離心壓縮機軸承位置對轉子穩定性的影響

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110027 ）

離心壓縮機軸承位置對轉子穩定性的影響

蘭洋，楊旭

（沈陽鼓風機集團股份有限公司，遼寧 沈陽 110027 ）

通過對2MCL806兩種不同止推軸承位置的轉子結構的穩定性分析，得出采用這種方法提高轉子穩定性的機型界限，提醒設計者在設計時，要具體問題具體分析，不要憑經驗妄作推斷。

離心壓縮機；軸承；位置；轉子穩定性

1 概述

在離心壓縮機的設計過程中，轉子的穩定性是必須要考慮的，影響轉子穩定性的因素有很多，氣流渦動、軸承參數等，本文只討論軸承在轉子中的位置對轉子穩定性的影響。

在通常的設計中，常常是支撐軸承在轉子的內側，止推軸承在外側，即止推軸承相當于轉子系統上的一個外作用力點，處于外懸狀態。當壓縮機處于設備中間，即該轉子不論是支撐端還是止推端，都連接設備，就是我們通常所說的該轉子有兩個軸伸端，即“兩頭挑”的狀態。在這種情況下，在壓縮機的止推端，考慮到有聯軸器的外懸重量和止推盤的外懸重量，通常會把止推軸承和支撐軸承的位置互換，即支撐軸承靠近外伸軸頭，內側是止推軸承，這樣雖然轉子跨距略有加大，但外伸端加載點縮短，加載點也減少，所以轉子的穩定性會更好。這種做法非常多，這里就不舉例相應的穩定性計算，因為現場已經有多臺這樣的機組在運轉，經實踐檢驗運轉很平穩。

2 具體分析

這種止推軸承和支撐軸承位置互調的方法，并不適合所有情況，下面以一臺壓縮機為例，分析兩種情況的界限。

一臺合成氨流程中的煤氣壓縮機，機組的配置形式是汽輪機拖動兩臺離心壓縮機，其中的一臺離心壓縮機2MCL806是兩側連接設備，一側連接汽輪機，一側連接壓縮機高壓缸，即“兩頭挑”的狀態。

結構一：常規結構，止推軸承靠近軸伸端，見圖1。

圖1 結構一：止推軸承靠近軸伸端

結構二：軸承位置互換后的結構，支撐軸承靠近軸伸端，見圖2。

圖2 結構二：支撐軸承靠近軸伸端

對兩種結構的轉子系統進行分析：

結構一：（1）轉子模型的計算簡圖，見圖3。

（2）穩定性分析結果。一級穩定性的分析結果（即橫坐標為對數衰減率，縱坐標是交叉耦合剛度的曲線圖），曲線顯示了轉子一階正進動的對數衰減率和交叉耦合剛度之間的關系， QA代表預期交叉耦合剛度， Q0代表產生零對數衰減率時，要求達到的交叉耦合剛度。當支撐軸承間隙取到最小值時， Qo / QA=12.74，相應的對數衰減率δA =0.144，穩定性可以接受，不需要進一步進行二級穩定性分析；當支撐軸承間隙取到最大值時，Qo / QA=18，相應的對數衰減率δA =0.193，穩定性可以接受，不需要進一步進行穩定性分析，見圖4。

圖3 結構一的轉子模型計算簡圖

圖4 結構一的對數衰減率和交叉耦合剛度曲線圖

結構二：（1）轉子模型的計算簡圖，見圖5。

（2）穩定性分析結果。轉子一級穩定性的分析結果（即橫坐標是對數衰減率，縱坐標是交叉耦合剛度的曲線圖），圖6中顯示了轉子的一階正進動對數衰減率和交叉耦合剛度之間的關系， QA代表預期的交叉耦合剛度，Qo代表產生零對數衰減率時，要求達到的交叉耦合剛度。當支撐軸承間隙取到最小值時， Qo / QA=10.17，相應的對數衰減率δA =0.088，需要進一步的穩定性分析；當支撐軸承間隙取到最大值時，Qo / QA=15.9，相應的對數衰減率δA =0.101，穩定性可以接受，不需要進一步的穩定性分析，見圖6。

圖5 結構二的轉子計算模型簡圖

圖6 結構二的對數衰減率和交叉耦合剛度曲線圖

3 結語

對于雙軸伸端的離心壓縮機，為了減少外懸加載點，通常將止推軸承的位置和支撐軸承的位置互換，讓支撐軸承靠近軸伸端，使轉子的穩定性更好。這種設計方法只適用于小機型的機組，即葉輪直徑小的機組，大約的分界線是葉輪直徑為700mm左右的機型（這個界限適用于單軸離心壓縮機）。

這是因為當葉輪直徑增大時，相應的支撐軸承直徑和止推軸承也會增大，但止推軸承增大時，它的止推瓦塊外徑增大的多，相應的瓦塊內徑增大的少，即推力盤軸孔增大的少。由安裝順序決定，支撐軸承的直徑肯定要比推力盤軸孔要小，這就導致支撐軸承直徑要比沒換位置前的要小，這大大影響了轉子的剛性，進而影響了轉子的穩定性。

TH133.3

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：1671-0711（2017）06（上）-0120-03