離心壓縮機液壓頂升裝置應用與選型設計

陳久國，李志卓，于長猛，胡 江，關麗超

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

離心壓縮機液壓頂升裝置應用與選型設計

陳久國，李志卓，于長猛，胡 江，關麗超

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

由于轉子自重大，以及動壓油膜軸承自身特性的原因，大型離心壓縮機在機組啟動或停車過程中轉子軸頸與支撐軸瓦極易發生磨損。使用離心壓縮機液壓頂升裝置在壓縮機啟動或停車過程中向轉子軸頸與軸承瓦塊間注油，達到軸頸與軸瓦完全分離的效果是目前解決此類問題的最有效方法。文章主要介紹離心壓縮機液壓頂升裝置的應用及工作原理，并介紹主要選型設計參數的計算方法。

液壓頂升裝置；選型設計；離心壓縮機

隨著世界經濟的飛速發展，更加高效、節能、環保的大型化、規?；洕Ｊ揭殉蔀楸厝话l展趨勢。目前國內在建的大型石油化工裝置有120萬噸/年乙烯裝置、2500萬噸/年煉油裝置、200萬噸/年甲醇裝置等，未來必將有更大規模裝置的發展需求。要實現石油化工裝置的大型化發展，作為裝置“心臟”設備的離心壓縮機首先要突破大型化設計的技術瓶頸。

離心壓縮機轉子是壓縮機組的主要做功部件，大型離心壓縮機轉子自重達數噸甚至數十噸。目前離心壓縮機普遍采用均布可傾瓦強制潤滑油膜軸承，雙支撐轉子系統，該系統一般采用傳統的動壓軸承。動壓軸承主要依靠軸旋轉時產生的動壓效應，即在軸徑與軸承之間有一定的相對運動時，軸頸與軸承瓦塊間潤滑油產生承載油膜，因楔形間隙和油膜具有不可壓縮機性使軸頸和軸瓦分離。由于楔形油膜的形成及油膜承載能力與軸頸和軸瓦的相對速度有關，在壓縮機啟動或停車過程中，軸頸與軸瓦的相對速度較低，不能形成有效承載油膜，使得軸頸與軸瓦之間不能完全分離，特別是自重較大的壓縮機轉子容易造成軸瓦和軸頸磨損或轉子系統失穩造成設備損壞。

離心壓縮機液壓頂升裝置通過高壓油泵向軸頸與軸瓦間注油，在軸頸與軸瓦相對轉速較低時（啟動、停車過程）能夠形成有效承載油膜，使軸頸與軸瓦有效分離，轉子浮于軸承中間處于液態摩擦狀態，能夠有效保護大型離心壓縮機的轉子系統。

1 離心壓縮機液壓頂升裝置簡介及工作原理

離心壓縮機液壓頂升裝置簡圖（見圖1）。該裝置主要由電動機、齒輪泵、溢流閥、過濾器、分配器、流量調節閥、單向閥、流量計、壓力表及連接管件等設備組成。

圖1 裝置簡圖

當壓縮機運行狀態需要啟動液壓頂升裝置時，電機通過聯軸器拖動齒輪油泵吸入壓縮機潤滑油系統的透平油，通過調節溢流閥開度控制油壓至所需壓力值再經油過濾器后至分配器，高壓油最終由分配器分配給各個供油支路。給壓縮機直接供油的各個支路均設有流量調節閥、單向閥、壓力表、流量計等調節和監測設備。

壓縮機在正常工作狀態下，軸受軸承油腔中油壓作用懸浮在軸承中央。在壓縮機啟動或停車過程中，由于相對轉速低，軸瓦間隙中無法形成有效承載油膜，這時就需要啟動液壓頂升裝置。

壓縮機啟動前轉子系統處于靜止狀態，在轉子自重載荷W（垂直向下）作用下軸頸與軸瓦接觸形成硬支撐。當啟動液壓頂升裝置時，高壓油泵提供一個壓力恒定不變的油壓P0向軸承支撐瓦塊油腔內供油。受高壓油提供的有效支撐載荷（豎直向上）作用，軸頸偏離軸瓦一個很小的距離e，既實現了軸頸與軸瓦的有效分離，避免啟動過程中摩擦損壞軸瓦或軸頸。

壓縮機停車過程中轉速降低，開啟液壓頂升裝置，高壓油泵提供一個壓力恒定不變的油壓P1向軸承支撐瓦塊油腔內供油，轉子因自重沿著載荷方向向下偏移很小的距離e，這樣下瓦油腔的間隙就由h0變為h0-e。由于高壓油泵使下瓦油腔的壓力增高，而上瓦沒有油腔，油膜壓力不變，這樣產生的油膜壓力差與軸的載荷方向相反，就可以支撐起軸頸，避免停車過程中摩擦損壞軸瓦或軸頸。

2 離心壓縮機液壓頂升裝置選型設計

離心壓縮機液壓頂升裝置主要選型參數包括系統工作及額定壓力、支路及系統流量、油泵及電機功率等。

2.1 系統工作及額定壓力

壓縮機液壓頂升裝置為一套恒壓裝置，并且當壓縮機轉子處于靜止狀態時載荷最大，所以選定裝置工作壓力為轉子靜止狀態下的恒定壓力P0。與頂升裝置配套選用的支撐軸承為2塊下支撐軸瓦帶頂升油腔結構，承載轉子載荷W（見圖2）。

圖2 支撐軸承

頂升裝置工作壓力可由下式計算得出：

其中：P0為頂升裝置工作壓力，MPa；W為轉子重量，kg；A為單個油腔有效支撐面積，cm2。

頂升系統額定壓力為：

2.2 支路及系統油量

在給定供油條件下，單個供油支路的油量可以用如下公式計算：

其中：Q0為單個供油支管油量，cm3/s；為給定條件下潤滑油密度，kgf.s2/cm4；d為軸承節流孔直徑，cm；為軸承節流比，一般＜3；為流量系數，取0.7～0.8。

油泵流量富裕系數取1.5～2，則一套有n條供油支路的頂升裝置，油泵總流量為（cm3/s）：

2.3 油泵及電機功率

在上述計算所得供油壓力和流量條件下，油泵的功率為（kw）：

電機功率為（kW）：

3 結束語

為了保護大型離心壓縮機轉子及其支撐軸瓦，離心壓縮機液壓頂升裝置已經普遍應用在轉子重量大于6000kg的壓縮機組中，并且應用反饋效果良好。在設計過程中，可以根據上述介紹計算方法計算出頂升裝置的工作壓力、油量、功率等主要參數，再結合應用現場的其他特殊要求，進行離心壓縮機液壓頂升裝置的選型設計。

[1]美國石油學會.石油、化工與氣體工業用軸流、離心壓縮機及膨脹機-壓縮機[S].API617-2002.

[2]左成柱.離心壓縮機潤滑系統設計原則及關鍵參數確定[J].風機技術,2014,(S1):106-109.

[3]許太強.滑動軸承支撐碰摩轉子系統研究及實驗測試[D].山東大學,2013.

[4]江桂云,王勇勤,嚴興春,等.基于小孔節流的靜壓油膜軸承動態特性分析[J].機械設計,2014,(7):64-69.

Centrifugal Compressor with Hydraulic Jack-up Equipment Application and Selection of Design

Chen Jiuguo,Li Zhizhuo,Yu Changmeng,Hu Jiang,Guan Lichao
(Shenyang Blower Group Limited by Share Ltd,Liaoning Shenyang 110869)

As the rotor weight is big,and the characteristics of dynamic pressure of bearing's oil film,in the process of the unit start up or trip,it is very easy to be abrasion between the shaft of large centrifugal compressor and the pads of journal bearing.Before unit start up or trip,the oil will be inject to the clearance between the shaft and the pads by hydraulic jack devices,in order to isolation bearing and shaft,solve the problem of bearing wear effectively.The application and working principle of centrifugal compressor hydraulic jack device were introduced in this paper,and the calculation method of main selection of design parameters is given.

Hydraulic jack-up device;Selection of design;Centrifugal compressor

TB652

A

2096-2789（2016）12-0094-02