冷劑壓縮機(jī)不同選型方案的比較分析

黃映富

【摘 要】根據(jù)壓縮機(jī)的參數(shù)特征和工程要求，給出兩種壓縮機(jī)選型方案，再對(duì)兩種方案進(jìn)行穩(wěn)定性分析，一般情況下機(jī)組選型要選擇機(jī)型小、多變效率高的壓縮機(jī)，但經(jīng)穩(wěn)定性分析后，最終從工程安全角度選擇了效率相對(duì)低、但穩(wěn)定性更好的離心壓縮機(jī)。

引言

轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定性是指轉(zhuǎn)子在受到某種擾動(dòng)后能否隨時(shí)間的推移而恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)的能力，也就是說(shuō)擾動(dòng)響應(yīng)能否 隨時(shí)間增加而消失。如果響應(yīng)隨時(shí)間增 加而消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)是穩(wěn)定的，若響應(yīng) 隨時(shí)間增加不消失，則轉(zhuǎn)子系統(tǒng)就失穩(wěn) 了。離心壓縮機(jī)穩(wěn)定性分析是轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析的一項(xiàng)重要內(nèi)容，特別是對(duì)于重分子量，高壓比的壓縮機(jī)，如近年來(lái)發(fā)展 迅速的冷劑離心壓縮機(jī)。

API 617-2002 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，除了最大連續(xù)轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速，按剛性支承計(jì)算外，在所有離心或軸流壓縮機(jī)徑流轉(zhuǎn)子上應(yīng)作穩(wěn)定性分析。為了這一分析，機(jī)器進(jìn)口和出口條件應(yīng)該在額定的條件上，不然就在賣(mài)方和買(mǎi)方商定的另一運(yùn)行點(diǎn)上。本文以一個(gè)工程實(shí)例的冷劑壓縮機(jī)選型方案結(jié)合其穩(wěn)定性 分析結(jié)果展現(xiàn)穩(wěn)定性分析的工程應(yīng)用。

1 冷劑壓縮機(jī)選型方案

通常壓縮機(jī)所能壓縮的介質(zhì)根據(jù)工 藝流程的需求，具有多樣性，就介質(zhì)的分 子量而言，可以是輕介質(zhì)（以氫氣為主要 成分），分子量 2.0～10.0 左右，也可以是重 介質(zhì)，如二氧化碳?jí)嚎s機(jī)，丙烷氣壓縮 機(jī)，分子量在 40 以上；冷劑壓縮機(jī)，介質(zhì)分子量多在 30 以上，屬于重介質(zhì)范疇（見(jiàn)表 1），在同等壓力條件下，重介質(zhì)相對(duì)輕介質(zhì)而言，在壓縮機(jī)葉輪口圈密封處和平衡盤(pán)密封 處產(chǎn)生氣體激振力會(huì)更大，會(huì)更容易造成轉(zhuǎn)子失 穩(wěn)，需要對(duì)軸系進(jìn)行可靠性分析。

根據(jù)上面表格中的方案對(duì)比可以看出，方案一的機(jī)型小，壓縮機(jī)的多變效率高，驅(qū)動(dòng)機(jī)功耗小，將會(huì)是首選方案。下面結(jié)合穩(wěn)定性分析結(jié)果 進(jìn)行方案可靠性評(píng)定。

2 方案一穩(wěn)定性分析

2.1方案一 I 級(jí)穩(wěn)定性分析

根據(jù) API 617-2002 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，基于修正的 Alford 經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算各級(jí)葉輪的預(yù)期交叉耦合剛 度，繼而在轉(zhuǎn)子跨距中間處施加總的預(yù)期交叉耦 合剛度，完成復(fù)模態(tài)分析，計(jì)算轉(zhuǎn)子系統(tǒng)分別在 最大和最小軸承間隙下的第一階正進(jìn)動(dòng)模態(tài)的 對(duì)數(shù)衰減率。

分析結(jié)果包括第一階正進(jìn)動(dòng)模態(tài)下的對(duì)數(shù) 衰減率隨著施加的預(yù)期交叉耦合剛度的變化曲 線(xiàn)圖，如圖 1 所示，以及 I 級(jí)穩(wěn)定性分析篩選準(zhǔn)則圖，如圖 2 所示。

根據(jù) API 617-2002 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，I 級(jí)穩(wěn)定性分 析如果下面準(zhǔn)則的任何一個(gè)適用，將進(jìn)行Ⅱ級(jí)穩(wěn) 定性分析：

1）Q0/QA<2.0；

2）δA<0.1；

3）2.0否則，該穩(wěn)定性被接受和不要求任何進(jìn)一步 的分析。

I 級(jí)穩(wěn)定性分析：如圖 3 所示，圖中顯示了方 案一的轉(zhuǎn)子一階正進(jìn)動(dòng)對(duì)數(shù)衰減率與交叉耦合剛度的關(guān)系，QA 為預(yù)期的交叉耦合剛度，Q0 為產(chǎn) 生 零 對(duì) 數(shù) 衰 減 率 所 要 求 的 交 叉 耦 合 剛 度，QA= 2.18kN/mm。當(dāng) 軸 承 間 隙 取 最 小 值 時(shí)，Q0=2.43 kN/mm，Q0/QA=1.11，對(duì)數(shù)衰減率δA=0.025，需要進(jìn) 行 II 級(jí)穩(wěn)定性分析；當(dāng)軸承間隙取最大值時(shí)，Q0= 3.85kN/mm，Q0/QA=1.77，對(duì)數(shù)衰減率δA=0.19。從I級(jí)篩選準(zhǔn)則圖 4 中可知篩選點(diǎn)位于 B 區(qū)內(nèi)，CSR=2.898。

根據(jù) I 級(jí)穩(wěn)定性判定準(zhǔn)則，同時(shí)適用δA<0.1與 2.0