【壓縮機(jī)網(wǎng)】目前我國(guó)石油、化工、制冷、化肥等企業(yè)正朝著大型化、集中化、高效化、低成本的方向發(fā)展，這樣就對(duì)化工流程的核心設(shè)備，離心壓縮機(jī)有了更高的要求。這幾年為了滿足用戶對(duì)大流量、高壓比、級(jí)間加氣等壓縮機(jī)的要求，我公司設(shè)計(jì)了很多大型、高壓的壓縮機(jī)。例如現(xiàn)在的空壓機(jī)流量基本上都在 36000 ～ 5 2000 Nm ³ /h 范圍內(nèi) , 葉輪直徑基本上都在 900mm ～ 1200 mm 之間。甲醇?jí)嚎s機(jī)在 2006 年時(shí)，基本上都是年產(chǎn) 10 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目 , 而在 2007 年到現(xiàn)在基本上都是年產(chǎn) 20 噸甲醇項(xiàng)目 , 裝置年產(chǎn)量翻了一倍。 z*近還設(shè)計(jì)制造乙烯三機(jī)即丙烯壓縮機(jī)、裂解氣壓縮機(jī)、乙烯壓縮機(jī)，徹底地打破了國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的壟斷，實(shí)現(xiàn)了乙烯三機(jī)的國(guó)產(chǎn)化。這對(duì)石油化工的高產(chǎn)化、國(guó)產(chǎn)化有著重要的意義，但對(duì)于壓縮機(jī)的本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)計(jì)算的難度也越來(lái)越大。

1 　大支撐跨距壓縮機(jī)在現(xiàn)實(shí)工作中的應(yīng)用

　　大支撐跨距是指壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)端支撐軸承和非驅(qū)動(dòng)端支撐軸承之間的距離與葉輪z*大內(nèi)孔直徑的比值簡(jiǎn)稱 L / D 。這是衡量一臺(tái)壓縮機(jī)是否穩(wěn)定的一個(gè)重要指標(biāo)，是離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的一個(gè)重要的內(nèi)容。隨著離心壓縮機(jī)大型化、多級(jí)化的發(fā)展，這個(gè)指標(biāo)越來(lái)越受到人們的重視。它主要是由于壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)過(guò)多而導(dǎo)致壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子過(guò)長(zhǎng)而產(chǎn)生的。

1.1 氣體分子量與壓縮機(jī)級(jí)的關(guān)系

　　氣體的分子量越小越難壓縮，比如在氫氣壓縮機(jī)中，一級(jí)葉輪的壓比大概只有 1.0 ～ 1.12 ，例如，云南云維集團(tuán) 20 萬(wàn)噸甲醇?jí)嚎s機(jī) , 氫氣的含量為 68% ，平均分子量為 11.55, 氣體在壓縮機(jī)中的總壓比為 2.6 ，該壓縮機(jī)用了 9 級(jí)壓縮 , 有兩個(gè)級(jí)間冷卻器、 1 個(gè)防喘振冷卻器，機(jī)型為 3BCL529 。而在分子量較大的壓縮機(jī)中氣體比較容易壓縮，但由于要控制馬赫數(shù)不能大于 1 ，所以葉輪的周速不能過(guò)高。

1.2 葉輪的轉(zhuǎn)速和做功

　　同一型號(hào)的葉輪做功能力的大小與驅(qū)動(dòng)機(jī)能提供的功率和轉(zhuǎn)速有關(guān)，足夠大功率的作用是為了使主軸能夠傳遞足夠的扭矩確保壓縮機(jī)的正常運(yùn)行；葉輪的轉(zhuǎn)速越高，葉輪對(duì)氣體做功越多，即氣體的壓升越大，但是由于受到驅(qū)動(dòng)機(jī)、葉輪周速、材料強(qiáng)度、馬赫數(shù)等方面的限制。壓縮機(jī)靠提高轉(zhuǎn)速來(lái)提供做功的能力是有限的。

1.3 離心壓縮機(jī)中常用的葉輪

　　葉輪對(duì)氣體的做功能力與葉輪的工作效率有關(guān)，葉輪的效率主要取決于葉輪的氣動(dòng)型線即葉輪的葉片型線。目前常用的葉輪有大三元葉輪、高效二元輪、二元輪。大三元葉輪采用三元葉片，葉輪的出口角角度大，是效率z*高的葉輪，其效率在 83% ～ 90% 之間，但是大三元葉輪流量的工作范圍較小。二元葉輪的葉片是二元葉片，葉輪的出口角較小，流量的工作范圍較大。高效二元輪介于大三元葉輪和二元輪之間。這 3 種葉輪常常搭配使用。為了提高設(shè)計(jì)工作效率葉輪基本級(jí)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，平均效率已達(dá)到 80% 以上，提高的空間很有限。

　　通過(guò)增加壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)來(lái)提高葉輪的工作轉(zhuǎn)速已成為提高壓縮機(jī)整機(jī)工作壓比z*有效z*直接的方法。于是出現(xiàn)了云南云維的 20 萬(wàn)噸甲醇項(xiàng)目的 3BCL529 、 2MCL609 、 BCL6010 等超長(zhǎng)的機(jī)組。

2 技術(shù)難點(diǎn)分析及設(shè)計(jì)過(guò)程介紹

　　產(chǎn)品 2MCL609 是典型的大支撐跨距壓縮機(jī)。現(xiàn)結(jié)合理論與實(shí)際，對(duì)該產(chǎn)品的技術(shù)難點(diǎn)及計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單介紹如下。

　　離心壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)按照文獻(xiàn) [1] 的介紹一般少于 9 級(jí)，但將壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)到 9 級(jí)甚至 10 級(jí)是在提高壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速、提高葉輪的工作效率等辦法的基礎(chǔ)之上，還無(wú)法達(dá)到用戶要求參數(shù)時(shí)，而z*后采用的一種方法。壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)越多壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子越長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)端的支撐軸承和非驅(qū)動(dòng)端支撐軸承之間的距離越大，也就是在這里所說(shuō)的 L / D 。 L / D 的數(shù)值一旦超過(guò)了規(guī)定的數(shù)值，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的強(qiáng)度分析就成為必須考核的內(nèi)容。強(qiáng)度分析結(jié)果不合格，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)方案乃至氣動(dòng)方案的更改。

　　強(qiáng)度分析主要包括單個(gè)葉輪的強(qiáng)度分析和轉(zhuǎn)子軸系的動(dòng)力學(xué)分析。單個(gè)葉輪的強(qiáng)度分析包括葉輪應(yīng)力計(jì)算、半開(kāi)式葉輪的輪盤自振頻率分析、半開(kāi)式葉輪的葉片自振頻率分析；轉(zhuǎn)子軸系的動(dòng)力學(xué)分析主要是轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性分析，包括氣體激振分析軸和鍵的強(qiáng)度計(jì)算。回轉(zhuǎn)剛體質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算及軸向推力計(jì)算、平衡盤尺寸確定也在其中。

　　氣體激振是轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的關(guān)鍵內(nèi)容。氣體激振是指在壓縮機(jī)中由于葉輪內(nèi)部發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離而產(chǎn)生的對(duì)機(jī)器的氣體激勵(lì)。對(duì)于大分子量及壓力高的的離心壓縮機(jī)，如化肥裝置中的 CO ₂ 壓縮機(jī)和合成氣壓縮機(jī)，在方案設(shè)計(jì)中需要考慮此類問(wèn)題。自激振動(dòng)是指壓力高、分子量較大的氣體在通過(guò)平衡盤等密封時(shí)，由于壓比高而有可能達(dá)到音速進(jìn)而誘發(fā)對(duì)轉(zhuǎn)子的氣體激振。

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