冷劑壓縮機不同選型方案的比較分析

黃映富

【摘 要】根據壓縮機的參數特征和工程要求，給出兩種壓縮機選型方案，再對兩種方案進行穩定性分析，一般情況下機組選型要選擇機型小、多變效率高的壓縮機，但經穩定性分析后，最終從工程安全角度選擇了效率相對低、但穩定性更好的離心壓縮機。

引言

轉子系統的穩定性是指轉子在受到某種擾動后能否隨時間的推移而恢復原來狀態的能力，也就是說擾動響應能否 隨時間增加而消失。如果響應隨時間增 加而消失，則轉子系統是穩定的，若響應 隨時間增加不消失，則轉子系統就失穩 了。離心壓縮機穩定性分析是轉子動力學分析的一項重要內容，特別是對于重分子量，高壓比的壓縮機，如近年來發展 迅速的冷劑離心壓縮機。

API 617-2002 標準規定，除了最大連續轉速低于第一臨界轉速，按剛性支承計算外，在所有離心或軸流壓縮機徑流轉子上應作穩定性分析。為了這一分析，機器進口和出口條件應該在額定的條件上，不然就在賣方和買方商定的另一運行點上。本文以一個工程實例的冷劑壓縮機選型方案結合其穩定性 分析結果展現穩定性分析的工程應用。

1 冷劑壓縮機選型方案

通常壓縮機所能壓縮的介質根據工 藝流程的需求，具有多樣性，就介質的分 子量而言，可以是輕介質（以氫氣為主要 成分），分子量 2.0～10.0 左右，也可以是重 介質，如二氧化碳壓縮機，丙烷氣壓縮 機，分子量在 40 以上；冷劑壓縮機，介質分子量多在 30 以上，屬于重介質范疇（見表 1），在同等壓力條件下，重介質相對輕介質而言，在壓縮機葉輪口圈密封處和平衡盤密封 處產生氣體激振力會更大，會更容易造成轉子失 穩，需要對軸系進行可靠性分析。

根據上面表格中的方案對比可以看出，方案一的機型小，壓縮機的多變效率高，驅動機功耗小，將會是首選方案。下面結合穩定性分析結果 進行方案可靠性評定。

2 方案一穩定性分析

2.1方案一 I 級穩定性分析

根據 API 617-2002 標準規定，基于修正的 Alford 經驗公式計算各級葉輪的預期交叉耦合剛 度，繼而在轉子跨距中間處施加總的預期交叉耦 合剛度，完成復模態分析，計算轉子系統分別在 最大和最小軸承間隙下的第一階正進動模態的 對數衰減率。

分析結果包括第一階正進動模態下的對數 衰減率隨著施加的預期交叉耦合剛度的變化曲 線圖，如圖 1 所示，以及 I 級穩定性分析篩選準則圖，如圖 2 所示。

根據 API 617-2002 標準規定，I 級穩定性分 析如果下面準則的任何一個適用，將進行Ⅱ級穩 定性分析：

1）Q0/QA<2.0；

2）δA<0.1；

3）2.0否則，該穩定性被接受和不要求任何進一步 的分析。

I 級穩定性分析：如圖 3 所示，圖中顯示了方 案一的轉子一階正進動對數衰減率與交叉耦合剛度的關系，QA 為預期的交叉耦合剛度，Q0 為產 生 零 對 數 衰 減 率 所 要 求 的 交 叉 耦 合 剛 度，QA= 2.18kN/mm。當 軸 承 間 隙 取 最 小 值 時，Q0=2.43 kN/mm，Q0/QA=1.11，對數衰減率δA=0.025，需要進 行 II 級穩定性分析；當軸承間隙取最大值時，Q0= 3.85kN/mm，Q0/QA=1.77，對數衰減率δA=0.19。從I級篩選準則圖 4 中可知篩選點位于 B 區內，CSR=2.898。

根據 I 級穩定性判定準則，同時適用δA<0.1與 2.0