透平压缩机，是指具有高速旋转叶轮的动力式压缩机。它依靠旋转叶轮与气流间的相互作用力来提高气体压力，同时使气流产生加速度而获得动能，然后气流在扩压器中减速，将动能转化为压力能，进一步提高压力。在压缩过程中气体流动是连续的。透平压缩机是在通风机的基础上发展起来的。它广泛用于各种工艺过程中输送空气和各种气体，并提高其压力。

定义：压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械。

主要用途：

⒈动力用压缩机:

⑴压缩气体驱动各种风动机械，如：气动扳手、风镐。

⑵控制仪表和自动化装置。

⑶交通方面：汽车门的开启。

⑷食品和医药工业中用高压气体搅拌浆液。

2、纺织业中，如喷气织机。

3、气体输送用压缩机：

⑴管道输送--为了克服气体在管道中流动过程中，管道对气体产生的阻力。

⑵瓶装输送--缩小气体的体积，使有限的容积输送较多的气体。

4、制冷和气体分离用压缩机：如氟里昂制冷、空气分离。

5、石油、化工用压缩机：

⑴用于气体的合成和聚合，如：氨的合成。

⑵润滑油的加氢精制。

透平式压缩机的基本工作原理是由装于轴上带有叶片的工作轮(叶轮)在驱动机的驱动下做高速旋转。叶片对气体做功使气体获得动能，经扩压流动后转变为压力能，从而提高气体压力。同时气体温度也相应提高。经过多级组合，也可以有中间冷却的多段组合，甚至多缸组合压缩获得气体所需要的最终压力。

按气体流动方向的不同，透平压缩机主要分为轴流式和离心式两类。在轴流压缩机中，气体近似地沿轴向流动(见彩图[轴流压缩机结构图])。在离心压缩机中，气体主要沿着径向流动。另外还有一种斜流（混流）压缩机，其气体流动方向介于这两者之间。排气压力在 0.15MPa～0.2MPa范围内的透平压缩机又称作透平鼓风机。排气压力低于0.15MPa的则属于通风机，不再称为透平压缩机。

透平压缩机主要性能参数是流量、排气压力、功率、效率和转速。描绘这些参数之间的关系的曲线称为透平压缩机的性能曲线。图1 [轴流压缩机与离心压缩机的性能曲线]

是轴流压缩机和离心压缩机在不同转速下排气压力与流量关系的性能曲线。轴流压缩机的性能曲线比离心压缩机的陡得多，在高速下更为明显。在等转速下增大流量时，通过压缩机的流量达到某一临界值后便不再继续增加，这一工况称为阻塞工况。当减小流量至某一工况时，压缩机和管路中气体的流量和压力会出现周期性低频率、大振幅的波动，这种不稳定现象称为喘振。一旦发生喘振，机组就会产生强烈振动，如不及时防止或停车，机组便会毁坏。把不同转速下的喘振工况点连接起来的曲线称为喘振线，它表示喘振不稳定工作区的界限。喘振工况点到同转速下阻塞工况点的范围称为稳定工况区，压缩机必须远离喘振线而在稳定工况区工作。为了防止喘振，一般采取防喘振措施，例如放气或回流以增加进口流量，把静叶（导流器叶片）做成可以调整角度的形式。

透平压缩机所需功率很大，其通流部分的完善程度，常用绝热效率或多变效率（见热力过程）来评定。轴流压缩机级的绝热效率一般可达86～90%，离心压缩机级的多变效率一般可达80～85%。轴流压缩机与离心压缩机相比，前者流量大，压力比小，而后者压力比大，流量小。为了充分利用它们的特点，近代空气分离设备中的空气压缩机有的采用轴流-离心串联结构(图2[轴流-离心串联结构]),低压部分采用轴流式，高压部分采用离心式，并安置在同一机壳内。

透平式压缩机运行中经常遇到的问题主要有以下几个方面：

(1)振动或断油等其他情况导致轴承的失效；

(2)各传动部件之间不同心度引起的振动等故障：

(3)迷宫式密封器泄漏：

(4)转子的不平衡造成的机组振动及其他故障；

(5)空气冷却器泄漏或其他原因引起的冷却效果差。

这些故障直接导致机组不能正常运行，因此必须对引起这些故障的部件作为检修质量的重点。

透平压缩机采用的多为液体动压轴承，充分考虑到液体动压轴承的工作特点，是轴承检修动压控制的关键。

迷宫密封是在轴与壳体之间，带有若干个依次排列的小游隙的凹凸环形密封齿组合，密封齿与轴之间形成一系列节流游隙和膨胀空腔，飞溅的润滑剂每通过一道密封齿，必将遇到很大的阻力，从而产生节流效应，使润滑剂的速度不断减弱，减弱后的润滑剂顺着密封齿的内侧流淌到环形空腔的下部，然后，通过到环形空腔下部的回油孔返回轴承室内，达到防止润滑剂外漏的作用。常用的迷宫密封一般有径向密封、轴向密封、浮动式密封和复合式密封等型式，这类结构特别适用于防止高速轴的润滑剂泄漏。

可以设想，如果密封齿的数量足够多，那么不论润滑剂的飞溅速度多快，都可以做到完全密封的效果，但实际上，密封齿数目的增加，使得轴向尺寸增大，因此，过多地增设密封齿在设备上是很难办到的。为了提高迷宫密封的密封效果，原则上要求密封齿与轴的间隙越小越好。

漏油故障的原因有：迷宫密封的密封齿严重磨损或损坏；轴承室油位偏高；迷宫油封与轴的游隙偏大；油封背面与轴承室的密封不严；安装时，油封回油孔的位置不正确或堵塞等。

透平压缩机的振动是压缩机设计制造、安装和运行管理的综合反映。也就是说，导致或影响透平压缩机正常运行的内部和外界因素很多，而众多因素反映出的就是振动。简述三台H200－6.3/0.97型透平压缩机组几年来的运行情况，和由于振动所造成的严重危害。

振动的原因：

开车运行后的振动

1　原先在安装时电动机和大齿轮的同轴度完全根据设计要求来校正。由于机组启动电流大，瞬间扭力也很大，造成电动机有移位感。根据气温，设计要 求安装时径向轴向误差允许在±0.02mm，我们严格照办。机组运行一段时间后再测，明显测得轴向无变动，而径向的水平方向走动了0.18～0.20mm 左右。这说明机器在对中后走调的情况下运行，振动就会很大。

2　空气中带有腐蚀性气体的冷凝水造成转子（尤其是3～4级）、气封、扩压器、碳钢空气管道等腐蚀十分严重，产生空气涡流的振动。管道氧化物被冲刷造成子平衡，百战不殆，振动激烈，因此而被迫停车，此类事故已发生两次。

3　频繁开停车对机组振动也有影响。由于客观条件不允许或机械故障被迫一年中开停多次，使转子平衡被破坏。停车时会把积在转子上的尘土或其他氧化物不均衡地脱落，破坏了转子的平衡。

检修后的振动：

1　齿轮偏载造成工频振动。透平机 的转速很高，1～2级转速为15200rpm，3～4级为19200rpm，因而齿轮的精度要求也很高。保持较高的齿轮接触面很重要，在静态下检查齿轮接 触面无法得到动态的实际接触情况，我们的做法是在静态下使接触面不低于85%。其中一台机组在检修时发现齿轮接触面差，一只新齿轮只运行两个多月就严重点 蚀和大齿面剥落（一只大齿现价30万元左右）。机组振动很大，齿轮的损坏就呈恶性循环，难以挽救。

2　油膜涡动引起的低频振动。轴承中的油膜在转轴和轴承间运行起着盗运和润滑作用，如轴承稳定性不好，会导致油膜半速涡动。我三透平机 转速为19200，约在10000左右产生低频振动。低频振动产生与转子工作转速不合拍的激振力，对转子和轴寿命的影响程度超过工频振动的影响，它使转子 振动总量增大，这历来被人们所禁忌。如低频值是工频值的105时，就应引起重视。我们原有的机器低频值大于工频值的5%，已造成严重后果。轴瓦的锡基合金 多次剥落（其实是撞落），被迫停机。2级转子振裂落掉一块（累计运行了13442小时），约1.5mm2,3～4级转子轴头振断裂（累计运行11000小 时）。更换两根转子要几十万无，还直接影响生产。

冷却的方式：主要有风冷、水冷。

冷却的主要方面： 主电机、压缩后的气体、润滑油。

为了降低压缩机功率消耗和保证压缩机的可靠运行，各级之间均设置有中间冷却器。在中间冷却器中，通过对流换热的方式，由冷却水将气体冷却。如果中间冷却器泄漏，则气体通道与冷却水通道相通，其泄漏的方向视气体与冷却水的压力而定。

空压机第一级后面的中间冷却器，冷却水压力通常高于气体压力。因此，如果第一级中间冷却器发生泄漏，则冷却水会进入气体侧，气体中将夹带有水，使第一级油水分离器吹除的水量明显增加。

空压机第二级以及以后各级中间冷却器中，冷却水压通常低于气体的压力。因此，如果发生泄漏，则气体会漏往冷却水中。这样在冷却水收集槽里就会发现有大量气泡溢出。根据以上两种现象即可作出中间冷却器泄漏的判断。

能量损失

一、能的定义：

度量物质运动的一种物质量，一般解释为物质作功的能力。能的基本类型有势能、动能、热能、电能、磁能、光能、化学能、原子能等。一种能可以转化为另一种能。能的单位和功的单位相同。能也叫能量。

二、级内气体流动的能量损失分析

压缩机组实际运行中，通过叶轮向气体传递能量，即叶轮通过叶片对气体作功消耗的功和功率外，还存在着叶轮的轮盘、轮盖的外侧面及轮缘与周围气体的摩擦产生的轮阻损失，还存在着工作轮出口气体通过轮盖气封漏回到工作轮进口低压低压端的漏气损失。都要消耗功。这些损失在级内都是不可避免的，只有在设计中精心选择参数，再制造中按要求加工，在操作中精心操作使其尽量达到设计工况，来减少这些损失。

另外，还存在流动损失以及动能损失以及在级内在非工况时产生冲击损失。冲击损失增大将引起压缩机效率很快降低。还有高压轴端，如果密封不好，向外界漏气，引起压出的有用流量减少。

故此，我们有必要研究这些损失的原因，以便在设计、安装、操作中尽量减少损失，维持压缩机在高效率区域运行，节省能耗。

1、流动损失：

定义：就是气流在叶轮内和级的固定元件中流动时的能量损失。

产生的原因：主要由于气体有粘性，在流动中引起摩擦损失，这些损失又变成热量使气体温度升高，在流动中产生旋涡，加剧摩擦损耗和流动能量损失，因旋涡的产生就要消耗能量；在工作轮中还有轴向涡流等第二次流动产生，引起流量损失。在叶轮出口由于出口叶片厚度影响产生尾迹损失。弯道和回流器的摩擦阻力和局部阻力损失等。

2、冲击损失：

定义：是一种在非设计工况下产生的流动损失。

叶轮进口叶片安装角β1A（实际）一般是按照设计气流的进口角β1（设计）来决定的。一般是β1=β1A，此时进气为无冲击进气。但是当工况发生偏离设计工况时，气流进口角β1大于或小于β1A将发生气流冲击叶片的现象。

习惯把叶轮进口叶片安装角β1A（实际）与设计气流的进口角β1（设计）之差叫做冲击角，简称冲角。用i表示。

β1A<β1 ， i<0，叫负冲角。

β1A>β1 ， i>0，叫正冲角。

在正负冲角的情况下，都将出现气流与叶片表面的脱离，形成旋涡区，使能量损失。冲击损失的增加与流量偏离设计流量的绝对值的平方成正比。

3、轮阻损失

叶轮的不工作面与机壳之间的空间，是充满气体的，叶轮旋转时，由于气体有粘性，也会产生摩擦损失。又由于旋转的叶轮产生离心力，靠轮的一边气体向上流，靠壳的一边气体向下流，形成涡流，引起损失。轮阻损失的计算，有实验公式，有兴趣可查书籍。

4、漏气损失：

包括内漏和外漏。

内漏气是指泄露的气体又漏回到压缩气体中。包括两种情况：一种是从叶轮出口的气体从叶轮与机壳的空间漏回到进口。另一种是单轴的离心压缩机，由于轴与机壳之间也有间隙，气体从高压的一边经过间隙流入低压一边。

外漏是指压缩气体通过轴与机壳密封处间隙或机体的间隙直接漏到大气中。

漏气损失是一个不可忽视的问题，我们在维修、操作中应特别注意，有些空压机出现气量打不到设计值就是内漏和外漏引起的。