3万8空分单轴悬臂多级离心压缩机的研制

爪机找术|设计计算3万8空分单轴悬臂多级离心压编机的研制张玉珠齐智勇/沈阳鼓风机集团有限公司中图分类号:TH452文献标志码:B设备。文章编号:1006-8155(2011)06-0022-0在以往3万Nm/h空分装置规模上Research on3800 Air Seperation研制超过3万Nm:h,其配套空压机的设■摘要:阐述了3万8 Single Shaft Overhung Multi- stage计思路和工业流程等都将发生大的变空分规模单轴悬臂多 Compressor化,技术要求和难度相应提高。由于大级离心压缩机的研制 Abstract: This paper has specified the型机组转子的临界转速、高速平衡能力过程。以追求机组的 reseacrch process of3800 air sepera-和运转稳定性等的气动学分析,以及大整机效率,确定最佳 tion single shaft overhung multi-stag型焊接机壳的设计制造技术难度,通常气动设计方案为目 compressor. Aiming at the overall仍然采用双缸压缩机。但是,双缸压缩标,从分析转子的临 efficiency of units., the design and机虽然结构相对简单却存在着制造成界转速和不平衡特 research on comressor are carried out本高、运行成本高和机械损失大等缺性,优化定子和转子 from the points of determinting best点。MC型单轴悬臂多级离心压缩机结构等全方面进行研比较常规双缸压缩机,在同种设计参数发设计。机组经过现 the critical speed and unbalanced条件下,其多变效率提高了4%~5%场一次性试车成功, characteristics of rotor, optimizing stator制造成本大大降低,运行更加稳定,适应开创了国产化先例。 d rotor structures and so on.Afer于更大范围的工况,所以,近几年来该系■关键词:空分;压缩 he successful test on site at the first列机型在中等规模的空分装置中得到广机;单轴悬臂;结构设泛的应用。鉴于此,设计研发出3万5以time for the unit it has create计上空分规模的MCo压缩机,是大型空分domestic precedent装置国产化技术发展的关键。Key words: air seperation; compressor;single shaft overhung; structure desig1项目概述0引言根据某化肥厂一期30万ta煤制甲醇项目的供货合同需求,由沈阳鼓风机随着我国工业现代化水平的不断集团有限公司承担了3万8空分规模的提高,冶金、煤化工、化肥等装置不断向空压机+增压机组的研制任务。大型化发展,相应的空分装置规模也越依据与用户签订的技术协议中规定来越大。作为大型空分装置的核心设的流量、压力温度等技术性能参数,进备,3-5万Nm/h空分规模的多级离心行压缩机的气动性能计算,具体技术参式压缩机组日益成为空分市场的主流数见表1收稿日期:201-05-11沈阳市110869表1设计性能参数表段1级半开式叶轮压缩后出来的气体经气体正常工况最大工况冷却器,再进入第二段继续压缩,经过第二段2介质空气平均分子量2866828.668级压缩后经气体冷却器至第三段1级继续压进口流量Q+/(Nmh)缩,使气体出口温度<100℃进入用户管网进口压力MPa(A)0085600856进口温度T/℃2转子的设计出口压力pMPa(A)06170617相对湿度ψ%515121MCO转子的结构特点机组的布置形式:空压机MCO1404)+汽轮机+变速箱+增压机(3BCI457),见图1MCOl404压缩机的转子包括主轴、叶轮、轴螺母、隔套、平衡盘和推力盘等。主轴采用却卧却40NCrM7,具有较强的刚度和强度。为保证精度和防止松动推力盘与主轴3级叶轮盖盘侧的变速机隔套和轴端密封区的密封槽都整体加工在主轴上,半开叶轮把合于轴端,闭式叶轮从轴头侧过汽轮机盈热装到主轴上,右端用锁紧螺母固定,见图3却悉却器图1机组布置示意图机组布置在户外,有棚。机组双层布置,压缩机和汽轮机安装在二层楼板上,润滑油系统及气体冷却器安装在一楼基础上。MCOl404空压机,为水平式剖分,单轴悬臂多级结构,首级叶轮为半开叶轮,共有4级叶1主轴;2闭式叶轮;3平衡盘;4隔套轮,见图2。3BCI457为增压机锻造筒型壳体,5锁紧螺母:6推力盘;7半开叶轮图3转子结构图共3段7级叶轮压缩叶轮名义直径450mm。原动机采用杭州汽轮机股份有限公司的多级冷凝22独特的推力盘设计式压缩机,在排气端通过膜片联轴器与低压缸叶轮一开始旋转,就受到指向吸入侧的力,连接,在进气端通过膜片联轴器、变速箱与高压这主要是因为轮盖和轮盘上作用的压力不同造缸连接。成推力不等。作用在叶轮上的轴向推力,将轴5和叶轮沿轴向推移。各级叶轮都产生指向进口侧的推力,但大小不相同,最终产生指向一侧的残余推力本台压缩机产生指向叶轮进口端的压力过小,提高平衡盘高度,使合力产生一个指向轴头端的残余推力并通过推力盘作用在推力轴承上,产生一定的比压。3压缩机定子的优化设计31悬臂蜗壳设计进口导叶调节器;2半开叶轮;3悬臂蜗壳考虑保证刚度前提下减轻质量,以确保装4转子;5铸造隔板;6机壳配后重力作用下变形小。由于压力较低,采用图2MCo1404单轴悬臂多级离心压缩机总剖图30mm钢板拼焊。与端法兰连接处,止口设计得MCO1404为机组的低压缸,第一级叶轮安较宽,以保证装配刚性。由于流量较大,该蜗室装在主轴的一端,其他叶轮安装在主轴的中设计为变截面流道,靠内部螺旋板的变化来改间。气体在MCO144低压缸分三段压缩,由第变蜗室不同截面的尺寸,同时在不同角度的截心机找求|设计计算面上焊接了加强筋,用来补强蜗壳的刚性和强介质获得静压能和动能,大部分动能要经过定度。水平方向焊接方形支座,用螺栓把合安装子中的扩压器和蜗室来转化成压力能。由于存在蜗壳支架上将进口导叶轴向安装进蜗壳使在能量转换,因此定子件的效率直接影响到压导叶的传动轴伸出蜗壳侧壁轴孔,与执行器接缩机的整机效率。在闭式宽三元叶轮级间采用口连接,见图4倒勾式隔板,并安装半高叶片扩压器来提高压缩机的效率,见图7。半高扩压器倒勾隔板图4悬臂蜗壳示意图32焊接机壳的设计MCO1404机型是我厂自行设计的最大MCO型离心压缩机,要进行全新结构设计。首先根据压缩机每段进气端和出气端的气流速度来确定进出风筒法兰的大小。其中充分考虑了由于结构尺寸庞大带来的诸多不利因素。机壳支腿从两侧面伸出。机壳的出口蜗室设置在图7倒勾隔板和半高扩压器机壳的内部,靠螺旋板的变化来改变蜗室不同34进口导叶调节器的设计截面的尺寸。隔板支撑环也全部采用厚的钢板由于半开式叶轮性能曲线较短,为适应空分焊接,所有隔板均安装在支撑环上,增强了机壳压缩机组变工况的需要,增加了进口导叶调节刚性,见图5和图6。器。对于压缩机来说,进口导叶设计得离叶轮较近时,其预旋作用比较明显,调节性能更好。该3万8空分MCO1404机组用进口导叶调节器是目前我厂最大型的进口调节装置,可以在驱动机转速不变的情况下有效地调节进口流量。以往的调节器用进口直线行程的气动执行器驱动,采用平行四连杆结构和曲柄连杆结构,图5焊接上机壳其功率消耗大,结构复杂,传动部件较多,角度调节精度差,装配难度高。限于曲柄联杆的结构和制造误差的问题,易出现传动锁死现象,此图6焊接下机壳33隔板的设计压缩机内部能量的转换可以简单地认为是在转子和定子两部分进行。通过叶轮旋转压缩图8进口导叶调节器示意图次三维设计中采用了锥齿轮和锥齿圈啮合传发中,它将以等温压缩效率高,相比于传统的双动。角度调节的方式,改用国产角行程的气动缸压缩机和组装式齿轮压缩机,有调节方便快执行器,使运动机构简单,调节精度通过精密制捷、低运行成本、高效率工作、运转安全稳定及造的齿轮齿条啮合来保证,调节过程更加准确、易于维护等优点,继而取代后者。平稳和安全。因为零部件少,制造安装方便。随着该机组在大空分用空压机市场的广泛见图8应用,其设计将随运行调整更加趋于合理,安4技术总结与展望全性更有保证取代进口产品,为用户节约一次性投资及综上所述,在研制创新该大型单轴悬臂多运营维护费用,进一步扩大应用领域是我厂为级离心压缩机MCO1404的过程中,应用了我厂大型工艺流程用离心压缩机国产化做出贡献的在压缩机设计上的最先进技术,采用了动力学宏伟目标。分析的最新方法,结合了企业的生产制造能力,参考文献取得了成功。该产品于2010年8月在用户现场西安交通大学透平压缩机教研室离心式压缩机原理次性试车成功,现已投入运行。这是我国大机械工业出版社,1980型空分装置国产化的里程碑。[2]沈维道,蒋智敏,童钧耕工程热力学[D]2003]周邦宁离心式压缩机的最住蜗壳设计风机技术,2007通过研制中开发出的更为高效率的大三元(10):7-11流动系列叶轮,使我厂具备了高达6万空分规4王学军.沈鼓技术发展与离心压缩机国产化风机技术20071):3-4模的制造能力。目前,4万空分和5万空分的单5汤育红汪庆桓,喻达之工业用多级离心压缩机设计及变缸多级悬臂离心压缩机MCO机型正在设计研工况计算方法化工机械,1995(4):21-2“+“+“十“+“++-+·+“+“++““+++“(上接第21页)与叶片的安放角不一致,还会引起冲击损失。可能有出入,如国扇比转速为56,而德扇为因此,在风扇的设计与制造过程中首先应尽最69,但从图1和图2中看,比转速较高的德扇看大可能使其各处流道符合气体流线,并在各工上去比国扇窄而长些。艺环节上尽力保证。14比转速2结论风机的相似准则比转速n为从试验特性看,德扇无论是全压、流量、功qv耗还是全压曲线走向均优于国扇。而就计算结n,(P2(14)果看,其德扇相对涡流系数K也高于国扇。虽式中q为气体流量,m/s然国扇的比转速n小于德扇,但其全压并未高由于同一台风机在不同工况下会有不同的于德扇,这有几何不相似的原因,更有设计及工比转速故通常是以最高效率点的比转速作为艺上的不足,故还有待于进一步从结构和工艺相似准则的比转速。使用中,加热器助燃风扇上进行优化。是在定电压定转速的单点工况下运转的,所以参考文献本文分析是以额定转速下最大流量点的流量和闫国军叶片式泵风机原理及设计M哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2009:259全压来计算n的。由试验数据计算得:国扇比(2郭立君何川泵与风机(第三版)M北京:中国电力出版社转速为56,德扇为69,属离心风机中的中、低2004:21,35比转速。由图1和图2可看出,国扇与德扇并非3]商景泰通风机手册M北京:机械工业出版社,1996,1是几何相似,所以其性能曲线也不尽相似。4山东工学院东北电力学院工程流体力学M]北京:电力工般低比转速的叶轮窄而长,高比转速的业出版社,1980:75叶轮宽而短。对于几何不相似的叶轮相比,则S]张克危流体机械原理(上册)M北京:机械工业出版社,2000:54