引言
離心
空氣壓縮機是工業化生產中一種常見的氣體壓縮設備。近年來，隨著科學技術的飛速發展，離心壓縮機因其可靠性高、體積小、質量輕等諸多優點而在航空航天、能源動力、石油化工及冶金等行業日益發揮著極其重要的作用。
目前市場上流通的產品按齒輪軸的個數分為單軸式和多軸式兩種。但隨著工業化生產對壓縮比的要求不斷提高，兩種離心式壓縮機各自的缺點也逐漸在生產實踐中暴露出來。于是一批先進的技術不斷應用在兩種壓縮機上，取得了一定的進步。另外，近期國內外出現了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式，能夠分別發揮各自的優勢，整機性能明顯提高，技術水平也達到了一個新的高度。
早期的離心壓縮機都是將驅動機布置在低壓缸的端部，這是因為當時的汽輪機和電動機只有單軸伸產品。如壓縮機由雙缸或三缸組時，低壓缸的軸就需傳遞壓縮機的全部軸功率，造成低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大。由于低壓缸的軸粗，又是徑向進氣，軸的干擾使首級葉輪進氣室內部流場不均勻度很大，使得級效率和單級壓比有所降低。
上世紀七十年代后期，雙軸伸的電動機和汽輪機己出現，但為了減少成本，國內上世紀70~80年代引進的化工、石化裝置離小壓縮機組，大部分驅動機仍布置在低壓缸的端部。后來，一些壓縮機制造廠對早期設計的某些單軸式壓縮機的先天缺陷己淡忘，仍沿用習慣模式。
圖1 MC0 1004型首級懸臂的單軸式壓縮機剖視圖
隨著時間的推移，單軸式離心壓縮機的缺點逐漸暴露出來，例如進氣不均勻，不易實現調速，轉子不易抽出，每一次速度提高都要通過齒輪箱來實現。這樣，對于多級壓縮機來說，實現起來相當繁瑣，結構龐大，成本較高。目前，市場上已有很多方法克服單軸式離心壓縮機的缺點。
沈鼓MCO型壓縮機就是對新比隆MCL型單軸式壓縮機的一次有效的改進。圖1是沈鼓MC0 1004型首級懸臂的單軸式壓縮機的剖視圖。沈鼓首先通過將首級由閉式葉輪改為懸臂半開式，葉輪外徑加大，后幾級閉式葉輪的外徑減小，出口加寬，提高了整機效率。其次，將止推/徑向軸承座露在外面，使得檢修軸承比曼透平公司的RIK型更加方便， 潤滑油是否漏進氣體中檢查也更容易。然后，采用四個葉輪為背對背排列，并采用兩端低壓，中間高壓的布置方式， 比曼透平公司的RIK型四個葉輪同向排列合理，最后采用外置式冷卻器，使抽芯清洗操作更簡單。
若施工要求為單級式或兩級式壓縮機，則傳統的單軸式壓縮機還勉強可以實現。若為多級壓縮，考慮到級間的進出口風筒布置和各級的軸向布置，以及由此帶來的轉子臨界轉速和振動等問題，則傳統的單軸式壓縮機是難以實現或不合理的[3]。沈鼓MCO型壓縮機打破了國外公司對大型空分裝置壓縮機的壟斷局面，己取得顯著的經濟效益和社會效益，也為改進MCL/BCL系列單軸式壓縮機提供了經驗。
多軸式離心壓縮機的技術進展
從1947年德國Dream
空氣壓縮機公司研制成功世界第一臺多軸式四級離心壓縮機以來， 多軸式壓縮機己經歷了長達65年的工業運行考驗，積累了豐富的設計、制造和使用經驗，早己成為國外空分行業壓縮機的主力機型，并有了針對空氣介質的多軸式壓縮機API 672標準。但直到2002年，才專門針對化工、石化的介質，在API 617-2002標準中新增了第3篇Integrally Geared Compressors組裝齒式壓縮機）。為了與單軸式壓縮機對應，國外有些論文中稱Multi-Shaft Centrifugal Compressor，因此用多軸式離心壓縮機這一名稱比較合適。
多軸式離心壓縮機的結構如圖2所示，驅動機與齒輪箱中部的大齒輪軸相聯，大齒輪驅動三個小齒輪，小齒輪軸的兩端懸臂安裝離心式葉輪，六個蝸殼形機殼用螺栓固定在齒輪箱的兩側。小齒輪軸穿過蝸形殼體處裝有軸封，小齒輪軸穿過齒輪箱處裝有油封。由以上結構可以看出，多軸式離心壓縮機的葉輪直徑和轉速都能最佳匹配，因此各級葉輪的工作效率較高。并且每級葉輪為軸向進氣，流動狀態更為均勻，故而提高了級效率。另外由于高速化，每級葉輪壓比高，獲得同樣的壓縮比，需要的葉輪數遠遠少于單軸式壓縮機，因此，造價低、體積小。
多軸式壓縮機早期主要用于空分裝置，用轉速為1500r/min的電動機通過聯軸器與大齒輪軸直聯。之后它推廣到化工行業，驅動機用高速的蒸汽透平或燃氣透平，需增設齒輪箱減速后再驅動大齒輪。這種傳動方式雖然損失約2%的功率，增加減速箱的投資與占地面積，但用汽輪機對化工裝置熱能的綜合利用很有利。
但同樣，多軸式壓縮機在結構上也存在一些缺點。例如，由于多軸式壓縮機的軸系復雜，各根小齒輪轉子的轉速大多數都在二階臨界轉速和三階臨界轉速之間，且互不相同，若要實現變轉速功能，需要避開每根小齒輪轉子的臨界轉速，并要有一定的隔離度。因此它不適合變轉速調節性能。另外，多軸式壓縮機首次投運前需要對外部管道設備進行徹底的清洗。由于多軸式壓縮機的葉輪轉速在2～5萬r/min之間，齒輪的節圓速度在130~ 200m/s之間，因此外部管道（氣路、油路）及設備的吹掃和清洗是否徹底，對高速運轉的葉輪和齒輪的安全極其重要。
“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式
任何高壓比多級離心
空氣壓縮機都有高壓段，高壓段性能的優劣對整機性能的影響極大。相比單軸式壓縮機，多軸式壓縮機的高壓段性能更為良好。因此，如果將單軸式壓縮機的高壓段改用多軸式，整臺壓縮機的性能就可大幅度提高。另一方面，如前所述，大流量、高壓比離心壓縮機如采用純多軸式機型，級數過多會降低運行的可靠性。基于以上兩種原因，近期國內外出現了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式，分別發揮各自的優勢，整機性能明顯提高。
近期國內大型空分裝置中有三種型式的離心式空壓機組，其中曼透平公司生產的RIK140-4型壓縮機就是采用了“單軸式低壓缸+多軸式高壓缸”的新模式，技術性能最好。壓縮機的第一級為懸臂安裝的半開式三元葉輪，后三級為閉式三元葉輪；止推及徑向組合軸承位于一、二級葉輪之間，設有轉子頂升裝置。高壓增壓機則采用多軸式此輪增速型壓縮機，型號RG 56／5，驅動軸通過中間大齒輪軸（傳動軸）和三根小齒輪軸聯動傳遞動力，各級葉輪分配轉速輸出不同壓力，共五級壓縮。第一級為半開式三元葉輪，后四級為閉式三元葉輪，第一級和第三級葉輪前設置入口導葉調節氣量，機組共9個葉輪。各軸端密封均為碳環密封，汽輪機與增壓機之間通過齒式聯軸器連接。增壓機的機殼部分設置有加速度傳感器用以監控殼體的振動。
由于采用高效三元流閉式或半開式葉輪，此種結構中各級葉輪的直徑和轉速都可以獲得最佳分配，并可分別設計在最佳轉速下運轉，從而保證了各級葉輪的高效率。其次，懸臂式半開式的葉輪結構經四級葉輪有效做功，能夠滿足背壓的要求，單機葉輪壓比約為1.6。但是需要注意的是，此配置與傳統多軸式相比減少了壓縮機的級數，這就造成了最大葉尖速度升高，應力增大，這對設備設計和制造提出了更高的要求。另外采用了碳環密封的密封方式，通過使用隔離氮氣，能夠最大程度的降低泄漏量，穩定軸向載荷，提高效率。
總結
(1)早期的某些單軸式
空氣壓縮機驅動機布置在雙缸機組的端部，造成了低壓缸的軸、軸承、軸封的直徑都要加大，目前國內外很多壓縮機制造廠己對此進行了改進。通過壓縮機葉輪材料和汽輪機末級葉片材料的升級，提速、減級數、降成本是當前單軸式離心壓縮機技術的發展趨勢。
(2)多軸式壓縮機具有效率高、價格低、占地小的優勢，在非危險性氣體壓縮中的應用己非常廣泛、成熟，己成為國內外空分行業壓縮機的主力機型；對壓比不太高的化工氣體的壓縮，應用范圍正逐步擴大。
(3)對高壓比離心
空氣壓縮機，國內外出現了單軸式與多軸式聯合的創新模式，分別發揮各自的優勢，與常規的單軸式相比，整機性能明顯提高；聯合模式的可靠性高于多軸式壓縮機，這是當前離心壓縮機技術發展的新動向。
