机械蒸汽再压缩原理

机械蒸汽再压缩原理

1、原理

利用高能效蒸汽压缩机压缩蒸发系统产生的二次蒸汽，提高二次蒸汽的焓，提高热焓的二次蒸汽进入蒸发系统作为热源循环使用，替代绝大部分生蒸汽，生蒸汽仅用于系统初启动用、补充热损失和补充进出料温差所需热焓，从而大幅度降低蒸发器的生蒸汽消耗，达到节能目的。

根据波义耳定律原理，当稀薄的二次蒸汽在经体积压缩后其温度会随之升高，从而实现将低温、低压的蒸汽变成高温高压的蒸汽，进而可以作为热源再次加热需要被蒸发的原液，从而达到可以循环回收利用蒸汽的目的。

2、工艺流程

压缩机详解

1.压缩机

用来压缩气体借以提高气体压力或输送气体的机械称为压缩机。也有把压缩机称为“压气机”和“气泵”的。提升的压力小于0.2MPa时，称为鼓风机。提升压力小于0.02MPa时称为通风机。

（1）压缩机分类

• 按工作原理分类

  容积式压缩机：直接对一可变容积中的气体进行压缩，使该部分气体容积缩小、压力提高。其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。

  
  

  动力式压缩机：它首先使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。动力式压缩机也称为速度式压缩机。

按工作原理

容积式

动力式

按运动件工作特性

往复式

回转式

离心式

轴流式

旋涡式

喷射式

按运动件结构特征

活塞式

隔膜式

柱塞式

转子式

滑片式

液 环 式

三角转子

涡旋式

罗茨

双螺杆

单螺杆

叶轮（透平）式

喷射泵

• 按排气压力分类

分类	名称	排气压力（表压）
风机	通风机	<15kPa
	鼓风机	0.015～0.2Mpa
压缩机	低压压缩机	0.3～1.0Mpa
	中压压缩机	1.0～10Mpa
	高压压缩机	10～100Mpa
	超高压压缩机	>100Mpa

• 按压缩级数分类

单级压缩机	气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩
两级压缩机	气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩
多级压缩机	气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几级压缩机

   

• 按容积流量分类

   

名    称	容积流量／(m3／min)
微型压缩机	<1
小型压缩机	1～10
中型压缩机	10～100
大型压缩机	≥100

           

• 几种特殊的压缩机

离心压缩机

离心压缩机是产生压力的机械，是透平压缩机的一种。透平是英译音“TURBINE”，即旋转的叶轮。

离心压缩机：指气体在压缩机中的运动是沿垂直于压缩机轴的径向进行的。所以也称径流压缩机。

1.离心式压缩机工作原理

具有叶片的工作轮在压缩机的轴上旋转，进入工作轮的气体被带着旋转，增加了动能（速度）和静压头（压力），然后出工作轮进入扩压器内，在扩压器内气体的速度转变为压力，进一步提高压力，经过压缩的气体再经弯道和回流器进入下一级叶轮进一步压缩至所需的压力。

气体在叶轮中提高压力的原因有两个：一是气体在叶轮叶片作用下，跟着叶轮做高速的旋转，而气体由于受旋转所产生的离心力的作用使气体的压力升高；二是叶轮是从里到外逐渐扩大的，气体在叶轮里扩压流动，使气体通过叶轮后压力提高。

2.离心式压缩机分类

（1）按轴的型式分：

单轴多级式，一根轴上串联几个叶轮；双轴四级式，四个叶轮分别悬臂地装在两个小齿轮的两端，旋转靠电机通过大齿轮驱动小齿轮。

  

（2）按气缸的型式分：水平剖分式和垂直剖分式。

（3）按级间冷却形式分类：

级外冷却，每段压缩后气体输出机外进入冷却器；机内冷却，冷却器和机壳铸为一体。

（4）按压缩介质分类：

空气压缩机、氮气压缩机、氧气压缩机等。

3.离心式压缩机的特点

（1）优点：

• 由于是连续旋转式机械，可以大大地提高进入其中的工质量，提高功率。所以，离心式压缩机的第一个特点是：功率大。

• 由于工质量可以提高，必然导致叶片转速的提高，所以第二个特点是高速性。

• 无往复运动部件，动平衡特性好，振动小，基础要求简单；

• 易损部件少，故障少、工作可靠、寿命长；

（2）缺点：

• 单机容量不能太小，否则会使气流流道太窄，影响流动效率；

• 因依靠速度能转化成压力能，速度又受到材料强度等因素的限制，故压缩机每级的压力比不大，在压力比较高时，需采用多级压缩；

• 特别情况下，机器会发生喘振而不能正常工作；

4.离心机压缩机的工作原理分析

（1）常用名词解释：

• 级：每一级叶轮和与之相应配合的固定元件（如扩压器等）构成一个基本的单元，叫一个级。

• 段：以中间冷却器隔开级的单元，叫段。这样以冷却器的多少可以将压缩机分成很多段。一段可以包括很多级。也可仅有一个级。

• 标态：0℃，1标准大气压。

• 进气状态：一般指进口处气体当时的温度、压力。

• 重量流量：一秒时间内流过气体的重量。
  容积流量：一秒时间内流过气体的体积。
  表压（G）：以当地大气为基准所计量的压强。
  绝压（A）：以完全真空为基准所计量的压强。

• 真空度：与当地大气负差值。

• 压比：出口压力与进口压力的比值。

• 比容：单位质量的物质所占有的容积，符号V表示，数值为密度的倒数。

（2）离心式压缩机性能参数：

• 离心压缩机的主要性能参数是流量、排气压力、有效功率、效率、轴功率、转速、压缩比和温度。

  
  

• 流量：单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体量，通常以体积流量和质量流量两种方法来表示。

  
  

• 体积流量——是指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体体积，其单位为m3/s。因气体的体积随温度和压力的变化而变化，当流量以体积流量表示时，须注明温度和压力。

  
  

• 质量流量——是指单位时间内流经压缩机流道任一截面的气体质量，其单位为kg/s。

  
  

• 排气压力:即指压缩机出口压力。

  
  

• 有效功率：有效功率是指在气体的压缩过程中，叶轮对气体所作的功，绝大部分转变为气体的能量，另有一部分能量损失，该损失基本上包括流动损失、轮阻损失和漏气损失三部分，我们将被压缩气体的能量与叶轮对气体所作功的比值称为有效功率。

• 轴功率：离心式压缩机的转子在为气体升压提供有用功率，以及在气体升压过程中产生的流动损失功率、轮阻损失功率和漏气损失功率外，其本身也产生机械损失，即轴承的摩擦损失，这部分功率消耗约占总功率的2%~3%。

  
  

  如果有齿轮传动，则传动功率消耗同样存在，约占总功率的2%~3%。以上六个方面的功率消耗，都是在转子对气体作功的过程中产生的，它们的总和即为离心式压缩机的轴功率。轴功率是选择驱动机功率的依据

  
  

• 效率：效率主要用来说明传递给气体的机械能的利用程度。由于气体的压缩有等温压缩、绝热压缩和多变压缩等三种过程，所以，压缩机的效率也有等温效率、绝热效率和多变效率之分。

  
  

• 转速：转速是指压缩机转子旋转的速度。其单位是r/min。

• 压缩比：出口压力与进口压力的比值。

  
  

• 温度：一般用t℃表示，工程上也用绝对温度TK来表示，两者换算关系为TK=t+273。

5.离心压缩机的构造

（1）吸入室：

作用是将介质均匀地引导至叶轮的进口，以减少气流的扰动和分离损失。它的结构比较简单，有轴向进气和径向进气两种。径向进气结构多采用于多级双支承压缩机中。

（2）离心压缩机基本结构

整套离心压缩机组是由电气、机械、润滑、冷却、控制等部分组成的一个系统。虽然由于输送的介质、压力和输气量的不同，而有许多种规格、型式和结构，但组成的基本元件大致是相同的，主要由转子、定子、辅助设备等部件组成。

（3）离心压缩机的转子

转子是离心压缩机的关键部件，它高速旋转。转子是由叶轮、主轴、平衡盘、推力盘等部件组成。

（4）叶轮：

叶轮也叫工作轮，是离心式压缩机的一个重要部件，气体在工作轮中流动，其压力、流速都增加，同时气体的温度也升高。叶轮是离心式压缩机对气体作功的唯一元件。通过叶轮将能量传递给气体，使气体的速度及压力都得到提高。 

在结构上叶轮有三种型式：

• 闭式叶轮：由轮盘、轮盖、叶片三部分组成。

• 半开式式叶轮：无轮盖、只有轮盘、叶片。

• 双面进气式叶轮：两套轮盖、两套叶片，共用一个轮盘。

影响叶轮性能的主要因素是叶片的弯曲形状。按叶片出口端弯曲方向的不同，可分为后弯、前弯及径向叶轮三种类型。由于后弯式叶片的级效率较高，因此被广泛采用。叶轮是高速旋转的部件，要求材料具有足够的强度。为了减少振动，叶轮和轴必须经过动平衡试验，以达到规定的动平衡要求。

（5）主轴

主轴的作用就是支撑安装其上的旋转零部件（叶轮、平衡盘等）及传递扭矩。设计轴确定尺寸时，不仅考虑轴的强度问题，而且要仔细计算轴的临界转速。所谓临界转速就是轴的转速等于轴的固有频率时的转速。

（6）平衡盘，推力盘

在多级离心压缩机中，由于每级叶轮两侧的气体作用力不一致，就会使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力，我们称为轴向力。轴向力对于压缩机的正常运转是不利的，它使转子向一端窜动，甚至使转子与机壳相碰，发生事故。

因此应设法平衡它，平衡盘就是利用它的两侧气体的压力差来平衡轴向力的零件。热套在主轴上，通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余的轴向力由止推轴承来承受。

推力盘是固定在主轴上的止推轴承中的一部分，它的作用就是将转子剩余的轴向力通过油膜作用在止推轴承上，同时还确定了转子与固定元件的位置。

（7）平衡盘

由于叶轮两侧的压力不相等，在转子上受到一个指向叶轮进口方向的轴向椎力。

为了减少止推轴承的载荷，往往在末级之后设置一个平衡盘。因平衡盘左侧为

高压，右侧与进气压力相通，因而形成一个相反的轴向推力，承担了大部分的

轴向推力，减轻了止推轴承的负荷。 

（8）平衡鼓

大型离心式压缩机和离心泵的轴向力是相当大的，相应需要的平衡力也很大。在这种情况下，平衡盘自身的强度以及它跟轴的结合难以满足要求，因此在大型离心式压缩机和离心泵上通常使用有足够轴向厚度的平衡鼓结构。

平衡鼓和平衡盘平衡原理一致，结构相似，只是由于结构的原因，平衡鼓不能实现结构上自动调节。

在实际设计中也有采用“鼓+盘”的方式将两者的优势结合起来。      

（9）离心压缩机的定子

定子是压缩机的固定元件，由扩压器、弯道、回流器、蜗壳及机壳组成。

• 扩压器：扩压器的功能主要是使从叶轮出来的具有较大动能的气流减速，把气体动能有效地转化为压力能。扩压器一般分为：无叶扩压器 、叶片扩压器、 直壁式扩压器。

  
  

• 弯道：其作用使气流转弯进入回流器，气流在转弯时略有加速。

  
  

• 回流器：其作用使气流按所须方向均匀的进入下一级。

• 蜗壳：其主要作用是把扩压器后面或叶轮后面的气体汇集起来，并把他们引出压缩机，流向输送管道或气体冷却器，此外，在会聚气体过程中，大多数情况下，由于蜗壳外径逐渐增大和流通面积的逐渐增大，也起到了一定的降速扩压作

  用。

（10）蜗壳：

（11）机壳：

压缩机机壳是将介质与大气隔绝，使介质在其间完成能量转换的重要部件。它还具有支承其他静止部件，如隔板、密封等的功能。

机壳重量大，形状复杂，在其外部连接有进气、排气、润滑油、密封介质等管道，两侧的端盖上带有轴承箱和轴向密封室。对于高压压缩机，机壳一般采用筒型结构；低压压缩机则采取水平剖分结构，烯烃工厂的机组均采用水平剖分。

（12）轴承：

支撑轴承：用于支撑转子使其高速旋转。

止推轴承：作用是承受剩余的轴向力

（13）支撑轴承（又称径向轴承）

径向轴承为多油楔、压力润滑的可倾瓦块式轴承。压力油径向进入，通过小孔润滑瓦块和支撑块，然后向侧向排出。轴承由等距离分布在轴径圆周上的几个瓦块组成。

瓦块是钢制的，内表面衬有巴氏合金，背面有凹进去的支撑座，相应地在瓦座上有支撑块。瓦面与轴径及瓦座均为同心圆，而瓦块支撑座的圆弧曲率大于瓦座支撑块的圆弧曲率这样瓦背与瓦座在轴向上为线接触，以利于瓦块摇摆灵活更好地与转轴间形成油楔，但瓦块在轴向上并不能摆动。

径向轴承有如下优点：

• 进一步改善轴瓦中流体的动力学性能。

• 轴径圆周上受力均匀，因而运转平稳，以最大限度的吸收转子的径向振动。

• 轴承抗油膜振荡性能好。

（14）止推轴承

离心压缩机在正常工作时，由于出入口存在的压差形成一指向低压侧（入口侧）的轴向推力。压缩机的平衡装置能平衡大部分的轴向力，残余轴向力则由止推轴承承担，其止推块称为主止推块。

另外在启动时由于气流的冲击作用，往往产生一个反方向的轴向推力，使转子向高压侧窜动；为此在主推块的对面增设副止推块。这种型式的止推承称作双端面止推轴承。止推轴承一般安装压缩机吸入侧。

（15）隔板与级间密封

隔板将压缩机的各级分隔开，并由相邻的面构成叶轮出口的扩压器、弯道和回流室。来自叶轮的气体在扩压器通道内将一部分动能转化为压力能并通过弯道和回流室到达下一级叶轮入口，气体在弯道和回流器的流动，可以认为压力和速度不变，仅改变气体的流动方向。

隔板分为上、下两半，沿水平中心面分开。在隔板外圆圆周方向装有齿形密封圈，与安装在叶轮轮颈上的耐磨环构成梳齿密封，从而防止气体在级间串通。