張 雷,劉啟福,李玉鵬,陳 巖
(沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司,遼寧 沈陽 110869)
離心空氣壓縮機(jī),是我國根據(jù)引進(jìn)自日本日立公司DH型壓縮機(jī)自行設(shè)計(jì)的離心壓縮機(jī),廣泛應(yīng)用于冶煉、石油、化工等行業(yè),是空分裝置生產(chǎn)線中的重要設(shè)備,由于該產(chǎn)品在試制過程中曾多次出現(xiàn)振動(dòng)過大的現(xiàn)象,因此需要分析其振動(dòng)產(chǎn)生的原因,并加以改進(jìn)[1,2].
離心空氣壓縮機(jī)機(jī)組主要是由齒輪箱體:大齒輪和2個(gè)小齒輪,一、二級葉輪為低速轉(zhuǎn)子(L軸轉(zhuǎn)子),三、四級葉輪為高速轉(zhuǎn)子(H軸轉(zhuǎn)子),4個(gè)蝸殼,6個(gè)軸承及密封等構(gòu)成.由電機(jī)驅(qū)動(dòng)通過聯(lián)軸器帶動(dòng)大齒輪,并由大齒輪傳動(dòng)其兩側(cè)的低速軸齒輪和高速軸齒輪轉(zhuǎn)動(dòng),使葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)對氣體做功,見圖1.
大齒輪轉(zhuǎn)速為nG=1 500r·min-1,L軸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為nL=13 559r·min-1,H軸轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為nH=16 688r·min-1;L軸間隙為0.15~0.20mm,L軸直徑為100mm,H軸間隙為0.135~0.180mm,H軸直徑為90mm.振幅要求:L軸振幅≤25.4μm,H軸振幅≤23μm.
圖1 DHP45型離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Type DHP45centrifugal compressor rotor structure diagram
壓縮機(jī)啟動(dòng)以后隨著轉(zhuǎn)速的上升,L軸轉(zhuǎn)子、H軸轉(zhuǎn)子振幅急劇加大,達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后各軸振幅及軸承溫度、進(jìn)油溫度如表1所示.
經(jīng)過30min機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn),進(jìn)油溫度及各軸承溫度均屬正常狀態(tài),符合標(biāo)準(zhǔn)值,各軸振幅嚴(yán)重超標(biāo),見圖2.
表1 各軸初始振幅值及軸承溫度、進(jìn)油溫度Tab.1 Initial amplitude value of shaft and bearing temperature,the oil inlet temperature
圖2 修復(fù)前二級轉(zhuǎn)子振動(dòng)趨勢圖Fig.2 Before repair the two stage rotor vibration trend graph
離心空氣壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子軸頸表面的線速度很高而載荷較小,油膜壓力大于軸頸載荷,容易引起油膜渦動(dòng).在正常情況下,油膜渦動(dòng)受到油膜剛度及阻尼的抑制,使得轉(zhuǎn)子仍能平穩(wěn)工作.當(dāng)渦動(dòng)頻率與一階臨界轉(zhuǎn)速一致(軸頸轉(zhuǎn)速在一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍附近)時(shí),轉(zhuǎn)子軸承系統(tǒng)會(huì)發(fā)生油膜振蕩;而當(dāng)轉(zhuǎn)子受到諸如不平衡、氣流不穩(wěn)定等較大的激振力時(shí),油膜渦動(dòng)幅度增大,會(huì)造成軸瓦碰摩等破壞性故障.只有消除渦動(dòng)或改變臨界轉(zhuǎn)速,才能使機(jī)組正常運(yùn)轉(zhuǎn).通過改變軸承間隙或軸承結(jié)構(gòu)消除渦動(dòng).通過增強(qiáng)或降低機(jī)組的剛性才能使機(jī)組的臨界轉(zhuǎn)速與機(jī)組的工作轉(zhuǎn)速分離[3-4].
具體解決可以有如下辦法:①轉(zhuǎn)子加長或縮短,以使軸承跨距加大或縮短;②改變轉(zhuǎn)子的質(zhì)量;③改變軸承的間隙或結(jié)構(gòu).因壓縮機(jī)已制成,轉(zhuǎn)子的大小及質(zhì)量固定,只能通過改變軸承間隙與軸承結(jié)構(gòu)的辦法來解決油膜渦動(dòng)現(xiàn)象與改變臨界轉(zhuǎn)速的影響[5].
首先改變軸承的間隙:改變軸承間隙后,對L軸轉(zhuǎn)子作用不大,而對H軸轉(zhuǎn)子的振幅也只是略有改變,收效甚微.
原壓縮機(jī)六副軸承均采用橢圓瓦軸承,軸瓦是由上下2個(gè)圓弧組成的,其曲率半徑大于圓柱瓦,軸頸始終處于瓦的偏心狀態(tài)下工作,軸頸受到上下2個(gè)約束力的制約.
根據(jù)機(jī)組不平穩(wěn)運(yùn)行的狀態(tài),決定采用可傾瓦軸承.可傾瓦軸瓦是由多塊活動(dòng)瓦塊組成(以5塊瓦居多),每塊瓦塊有1個(gè)使瓦塊自由擺動(dòng)的支點(diǎn),瓦塊按載荷方向自動(dòng)調(diào)整,使瓦塊上的油膜力通過軸頸中心.由于瓦塊具有這個(gè)特殊功能,因此當(dāng)轉(zhuǎn)子受到外界激勵(lì)因素干擾時(shí),軸頸暫時(shí)偏離原來位置,各瓦塊將按軸頸偏移后載荷方向自動(dòng)調(diào)整到與外載荷相平衡的角度.其次,軸承由幾個(gè)獨(dú)立的瓦塊組成,油膜不連續(xù),因此大幅度渦動(dòng)的可能性也就比較小.鑒于這種軸承的特點(diǎn),所以用可傾瓦結(jié)構(gòu)軸承替代原橢圓瓦軸承.
通過實(shí)踐試驗(yàn)消除了油膜渦動(dòng),經(jīng)過4h的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn),軸承溫升正常,而振幅明顯有很大的改變,改進(jìn)后的振動(dòng)測試結(jié)果如表2和圖3所示.
表2 改進(jìn)后各軸振幅值及軸承溫度、進(jìn)油溫度Tab.2 After improved the shaft amplitude and bearing temperature,the oil inlet temperature
圖3 改進(jìn)后二組轉(zhuǎn)子振動(dòng)趨勢圖Fig 3 Modified two groups of rotor vibration trend graph
(1)離心空氣壓縮機(jī)改造后,經(jīng)過連續(xù)的負(fù)荷調(diào)整試驗(yàn),振動(dòng)值一直在要求指標(biāo)以內(nèi),機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定.
(2)通過對離心空氣壓縮機(jī)振動(dòng)異常處理的分析和實(shí)踐,可以得出結(jié)論:橢圓瓦軸承油膜渦動(dòng)是振動(dòng)異常的原因.
(3)對于使用橢圓瓦軸承的機(jī)組要改為可傾瓦軸承,以增加油膜穩(wěn)定性.
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