[發明專利]一種帶電磁控制器的離心式壓縮機

有效

• 申請號: 201310179974.6
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103267024A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 王維民;李啟行;高金吉;齊鵬逸
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: F04D27/00
• 分類號: F04D27/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明涉及一種帶電磁控制器的離心式壓縮機，主要用于石油、化工及冶金等過程工業領域。

背景技術

離心壓縮機是石油開采與煉制、石油化工及煤化工工業的關鍵裝備。近年來，隨著其向高壓、大流量、高效率方向發展。使得這種機器的轉子的柔性逐步增加。大流量需要轉子有比較大的跨距，這降低了轉子的臨界轉速；而提高效率需要增加轉子的轉速，這樣使得轉子工作轉速同一階臨界轉速的比值越來越大。氣體壓力的提高，使得氣體作用在轉子上的氣流激振力逐步增大。所有這些因素，均使得壓縮機面臨著轉子失穩的難題。如何提高轉子系統的穩定性成為工程科技界近年來不斷追求的目標。

轉子失穩通常是指當轉速達到一定值后處于臨界狀態，這時如果遇到微小的擾動，就有可能使得轉子振動突然加劇，引起跳車的一種故障。自上個世紀60年代以來，隨著透平機械的功率及轉速的升高，一些在低速、小功率下表現較弱的問題逐漸變得越來越突出，其中穩定性問題顯的尤為顯著。在最近的幾十年來，雖然工程界和科技界都對轉子的穩定性給予了高度的關注，但是失穩的案例還是時有發生。這種故障是一種比較頑固的故障，一旦出現就需要對機組做大的改造。

在目前的工程應用中，對于解決失穩問題通常有兩個技術難點，其一是在運行中或者通過一次跳車的數據能夠準確的診斷預測出故障的類型以及原因。同樣的振動突然增大現象有可能是由于動靜部件之間的碰磨、轉子上某些部件的脫落、轉子的失穩等。如何從這些現象中及早的判斷出原因對于最大程度的降低故障帶來的損失是非常有必要的。第二個技術難點是如何制定相應的解決方案，以節約時間的方式解決失穩問題。失穩可能是由于軸承引起的，或者通過僅修改軸承的結構就可以解決問題，或者有必要修改轉子上的迷宮密封的結構等。通過開發一種判別技術，能夠準確的對修改方案進行評定，從事實現故障快速消除的目的。

在這種故障的處理上，雖然世界上各個透平機械廠商都曾經做出過努力，例如美國最大的壓縮機公司Dresser-Rand在平衡盤上采用阻尼密封、日本三菱在推力盤外側增加阻尼環、Elliot公司宣稱通過增大轉子的軸徑來提高轉子的穩定性。

關于失穩故障，從力學機理上講就是轉子系統內部出現了負阻尼。通常在振動中的阻尼為正的，即隨著振動過程的持續，阻尼的作用是耗散能量，這樣振動會越來越小。而負阻尼意味著這種阻尼給轉子注入能量，振動會隨著時間的延長而不斷加劇。在離心壓縮機運行過程中，同時存在正阻尼和負阻尼。在較低的轉速下，轉子正阻尼占主導，因此轉子表現的比較穩定。而隨著轉速的升高和功率的加大，正負阻尼幾乎相互抵消，此時的轉子系統處于臨界狀態。當轉速再次升高，負阻尼超過正阻尼而占主導地位，當出現小擾動時，振動不再回到原來的位置，而成為發散狀，這樣振動在短時間內急劇增大，便產生了轉子的失穩。

近幾十年來，針對失穩問題的眾多解決方案就基于對失穩機理的認識，從三個方面展開。一是提高正阻尼；二是降低負阻尼；三是提高失穩的臨界。在這三種方法的基礎上，還誕生出他們兩兩相組合的方法。

對于第一種方法有代表性的技術是采用擠壓油膜阻尼器和阻尼環。一種在可傾瓦止推軸承外面串聯一個擠壓油膜阻尼器的結構，在轉子運轉過程中，由于振動而使得轉子持續反復的擠壓結構，使得這些結構之間小間隙內的流體流入和流出，此時由于流體的粘性而耗散能量。通過這種方式，向轉子內引入了阻尼。但是這種方案適合在設計階段采用。對于一個已經制造好的機組，如果采用這種技術，就需要增加軸承座的尺寸。這些改動在現場實施是很有難度的。對于有些高壓的透平機械來說，已經預計到轉子在運轉過程中將會發生失穩，因此多采用這種技術,例如高速的航空發動機。

另一種提高轉子正阻尼的方式，即采用阻尼軸承，這也是最早開始的解決轉子穩定性的辦法。最早的壓縮機采用圓柱瓦，后來發現該形式的軸承由于轉子和軸承之間的間隙內潤滑油存在過大的周向速度，該速度將會使得轉子交叉剛度和阻尼增大而主阻尼降低。后來采用刮瓦的形式制造了橢圓瓦，以及在此基礎上開發的錯口瓦、三油楔瓦，直到今天的可傾瓦。基于軸承摩擦與潤滑的機理，近年來還開發出多種用以提高轉子穩定性的軸承，例如Bently公司提出的動靜壓結合軸承，根據他們公司的宣傳材料，這種軸承能夠從根本上解決轉子的失穩問題，但是到目前為止還沒有工業應用的案例。