离心式压缩机在页岩气开发地面工程中的应用

1.工作原理

离心压缩机的级由叶轮及与其相配合的固定元件组成。每两次中间冷却或抽气、加气之间的级称为段。每个机壳所包含的机器本体称为缸。

离心式压缩机叶轮旋转时，气体自轴向进入，在离心力作用下以很高的速度被甩出叶轮，进入扩压器中，由于扩压器流通面积逐渐增大，从而使气体的速度降低而压力提高，机械能转化为压力能。随后，气体被第二级吸入，进一步提高压力，以此类推直到达到额定压力。

2.离心压缩机的流量调节

（1）改变转速。随着转速的改变，压缩机的特性曲线相应改变，从而达到流量调节的目的。

改变转速的调节方法是几种调节方法中最省功的办法，但要受驱动机的限制。当压缩机采用燃气轮机作为驱动机时，宜采用此种调节方法。

（2）排气管节流。在压缩机排气管上安装调节阀，来改变压缩机出口处压力，从而调节压缩机流量。

（3）进气管节流。该方法与排气管节流方法原理相近，但比排气管节流更易操作，调节气量范围更广泛，同样可以节省功率消耗。用电动机驱动的压缩机一般常用此方法调节气量，对大气量机组可节省功率5%～8%。

（4）进气管装导向片。在压缩机的叶轮进口处安装导向片，使气流变更流向，从而改变机组的排气压力和输气量。这种方法比进口节流效率高，但结构复杂。

（5）旁路或放空调节。当生产要求的气量比压缩机排气量小时，但其剩余部分经冷却器返回到压缩机进口的方法叫旁路调节。此方法一般用来防止喘振现象，很少单独采用。

3.工作中的异常现象

1）喘振

所谓喘振是离心压缩机的一种特殊现象。任何离心压缩机按其结构尺寸，在某一固定的转速下，都有一个最高的工作压力，在此压力下有一个相应的最低流量。当离心压缩机出口的压力高于此数值时，就会产生喘振。工艺流程中一切使压缩机出口压力升高，以及使压缩机进口压力降低的因素，都能使通过压缩机的流量减小，到一定程度就会出现喘振。例如三甘醇脱水和浅冷集气装置中的压缩机，当其空气冷却器结冰、积炭使其压力升高时，就会引起压缩机出口压力升高，严重时出现喘振。因此，空气冷却器压差升高应作为发生喘振现象的报警参数。再比如压缩机排气管线中的止回阀失灵，堵塞管道也会发生喘振。(www.xing528.com)

发生喘振时，压缩机组剧烈振动，并伴随着异常噪声，而且是周期性地发生；与机壳相连接的出口管线也随之发生较大的振动；进口管线上的压力表指针大幅度摆动；出口止回阀处发生周期性的开和关的撞击声响；主电动机的电流表指针大幅度摆动；操作仪表上流量表等也发生大幅度摆动。上述现象会使压缩机受到损坏，破坏影响主要有：破坏压缩机密封性，使润滑油窜入流道，影响冷却器和冷凝器效率；严重的喘振会造成转子轴窜动，烧坏止推轴瓦，叶轮有可能被打碎；在喘振极严重情况下，会损伤齿轮箱、电动机以及连接压缩机的管线和设备。

为了避免喘振的发生，必须使压缩机的工作点远离喘振点，使系统的操作压力低于喘振压力。生产实际中需要的气体量低于喘振点流量时，为避免喘振发生，可采用循环的方法，即：使压缩机出口的一部分气体经冷却后，返回压缩机进口。

由于离心压缩机工作中有喘振问题，流量范围受到限制，因此选用过大的压缩机并无益处。若选用过大压缩机，为避免喘振发生，就必须大量循环或放空气体，造成不必要的功率消耗。

2）自振

离心压缩机轴由于自身重力作用，在静止状态以及转动过程中是弯曲的，即：轴的转动中心和轴中心不可能在同一中心线上，一般偏差在0.03～0.05 mm。由于中心偏差，轴在转动过程中会有一个离心力，使自身发生振动，称为自振。发生自振的同时，离心力会使转子发生振动，称为强迫振动。自振频率和轴的刚度以及几何尺寸等参数相关，强迫振动的次数决定于转子的转速。当强迫振动与轴的自振频率相同时，会产生共振，此时的压缩机转速叫做临界转速。在临界转速条件下，机器的振幅达到最大，对机器的破坏性也达到最大。因此，在压缩机启动和运转时，应尽量避免压缩机在临界转速下工作。

离心压缩机的临界转速是轴本身的一种特性，而且临界转速不止一个，转速较低的叫第一临界转速，转度较高的叫第二临界转速。

一般情况下，当压缩机在第一临界转速以下运转时，其工作转速应不大于第一临界转速的70%，即：

工作转速≤0.7第一临界转速

当压缩机在第一临界转速和第二临界转速之间工作时，应使：

1.3第一临界转速≤工作转速≤0.8第二临界转速

在第一临界转速下工作的压缩机，启动和停车时不经过第一临界转速，受振动影响小，较为安全。但是实际应用中，大部分压缩机在第一临界转速和第二临界转速之间工作，为避免压缩机受到较大破坏，应在启动和停车时，使工作转速迅速通过第一临界转速。