[摘 要]随着能源日益紧缺，空分压缩机作为整个空分厂的核心耗能设备，用户对其性能指标要求越来越高，各个压缩机制造厂家转子模型级的气动性能无论是从效率方面、从工况范围方面、还是从能头方面都在不断提高，可以说已经到了一个瓶颈，想再提高的空间不大，因此本文主要从定子件角度-扩压器，研究提高机组效率，降低成本。
　　[关键词]空分装置 空压机 扩压器
　　中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0040-01
　　扩压器可以分为：无叶扩压器，半高扩压器，全高扩压器。三种扩压器各有其优缺点：无叶扩压器效率最低，但是工况范围最好；全高扩压器效率最高，但是工况范围相对狭窄，尤其是对高能头叶轮，范围更窄，并且随着机组的大型化，全高扩压器更容易引起管路振动；半高扩压器参数介于两者之间。
　　从结构上来说，传统的扩压器是顺着气流方向推进蜗壳，这种扩压器的外径-蜗壳内径至少要1.6倍叶轮直径，有的达到1.8倍。通过改进装配方式，从蜗壳背部进行装配，这样就可以将蜗壳内径降低到1.35倍叶轮直径，减小蜗壳重量12%左右，扩压器重量减少54%，通过结构优化设计，以四万空分为例，仅此一项，就可以降低材料成本6万余元，同时这种结构更利于系列化，只要蜗壳系列化完成，扩压器也随之完成了系列化，每次设计时，只需要对局部进行小范围改动即可。当扩压器在现场引起管路振动时，只需要对叶片进行切削即可，不用像传统结构那样，更换整个扩压器。
　　扩压器设计的核心是叶片的设计，从叶片的数量来说，首先要满足气动的要求，数量太少，导流不充分，起不到扩压的作用，数量太多又容易引起阻塞，降低机组效率。同时扩压器叶片数量要与叶轮的叶片数量，导叶的叶片数量互为质数，并且要进行固有频率的分析，确保不会发生频率共振，如果发生共振，运转一年左右变会造成叶轮疲劳断裂。其次就是叶片的进、出口角度和型线设计，这时就需要通过CFD分析，按照附图一方式进行建模，不同的角度和型线，对效率的影响最高可达3%，同时能扩大或者缩小流量范围10%左右，因此需要不断优化，得出最佳的效率，由于空分压缩机压力参数比较固定，因此常规情况下，不需要每台都进行优化设计，可以大大缩小工作量。
　　随着叶轮直径大于1000mm，由于半开式叶轮的能头比较高，叶轮周速一般可达380m/s，在这种情况下，机组的噪音比较大，而这种大的噪音，一方面影响周边环境，另一方面会容易引起管路的振动加大，可以加大10倍以上，甚至直径振裂管路，这种时候，就需要对扩压器采取一定的措施：1.在叶轮直径1000-1100mm时，可以对扩压器叶片采取切角的方式，即入口处压力面的0.4，吸力面的0.2，总宽度的0.3，三点成一个面，进行切削，这样可以减小管路的振动；2.在叶轮直径大于1100mm时，需要采用半高扩压器，半高扩压器一般来说会略降低机组的性能，比如说0.4倍的叶片宽度，会降低机组效率1.5%左右，但是通过优化设计，对叶片角度和型线进行更改，反复的对比分析计算，有时会起到非常好的效果，如附图二，不仅效率没有降低，还拓宽了机组的工况范围，尤其大流量是效率提高，采取这种形式的扩压器，优势非常明显，一方面可以避免管路振动，另一方面由于其大流量时效率好，因此在整个机组设计点选取时，可以选取更小的点作为设计点，按照国内的经验，一般各个环节都会留有余量，这样就导致最后的空压机往往不是在最佳效率点运行，虽然设计点是好的，但是实际运行点往往偏低，通过提高扩压器对大流量的影响，选取合理的设计点，可以提高现场实际运行效率1%左右，并且略微降低制造厂的成本，同时即使现场需要最大工况，压缩机也是可以满足的，对于四万空分来说，一个百分点，就是280KW/小时，按照工业用电计算，一年就是245万的电费。
　　空分压缩机，尤其是大型空分压缩机，竞争对手主要为跨国巨头，比如说曼透平，西门子，还有新兴的韩国三星公司等，竞争非常激烈，因此需要尽大限度的降低成本，提高效率。设计手段倾尽全力之后，只能從加工制造角度进一步提高效率：叶片是整体铣制的，精度6.3左右，通过磨料流方式，可以把表面精度提高到0.4，通过两种精度的扩压器对比性能试验，可以提高机组效率0.3%，可以说对机组成本几乎没有影响，但是效率却有了一个小幅度的提高。
　　整个扩压器设计的核心理念就是尽可能的降低成本，提高效率，效率的提高，会增加中标几率，成本的降低会提高企业的利润，市场逐步萎缩，在竞争日益激烈的压缩机市场上尽可能的提高市场占有率。
　　参考文献
　　[1] 黄钟岳，王晓放，透平式压缩机，化学工业出版社，2004
　　[2] 徐忠.离心式压缩机原理（修订本），第二版，北京： 机械工业出版社，1990