3萬(wàn)8空分單軸懸臂多級離心壓縮機的研制

爪機找術(shù)|設計計算3萬(wàn)8空分單軸懸臂多級離心壓編機的研制張玉珠齊智勇/沈陽(yáng)鼓風(fēng)機集團有限公司中圖分類(lèi)號:TH452文獻標志碼:B設備。文章編號:1006-8155(2011)06-0022-0在以往3萬(wàn)Nm/h空分裝置規模上Research on3800 Air Seperation研制超過(guò)3萬(wàn)Nm:h,其配套空壓機的設■摘要:闡述了3萬(wàn)8 Single Shaft Overhung Multi- stage計思路和工業(yè)流程等都將發(fā)生大的變空分規模單軸懸臂多 Compressor化,技術(shù)要求和難度相應提高。由于大級離心壓縮機的研制 Abstract: This paper has specified the型機組轉子的臨界轉速、高速平衡能力過(guò)程。以追求機組的 reseacrch process of3800 air sepera-和運轉穩定性等的氣動(dòng)學(xué)分析,以及大整機效率,確定最佳 tion single shaft overhung multi-stag型焊接機殼的設計制造技術(shù)難度,通常氣動(dòng)設計方案為目 compressor. Aiming at the overall仍然采用雙缸壓縮機。但是,雙缸壓縮標,從分析轉子的臨 efficiency of units., the design and機雖然結構相對簡(jiǎn)單卻存在著(zhù)制造成界轉速和不平衡特 research on comressor are carried out本高、運行成本高和機械損失大等缺性,優(yōu)化定子和轉子 from the points of determinting best點(diǎn)。MC型單軸懸臂多級離心壓縮機結構等全方面進(jìn)行研比較常規雙缸壓縮機,在同種設計參數發(fā)設計。機組經(jīng)過(guò)現 the critical speed and unbalanced條件下,其多變效率提高了4%~5%場(chǎng)一次性試車(chē)成功, characteristics of rotor, optimizing stator制造成本大大降低,運行更加穩定,適應開(kāi)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(lái)該系■關(guān)鍵詞:空分;壓縮 he successful test on site at the first列機型在中等規模的空分裝置中得到廣機;單軸懸臂;結構設泛的應用。鑒于此,設計研發(fā)出3萬(wàn)5以time for the unit it has create計上空分規模的MCo壓縮機,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引言根據某化肥廠(chǎng)一期30萬(wàn)ta煤制甲醇項目的供貨合同需求,由沈陽(yáng)鼓風(fēng)機隨著(zhù)我國工業(yè)現代化水平的不斷集團有限公司承擔了3萬(wàn)8空分規模的提高,冶金、煤化工、化肥等裝置不斷向空壓機+增壓機組的研制任務(wù)。大型化發(fā)展,相應的空分裝置規模也越依據與用戶(hù)簽訂的技術(shù)協(xié)議中規定來(lái)越大。作為大型空分裝置的核心設的流量、壓力溫度等技術(shù)性能參數,進(jìn)備,3-5萬(wàn)Nm/h空分規模的多級離心行壓縮機的氣動(dòng)性能計算,具體技術(shù)參式壓縮機組日益成為空分市場(chǎng)的主流數見(jiàn)表1收稿日期:201-05-11沈陽(yáng)市110869表1設計性能參數表段1級半開(kāi)式葉輪壓縮后出來(lái)的氣體經(jīng)氣體正常工況最大工況冷卻器,再進(jìn)入第二段繼續壓縮,經(jīng)過(guò)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級繼續壓進(jìn)口流量Q+/(Nmh)縮,使氣體出口溫度<100℃進(jìn)入用戶(hù)管網(wǎng)進(jìn)口壓力MPa(A)0085600856進(jìn)口溫度T/℃2轉子的設計出口壓力pMPa(A)06170617相對濕度ψ%515121MCO轉子的結構特點(diǎn)機組的布置形式:空壓機MCO1404)+汽輪機+變速箱+增壓機(3BCI457),見(jiàn)圖1MCOl404壓縮機的轉子包括主軸、葉輪、軸螺母、隔套、平衡盤(pán)和推力盤(pán)等。主軸采用卻臥卻40NCrM7,具有較強的剛度和強度。為保證精度和防止松動(dòng)推力盤(pán)與主軸3級葉輪蓋盤(pán)側的變速機隔套和軸端密封區的密封槽都整體加工在主軸上,半開(kāi)葉輪把合于軸端,閉式葉輪從軸頭側過(guò)汽輪機盈熱裝到主軸上,右端用鎖緊螺母固定,見(jiàn)圖3卻悉卻器圖1機組布置示意圖機組布置在戶(hù)外,有棚。機組雙層布置,壓縮機和汽輪機安裝在二層樓板上,潤滑油系統及氣體冷卻器安裝在一樓基礎上。MCOl404空壓機,為水平式剖分,單軸懸臂多級結構,首級葉輪為半開(kāi)葉輪,共有4級葉1主軸;2閉式葉輪;3平衡盤(pán);4隔套輪,見(jiàn)圖2。3BCI457為增壓機鍛造筒型殼體,5鎖緊螺母:6推力盤(pán);7半開(kāi)葉輪圖3轉子結構圖共3段7級葉輪壓縮葉輪名義直徑450mm。原動(dòng)機采用杭州汽輪機股份有限公司的多級冷凝22獨特的推力盤(pán)設計式壓縮機,在排氣端通過(guò)膜片聯(lián)軸器與低壓缸葉輪一開(kāi)始旋轉,就受到指向吸入側的力,連接,在進(jìn)氣端通過(guò)膜片聯(lián)軸器、變速箱與高壓這主要是因為輪蓋和輪盤(pán)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)口側的推力,但大小不相同,最終產(chǎn)生指向一側的殘余推力本臺壓縮機產(chǎn)生指向葉輪進(jìn)口端的壓力過(guò)小,提高平衡盤(pán)高度,使合力產(chǎn)生一個(gè)指向軸頭端的殘余推力并通過(guò)推力盤(pán)作用在推力軸承上,產(chǎn)生一定的比壓。3壓縮機定子的優(yōu)化設計31懸臂蝸殼設計進(jìn)口導葉調節器;2半開(kāi)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轉子;5鑄造隔板;6機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總剖圖30mm鋼板拼焊。與端法蘭連接處,止口設計得MCO1404為機組的低壓缸,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計為變截面流道,靠?jì)炔柯菪宓淖兓瘉?lái)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(shí)在不同角度的截心機找求|設計計算面上焊接了加強筋,用來(lái)補強蝸殼的剛性和強介質(zhì)獲得靜壓能和動(dòng)能,大部分動(dòng)能要經(jīng)過(guò)定度。水平方向焊接方形支座,用螺栓把合安裝子中的擴壓器和蝸室來(lái)轉化成壓力能。由于存在蝸殼支架上將進(jìn)口導葉軸向安裝進(jìn)蝸殼使在能量轉換,因此定子件的效率直接影響到壓導葉的傳動(dòng)軸伸出蝸殼側壁軸孔,與執行器接縮機的整機效率。在閉式寬三元葉輪級間采用口連接,見(jiàn)圖4倒勾式隔板,并安裝半高葉片擴壓器來(lái)提高壓縮機的效率,見(jiàn)圖7。半高擴壓器倒勾隔板圖4懸臂蝸殼示意圖32焊接機殼的設計MCO1404機型是我廠(chǎng)自行設計的最大MCO型離心壓縮機,要進(jìn)行全新結構設計。首先根據壓縮機每段進(jìn)氣端和出氣端的氣流速度來(lái)確定進(jìn)出風(fēng)筒法蘭的大小。其中充分考慮了由于結構尺寸龐大帶來(lái)的諸多不利因素。機殼支腿從兩側面伸出。機殼的出口蝸室設置在圖7倒勾隔板和半高擴壓器機殼的內部,靠螺旋板的變化來(lái)改變蝸室不同34進(jìn)口導葉調節器的設計截面的尺寸。隔板支撐環(huán)也全部采用厚的鋼板由于半開(kāi)式葉輪性能曲線(xiàn)較短,為適應空分焊接,所有隔板均安裝在支撐環(huán)上,增強了機殼壓縮機組變工況的需要,增加了進(jìn)口導葉調節剛性,見(jiàn)圖5和圖6。器。對于壓縮機來(lái)說(shuō),進(jìn)口導葉設計得離葉輪較近時(shí),其預旋作用比較明顯,調節性能更好。該3萬(wàn)8空分MCO1404機組用進(jìn)口導葉調節器是目前我廠(chǎng)最大型的進(jìn)口調節裝置,可以在驅動(dòng)機轉速不變的情況下有效地調節進(jìn)口流量。以往的調節器用進(jìn)口直線(xiàn)行程的氣動(dòng)執行器驅動(dòng),采用平行四連桿結構和曲柄連桿結構,圖5焊接上機殼其功率消耗大,結構復雜,傳動(dòng)部件較多,角度調節精度差,裝配難度高。限于曲柄聯(lián)桿的結構和制造誤差的問(wèn)題,易出現傳動(dòng)鎖死現象,此圖6焊接下機殼33隔板的設計壓縮機內部能量的轉換可以簡(jiǎn)單地認為是在轉子和定子兩部分進(jìn)行。通過(guò)葉輪旋轉壓縮圖8進(jìn)口導葉調節器示意圖次三維設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,相比于傳統的雙動(dòng)。角度調節的方式,改用國產(chǎn)角行程的氣動(dòng)缸壓縮機和組裝式齒輪壓縮機,有調節方便快執行器,使運動(dòng)機構簡(jiǎn)單,調節精度通過(guò)精密制捷、低運行成本、高效率工作、運轉安全穩定及造的齒輪齒條嚙合來(lái)保證,調節過(guò)程更加準確、易于維護等優(yōu)點(diǎn),繼而取代后者。平穩和安全。因為零部件少,制造安裝方便。隨著(zhù)該機組在大空分用空壓機市場(chǎng)的廣泛見(jiàn)圖8應用,其設計將隨運行調整更加趨于合理,安4技術(shù)總結與展望全性更有保證取代進(jìn)口產(chǎn)品,為用戶(hù)節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營(yíng)維護費用,進(jìn)一步擴大應用領(lǐng)域是我廠(chǎng)為級離心壓縮機MCO1404的過(guò)程中,應用了我廠(chǎng)大型工藝流程用離心壓縮機國產(chǎn)化做出貢獻的在壓縮機設計上的最先進(jìn)技術(shù),采用了動(dòng)力學(xué)宏偉目標。分析的最新方法,結合了企業(yè)的生產(chǎn)制造能力,參考文獻取得了成功。該產(chǎn)品于2010年8月在用戶(hù)現場(chǎng)西安交通大學(xué)透平壓縮機教研室離心式壓縮機原理次性試車(chē)成功,現已投入運行。這是我國大機械工業(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的最住蝸殼設計風(fēng)機技術(shù),2007通過(guò)研制中開(kāi)發(fā)出的更為高效率的大三元(10):7-11流動(dòng)系列葉輪,使我廠(chǎng)具備了高達6萬(wàn)空分規4王學(xué)軍.沈鼓技術(shù)發(fā)展與離心壓縮機國產(chǎn)化風(fēng)機技術(shù)20071):3-4模的制造能力。目前,4萬(wàn)空分和5萬(wàn)空分的單5湯育紅汪慶桓,喻達之工業(yè)用多級離心壓縮機設計及變缸多級懸臂離心壓縮機MCO機型正在設計研工況計算方法化工機械,1995(4):21-2“+“+“十“+“++-+·+“+“++““+++“(上接第21頁(yè))與葉片的安放角不一致,還會(huì )引起沖擊損失?？赡苡谐鋈?如國扇比轉速為56,而德扇為因此,在風(fēng)扇的設計與制造過(guò)程中首先應盡最69,但從圖1和圖2中看,比轉速較高的德扇看大可能使其各處流道符合氣體流線(xiàn),并在各工上去比國扇窄而長(cháng)些。藝環(huán)節上盡力保證。14比轉速2結論風(fēng)機的相似準則比轉速n為從試驗特性看,德扇無(wú)論是全壓、流量、功qv耗還是全壓曲線(xiàn)走向均優(yōu)于國扇。而就計算結n,(P2(14)果看,其德扇相對渦流系數K也高于國扇。雖式中q為氣體流量,m/s然國扇的比轉速n小于德扇,但其全壓并未高由于同一臺風(fēng)機在不同工況下會(huì )有不同的于德扇,這有幾何不相似的原因,更有設計及工比轉速故通常是以最高效率點(diǎn)的比轉速作為藝上的不足,故還有待于進(jìn)一步從結構和工藝相似準則的比轉速。使用中,加熱器助燃風(fēng)扇上進(jìn)行優(yōu)化。是在定電壓定轉速的單點(diǎn)工況下運轉的,所以參考文獻本文分析是以額定轉速下最大流量點(diǎn)的流量和閆國軍葉片式泵風(fēng)機原理及設計M哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2009:259全壓來(lái)計算n的。由試驗數據計算得:國扇比(2郭立君何川泵與風(fēng)機(第三版)M北京:中國電力出版社轉速為56,德扇為69,屬離心風(fēng)機中的中、低2004:21,35比轉速。由圖1和圖2可看出,國扇與德扇并非3]商景泰通風(fēng)機手冊M北京:機械工業(yè)出版社,1996,1是幾何相似,所以其性能曲線(xiàn)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:電力工般低比轉速的葉輪窄而長(cháng),高比轉速的業(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]張克危流體機械原理(上冊)M北京:機械工業(yè)出版社,2000:54