（沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110027 ）

離心壓縮機軸承位置對轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響

蘭洋，楊旭

（沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110027 ）

通過對2MCL806兩種不同止推軸承位置的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性分析，得出采用這種方法提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的機型界限，提醒設(shè)計者在設(shè)計時，要具體問題具體分析，不要憑經(jīng)驗妄作推斷。

離心壓縮機；軸承；位置；轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性

1 概述

在離心壓縮機的設(shè)計過程中，轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性是必須要考慮的，影響轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的因素有很多，氣流渦動、軸承參數(shù)等，本文只討論軸承在轉(zhuǎn)子中的位置對轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性的影響。

在通常的設(shè)計中，常常是支撐軸承在轉(zhuǎn)子的內(nèi)側(cè)，止推軸承在外側(cè)，即止推軸承相當(dāng)于轉(zhuǎn)子系統(tǒng)上的一個外作用力點，處于外懸狀態(tài)。當(dāng)壓縮機處于設(shè)備中間，即該轉(zhuǎn)子不論是支撐端還是止推端，都連接設(shè)備，就是我們通常所說的該轉(zhuǎn)子有兩個軸伸端，即“兩頭挑”的狀態(tài)。在這種情況下，在壓縮機的止推端，考慮到有聯(lián)軸器的外懸重量和止推盤的外懸重量，通常會把止推軸承和支撐軸承的位置互換，即支撐軸承靠近外伸軸頭，內(nèi)側(cè)是止推軸承，這樣雖然轉(zhuǎn)子跨距略有加大，但外伸端加載點縮短，加載點也減少，所以轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性會更好。這種做法非常多，這里就不舉例相應(yīng)的穩(wěn)定性計算，因為現(xiàn)場已經(jīng)有多臺這樣的機組在運轉(zhuǎn)，經(jīng)實踐檢驗運轉(zhuǎn)很平穩(wěn)。

2 具體分析

這種止推軸承和支撐軸承位置互調(diào)的方法，并不適合所有情況，下面以一臺壓縮機為例，分析兩種情況的界限。

一臺合成氨流程中的煤氣壓縮機，機組的配置形式是汽輪機拖動兩臺離心壓縮機，其中的一臺離心壓縮機2MCL806是兩側(cè)連接設(shè)備，一側(cè)連接汽輪機，一側(cè)連接壓縮機高壓缸，即“兩頭挑”的狀態(tài)。

結(jié)構(gòu)一：常規(guī)結(jié)構(gòu)，止推軸承靠近軸伸端，見圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)一：止推軸承靠近軸伸端

結(jié)構(gòu)二：軸承位置互換后的結(jié)構(gòu)，支撐軸承靠近軸伸端，見圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)二：支撐軸承靠近軸伸端

對兩種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進行分析：

結(jié)構(gòu)一：（1）轉(zhuǎn)子模型的計算簡圖，見圖3。

（2）穩(wěn)定性分析結(jié)果。一級穩(wěn)定性的分析結(jié)果（即橫坐標(biāo)為對數(shù)衰減率，縱坐標(biāo)是交叉耦合剛度的曲線圖），曲線顯示了轉(zhuǎn)子一階正進動的對數(shù)衰減率和交叉耦合剛度之間的關(guān)系， QA代表預(yù)期交叉耦合剛度， Q0代表產(chǎn)生零對數(shù)衰減率時，要求達到的交叉耦合剛度。當(dāng)支撐軸承間隙取到最小值時， Qo / QA=12.74，相應(yīng)的對數(shù)衰減率δA =0.144，穩(wěn)定性可以接受，不需要進一步進行二級穩(wěn)定性分析；當(dāng)支撐軸承間隙取到最大值時，Qo / QA=18，相應(yīng)的對數(shù)衰減率δA =0.193，穩(wěn)定性可以接受，不需要進一步進行穩(wěn)定性分析，見圖4。

圖3 結(jié)構(gòu)一的轉(zhuǎn)子模型計算簡圖

圖4 結(jié)構(gòu)一的對數(shù)衰減率和交叉耦合剛度曲線圖

結(jié)構(gòu)二：（1）轉(zhuǎn)子模型的計算簡圖，見圖5。

（2）穩(wěn)定性分析結(jié)果。轉(zhuǎn)子一級穩(wěn)定性的分析結(jié)果（即橫坐標(biāo)是對數(shù)衰減率，縱坐標(biāo)是交叉耦合剛度的曲線圖），圖6中顯示了轉(zhuǎn)子的一階正進動對數(shù)衰減率和交叉耦合剛度之間的關(guān)系， QA代表預(yù)期的交叉耦合剛度，Qo代表產(chǎn)生零對數(shù)衰減率時，要求達到的交叉耦合剛度。當(dāng)支撐軸承間隙取到最小值時， Qo / QA=10.17，相應(yīng)的對數(shù)衰減率δA =0.088，需要進一步的穩(wěn)定性分析；當(dāng)支撐軸承間隙取到最大值時，Qo / QA=15.9，相應(yīng)的對數(shù)衰減率δA =0.101，穩(wěn)定性可以接受，不需要進一步的穩(wěn)定性分析，見圖6。

圖5 結(jié)構(gòu)二的轉(zhuǎn)子計算模型簡圖

圖6 結(jié)構(gòu)二的對數(shù)衰減率和交叉耦合剛度曲線圖

3 結(jié)語

對于雙軸伸端的離心壓縮機，為了減少外懸加載點，通常將止推軸承的位置和支撐軸承的位置互換，讓支撐軸承靠近軸伸端，使轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性更好。這種設(shè)計方法只適用于小機型的機組，即葉輪直徑小的機組，大約的分界線是葉輪直徑為700mm左右的機型（這個界限適用于單軸離心壓縮機）。

這是因為當(dāng)葉輪直徑增大時，相應(yīng)的支撐軸承直徑和止推軸承也會增大，但止推軸承增大時，它的止推瓦塊外徑增大的多，相應(yīng)的瓦塊內(nèi)徑增大的少，即推力盤軸孔增大的少。由安裝順序決定，支撐軸承的直徑肯定要比推力盤軸孔要小，這就導(dǎo)致支撐軸承直徑要比沒換位置前的要小，這大大影響了轉(zhuǎn)子的剛性，進而影響了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。

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