理选型，以保证经济实用。其选型也可以参照离心泵的选型方法处理。建议使用现有的风机选型软件进行选取。选型步骤如下：

（1）根据被输送气体的性质及所需的风压范围确定风机的类型 如被输送气体是否清洁、是否高温、是否易燃易爆等。

（2）确定风量 如果风量是变化的，应以最大值为准，可以增加一定的裕量（5%～10%），并以风机的进口状态计。

（3）确定完成输送任务需要的实际风压 根据管路条件及伯努利方程，确定需要的实际风压，并换算为风机在实验条件下的风压。

（4）根据实际风量与实验风压在相应类型的系列中选取合适的型号 选用时要使所选风机的风量与风压比任务需要的稍大一些。如果用系列特性曲线（选择曲线）来选，要使（q_V，H_T）点落在泵的q_V-H_T线以下，并处在高效区。必须指出，符合条件的风机通常会有多个，应选取效率最高的一个。

5.离心式通风机的使用与维护

离心式通风机的故障处理见表3-8。

四、离心鼓风机

1.离心鼓风机的基本原理

离心鼓风机又称透平鼓风机，常采用多级（级数范围为2～9级），故其基本结构和工作原理与多级离心泵较为相似。图3-41a所示为五级离心式鼓风机，气体由吸气口吸入后，经过第一级的叶轮和第一级扩压器，然后转入第二级叶轮入口，再依次逐级通过以后的叶轮和扩压器，最后经过蜗形壳由排气口排出，其出口表压力可达300kPa。

表3-8 离心式通风机的故障处理

（续）

由于在离心鼓风机中气体的压缩比不大，所以无须设置冷却装置，各级叶轮的直径也大致相等，其选用方法与离心式通风机相同。

图3-41 离心式鼓风机

a）五级离心式鼓风机 b）7级离心式鼓风机组

2.离心式风机的操作注意事项

（1）起动前的检查

1）检查轴承是否有润滑油和轴承冷却水，它们是否畅通无阻。

2）检查联轴器及防护装置，是否有妨碍转动的物品。

3）检查轴承座的地脚螺栓，是否有松动。

（2）起动

1）风机起动时，关闭入口侧挡板和出口侧挡板。

2）检查叶轮的转向，是否倒转，如倒转必须立即改正。

3）起动风机。

4）达到额定转速后，逐渐开启挡板，调到所需位置。

5）运行中，有无摩擦、碰撞声，振动声是否正常。

（3）停车

1）关闭风机，切断电源。

2）关闭吸入端和压出端挡板，冷却水可先不停。

（4）操作注意事项

1）随时监视风机的电流，因为它不仅是风机负荷的标志，也能预报一些异常的事故。

2）经常检查风机轴承的润滑油、冷却水是否通畅，轴瓦温度、轴承振动是否正常，以及有无摩擦、碰撞的声音。

3.离心式鼓风机常见故障及处理方法

离心式鼓风机的故障处理见表3-9。

表3-9 离心式鼓风机的故障处理

五、罗茨鼓风机

1.罗茨鼓风机的基本原理

罗茨鼓风机是两个相同转子形成的一种压缩机械，转子的轴线互相平行，转子之间、转子与机壳之间均具有微小的间隙，避免相互接触，借助两转子反向旋转，使机壳内形成两个空间，即低压区和高压区。气体由低压区进入，从高压区排出，如图3-42所示。下侧两“鞋底尖”分开时，形成低压，将气体吸入；上侧两“鞋底尖”合拢时，形成高压，将气体排出。改变转子的旋转方向，吸入口和压出口互换。由于转子之间、转子与机壳之间间隙很小，所以运行时不需要往气缸内注润滑油，不需要油气分离器辅助设备。转子之间不存在机械摩擦，因此具有机械效率高、整体发热少、输出气体清洁、使用寿命长等优点。

一般用于输送量不大，压力为9.8×10³～1.96×10⁴Pa的场合，特别适用于要求流量稳定的场合。

图3-42 罗茨鼓风机的原理图

2.罗茨鼓风机的操作

（1）使用维护 罗茨鼓风机的出口应安装气体稳压罐与安全阀，流量采用旁路调节，出口阀不能完全关闭。起动前必须检查转子旋转方向是否倒转，才能正式开车。操作温度不超过85℃，否则易引起转子受热膨胀，发生碰撞。常见罗茨鼓风机如图3-43所示。

罗茨鼓风机的操作及注意事项主要有以下几个方面：

1）运行前的准备工作：

①检查地脚螺栓和各结合面螺栓是否紧固。

②手动盘车，鼓风机在旋转一周的范围内，运转是否均匀，有无摩擦现象。

③检查各润滑点是否润滑到位，油箱油位是否符合要求。

④检查冷却水阀是否完好，冷却水是否畅通。

图3-43 常见罗茨鼓风机

2）运行操作：

①单独运行油泵，检查油泵的声音、振动是否正常。调整油泵的出口油压，使其达到要求油压。

②打开鼓风机的进、出口阀门。

③起动电动机，检查电动机的运转方向是否正确，电流是否正常。

④检查机组的声音、振动是否正常，鼓风机内部是否有异常响声。

⑤检查润滑系统供油是否正常，油温、油压是否正常。

⑥检查机组和出口管线上有无漏气点，以及密封装置的密封效果。

⑦检查仪表指示和自动控制是否正常。

⑧检查轴承温度是否过高，轴承的工作温度一般为50～65℃，不应超过70℃。

⑨检查附属装置，如消声器、安全阀等，有无缺陷。

当机组在起动过程中，发现机组存在以上缺陷时，应当紧急停车，针对具体缺陷做出相应的处理，直到问题解决后，才能重新试车，试车合格后，才能正式运行或者作为备用。

3）日常维护操作：

①检查机组的联接螺栓。

②检查机组的润滑情况，油温、油压及冷却水供应情况。

③按照润滑制度规定要求，定期加油和换油。

④经常检查鼓风机的运行状态、压力、流量是否平稳，机组的声音、振动是否正常。

⑤检查仪表指示和联锁情况。

⑥检查电动机的电流、振动情况。

（2）故障处理 罗茨鼓风机故障处理见表3-10。

表3-10 罗茨鼓风机故障处理

六、液环式压缩机

液环式压缩机的原理 如图3-44所示，叶轮偏心地配置在气缸内，并在气缸内引进一定量的水或其他液体。叶轮（转子）旋转且达到一定转速时，由于离心力的作用，液体被甩出，形成一个贴在气缸内表面的液环。叶轮表面与液环之间形成一个月牙腔，它是若干容积不等的小室（基元容积）。

每个小室的容积随叶轮的转动周期性地扩大和缩小。在气缸两侧的端盖上相应地开设有吸、排气口。这样，叶轮旋转一周，就能在每一基元容积内实现吸气、压缩、排气和可能存在的膨胀过程。气体排出时会带出一部分液体，所以必须在吸气口补充一定量的新液体。

液环式压缩机工作时，叶片搅动液体而造成的能量损失很大，几乎等于压缩气体所耗的功。因此，液环式压缩机的效率很低。一般真空泵消耗的功率较小，所以液环式压缩机常作为真空泵使用。为了避免液力损失过大，一般工作轮外缘最大圆周速度限制在14～16m/s，并尽可能选用黏度较小的液体。

常见液环式压缩机如图3-45所示，其特点是结构简单、制造容易、操作简便、易损零件少、排气的脉动性和噪声都较小。此外，液体有充分的冷却作用，压缩气体终了时温度很低，所以液环式压缩机适用于压缩高温下易分解的气体，如乙炔、硫化碳、硫化氢等。由于压缩介质与气缸不直接接触，液环式压缩机还特别适用于压缩具有强腐蚀性的气体，如氯气。在这种情况下可选用一种与被压缩气体不起作用的液体作为密封液，如压缩氯气时用浓硫酸。

图3-44 液环式压缩机的原理图

图3-45 液环式压缩机

图3-46 往复式真空泵

七、真空泵

1.常见真空泵

真空泵的形式很多，有往复式真空泵、水环真空泵和喷射式真空泵等。

（1）往复式真空泵 往复式真空泵是一种干式真空泵，如图3-46所示，其构造和工作原理与往复式压缩机相同，但它们的用途不同。压缩机是为了提高气体的压力；而真空泵则是为了降低入口处气体的压力，从而得到尽可能高的真空度，这就希望机器内部的气体排除得越完全、越彻底越好。因此，往复式真空泵的结构与往复式压缩机相比较有如下不同之处。

1）采用的吸、排气阀（俗称“活门”）要求比压缩机更轻巧，启闭更方便。所以，它的阀片都要比压缩机的薄，阀片弹簧也较小。

2）要尽量降低余隙的影响，提高操作的连贯性，在气缸左右两端设置平衡气道是一种有效的措施。平衡气道的结构非常简单，可以在气缸壁面加工出一个凹槽（或在气缸左右两端连接一根装有连动阀的平衡管），使活塞在排气终了时，让气缸两端通过凹槽（或平衡管）连通一段很短的时间，使得余隙中残留的气体从活塞一侧流向另一侧，从而降低余隙中气体的压力，缩短余隙气体的膨胀时间，提高操作的连贯性。

真空泵和压缩机一样，在气缸外壁也需采用冷却装置，以除去气体压缩和部件摩擦所产生的热量。此外，往复式真空泵是一种干式真空泵，操作时必须采取有效措施，以防止抽吸气体中带有液体，否则会造成严重的设备事故。

国产的往复式真空泵，以W为其系列代号，从W-1型到W-5型共五种规格，其抽气量为60～770m³/h，系统绝对压力可降低至10^-4MPa以下。

由于往复式真空泵存在转速低、排量不均匀、结构复杂、易于磨损等缺陷，近年来已有被其他形式的真空泵取代的趋势。

（2）水环真空泵 图3-47所示为水环式真空泵，外壳中偏心地安装叶轮，叶轮上有许多径向叶片，运转前，泵内充有体积约为机壳容积一半的水。当叶轮旋转时，形成的水环内圆正好与叶轮在叶片根部相切，使机内形成一个月牙截面的空间，此空间被叶片分隔成许多大小不等的小室。当叶轮逆时针旋转时，由于水的活塞作用，左边的小室逐渐增大，气体由吸入口进入机内，右边的小室逐渐缩小，气体从出口排出。

图3-47 水环式真空泵

水环式真空泵属于湿式真空泵，最高真空度可达85%。这种泵结构简单、紧凑，易于制造和维修，由于旋转部分没有机械摩擦，故使用寿命较长，操作性能可靠。此泵适宜抽吸含有液体的气体，尤其适宜抽吸有腐蚀性和爆炸性的气体，但其效率较低，为30%～50%，所能造成的真空度受泵体中液体的温度（或饱和蒸气压）所限制。

（3）喷射式真空泵 喷射泵是利用流体流动时的静压能与动能相互转换的原理来吸、排流体的，它既可用于吸送气体，也可用于吸送液体。其构造简单、紧凑，没有运动部件，可采用各种材料制造，适应性强。但是其效率很低、工作流体消耗量大，且由于系统流体与工作流体相混合，因而其应用范围受到一定限制，故一般多作真空泵使用，而不作为输送设备用。在化工厂中，喷射泵常用于抽真空，故又称为喷射式真空泵，其工作流体可以是蒸汽也可以是液体。

1）蒸汽喷射泵。图3-48所示的为单级蒸汽喷射泵。工作蒸汽在高压下以很高的速度从喷嘴喷出，在喷射过程中，蒸汽的静压能转变为动能，产生低压，将气体从吸入口吸入。吸入的气体与蒸汽混合后进入扩散管，速度逐渐降低，压力随之升高，而后从压出口排出。

蒸汽喷射泵可使系统的绝对压力低至4～5.4kPa，用于产生高真空度较为经济。

单级蒸汽喷射泵仅能获得90%的真空。若要得到95%以上的真空，可将几个喷射泵串联起来使用。如五级蒸汽真空泵则可使系统的绝对压力降低至0.13～0.007kPa。

图3-48 单级蒸汽喷射泵

图3-49 水喷射真空泵（一）

2）水喷射真空泵。在化工生产中，当要求的真空度不太高时，也可以用具有一定压力的水作为工作流体的水喷射泵产生真空，水喷射速度一般为15～30m/s。图3-49、图3-50所示为水喷射真空泵。利用它们可以将设备中的水蒸气抽出加以冷凝，使设备内维持真空。水喷射真空泵的效率通常在30%以下，但其结构简单，能源普遍，虽然比蒸汽喷射泵所产生的真空度低，但由于它具有产生真空和冷凝蒸汽的双重作用，故应用甚广，被广泛应用于真空蒸发设备，既作为冷凝器又作为真空泵，所以也常称其为水喷射冷凝器。

2.真空泵的特点及主要性能

（1）真空泵的特点 真空泵的特点主要表现为：

1）进气压力与排气压力之差最多为大气压力，但随着进气压力逐渐趋于真空，压缩比将变得很高，因此，必须尽可能地减小其余隙容积和气体泄漏。

2）随着真空度的提高，设备中的液体及其蒸汽也将越容易与气体同时被抽吸进来，使可以达到的真空度下降。

图3-50 水喷射真空泵（二）

1—喷嘴 2—螺母 3—喉管 4—扩压管 5—泵体 6—文氏管

3）因为气体的密度很小，所以气缸容积和功率对比就要大一些。

真空泵可分为干式和湿式两种，干式真空泵只能从容器中抽出干燥气体，通常可以达到96%～99.9%的真空度，湿式真空泵在抽吸气体时，允许带有较多的液体，它只能产生85%～90%的真空度。

（2）真空泵的主要性能 真空泵的主要性能参数有：

1）极限真空度或残余压力，指真空泵所能达到的最高真空度。

2）抽气速率，它是指单位时间内真空泵在残余压力和温度条件下所能吸入的气体体积，即真空泵的生产能力，单位为m³/h。

选用真空泵时，应根据生产任务对两个指标的要求，并结合实际情况来选定适当的类型和规格。

3.真空泵的使用与维护

（1）起动 长期停车的泵在开动以前，必须用手转动数周，保证泵内没有卡住或其他损坏现象。起动按以下顺序进行：

1）关闭进气管路上的阀门。

2）起动电动机（电动机的转向必须正确）。

3）打开供水管路上的阀门，向泵内供水至符合规定要求为止。

4）当泵达到极限真空或最大压力时，打开进气管路上阀门，泵开始正常工作。

5）调整填料压盖，当水成滴往外滴时为最佳。

6）通过阀门来调整泵的供水量，保证泵在要求的技术条件下运转，使功率消耗最小，达到性能指标，满足工作要求。

7）调整供给汽水分离器的水量，以便用最小的耗水量，保证泵所要求的技术规范。

8）当泵在极限压力下工作时，泵内可能由于物理作用而发生爆炸时，但功率消耗并不增大，可将进气管路上的阀门打开，使之进入少量气体，爆炸声随即消失。如果爆炸声并不消失，且功率消耗增大，则表明泵已发生故障，应停车检查。

（2）停车 停车按以下顺序进行：

1）关闭进气管上的阀门（作压缩机用时关闭排气管上的阀门）。

2）关闭供水阀门，停止向泵内供水。

3）关闭电动机。

4）关闭补充水阀门。

5）如果停车时间超过一天，必须将泵及汽水分离器内的水排空，以免锈蚀。

注意：冬季时，每次长期停车都必须排空工作液，以防冻裂设备。

（3）真空泵的维护和保养

1）泵及其四周环境应经常保持清洁。

2）泵在运转过程中应保持油量箱内低于油标中心。

3）不同品牌和不同种类的真空油不可混合使用，在使用中温升不能超过70℃。

4）新泵在使用100h左右时，应换1～2次油，待换下的油内不再发现含有黑色粉末后，可加长换油期限。

5）新泵和修理后的泵应先做运转试验4～6h，检查泵是否符合使用需求。

任务实施

1）老师介绍往复式压缩机的正常操作及其注意事项。

2）用离心式压缩机单元仿真进行操作训练。

3）采用“四步实训教学法”分组，按“技能操作”的方法进行往复式式压缩机等气体输送机械的正常操作、事故判断与处理。

4）采用“滚珠教学法”交流学习离心式压缩机的故障现象及其处理方法。

5）对学习结果进行理论与实操的考核。

任务评价

任务评价见表3-11。

表3-11 任务评价