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为减小转子轴向力对离心压缩机的改造

摘要：介绍分析了新乡中新化工有限责任公司空分装置，空压机组增压机转子轴向
力偏大原因以及为为减小转子的轴向力所进行的平衡管改造。
关键词：转子平衡管平衡盘轴向力

我公司的1台空压机组的增压机，型号为：EBZ456，为筒式结构，六级叶轮从低压级到高压级一次排列，每2级叶轮为一段，共三段，进气压力为0.6MPa，排气压力为6.3MPa。为引进的德国曼透平技术。
在2011年4月开始试车运行，在试车的时候，排气压力刚达到5.0MPa左右时，发现主推力瓦的温度已经达到110℃，最高达118摄氏度，该台设备的轴瓦温度报警值为105℃，跳车值为：120℃，也就是说在机组出口压力还没有达到设计要求时，推力瓦温度已经严重超过了报警值。开始的时候我们怀疑是主推力瓦的喷油嘴堵塞，造成进油不畅导致温度过高，在打开推力瓦检查后，并没有发现推力瓦的进油存在堵塞现象。之后我们与厂家的技术人员一起对推力瓦温度过高的问题进行了分析，经过对现场实际情况的分析得出，造成主推力瓦温度过高的原因为推力轴承承受的轴向力太大，造成了主推力瓦块的温度过高。想把温度降下来，就必须把推力轴承承受的轴向力减小。

一、轴向力产生的具体原理
由于转子运转时，叶轮的轮盘与轮盖两侧所受的气体作用力不同，还会剩余一部分轴向力作用于转子，所有的叶轮受到的轴向力之和就是整个转子的轴向推力，为了抵消这部分轴向力，常用的方法就是在高压端安装一个平衡盘，盘侧的气体压力为压缩机的出口压力，平衡盘的高压侧与压缩机末级叶轮相通，低压侧与压缩机入口相联接或较低压力的叶轮出口相通，使气体压力接近于进气压力，其外缘与气缸间设有迷宫密封，从而使平衡盘的两侧保持一定的压差，该压差会产生一个轴向力，其方向与叶轮产生的轴向力相反，从而平衡掉一部分轴向力，就这样，转子的轴向推力经平衡后，剩下的轴向力就有推力轴承来承担，因此，平衡盘能够平衡掉多少压力就直接决定了推力盘所承受的轴向力的大小。所以，只有加大平衡盘产生的压力，才能减小推力盘所承受的轴向力。
由下列方程可以大致计算出平衡盘所产生轴向力的大小：F=π/4（D²—d²）(p2—p1)式1

式中F——平衡盘产生的轴向力，N；p1——平衡盘低压侧的压力，MPa；p2——平衡盘高压侧的压力，MPa；D——平衡盘外径，mm；d——平衡盘轮毂直径，mm。

造成轴向力偏大的原因及情况判断
1、由于转速升高或在转速不变的情况下减量生产，可能导致压缩机出口超压增大轴向推力。
2、轮盖密封、定距套密封损坏，导致泄漏量增加而改变叶轮两侧的压力分布，引起轴向力的增加。
3、平衡盘密封损坏或者平衡管堵塞，使平衡盘两侧的压差变小，平衡盘的平衡能力减弱，从而增加轴向力。
4、平衡盘的直径设计偏小，从而使平衡盘抵消掉的那一部分轴向力较小，导致整个转子的轴向力偏大。
根据现场运行情况以及仔细对设备进行的检查，排除了前三种的可能性，造成该机组轴向力偏大的原因就是平衡盘设计偏小，平衡掉的轴向力较小，造成整个转子轴向力增大。

对该台设备进行的改造
根据分析的结果，讨论是否可以增加平衡盘的直径，经过厂家技术人员与德国曼透平设计人员讨论，认为该台设备的平衡直径已经是所能设计的最大值了，无法再进行扩大。根据式1，我们可以判断，由于d、p2、的大小无法改变，如果加大平衡盘的轴向力，只有加大平衡盘的直径或者减小平衡盘低压侧的压力，既然平衡盘的直径无法加大，只能通过减少平衡管低压侧的压力，增加平衡盘的反轴向力，进而减小整个转子的轴向力，根据实际情况，对该增压机的平衡管进行了如图1所示的改造:

图1

根据图1所示，在开车的时候，先把截止阀1、全部打开，截止阀2全部关闭，在慢慢的打开截止阀2、关闭截止阀1，通过调节平衡管低压侧的压力，来改变转子的轴向力，这时观察推力瓦温度的变化，在满足推力瓦温度的情况下，尽可能的关闭截止阀1，以免大量气体放空造成的浪费。

四、结论
通过对该台增压机平衡管的改造，通过降低平衡管低压侧的压力，增大了平衡管的反轴向力，减少了整个转子的轴向力，减轻了推力瓦的负荷，通过调整，使主推力瓦的温度维持在90℃左右，保证了该机组的长周期稳定运转。

1985年2月生。2008年毕业于安阳工学院机械系。从事化工设备管理与维修工作5年。
现在河南煤化集团新乡中新化工有限责任公司甲醇分厂工作。
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