（沈陽鼓風(fēng)集團，遼寧 沈陽 110869）

空壓機結(jié)構(gòu)改進

李 鵬 王永杰 王興偉 郭 歡

（沈陽鼓風(fēng)集團，遼寧沈陽110869）

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

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

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

表1

因該單位氣動試驗功能的提升，原機組已不能滿足未來試驗的需求，現(xiàn)需對原機組進行技術(shù)改造升級?；诖穗p方擬定了技術(shù)改造協(xié)議，改造后的機組要求出廠前需在廠內(nèi)進行機械運轉(zhuǎn)和性能試驗。為滿足該機組改造后的性能參數(shù)要求，在原機組結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行部分結(jié)構(gòu)改進。

一、壓縮機結(jié)構(gòu)分析

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

由于該機組屬于濕空氣離心壓縮機，壓力屬于高壓機組范疇，對整個機組壓力及流量從開始時由低壓運行到機組達到設(shè)計壓力。即進口壓力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)生機組轉(zhuǎn)子振動，所以機組在用戶現(xiàn)場運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

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，已滿足不了其試驗發(fā)展的需要，需對現(xiàn)場這臺機組進行升級改造。經(jīng)用戶與制造廠調(diào)研、計算和測繪決定于2012年對該產(chǎn)品的部分結(jié)構(gòu)進行改造。主要對壓力、流量進行調(diào)整，以提高氣動效率。至此在提高機組效率的同時，因轉(zhuǎn)數(shù)、壓力、流量的增高，原設(shè)計結(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，提高機組殼內(nèi)的壓力。針對此機組改造后所要求的參數(shù)制造廠對機組作了如下調(diào)整。

1.平衡盤、隔板、密封結(jié)構(gòu)改進

為使改變后的機組內(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)等進行改進。

（1）平衡盤、隔板、密封結(jié)構(gòu)改進。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，除對機組的平衡盤尺寸進行了調(diào)整外，還對平衡盤密封進行了改造。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。為防止轉(zhuǎn)子產(chǎn)生激振及氣流進入到葉輪進口處的周圍氣流穩(wěn)定，特對機組各口圈密封進行改造，即；將原普通的拉別令密封在其進口端面處增加氣體導(dǎo)流齒，避免了在葉輪進口處產(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

原機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，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，氣體溫度達到120℃左右的氣體范圍；而現(xiàn)在要將機組內(nèi)氣體壓力增加到2.5MPa以上，甚至氣體要達到5MPa，氣體溫度達到260℃左右的氣體范圍。同時對機組軸端原各加氣孔的功能進行了改造。

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焊修復(fù)。

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

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)過分析決定對機組性能參數(shù)進行升級改造，對轉(zhuǎn)子原設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸相應(yīng)進行調(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。為此進行優(yōu)化設(shè)計，將推力盤內(nèi)孔改為1：20錐孔，軸向推進量2.5mm，帶液壓過盈值結(jié)構(gòu)形式。

因機組壓力參數(shù)的增大，致使原機組轉(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)計算將平衡盤結(jié)構(gòu)尺寸增大（考慮質(zhì)量和強度的前提下），來達到抵消轉(zhuǎn)子的軸向力，這樣保證了機組及轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性。

（2）轉(zhuǎn)子軸及其軸承支點的更改。為增強轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，將原設(shè)計的轉(zhuǎn)子兩軸承支點的距離1715.5mm，總長2294mm改為兩軸承支點距離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。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%計算，葉輪與主軸配合的過盈值按配合處直徑的0.24%計算。

三、結(jié)語

該機組升級改造后，在制造廠和用戶現(xiàn)場進行的機械運轉(zhuǎn)及性能試驗中，振動和溫度及所測的各項性能參數(shù)均達到改造設(shè)計要求。改造后的機組經(jīng)過近1年來的運轉(zhuǎn)，各項指標(biāo)均正常。

[1]機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社.

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

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

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1671-0711（2014）12-0056-02

2014-05-06）