爪機(jī)找術(shù)|設(shè)計計算3萬8空分單軸懸臂多級離心壓編機(jī)的研制張玉珠齊智勇/沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)有限公司中圖分類號:TH452文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B設(shè)備。文章編號:1006-8155(2011)06-0022-0在以往3萬Nm/h空分裝置規(guī)模上Research on3800 Air Seperation研制超過3萬Nm:h,其配套空壓機(jī)的設(shè)■摘要:闡述了3萬8 Single Shaft Overhung Multi- stage計思路和工業(yè)流程等都將發(fā)生大的變空分規(guī)模單軸懸臂多 Compressor化,技術(shù)要求和難度相應(yīng)提高。由于大級離心壓縮機(jī)的研制 Abstract: This paper has specified the型機(jī)組轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、高速平衡能力過程。以追求機(jī)組的 reseacrch process of3800 air sepera-和運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性等的氣動學(xué)分析,以及大整機(jī)效率,確定最佳 tion single shaft overhung multi-stag型焊接機(jī)殼的設(shè)計制造技術(shù)難度,通常氣動設(shè)計方案為目 compressor. Aiming at the overall仍然采用雙缸壓縮機(jī)。但是,雙缸壓縮標(biāo),從分析轉(zhuǎn)子的臨 efficiency of units., the design and機(jī)雖然結(jié)構(gòu)相對簡單卻存在著制造成界轉(zhuǎn)速和不平衡特 research on comressor are carried out本高、運(yùn)行成本高和機(jī)械損失大等缺性,優(yōu)化定子和轉(zhuǎn)子 from the points of determinting best點(diǎn)。MC型單軸懸臂多級離心壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)等全方面進(jìn)行研比較常規(guī)雙缸壓縮機(jī),在同種設(shè)計參數(shù)發(fā)設(shè)計。機(jī)組經(jīng)過現(xiàn) the critical speed and unbalanced條件下,其多變效率提高了4%~5%場一次性試車成功, characteristics of rotor, optimizing stator制造成本大大降低,運(yùn)行更加穩(wěn)定,適應(yīng)開創(chuàng)了國產(chǎn)化先例。 d rotor structures and so on.Afer于更大范圍的工況,所以,近幾年來該系■關(guān)鍵詞:空分;壓縮 he successful test on site at the first列機(jī)型在中等規(guī)模的空分裝置中得到廣機(jī);單軸懸臂;結(jié)構(gòu)設(shè)泛的應(yīng)用。鑒于此,設(shè)計研發(fā)出3萬5以time for the unit it has create計上空分規(guī)模的MCo壓縮機(jī),是大型空分domestic precedent裝置國產(chǎn)化技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。Key words: air seperation; compressor;single shaft overhung; structure desig1項目概述0引言根據(jù)某化肥廠一期30萬ta煤制甲醇項目的供貨合同需求,由沈陽鼓風(fēng)機(jī)隨著我國工業(yè)現(xiàn)代化水平的不斷集團(tuán)有限公司承擔(dān)了3萬8空分規(guī)模的提高,冶金、煤化工、化肥等裝置不斷向空壓機(jī)+增壓機(jī)組的研制任務(wù)。大型化發(fā)展,相應(yīng)的空分裝置規(guī)模也越依據(jù)與用戶簽訂的技術(shù)協(xié)議中規(guī)定來越大。作為大型空分裝置的核心設(shè)的流量、壓力溫度等技術(shù)性能參數(shù),進(jìn)備,3-5萬Nm/h空分規(guī)模的多級離心行壓縮機(jī)的氣動性能計算,具體技術(shù)參式壓縮機(jī)組日益成為空分市場的主流數(shù)見表1收稿日期:201-05-11沈陽市110869表1設(shè)計性能參數(shù)表段1級半開式葉輪壓縮后出來的氣體經(jīng)氣體正常工況最大工況冷卻器,再進(jìn)入第二段繼續(xù)壓縮,經(jīng)過第二段2介質(zhì)空氣平均分子量2866828.668級壓縮后經(jīng)氣體冷卻器至第三段1級繼續(xù)壓進(jìn)口流量Q+/(Nmh)縮,使氣體出口溫度<100℃進(jìn)入用戶管網(wǎng)進(jìn)口壓力MPa(A)0085600856進(jìn)口溫度T/℃2轉(zhuǎn)子的設(shè)計出口壓力pMPa(A)06170617相對濕度ψ%515121MCO轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)機(jī)組的布置形式:空壓機(jī)MCO1404)+汽輪機(jī)+變速箱+增壓機(jī)(3BCI457),見圖1MCOl404壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子包括主軸、葉輪、軸螺母、隔套、平衡盤和推力盤等。主軸采用卻臥卻40NCrM7,具有較強(qiáng)的剛度和強(qiáng)度。為保證精度和防止松動推力盤與主軸3級葉輪蓋盤側(cè)的變速機(jī)隔套和軸端密封區(qū)的密封槽都整體加工在主軸上,半開葉輪把合于軸端,閉式葉輪從軸頭側(cè)過汽輪機(jī)盈熱裝到主軸上,右端用鎖緊螺母固定,見圖3卻悉卻器圖1機(jī)組布置示意圖機(jī)組布置在戶外,有棚。機(jī)組雙層布置,壓縮機(jī)和汽輪機(jī)安裝在二層樓板上,潤滑油系統(tǒng)及氣體冷卻器安裝在一樓基礎(chǔ)上。MCOl404空壓機(jī),為水平式剖分,單軸懸臂多級結(jié)構(gòu),首級葉輪為半開葉輪,共有4級葉1主軸;2閉式葉輪;3平衡盤;4隔套輪,見圖2。3BCI457為增壓機(jī)鍛造筒型殼體,5鎖緊螺母:6推力盤;7半開葉輪圖3轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖共3段7級葉輪壓縮葉輪名義直徑450mm。原動機(jī)采用杭州汽輪機(jī)股份有限公司的多級冷凝22獨(dú)特的推力盤設(shè)計式壓縮機(jī),在排氣端通過膜片聯(lián)軸器與低壓缸葉輪一開始旋轉(zhuǎn),就受到指向吸入側(cè)的力,連接,在進(jìn)氣端通過膜片聯(lián)軸器、變速箱與高壓這主要是因為輪蓋和輪盤上作用的壓力不同造缸連接。成推力不等。作用在葉輪上的軸向推力,將軸5和葉輪沿軸向推移。各級葉輪都產(chǎn)生指向進(jìn)口側(cè)的推力,但大小不相同,最終產(chǎn)生指向一側(cè)的殘余推力本臺壓縮機(jī)產(chǎn)生指向葉輪進(jìn)口端的壓力過小,提高平衡盤高度,使合力產(chǎn)生一個指向軸頭端的殘余推力并通過推力盤作用在推力軸承上,產(chǎn)生一定的比壓。3壓縮機(jī)定子的優(yōu)化設(shè)計31懸臂蝸殼設(shè)計進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器;2半開葉輪;3懸臂蝸殼考慮保證剛度前提下減輕質(zhì)量,以確保裝4轉(zhuǎn)子;5鑄造隔板;6機(jī)殼配后重力作用下變形小。由于壓力較低,采用圖2MCo1404單軸懸臂多級離心壓縮機(jī)總剖圖30mm鋼板拼焊。與端法蘭連接處,止口設(shè)計得MCO1404為機(jī)組的低壓缸,第一級葉輪安較寬,以保證裝配剛性。由于流量較大,該蝸室裝在主軸的一端,其他葉輪安裝在主軸的中設(shè)計為變截面流道,靠內(nèi)部螺旋板的變化來改間。氣體在MCO144低壓缸分三段壓縮,由第變蝸室不同截面的尺寸,同時在不同角度的截心機(jī)找求|設(shè)計計算面上焊接了加強(qiáng)筋,用來補(bǔ)強(qiáng)蝸殼的剛性和強(qiáng)介質(zhì)獲得靜壓能和動能,大部分動能要經(jīng)過定度。水平方向焊接方形支座,用螺栓把合安裝子中的擴(kuò)壓器和蝸室來轉(zhuǎn)化成壓力能。由于存在蝸殼支架上將進(jìn)口導(dǎo)葉軸向安裝進(jìn)蝸殼使在能量轉(zhuǎn)換,因此定子件的效率直接影響到壓導(dǎo)葉的傳動軸伸出蝸殼側(cè)壁軸孔,與執(zhí)行器接縮機(jī)的整機(jī)效率。在閉式寬三元葉輪級間采用口連接,見圖4倒勾式隔板,并安裝半高葉片擴(kuò)壓器來提高壓縮機(jī)的效率,見圖7。半高擴(kuò)壓器倒勾隔板圖4懸臂蝸殼示意圖32焊接機(jī)殼的設(shè)計MCO1404機(jī)型是我廠自行設(shè)計的最大MCO型離心壓縮機(jī),要進(jìn)行全新結(jié)構(gòu)設(shè)計。首先根據(jù)壓縮機(jī)每段進(jìn)氣端和出氣端的氣流速度來確定進(jìn)出風(fēng)筒法蘭的大小。其中充分考慮了由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大帶來的諸多不利因素。機(jī)殼支腿從兩側(cè)面伸出。機(jī)殼的出口蝸室設(shè)置在圖7倒勾隔板和半高擴(kuò)壓器機(jī)殼的內(nèi)部,靠螺旋板的變化來改變蝸室不同34進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器的設(shè)計截面的尺寸。隔板支撐環(huán)也全部采用厚的鋼板由于半開式葉輪性能曲線較短,為適應(yīng)空分焊接,所有隔板均安裝在支撐環(huán)上,增強(qiáng)了機(jī)殼壓縮機(jī)組變工況的需要,增加了進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)剛性,見圖5和圖6。器。對于壓縮機(jī)來說,進(jìn)口導(dǎo)葉設(shè)計得離葉輪較近時,其預(yù)旋作用比較明顯,調(diào)節(jié)性能更好。該3萬8空分MCO1404機(jī)組用進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器是目前我廠最大型的進(jìn)口調(diào)節(jié)裝置,可以在驅(qū)動機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下有效地調(diào)節(jié)進(jìn)口流量。以往的調(diào)節(jié)器用進(jìn)口直線行程的氣動執(zhí)行器驅(qū)動,采用平行四連桿結(jié)構(gòu)和曲柄連桿結(jié)構(gòu),圖5焊接上機(jī)殼其功率消耗大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳動部件較多,角度調(diào)節(jié)精度差,裝配難度高。限于曲柄聯(lián)桿的結(jié)構(gòu)和制造誤差的問題,易出現(xiàn)傳動鎖死現(xiàn)象,此圖6焊接下機(jī)殼33隔板的設(shè)計壓縮機(jī)內(nèi)部能量的轉(zhuǎn)換可以簡單地認(rèn)為是在轉(zhuǎn)子和定子兩部分進(jìn)行。通過葉輪旋轉(zhuǎn)壓縮圖8進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)器示意圖次三維設(shè)計中采用了錐齒輪和錐齒圈嚙合傳發(fā)中,它將以等溫壓縮效率高,相比于傳統(tǒng)的雙動。角度調(diào)節(jié)的方式,改用國產(chǎn)角行程的氣動缸壓縮機(jī)和組裝式齒輪壓縮機(jī),有調(diào)節(jié)方便快執(zhí)行器,使運(yùn)動機(jī)構(gòu)簡單,調(diào)節(jié)精度通過精密制捷、低運(yùn)行成本、高效率工作、運(yùn)轉(zhuǎn)安全穩(wěn)定及造的齒輪齒條嚙合來保證,調(diào)節(jié)過程更加準(zhǔn)確、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn),繼而取代后者。平穩(wěn)和安全。因為零部件少,制造安裝方便。隨著該機(jī)組在大空分用空壓機(jī)市場的廣泛見圖8應(yīng)用,其設(shè)計將隨運(yùn)行調(diào)整更加趨于合理,安4技術(shù)總結(jié)與展望全性更有保證取代進(jìn)口產(chǎn)品,為用戶節(jié)約一次性投資及綜上所述,在研制創(chuàng)新該大型單軸懸臂多運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用,進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域是我廠為級離心壓縮機(jī)MCO1404的過程中,應(yīng)用了我廠大型工藝流程用離心壓縮機(jī)國產(chǎn)化做出貢獻(xiàn)的在壓縮機(jī)設(shè)計上的最先進(jìn)技術(shù),采用了動力學(xué)宏偉目標(biāo)。分析的最新方法,結(jié)合了企業(yè)的生產(chǎn)制造能力,參考文獻(xiàn)取得了成功。該產(chǎn)品于2010年8月在用戶現(xiàn)場西安交通大學(xué)透平壓縮機(jī)教研室離心式壓縮機(jī)原理次性試車成功,現(xiàn)已投入運(yùn)行。這是我國大機(jī)械工業(yè)出版社,1980型空分裝置國產(chǎn)化的里程碑。[2]沈維道,蔣智敏,童鈞耕工程熱力學(xué)[D]2003]周邦寧離心式壓縮機(jī)的最住蝸殼設(shè)計風(fēng)機(jī)技術(shù),2007通過研制中開發(fā)出的更為高效率的大三元(10):7-11流動系列葉輪,使我廠具備了高達(dá)6萬空分規(guī)4王學(xué)軍.沈鼓技術(shù)發(fā)展與離心壓縮機(jī)國產(chǎn)化風(fēng)機(jī)技術(shù)20071):3-4模的制造能力。目前,4萬空分和5萬空分的單5湯育紅汪慶桓,喻達(dá)之工業(yè)用多級離心壓縮機(jī)設(shè)計及變缸多級懸臂離心壓縮機(jī)MCO機(jī)型正在設(shè)計研工況計算方法化工機(jī)械,1995(4):21-2“+“+“十“+“++-+·+“+“++““+++“(上接第21頁)與葉片的安放角不一致,還會引起沖擊損失?？赡苡谐鋈?如國扇比轉(zhuǎn)速為56,而德扇為因此,在風(fēng)扇的設(shè)計與制造過程中首先應(yīng)盡最69,但從圖1和圖2中看,比轉(zhuǎn)速較高的德扇看大可能使其各處流道符合氣體流線,并在各工上去比國扇窄而長些。藝環(huán)節(jié)上盡力保證。14比轉(zhuǎn)速2結(jié)論風(fēng)機(jī)的相似準(zhǔn)則比轉(zhuǎn)速n為從試驗特性看,德扇無論是全壓、流量、功qv耗還是全壓曲線走向均優(yōu)于國扇。而就計算結(jié)n,(P2(14)果看,其德扇相對渦流系數(shù)K也高于國扇。雖式中q為氣體流量,m/s然國扇的比轉(zhuǎn)速n小于德扇,但其全壓并未高由于同一臺風(fēng)機(jī)在不同工況下會有不同的于德扇,這有幾何不相似的原因,更有設(shè)計及工比轉(zhuǎn)速故通常是以最高效率點(diǎn)的比轉(zhuǎn)速作為藝上的不足,故還有待于進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)和工藝相似準(zhǔn)則的比轉(zhuǎn)速。使用中,加熱器助燃風(fēng)扇上進(jìn)行優(yōu)化。是在定電壓定轉(zhuǎn)速的單點(diǎn)工況下運(yùn)轉(zhuǎn)的,所以參考文獻(xiàn)本文分析是以額定轉(zhuǎn)速下最大流量點(diǎn)的流量和閆國軍葉片式泵風(fēng)機(jī)原理及設(shè)計M哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009:259全壓來計算n的。由試驗數(shù)據(jù)計算得:國扇比(2郭立君何川泵與風(fēng)機(jī)(第三版)M北京:中國電力出版社轉(zhuǎn)速為56,德扇為69,屬離心風(fēng)機(jī)中的中、低2004:21,35比轉(zhuǎn)速。由圖1和圖2可看出,國扇與德扇并非3]商景泰通風(fēng)機(jī)手冊M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996,1是幾何相似,所以其性能曲線也不盡相似。4山東工學(xué)院東北電力學(xué)院工程流體力學(xué)M]北京:電力工般低比轉(zhuǎn)速的葉輪窄而長,高比轉(zhuǎn)速的業(yè)出版社,1980:75葉輪寬而短。對于幾何不相似的葉輪相比,則S]張克危流體機(jī)械原理(上冊)M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000:54