【壓縮機網(wǎng)】目前我國石油、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，這樣就對化工流程的核心設備，離心壓縮機有了更高的要求。這幾年為了滿足用戶對大流量、高壓比、級間加氣等壓縮機的要求，我公司設計了很多大型、高壓的壓縮機。例如現(xiàn)在的空壓機流量基本上都在 36000 ～ 5 2000 Nm ³ /h 范圍內(nèi) , 葉輪直徑基本上都在 900mm ～ 1200 mm 之間。甲醇壓縮機在 2006 年時，基本上都是年產(chǎn) 10 萬噸甲醇項目 , 而在 2007 年到現(xiàn)在基本上都是年產(chǎn) 20 噸甲醇項目 , 裝置年產(chǎn)量翻了一倍。 z*近還設計制造乙烯三機即丙烯壓縮機、裂解氣壓縮機、乙烯壓縮機，徹底地打破了國外發(fā)達國家的壟斷，實現(xiàn)了乙烯三機的國產(chǎn)化。這對石油化工的高產(chǎn)化、國產(chǎn)化有著重要的意義，但對于壓縮機的本體結(jié)構(gòu)設計和設計計算的難度也越來越大。
1 大支撐跨距壓縮機在現(xiàn)實工作中的應用
大支撐跨距是指壓縮機驅(qū)動端支撐軸承和非驅(qū)動端支撐軸承之間的距離與葉輪z*大內(nèi)孔直徑的比值簡稱 L / D 。這是衡量一臺壓縮機是否穩(wěn)定的一個重要指標，是離心壓縮機轉(zhuǎn)子動力學分析的一個重要的內(nèi)容。隨著離心壓縮機大型化、多級化的發(fā)展，這個指標越來越受到人們的重視。它主要是由于壓縮機的級數(shù)過多而導致壓縮機轉(zhuǎn)子過長而產(chǎn)生的。
1.1 氣體分子量與壓縮機級的關系
氣體的分子量越小越難壓縮，比如在氫氣壓縮機中，一級葉輪的壓比大概只有 1.0 ～ 1.12 ，例如，云南云維集團 20 萬噸甲醇壓縮機 , 氫氣的含量為 68% ，平均分子量為 11.55, 氣體在壓縮機中的總壓比為 2.6 ，該壓縮機用了 9 級壓縮 , 有兩個級間冷卻器、 1 個防喘振冷卻器，機型為 3BCL529 。而在分子量較大的壓縮機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高。
1.2 葉輪的轉(zhuǎn)速和做功
同一型號的葉輪做功能力的大小與驅(qū)動機能提供的功率和轉(zhuǎn)速有關，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的正常運行；葉輪的轉(zhuǎn)速越高，葉輪對氣體做功越多，即氣體的壓升越大，但是由于受到驅(qū)動機、葉輪周速、材料強度、馬赫數(shù)等方面的限制。壓縮機靠提高轉(zhuǎn)速來提供做功的能力是有限的。
1.3 離心壓縮機中常用的葉輪
葉輪對氣體的做功能力與葉輪的工作效率有關，葉輪的效率主要取決于葉輪的氣動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。為了提高設計工作效率葉輪基本級已經(jīng)標準化，平均效率已達到 80% 以上，提高的空間很有限。
通過增加壓縮機的級數(shù)來提高葉輪的工作轉(zhuǎn)速已成為提高壓縮機整機工作壓比z*有效z*直接的方法。于是出現(xiàn)了云南云維的 20 萬噸甲醇項目的 3BCL529 、 2MCL609 、 BCL6010 等超長的機組。
2 技術難點分析及設計過程介紹
產(chǎn)品 2MCL609 是典型的大支撐跨距壓縮機。現(xiàn)結(jié)合理論與實際，對該產(chǎn)品的技術難點及計算過程簡單介紹如下。
離心壓縮機的級數(shù)按照文獻 [1] 的介紹一般少于 9 級，但將壓縮機的級數(shù)設計到 9 級甚至 10 級是在提高壓縮機轉(zhuǎn)速、提高葉輪的工作效率等辦法的基礎之上，還無法達到用戶要求參數(shù)時，而z*后采用的一種方法。壓縮機的級數(shù)越多壓縮機的轉(zhuǎn)子越長，驅(qū)動端的支撐軸承和非驅(qū)動端支撐軸承之間的距離越大，也就是在這里所說的 L / D 。 L / D 的數(shù)值一旦超過了規(guī)定的數(shù)值，壓縮機轉(zhuǎn)子的強度分析就成為必須考核的內(nèi)容。強度分析結(jié)果不合格，將導致結(jié)構(gòu)方案乃至氣動方案的更改。
強度分析主要包括單個葉輪的強度分析和轉(zhuǎn)子軸系的動力學分析。單個葉輪的強度分析包括葉輪應力計算、半開式葉輪的輪盤自振頻率分析、半開式葉輪的葉片自振頻率分析；轉(zhuǎn)子軸系的動力學分析主要是轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性分析，包括氣體激振分析軸和鍵的強度計算。回轉(zhuǎn)剛體質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動慣量計算及軸向推力計算、平衡盤尺寸確定也在其中。
氣體激振是轉(zhuǎn)子動力學分析的關鍵內(nèi)容。氣體激振是指在壓縮機中由于葉輪內(nèi)部發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離而產(chǎn)生的對機器的氣體激勵。對于大分子量及壓力高的的離心壓縮機，如化肥裝置中的 CO 2 壓縮機和合成氣壓縮機，在方案設計中需要考慮此類問題。自激振動是指壓力高、分子量較大的氣體在通過平衡盤等密封時，由于壓比高而有可能達到音速進而誘發(fā)對轉(zhuǎn)子的氣體激振。
來源：風機技術網(wǎng)
【壓縮機網(wǎng)】目前我國石油、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，這樣就對化工流程的核心設備，離心壓縮機有了更高的要求。這幾年為了滿足用戶對大流量、高壓比、級間加氣等壓縮機的要求，我公司設計了很多大型、高壓的壓縮機。例如現(xiàn)在的空壓機流量基本上都在 36000 ～ 5 2000 Nm ³ /h 范圍內(nèi) , 葉輪直徑基本上都在 900mm ～ 1200 mm 之間。甲醇壓縮機在 2006 年時，基本上都是年產(chǎn) 10 萬噸甲醇項目 , 而在 2007 年到現(xiàn)在基本上都是年產(chǎn) 20 噸甲醇項目 , 裝置年產(chǎn)量翻了一倍。 z*近還設計制造乙烯三機即丙烯壓縮機、裂解氣壓縮機、乙烯壓縮機，徹底地打破了國外發(fā)達國家的壟斷，實現(xiàn)了乙烯三機的國產(chǎn)化。這對石油化工的高產(chǎn)化、國產(chǎn)化有著重要的意義，但對于壓縮機的本體結(jié)構(gòu)設計和設計計算的難度也越來越大。
1 大支撐跨距壓縮機在現(xiàn)實工作中的應用
大支撐跨距是指壓縮機驅(qū)動端支撐軸承和非驅(qū)動端支撐軸承之間的距離與葉輪z*大內(nèi)孔直徑的比值簡稱 L / D 。這是衡量一臺壓縮機是否穩(wěn)定的一個重要指標，是離心壓縮機轉(zhuǎn)子動力學分析的一個重要的內(nèi)容。隨著離心壓縮機大型化、多級化的發(fā)展，這個指標越來越受到人們的重視。它主要是由于壓縮機的級數(shù)過多而導致壓縮機轉(zhuǎn)子過長而產(chǎn)生的。
1.1 氣體分子量與壓縮機級的關系
氣體的分子量越小越難壓縮，比如在氫氣壓縮機中，一級葉輪的壓比大概只有 1.0 ～ 1.12 ，例如，云南云維集團 20 萬噸甲醇壓縮機 , 氫氣的含量為 68% ，平均分子量為 11.55, 氣體在壓縮機中的總壓比為 2.6 ，該壓縮機用了 9 級壓縮 , 有兩個級間冷卻器、 1 個防喘振冷卻器，機型為 3BCL529 。而在分子量較大的壓縮機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高。
1.2 葉輪的轉(zhuǎn)速和做功
同一型號的葉輪做功能力的大小與驅(qū)動機能提供的功率和轉(zhuǎn)速有關，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的正常運行；葉輪的轉(zhuǎn)速越高，葉輪對氣體做功越多，即氣體的壓升越大，但是由于受到驅(qū)動機、葉輪周速、材料強度、馬赫數(shù)等方面的限制。壓縮機靠提高轉(zhuǎn)速來提供做功的能力是有限的。
1.3 離心壓縮機中常用的葉輪
葉輪對氣體的做功能力與葉輪的工作效率有關，葉輪的效率主要取決于葉輪的氣動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。為了提高設計工作效率葉輪基本級已經(jīng)標準化，平均效率已達到 80% 以上，提高的空間很有限。
通過增加壓縮機的級數(shù)來提高葉輪的工作轉(zhuǎn)速已成為提高壓縮機整機工作壓比z*有效z*直接的方法。于是出現(xiàn)了云南云維的 20 萬噸甲醇項目的 3BCL529 、 2MCL609 、 BCL6010 等超長的機組。
2 技術難點分析及設計過程介紹
產(chǎn)品 2MCL609 是典型的大支撐跨距壓縮機。現(xiàn)結(jié)合理論與實際，對該產(chǎn)品的技術難點及計算過程簡單介紹如下。
離心壓縮機的級數(shù)按照文獻 [1] 的介紹一般少于 9 級，但將壓縮機的級數(shù)設計到 9 級甚至 10 級是在提高壓縮機轉(zhuǎn)速、提高葉輪的工作效率等辦法的基礎之上，還無法達到用戶要求參數(shù)時，而z*后采用的一種方法。壓縮機的級數(shù)越多壓縮機的轉(zhuǎn)子越長，驅(qū)動端的支撐軸承和非驅(qū)動端支撐軸承之間的距離越大，也就是在這里所說的 L / D 。 L / D 的數(shù)值一旦超過了規(guī)定的數(shù)值，壓縮機轉(zhuǎn)子的強度分析就成為必須考核的內(nèi)容。強度分析結(jié)果不合格，將導致結(jié)構(gòu)方案乃至氣動方案的更改。
強度分析主要包括單個葉輪的強度分析和轉(zhuǎn)子軸系的動力學分析。單個葉輪的強度分析包括葉輪應力計算、半開式葉輪的輪盤自振頻率分析、半開式葉輪的葉片自振頻率分析；轉(zhuǎn)子軸系的動力學分析主要是轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性分析，包括氣體激振分析軸和鍵的強度計算。回轉(zhuǎn)剛體質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動慣量計算及軸向推力計算、平衡盤尺寸確定也在其中。
氣體激振是轉(zhuǎn)子動力學分析的關鍵內(nèi)容。氣體激振是指在壓縮機中由于葉輪內(nèi)部發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離而產(chǎn)生的對機器的氣體激勵。對于大分子量及壓力高的的離心壓縮機，如化肥裝置中的 CO 2 壓縮機和合成氣壓縮機，在方案設計中需要考慮此類問題。自激振動是指壓力高、分子量較大的氣體在通過平衡盤等密封時，由于壓比高而有可能達到音速進而誘發(fā)對轉(zhuǎn)子的氣體激振。
來源：風機技術網(wǎng)
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