离心压缩机设计中提高转子稳定性的方法

2016-11-30兰洋

中国设备工程 2016年6期

关键词：轴系对数叶轮

兰洋

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

离心压缩机设计中提高转子稳定性的方法

兰洋

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁沈阳 110869）

对比常规的叶轮设计结构及优化后的叶轮设计结构，分析了两种叶轮设计结构下的稳定性，优化后的叶轮结构因为盖盘高度降低，叶轮口圈密封的直径变小，使整个转子的稳定性提高。

离心式压缩机；转子稳定性；叶轮结构设计

随着工业的不断发展，对压缩机的要求也愈来愈苛刻，要求压缩机要满足大流量、高压缩比等工艺参数的要求，导致压缩机的轴系过长，稳定性分析不容易合格，并且会造成现场振动等一系列问题。

对离心压缩机的转子进行转子动力学分析，有利于确保转子及整个压缩机系统可靠稳定的运转，李明等首先提出的耦合运动微分方程对压缩机组的动力学特性进行了分析。李啸天等使用有限元软件对转子进行建模和分析。

通常提高转子稳定性的方法是通过缩短轴的跨距，但这种方法有其实现的弊端，在保证蜗室的强度及级的性能基础之上，这种方法并不能全部达到预想的效果；还有办法是通过改变轴承的参数，改变阻尼等运行条件，来让轴系更趋于稳定，提高转子的稳定性，这是一种常见的方法；在长期的工作实践中，又发现了一种新的提高转子稳定性的方法：通过降低转子上叶轮的重量来提高转子的稳定性，这种方法是从轴系的特性上来提高转子的稳定性，是一种优化设计，更体现设计的理念：从根本上保证轴系的安全性。

以一台合成气压缩机3BCL457为例来说明此种方法。图1为转子的剖面图。

图1 压缩机转子剖面图

分别对两种情况下的转子进行稳定性分析，第一种情况是正常设计的叶轮，第二种情况是叶轮减轻重量后的，采用软件R BSP2010进行分析，轴承及各个叶轮的压力分配等条件均相同，转速相同。

一、转子的计算模型简图

第一种情况下，转子总长为1965，转子跨距为1502.5mm,转子的长径比为11.38（图2）。

图2 第一种情况

第二种情况下，转子总长为1965，转子跨距为1502.5mm,转子的长径比为11.38（图3）。

图3 第二种情况

二、两种情况下的叶轮设计对比

对叶轮结构进行优化设计，在保证流道参数及叶轮强度的前提下，减轻叶轮重量。表1列举了第一种情况和第二种情况下，叶轮变更的相关参数（表1）。

1.两种情况下的分析结果

图4为第一种情况下的对数衰减率—交叉耦合刚度曲线图，图中显示了转子一阶正进动对数衰减率与交叉耦合刚度的关系，QA为预期的交叉耦合刚度，Qo为产生零对数衰减率所要求的交叉耦合刚度。当轴承间隙取最小值时，Qo/QA=1.07，对数衰减率δA=0.028，需要二级稳定性分析；当轴承间隙取最大值时，Qo/QA=1.71，对数衰减率δA=0.303，需要二级稳定性分析。

表1 第一种情况与第二种情况下叶轮参数对比

图4 第一种情况下的对数衰减率—交叉耦合刚度曲线图

图5为第二种情况下的对数衰减率—交叉耦合刚度曲线图，图中显示了转子一阶正进动对数衰减率与交叉耦合刚度的关系，QA为预期的交叉耦合刚度，Qo为产生零对数衰减率所要求的交叉耦合刚度。当轴承间隙取最小值时，Qo/QA=1.07，对数衰减率δA=0.029，需要二级稳定性分析；当轴承间隙取最大值时，Qo/QA=1.75，对数衰减率δA=0.319，需要二级稳定性分析。