離心壓縮機

排氣壓力高於0.015兆帕、氣體主要沿著徑向流動的透平壓縮機,又稱徑流壓縮機。排氣壓力低於0.2兆帕的，一般又稱為離心鼓風機。離心壓縮機廣泛用於各種工藝流程中，用來輸送空氣、各種工藝氣體或混合氣體，並提高其壓力。工業上常按用途或氣體的種類命名，如高爐鼓風機和氨離心壓縮機等。

離心壓縮機由轉子、定子和軸承等組成。葉輪等零件套在主軸上組成轉子，轉子支承在軸承上，由動力機驅動而高速旋轉。定子包括機殼、隔板、密封、進氣室和蝸室等部件（圖1）。隔板之間形成擴壓器、彎道和迴流器等固定元件。只有一個葉輪的離心壓縮機稱為單級離心壓縮機，有兩個以上葉輪的稱為多級離心壓縮機（見彩圖）。級由葉輪及其後面的擴壓器等通道組成。葉輪是離心壓縮機的關鍵部件，有閉式和半開式兩種。閉式葉輪由葉片、輪蓋和輪盤組成，半開式葉輪沒有輪蓋。當葉輪高速旋轉時，由於葉片與氣體之間力的相互作用，主要是離心力的作用，氣體從葉輪中心處吸入，沿著葉道（葉片之間通道）流向葉輪外緣。葉輪對氣體作功，氣體獲得能量，壓力和速度提高。然後，氣體流經擴壓器等通道，速度降低，壓力進一步提高，即動能轉變為壓力能。由擴壓器流出的氣體進入蝸室輸送出去，或者經過彎道和迴流器進入下一級繼續壓縮。在整個壓縮過程中，氣體的比容減小，溫度增加。溫度增加后，壓縮氣體需要消耗更多的能量。為了節省功率，多級離心壓縮機在壓力比大於3時常採用中間冷卻。被中間冷卻隔開的級組稱為段。氣體由上一段進入中間冷卻器，經冷卻降低溫度以後再進入下一段繼續壓縮。中間冷卻器一般採用水冷。每個機殼所包含的部分稱為缸。離心鼓風機排氣壓力較低，所以一般是單缸無中間冷卻的結構。

離心壓縮機的主要性能參數是流量、排氣壓力、功率、效率和轉速。描繪同一轉速下的排氣壓力、功率和效率與流量之間的關係的曲線稱為性能曲線(圖2)。離心壓縮機最小流量受喘振工況的限制，最大流量受阻塞工況的限制。可以採用變轉速、進口節流、出口節流和可調進口導葉等方法進行調節，以擴大運行工況範圍。

離心壓縮機是在通風機的基礎上發展起來的。20世紀初出現了壓力比為4.5的離心壓縮機。50年代開始，離心壓縮機製造業得到發展。1963年，美國生產出第一台合成氨廠用的14.7兆帕高壓離心壓縮機，採用筒型機殼代替水平剖分型機殼，又稱筒型壓縮機，它能承受10兆帕以上的壓力。70年代，美國、義大利和聯邦德國先後製成60～70兆帕高壓筒型壓縮機，筒體壁厚達280毫米。80年代初排氣壓力已達80兆帕。離心壓縮機轉速一般為幾千轉/分以上，有的已達25000轉/分以上，所需功率可達幾萬千瓦，流量已達10000米3 /分。離心壓縮機的常規葉輪是以一維流動理論為基礎設計的，尚不能反映氣流三維流動的複雜性質。60年代開始應用三維流動理論（見透平機械、氣體動力學）設計空間扭曲葉片，以改善級的性能。