大型离心式压缩机组的对中曲线探讨
2010-09-07张军陕西化建工程有限责任公司陕西西安712100
■张军 陕西化建工程有限责任公司陕西西安712100
大型离心式压缩机组的对中曲线探讨
■张军 陕西化建工程有限责任公司陕西西安712100
针对石油化工设备中离心式压缩机机组对中问题，提出对中曲线概念，并且对产生的原因静挠度、动挠度、热膨胀分别进行阐述和分析。同时结合延安石化厂离心机组施工实例，进行对中曲线的分析、计算。
石油化工离心式压缩机对中曲线
随着石油工业的大发展，相应地离心式压缩机的理论研究和制造技术也获得迅速的发展。其应用越来越广泛，如30万t/a合成氨、60万t/a纯碱、30万t/a乙烯、大型炼油厂等均采用了汽轮机驱动的离心式压缩机组。连云港碱厂就采用八台离心式机组，成为全厂最复杂、最关键的设备。离心式机组以其生产能力大，运行可靠的优点实现了单机配套，无备机运行。因此机组安装质量直接影响整个大型装置运行的可靠性、安全性，其重要性显而易见。在离心式机组安装中，两轴对中最为关键，安装不好运行过程中会造成机组振动加剧，轴瓦烧毁，甚至机组损毁的重大事故。就离心机、汽轮机对中曲线问题进行论述。
1 对中曲线的概念
离心机组冷态和正常工况运行时，其两轴线完全不同。高速旋转的机组，由于受静、动挠度及操作温度的影响，两转子中心线呈现曲线，且受热膨胀的影响，前后支撑点有可能升高。在冷态情况下，假定主、从动两转子轴线经过精确调整找正，达到完全同心的程度，那么机组进入正常工况后，由于上述原因就会产生相对位移。这就要求在冷态情况下安装，要按运行工况下两转子曲线调整找正，且要预留热膨胀量，这条曲线就叫对中曲线。
2 产生对中曲线的原因
经分析产生对中曲线原因有三个：静挠度、动挠度、热膨胀。
2.1 静挠度
转子上装满叶轮，其重量很大，在重力的作用下呈自然弯曲，即轴的中心线不是一条直线而是一条平滑曲线见图1。此时转子本身虽然在严格的水平状态下，但放入轴承后，由于转子静弯曲颈上的水平仪指示就不会是零，而是指示一定的数值。转子重心挠度计算方法：
f=α·L/8000（mm）式中，α—为水平仪读数；
L—为转子跨距（mm）。
由于机组转子在水平状态时呈现静弯曲，因而转子靠背轮的端面就不会相互平行，即出现上部张口，通过靠背轮找中心，使各转子的中心线能通过靠背轮连接为一根连续的曲线见图2。
2.2 动挠度
离心机和汽轮机轴承上，装满了许多叶轮，高压区和低压区，叶轮直径大小、质量各不相同。也就是说，在同一转子上质量分布并不均匀，总是有一定的重心距。因此，如果转子静止不转，则转子的轴线呈直线。当转子高速运转时，那就会产生很大的离心力，离心力使转子产生一定的挠度。这个挠度叫动挠度。其计算如下：
Y=e/1-(w0-w)z
式中，Y—挠度；
e—转子重心和主轴中心线间的偏心距（mm）；
w0—转子的自身振动频率；
w—转子的实际转速。
2.3 热膨胀位移
机组进入运行工况后，尤其是汽轮机，温升很高。由于热膨胀原因，前后两轴承支撑点，会产生不同程度的升高，把原来在冷态情况下，对中找正的轴线又破坏了，当位移量超过联轴节允许的范围时，就会加快轴承、联轴节的磨损，甚至会加剧机组的振动，以致影响机组的正常、平稳运行。其数值大小一般是制造商测好的。综上所述分析，对中曲线应是一条动、静挠度考虑在内且留有膨胀的平滑曲线。只有这样，机组运行才能平稳可靠，振动符合要求。
3 施工操作方法及实例
对中曲线及其重要性搞清楚了，那么在实际施工中，如何使两转子轴线按照预想的平滑曲线连接对中线找正，显得尤其重要。下面结合连云港碱厂离心机组施工实例，从两方面进行阐述。
3.1 确保动、静挠度值，使两转子呈平滑曲线对中。
先通过计算或随机资料，确定其动、静挠度大小，推算出离心机尾部的抬高值为0.05mm。用框式水平仪，在中间结合面上，找平、找正离心机，具体找正数据如下：
（1）纵、横向水平度0.00mm（2）主轴水平度达到0.00mm
离心机找正后，在原来水平状态情况下，有意识地将尾部抬高0.05mm，用以补偿由于挠度使靠背轮端面的偏移量。离心机找正后，以其为基准找正汽轮机。汽轮机尾部抬高0.06mm，用以补偿由于挠度使靠背轮端的偏移量，使轴端面的扬度为0，再用双百分表找正法，使两靠背轮对中，具体方法如下：
把两表用表架固定在离心机端面见图3
转动汽轮机联轴节，分别测出联轴节上某一点在0°、90°、180°和270°时轴向间隙与径向间隙，画出记录图，并将测得的联轴节圆周方向的轴向间隙S1、S2、S3、S4和径向间隙a1、a2、a3和a4分别记录在记录图圆内和圆外的对应点处见图4
重复转动联轴节，再次做记录，两次记录若不相等，则说明联轴节有轴向位移，应予以消除确保下式成立：
最后，计算联轴节上二个点对称点上所对应的数值差值即a1与a3，a2与a4，s1与s3，s2与s4之间的读数差即可判断联轴节在水平方向上和垂直方向上的偏差。如果有安装偏差，就应该进行调整，先调整轴向间隙，使两半联轴节的轴心线平行，然后再调整径向间隙。
3.2 调整热膨胀的轴升
通过前工序的调整，两转子轴线已成为一条平滑连续的曲线，但机组运行后，两轴四个支承点的温升不同，轴热膨胀升高量也不同，一般情况，离心机温升较高，产生的轴升高量较小，且前后支承点相同。汽轮机的温升较高，产生的轴升高量较大，且前后支承点不同。为此，在冷态情况下，应根据机组进入正常工况后，各支承点在水平及高低方向上产生的热膨胀量，对转子中心位置产生的影响进行计算，根据计算结果对机组进行相应调整，使两轴在冷态下产生相应的位移量，以达到在正常工况下使两转子中心线趋向对中目的。举例说明如下：
如图5所示，是由汽轮机M驱动的离心式压缩机G，进行这道工序调整，把两转子中心线近似认为是直线假设机组进入正常运行工况后，由于温升使前后四个支承点A、B、C分别升高：
为了对冷态调整工作提供数据，根据各个支承点处的热膨胀量，推导出机组在冷态下的对中曲线，其推导过程见图6。
图中的冷态对中曲线，不能直接用来指导工人对机组的调整工作。在实践中，两转子中心位置是通过装在联轴节上的百分表测量推出来，所以必须把对中曲线数据换算成百分表读数，用双表法测量，把百分表架装在汽轮机上见图7具体做法如下：
(1)在冷态调整时，径向百分表读数计算过程如下：
将图7中汽轮机转子位置曲线由D点处延长到C点处，在C点处与正常工况曲线距离△hcc为：
图中a1位置并将读数调整到零位时，则在a3位置径向百分表读数应为-0.15（即等于-0.075×2）由于机组进入正常工况后，在横向不发生位置变化，所以a2始终等于a4即a2=a4=（a1+a3）/2=－0.075mm
(2)轴向间隙推导过程如下见图6、8-（S1-S3）=d·D
式中，-(S1-S3)—两半联轴节端面之间上、下两位置间隙与轴向百分表读数大小相反，故取“—”号；
d—轴向百分表触头的回转半径，取决于百分表架尺寸；
Q—两转子中心线在通过基准轴中心线在竖直面内的相对值。
联轴节在C点处冷态与正常工况曲线之间距离为：
△hc=0.4mm
则冷态条件下汽轮机转子重心延长线在C点处与离心机转子中心线之间的局建立应为
△hcc-△hc=0.475-0.4=0.075(mm)
由于△hcc＞△hc，即汽轮机延长线偏低，所以径向百分表位见图（8）。
式中，Q1、Q2分别为汽轮机、离心机冷态对中曲线与正常工况下转子曲线之间的相对倾斜值。
设定d=300将d、Q值代原式
-(S1-S3)=d·Q=300×0.05/1000=0.015mm
计算结果说明，两半联轴节之间上部间隙大，当百分表在S1位置时读数应为0，在S3时读数应为0.015mm。综上推算结果，则该机组在冷态对中调整时，百分表读数表示见图9。
4 结论
经过分析，论述及实例，初步搞清了对中曲线的概念，产生原因，重要性及操作步骤方法。基本归纳如下：
(1)找平、找正，抬高机组两端，使联轴节处扬度为0。两轴找对中，保证轴线呈平滑连续曲线。
(2)得出机组运行工况下，两轴的膨胀数据，画出冷态下轴应呈现的状态图。
(3)推导计算出百分表反应的数据。
(4)调整机组，确保百分表读数和推导计算出的数据相同。
至此，机组找中完毕。这样才能保证机组在运行工况下，安全、可靠、平稳。以上这些，是根据理论及实际操作，得出的一些结论，至于还是否有其他更好的方法，需进一步研究、探讨。
1张涵主编.化工机器[M].北京.化学工业出版社，2009.
2论述大型离心式压缩机组的对中曲线[J].设备.1999.7.
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1672-9323（2010）05-0072-03
2010-07-20）
