空壓機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

（沈陽鼓風(fēng)集團(tuán)，遼寧 沈陽 110869）

空壓機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

李 鵬 王永杰 王興偉 郭 歡

（沈陽鼓風(fēng)集團(tuán)，遼寧沈陽110869）

通過對壓縮機(jī)性能的升級改造，使其各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，滿足了用戶需求。

離心式結(jié)構(gòu)；MCL455型壓縮機(jī)；振動；溫度；喘振；頻譜

該壓縮機(jī)組是某集團(tuán)某發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)研究所設(shè)計(jì)制造的空氣離心壓縮機(jī)組。型號為MCL455,輸送介質(zhì)為濕空氣，本壓縮機(jī)組是單缸、五級。原動機(jī)采用四級同步電機(jī)，其型號為T15000-4/1800,產(chǎn)品變速機(jī)采用德國進(jìn)口的FLDNOER的設(shè)備，電機(jī)通過變速機(jī)與主機(jī)由國產(chǎn)膜片聯(lián)軸器相連。主機(jī)和變速機(jī)共用底座，其主要參數(shù)如表1所示。

表1

因該單位氣動試驗(yàn)功能的提升，原機(jī)組已不能滿足未來試驗(yàn)的需求，現(xiàn)需對原機(jī)組進(jìn)行技術(shù)改造升級。基于此雙方擬定了技術(shù)改造協(xié)議，改造后的機(jī)組要求出廠前需在廠內(nèi)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)和性能試驗(yàn)。為滿足該機(jī)組改造后的性能參數(shù)要求，在原機(jī)組結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行部分結(jié)構(gòu)改進(jìn)。

一、壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)分析

該機(jī)組原為1進(jìn)1出，葉輪直徑Ф450mm，由5葉輪組成。氣體由進(jìn)氣管道經(jīng)第一級葉輪進(jìn)氣腔經(jīng)過后四級葉輪的壓縮將氣體從出氣管道進(jìn)入工程管道。在這臺機(jī)組的氣體不斷壓縮過程工作中，分別不斷調(diào)整出氣管和進(jìn)氣管道上的調(diào)節(jié)閥，控制調(diào)節(jié)進(jìn)入管道中的氣體溫度、流量和壓力。

由于該機(jī)組屬于濕空氣離心壓縮機(jī)，壓力屬于高壓機(jī)組范疇，對整個機(jī)組壓力及流量從開始時由低壓運(yùn)行到機(jī)組達(dá)到設(shè)計(jì)壓力。即進(jìn)口壓力0.95MPa到出口壓力5.0MPa（壓比5.263）的過程中要求操作要穩(wěn)，進(jìn)口壓力和出口壓力在調(diào)整時一定要相對協(xié)調(diào)，避免因壓力和流量不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生機(jī)組轉(zhuǎn)子振動，所以機(jī)組在用戶現(xiàn)場運(yùn)行時一定要按照操作規(guī)程，防止意外發(fā)生。

二、結(jié)構(gòu)改進(jìn)

該產(chǎn)品原是2004年10月生產(chǎn)的，經(jīng)過用戶現(xiàn)場幾年的使用，已滿足不了其試驗(yàn)發(fā)展的需要，需對現(xiàn)場這臺機(jī)組進(jìn)行升級改造。經(jīng)用戶與制造廠調(diào)研、計(jì)算和測繪決定于2012年對該產(chǎn)品的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造。主要對壓力、流量進(jìn)行調(diào)整，以提高氣動效率。至此在提高機(jī)組效率的同時，因轉(zhuǎn)數(shù)、壓力、流量的增高，原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)滿足不了現(xiàn)需改造后的氣動要求，極易產(chǎn)生對轉(zhuǎn)子激振的影響。同時還有對軸端密封結(jié)構(gòu)的改造，以減少氣體的泄漏，提高機(jī)組殼內(nèi)的壓力。針對此機(jī)組改造后所要求的參數(shù)制造廠對機(jī)組作了如下調(diào)整。

1.平衡盤、隔板、密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為使改變后的機(jī)組內(nèi)在增加氣體壓力的情況下，減小轉(zhuǎn)子受氣體壓力的增加而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子激振，特對原設(shè)計(jì)相對應(yīng)的平衡盤隔板、平衡盤密封、轉(zhuǎn)子及口圈密封結(jié)構(gòu)等進(jìn)行改進(jìn)。

（1）平衡盤、隔板、密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)。平衡盤元件是轉(zhuǎn)子上的一個重要零件，為防止轉(zhuǎn)子激振，除對機(jī)組的平衡盤尺寸進(jìn)行了調(diào)整外，還對平衡盤密封進(jìn)行了改造。由原來的鋁質(zhì)梳齒密封改為蜂窩密封（圖1）。

其與轉(zhuǎn)子平衡盤配合密封間隙為0.45～0.65mm，轉(zhuǎn)子平衡盤配合密封直徑為Ф300.5mm。為使改造效果更加穩(wěn)定特在平衡盤隔板密封配合處增加16個Ф10mm反沖氣孔，在平衡盤蜂窩密封結(jié)構(gòu)上也同時增加8個Ф10mm反沖氣孔，在安裝時也要注意反沖氣孔安裝方向，如圖2所示。

圖1 改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)形式

圖2 氣動孔的充氣方向性

（2）口圈密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)。為防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生激振及氣流進(jìn)入到葉輪進(jìn)口處的周圍氣流穩(wěn)定，特對機(jī)組各口圈密封進(jìn)行改造，即；將原普通的拉別令密封在其進(jìn)口端面處增加氣體導(dǎo)流齒，避免了在葉輪進(jìn)口處產(chǎn)生渦流，提高了氣體的流動穩(wěn)定性，防止氣流對轉(zhuǎn)子的激振（圖3）。

2.軸端密封的結(jié)構(gòu)改進(jìn)

原機(jī)組軸端密封形式為鋁質(zhì)梳齒密封，現(xiàn)改為碳環(huán)密封，其與轉(zhuǎn)子軸端配合密封間隙為0.10～0.12mm，轉(zhuǎn)子軸端密封直徑為Ф134mm。

圖3 改進(jìn)前后結(jié)構(gòu)形式

經(jīng)過對密封結(jié)構(gòu)形式的選型調(diào)整，致使該軸端密封的碳環(huán)密封間隙小于原梳齒密封的2.5倍，提高了密封效果好。由于該碳環(huán)密封具有使用壽命長、泄漏量不超過50m3/h的特點(diǎn)，為保證減少泄漏量在整個碳環(huán)密封結(jié)構(gòu)中選擇4組碳環(huán)組成。

原軸端梳齒密封結(jié)構(gòu)適用于壓力1MPa以下，氣體溫度達(dá)到120℃左右的氣體范圍；而現(xiàn)在要將機(jī)組內(nèi)氣體壓力增加到2.5MPa以上，甚至氣體要達(dá)到5MPa，氣體溫度達(dá)到260℃左右的氣體范圍。同時對機(jī)組軸端原各加氣孔的功能進(jìn)行了改造。

3.葉輪（蓋盤、軸盤）出口流道的改造（梅花槽）

在對主軸上的5個葉輪進(jìn)行著色檢查中，發(fā)現(xiàn)末級出口葉輪出口處有4～6處葉片根部局部有裂紋，還有一處出口處掉肉現(xiàn)象。為使該葉輪得到利用，采取手工清理裂紋處并用焊料填充補(bǔ)焊修復(fù)。

補(bǔ)焊前局部預(yù)熱100～150℃，焊絲牌號ER630，直徑Ф2.0mm，焊后緩冷。對焊縫進(jìn)行著色探傷檢驗(yàn)，按照焊接驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)0213-037進(jìn)行檢驗(yàn)。

為使葉輪上的裂紋不再發(fā)生，特對舊葉輪通過去重的方法改變?nèi)~輪質(zhì)量，改變該葉輪的固有頻率。將該問題處理后裝配于轉(zhuǎn)子上的其它零部件進(jìn)行動平衡。

4.轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)改造

根據(jù)用戶要求，經(jīng)過分析決定對機(jī)組性能參數(shù)進(jìn)行升級改造，對轉(zhuǎn)子原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。

（1）推力盤、平衡盤結(jié)構(gòu)裝配方式更改。推力盤原設(shè)計(jì)是內(nèi)孔帶鍵及孔過渡配合方式并采用軸向鎖螺母鎖緊裝配結(jié)構(gòu)連接，這種裝配結(jié)構(gòu)推力盤同軸度差、易松動、易產(chǎn)生不平衡、伴有低頻雜波、次諧波，穩(wěn)定性較差。為此進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將推力盤內(nèi)孔改為1：20錐孔，軸向推進(jìn)量2.5mm，帶液壓過盈值結(jié)構(gòu)形式。

因機(jī)組壓力參數(shù)的增大，致使原機(jī)組轉(zhuǎn)子上的平衡盤結(jié)構(gòu)尺寸不能滿足氣動要求（軸向力增大），所以經(jīng)計(jì)算將平衡盤結(jié)構(gòu)尺寸增大（考慮質(zhì)量和強(qiáng)度的前提下），來達(dá)到抵消轉(zhuǎn)子的軸向力，這樣保證了機(jī)組及轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

（2）轉(zhuǎn)子軸及其軸承支點(diǎn)的更改。為增強(qiáng)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，將原設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子兩軸承支點(diǎn)的距離1715.5mm，總長2294mm改為兩軸承支點(diǎn)距離1605.5mm，總長2094mm，轉(zhuǎn)子軸最粗直徑為Ф168.5mm，軸長與軸頸比縮減到9.5。

（3）葉輪、隔套裝配改進(jìn)。為適應(yīng)新工況，將隔套與主軸配合的過盈值按配合處直徑的0.1%計(jì)算，葉輪與主軸配合的過盈值按配合處直徑的0.24%計(jì)算。

三、結(jié)語

該機(jī)組升級改造后，在制造廠和用戶現(xiàn)場進(jìn)行的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)及性能試驗(yàn)中，振動和溫度及所測的各項(xiàng)性能參數(shù)均達(dá)到改造設(shè)計(jì)要求。改造后的機(jī)組經(jīng)過近1年來的運(yùn)轉(zhuǎn)，各項(xiàng)指標(biāo)均正常。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

[2]肖祥正，劉玉魁等.真空泵設(shè)計(jì)手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社.

[3]景思睿,張明遠(yuǎn).流體力學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社.

TH452

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1671-0711（2014）12-0056-02

2014-05-06）