佟永龍，魯悅，劉云龍

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

1 離心壓縮機(jī)隔板空腔結(jié)構(gòu)如何產(chǎn)生氣體渦旋

一般結(jié)構(gòu)形式下的離心壓縮機(jī)由密封、隔板及轉(zhuǎn)子葉輪組成流道，氣流通過壓縮機(jī)入口、第一級(jí)葉輪、擴(kuò)壓器、回流器進(jìn)入到下一級(jí)葉輪中，如圖1 所示。氣體通過每一級(jí)的不斷壓縮，最終氣體從出口流出。由于隔板的中分面無空腔，壓縮機(jī)每級(jí)之間都有密封，因此，氣體向外泄漏量很微小，在轉(zhuǎn)子高速運(yùn)行中不會(huì)形成氣體渦旋。

圖1 隔板與葉輪形成的流道及流場(chǎng)

當(dāng)離心壓縮機(jī)隔板中分面存在空腔，空腔內(nèi)的空氣隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速提升，壓力升高形成氣體旋渦旋。氣體渦旋產(chǎn)生后，壓縮機(jī)內(nèi)部無法形成靜壓狀態(tài)，而隔板空腔的兩端都有密封及壓力差，空腔內(nèi)的氣體無法有效排出，低壓側(cè)氣體會(huì)通過密封向空腔內(nèi)泄漏。隔板空腔內(nèi)的氣體渦旋無高壓氣體沖擊無法打散，隨著轉(zhuǎn)速越來越高，氣體渦旋也越來越多，最終作用在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生氣體激振力作用，如圖2 所示。

圖2 左半部分為隔板空腔氣流流場(chǎng)示意，右半部分為正常流道內(nèi)氣體流場(chǎng)示意

2 氣體渦旋產(chǎn)生激振力后對(duì)離心壓縮機(jī)的影響

當(dāng)離心壓縮機(jī)受到氣體激振力作用后，所表現(xiàn)的主要振動(dòng)頻率特性將由正常的1 倍頻變?yōu)楦”稊?shù)的低頻，通常在0.3～0.6 倍。這種低頻振動(dòng)的特性也是氣體激振力引發(fā)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的主要特征之一，并且以低頻簇的形式存在。氣體渦旋不斷地對(duì)轉(zhuǎn)子施加激振力，壓縮機(jī)表現(xiàn)為振值較高并且持續(xù)波動(dòng)現(xiàn)象，如圖3 所示。

圖3 氣體渦旋引發(fā)的振動(dòng)頻率及振動(dòng)波動(dòng)趨勢(shì)

由于機(jī)組振動(dòng)幅值較高，并且存在劇烈波動(dòng)，壓縮存在著振動(dòng)聯(lián)鎖停車風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，這種低頻的氣體渦旋對(duì)于壓縮機(jī)的進(jìn)出氣管路也有影響，尤其是隔板空腔所對(duì)應(yīng)的管路會(huì)發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象。低頻振動(dòng)情況持續(xù)存在，如果得不到改善，葉輪會(huì)產(chǎn)生高周疲勞影響。

3 氣體渦旋引發(fā)離心壓縮機(jī)振動(dòng)的特點(diǎn)分析

氣體渦旋所引發(fā)的振動(dòng)頻率特征與激振、旋轉(zhuǎn)失速十分相像，不通過系統(tǒng)的對(duì)比分析，很難區(qū)分引發(fā)原因。通過對(duì)這幾類振動(dòng)原因研究發(fā)現(xiàn)，氣體渦旋引發(fā)振動(dòng)主要有五大特點(diǎn)：振動(dòng)頻率范圍在0.3～0.6 倍頻；振動(dòng)呈現(xiàn)周期性波動(dòng)，與壓力、流量等數(shù)據(jù)無正相關(guān)性；離心壓縮機(jī)內(nèi)氣旋持續(xù)產(chǎn)生，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生氣體激振力；離心壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)有利于氣旋產(chǎn)生；增減流量，改變壓力對(duì)振動(dòng)無改善效果。

通過對(duì)比以上不同的振動(dòng)現(xiàn)象，整理出各種振動(dòng)現(xiàn)象的不同之處，我們可以掌握氣體渦旋引發(fā)振動(dòng)對(duì)機(jī)組造成的影響，從而快速有效地分析問題、解決問題（見表1）。

表1 不同類型振動(dòng)特征對(duì)比

4 隔板空腔引發(fā)氣體渦旋的優(yōu)化措施

針對(duì)隔板空腔引發(fā)的氣體渦旋，在實(shí)際操作中通過降低轉(zhuǎn)速、增大流量及降低壓力等措施，并不能改善。需要通過徹底消除隔板的空腔結(jié)構(gòu)，使空腔內(nèi)的氣體不再隨著壓縮機(jī)的運(yùn)行而形成渦旋對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生氣體激振力。因此，隔板空腔結(jié)構(gòu)在離心壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)上需要盡量避免；如果隔板空腔結(jié)構(gòu)無法避免，可以在隔板空腔位置增加蜂窩密封結(jié)構(gòu)，通過蜂窩密封內(nèi)部特殊的六角形結(jié)構(gòu)，將氣體渦旋打散消除,抑制低頻振動(dòng)振幅。