空气压缩机组轴向推力增大原因分析及对策

刘溪

摘要：空气压缩机组具有体积小、耗能低、结构简单、维护方便的优点并且可以有效降低机组运行成本，因此在工程领域中被广泛使用着，近年来我国对空气压缩机组加大了研究投入，其中重要组成部分的压缩机组轴向力推力研究工作也越来越得到重视，本文首先对轴向推力偏大原因入手，同时研究了轴向力偏大的二次试车情况，给出解决轴向力偏大的对策，希望为我国空气压缩机组事业发展做出一点贡献。

关键词：压缩机概况;轴偏向力偏大;解决对策

一、引言

空气压缩机组的主要机械参数有轴向推力、热负荷和振动，而在大型高压空气压缩机组中，轴向推力是一个重要的参数，它决定了设备能否安全、稳定地工作，对于小型机组来说更需要有足够大的轴向力来支撑起整个系统以确保其正常运行时能够保证在最大工况下将能量回收并减少不必要发生损失。

二、空气压缩机组相关概况

空气压缩机组的主要部件有转子，推力轴承，主轴三部分。转子是将气体和液体中产生的能量进行转换并传递给旋转机械功源，推力轴承在整个轴向力作用下克服气流阻力而转动以驱动运转工作流体为动力来源，由于它具有重量轻体积小、结构简单、维护方便等优点并且可以有效降低机组运行成本，在工程上广泛使用着各种类型的转子式压缩机床。空气压缩机组的主要功能是将压力流体（高压气体）吸入，然后通过管道输送到需要被控制对象，从而实现对风机叶片和转子系统之间，风机叶片与旋转叶轮连接处进行冷却作用。

三、轴向力偏大及试车情况

（一）轴向力偏大的原因判断

在机组的运行过程中，空气压缩机轴向推力偏大是一个重要的问题，它直接影响到压气机和其他设备正常工作时产生振动。而当这些部件发生故障后又不能继续运转时就会导致压力中心出现异常现象，例如：因为没有严格按照试车要求来进行试车检查所以只能对主轴系统、液压缸等部分再一次进行试验检测，由于机组是大型机械，轴向力的大小与压气机和其他设备在工作过程中产生振动有直接关系，在分析空气压缩机组的推力大小和方向时，由于没有准确地计算出轴向力，从而导致了试车过程中出现过偏航现象，另外还有一些原因是没有正确判断到压力缸内气体流量的变化：当空气经过叶轮之后进入叶片室以后会产生旋转运动而使轴向推力发生偏转，从进、回油口排出后因为流速增大使得速度降低造成气流发生变化，进而引起轴向加速度增加导致推力变小从而出现偏航现象。

（二）轴向力偏大的二次试车情况

二次试车后，再把空气压缩机和其他辅助设备进行组合。首先，要先对被测试机组的压力情况、轴向力等参数做出初步判断，然后根据这些参数来确定是否需要改变静压分布。在正式运行之前必须进行预判，要检查被测机组的工作状态（如轴径大小）以及所产生振动时各个部件之间是否发生相互干扰现象以及其变化趋势和程度。其次是看有无引起振动，比如轴承座与滚筒、主轴的螺母等处出现了干涉情况，对于被试房的压力比较大，有两个轴向力，所以在进行预判时先把一个调压阀和一个调节器分别设置起来，调压阀，用于调整管道内的油温，调节器，对轴承施加一定量正负电压（或减小压力）来保证机组安全运行，同时让管道能正常工作，使被试车房处于稳定状态中，并保持平衡关系。

四、空气压缩机组轴向力偏大的解决对策

1、提高轴向推力时的预载荷，使机组在空载运行情况下，可以通过增加轴管来减小径向力。

2、调整结构参数，由于空气压缩机工作过程中存在着负荷变化大、功率波动频繁等特点导致了平衡点偏转和轴向力加速度偏大，为了解决这一问题我们应该对主轴箱进行合理设计以降低轴承支座间的间隙从而减少预加载次数以及提高转子空载运行时的刚度。

3、提高机组的热效率，降低能源损耗，减少设备重量，空气压缩机产生轴向推力时主要是靠压缩机中的高压气体来驱动，如果在运行过程中出现了故障或者意外问题而导致压力突然下降或低频载荷下发生泄漏、冲击和振动时造成能量损失会影响机组正常工作，同时也可能会引起空气动力性减小从而使轴承温度升高甚至损坏机组等情况，进而对设备的使用寿命带来很大程度上损伤。

4、提高轴向推力轴承的刚度，使其具有足够大的疲劳强度，采用耐磨性好，热处理和加工工艺等措施来减小主轴与径管之间产生相对滑动摩擦力矩从而降低振动发生时对零件造成损害，在设计、制造及使用过程中应尽量减少噪音污染以及材料选用时尽可能选择低碳环保无毒或能耗小的材料，如钢材、铸铁和各种合金。

5、通过减小转子空转引起的振动、提高风机運转工况下产生过大变形等方面进行处理：采用合理有效地方法对转子负荷变化幅度加以控制，同时在轴向力时可以适当增加空气弹簧刚度以减轻压力波动带来不利影响，从而减少机组运行中振动和噪音。

6、建立四轴联动的工作模式。在机组运行过程中，当主轴系统和空气压缩机产生一定的推力时，应使其平衡，提高各轴系轴承刚度以减小振动现象发生器对轴承系统冲击力矩作用线法向载荷分析方法进行研究。通过改变各个部件之间的相对位置来改善和降低转子旋转时所受负荷变化所引起变形量过大而造成不均匀性影响，在四轴机组上安装空气压缩机，使之形成一个完整的工作循环，保证制冷剂、节流阀等装置正常运行，同时增加主轴箱和轴承箱中的润滑油压力。

7、增加冷却水泵及其他设备在汽轮机运转过程中会产生大量气体以及径向流动对转子造成伤害作用;提高冷却效果也可以增大轴套与汽缸壁之间缝隙深度来减小泄漏量从而减轻机组振动情况下密封部件工作阻力，使制冷剂、节流阀等装置正常运行。

五、总结：

本文介绍了空气压缩机组的工作原理，分析了影响轴向力推力因素，主要是因为没有严格按照试车要求来进行试车检查所以只能对主轴系统、液压缸等部分进行试验检测，没有准确地计算出轴向力，从而导致了试车过程中出现过偏航现象，没有正确判断到压力缸内气体流量的变化。同时也研究了轴向力偏大的二次试车情况，重点对空气压缩机组轴向力偏大提供了一些解决对策，包括调整结构参数、提高机组的热效率等方法。

参考文献：

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