壓縮機轉子主軸彈性彎曲校直方法

張 帝，王福新，于 洋，喬 侽，王 俊

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧沈陽 110869）

1 引言

壓縮機轉子熱裝葉輪過程中造成主軸彈性彎曲后進行熱應力釋放的校直方法。不適用于轉子在裝配過程中受到非正常外力所造成的主軸塑性變形引起的彎曲。

2 葉輪熱裝原理

葉輪與主軸為過盈配合，利用熱脹冷縮的原理，采用加熱葉輪的方法對葉輪與主軸裝配。葉輪加熱后其內孔尺寸大于主軸軸頸尺寸并且產生一定的裝配間隙這樣才能使葉輪順利裝配。葉輪裝配完成后溫度在逐漸冷卻過程中，葉輪與主軸之間間隙逐漸縮小，直到常溫后與主軸達到過盈配合。

3 主軸彎曲

3.1 主軸是否彎曲的判定

裝配后的葉輪冷卻到常溫后，需要對其與主軸形成的轉子進行跳動檢測，如果跳動值大于要求值，需對轉子進行熱應力釋放。徑向跳動要求值見表1，徑向跳動測量具體位置見圖1。

表1 轉子徑向跳動要求

圖1 徑向跳動測量具體位置

3.2 葉輪裝配過程中主軸彎曲原因分析

由于主軸外徑和葉輪內孔中心在熱裝后不可能在一個同心圓內，如圖2所示，所以主軸和葉輪裝配后主軸外徑和葉輪內孔之間圓周間隙一般情況下是不等的，甚至會產生主軸一側與葉輪內孔接觸另一側有較大間隙現象。葉輪與主軸相互接觸的部位葉輪的溫度對主軸傳導很快，主軸在此位置溫升也很快，在對面180°處對主軸只是熱輻射，溫升較慢，形成了一定的溫差，溫度高的一側主軸熱漲量要大（主軸伸長較大）溫度低的熱漲量相對要小（主軸伸長較?。怪鬏S產生彎曲現象。隨著葉輪溫度逐漸降低葉輪與主軸從間隙逐漸產生過盈，在主軸在葉輪內孔圓周包容面內葉輪對主軸熱傳導還沒有達到等溫的狀態下，隨著溫度降低葉輪對主軸的包容力使得主軸彎曲在達到圓周包容面等溫的狀態下也無法恢復，使之主軸裝配葉輪后彎曲。

圖2 葉輪裝配時與主軸之間相對狀態

4 熱應力釋放校正方法

4.1 轉子熱應力釋放原理

采用熱應力釋放方式對葉輪裝配過程中主軸產生的彈性彎曲進行校正。熱應力釋放為加熱葉輪，使葉輪與主軸產生溫差，使得葉輪與主軸之間過盈減小，進而使得葉輪對主軸的包容力減小，當主軸的恢復力大于葉輪的包容力時，已達成主軸校直目的。

4.2 轉子熱應力釋放過程

對轉子葉輪加溫過程中必須保證轉子豎直吊起并勻速旋轉（根據轉子葉輪直徑大小，轉速為15～20 r/min），保證葉輪加熱溫度均勻、并且快速升溫，如果升溫較慢的話，主軸與葉輪均受熱，無法使其產生較大溫差，因此通過加熱促使葉輪與主軸產生溫差時校直的關鍵。首先將葉輪輪盤外徑到葉片出口段預熱250 ℃以上（圖3中區域A），然后急速對輪盤內側葉片進口段和輪盤外部葉輪的內孔段進行加熱（圖3中區域B），溫度達到

圖3 葉輪熱應力釋放加熱位置

為了保證葉輪與主軸產生溫差，在加熱過程中火焰需直接噴射加熱葉輪，不可直接噴射主軸，盡量避開主軸，減小主軸溫升，促使葉輪內孔的膨脹量大于主軸軸頸的膨脹量，葉輪與主軸的過盈逐步減小，當過盈減小至某一值時，恰好葉輪與主軸的包容力達到即將小于主軸自身彈性恢復力的臨界，繼續加熱葉輪產生溫差將致使主軸的彈性恢復力大于葉輪與主軸的過盈包容力，即達到主軸校直的目的。在熱應力釋放過程中，通常使用銅錘敲擊葉輪蓋盤或軸盤，通過振動減輕葉輪對主軸局部包容力集中，促使包容力進一步得到釋放，使得主軸更好恢復。

5 結論

主軸彎曲會嚴重影響轉子動平衡準確性以及轉定子配合間隙的均勻性，最終會導致機組機械運轉試驗不合格。實踐證明，采用上述方法，通過對造成主軸彎曲的葉輪圓周方向均勻釋放應力，當主軸的彈性恢復力大于葉輪圓周方向的包容力時，主軸彈性彎曲得以校正。此種對主軸彈性彎曲的校直方法，操作簡單、難度小且見效快，已在實際生產過程中被廣泛采用。