離心壓縮機變工況軸向力的研究

熊奧博

(中國石化工程建設有限公司，北京 100101)

離心壓縮機是石油化工裝置中常見的關鍵設備，其安全穩定運行對于裝置生產至關重要。在壓縮機聯鎖停機的事故案例中，軸位移過大是較為常見的一類原因，而軸向力大幅偏離正常值往往是導致軸位移過大的主要原因【1】。

通過研究軸向力的影響因素，分析變工況下軸向力的變化情況，可為離心壓縮機軸向力平衡措施的相關設計和實際生產運行提供借鑒。

1 葉輪軸向受力理論計算

典型的閉式葉輪軸向受力見圖1。

圖1 閉式葉輪軸向受力

常用的理論簡化公式為：

(1)

式中：Fax——整個葉輪的軸向推力，N；

Ds——輪蓋上密封平均直徑，m；

d——近似為輪轂直徑，m；取di=dm=d；

P2——葉輪出口氣體壓力，Pa；

P0——葉輪入口氣體壓力，Pa；

G——質量流量，kg/s;

C0——氣流軸向入口速度，m/s。

經驗表明：式(1)可在一定范圍內(低壓情況)估算軸向力大小，但由于忽略了輪盤、輪蓋與定子間隙內氣體泄漏量的影響，以及假定了輪盤側和輪蓋側的氣體壓力分布一致，使得利用該式分析高壓離心壓縮機時存在較大誤差【2】。

2 轉子模型及軸向力分析

借助NREC Compal軟件對轉子軸向力進行研究，該軟件的模擬計算結合了一般數值計算方法和CFX全流道模擬的優點，同時可對輪盤、輪蓋側的密封進行建模，并可模擬平衡盤的平衡效果。具體計算方法為：將壓力沿圍繞葉輪的控制體積進行積分，獲取葉輪周圍各區域的氣動推力，最終計算得出較為準確的壓縮機轉子軸向力。葉輪受力示意見圖2。

圖2 模擬計算葉輪各部位受力