空氣壓縮機組軸向推力增大原因分析及對策

劉溪

摘要：空氣壓縮機組具有體積小、耗能低、結構簡單、維護方便的優點并且可以有效降低機組運行成本，因此在工程領域中被廣泛使用著，近年來我國對空氣壓縮機組加大了研究投入，其中重要組成部分的壓縮機組軸向力推力研究工作也越來越得到重視，本文首先對軸向推力偏大原因入手，同時研究了軸向力偏大的二次試車情況，給出解決軸向力偏大的對策，希望為我國空氣壓縮機組事業發展做出一點貢獻。

關鍵詞：壓縮機概況;軸偏向力偏大;解決對策

一、引言

空氣壓縮機組的主要機械參數有軸向推力、熱負荷和振動，而在大型高壓空氣壓縮機組中，軸向推力是一個重要的參數，它決定了設備能否安全、穩定地工作，對于小型機組來說更需要有足夠大的軸向力來支撐起整個系統以確保其正常運行時能夠保證在最大工況下將能量回收并減少不必要發生損失。

二、空氣壓縮機組相關概況

空氣壓縮機組的主要部件有轉子，推力軸承，主軸三部分。轉子是將氣體和液體中產生的能量進行轉換并傳遞給旋轉機械功源，推力軸承在整個軸向力作用下克服氣流阻力而轉動以驅動運轉工作流體為動力來源，由于它具有重量輕體積小、結構簡單、維護方便等優點并且可以有效降低機組運行成本，在工程上廣泛使用著各種類型的轉子式壓縮機床。空氣壓縮機組的主要功能是將壓力流體（高壓氣體）吸入，然后通過管道輸送到需要被控制對象，從而實現對風機葉片和轉子系統之間，風機葉片與旋轉葉輪連接處進行冷卻作用。

三、軸向力偏大及試車情況

（一）軸向力偏大的原因判斷

在機組的運行過程中，空氣壓縮機軸向推力偏大是一個重要的問題，它直接影響到壓氣機和其他設備正常工作時產生振動。而當這些部件發生故障后又不能繼續運轉時就會導致壓力中心出現異常現象，例如：因為沒有嚴格按照試車要求來進行試車檢查所以只能對主軸系統、液壓缸等部分再一次進行試驗檢測，由于機組是大型機械，軸向力的大小與壓氣機和其他設備在工作過程中產生振動有直接關系，在分析空氣壓縮機組的推力大小和方向時，由于沒有準確地計算出軸向力，從而導致了試車過程中出現過偏航現象，另外還有一些原因是沒有正確判斷到壓力缸內氣體流量的變化：當空氣經過葉輪之后進入葉片室以后會產生旋轉運動而使軸向推力發生偏轉，從進、回油口排出后因為流速增大使得速度降低造成氣流發生變化，進而引起軸向加速度增加導致推力變小從而出現偏航現象。

（二）軸向力偏大的二次試車情況

二次試車后，再把空氣壓縮機和其他輔助設備進行組合。首先，要先對被測試機組的壓力情況、軸向力等參數做出初步判斷，然后根據這些參數來確定是否需要改變靜壓分布。在正式運行之前必須進行預判，要檢查被測機組的工作狀態（如軸徑大小）以及所產生振動時各個部件之間是否發生相互干擾現象以及其變化趨勢和程度。其次是看有無引起振動，比如軸承座與滾筒、主軸的螺母等處出現了干涉情況，對于被試房的壓力比較大，有兩個軸向力，所以在進行預判時先把一個調壓閥和一個調節器分別設置起來，調壓閥，用于調整管道內的油溫，調節器，對軸承施加一定量正負電壓（或減小壓力）來保證機組安全運行，同時讓管道能正常工作，使被試車房處于穩定狀態中，并保持平衡關系。

四、空氣壓縮機組軸向力偏大的解決對策

1、提高軸向推力時的預載荷，使機組在空載運行情況下，可以通過增加軸管來減小徑向力。

2、調整結構參數，由于空氣壓縮機工作過程中存在著負荷變化大、功率波動頻繁等特點導致了平衡點偏轉和軸向力加速度偏大，為了解決這一問題我們應該對主軸箱進行合理設計以降低軸承支座間的間隙從而減少預加載次數以及提高轉子空載運行時的剛度。

3、提高機組的熱效率，降低能源損耗，減少設備重量，空氣壓縮機產生軸向推力時主要是靠壓縮機中的高壓氣體來驅動，如果在運行過程中出現了故障或者意外問題而導致壓力突然下降或低頻載荷下發生泄漏、沖擊和振動時造成能量損失會影響機組正常工作，同時也可能會引起空氣動力性減小從而使軸承溫度升高甚至損壞機組等情況，進而對設備的使用壽命帶來很大程度上損傷。

4、提高軸向推力軸承的剛度，使其具有足夠大的疲勞強度，采用耐磨性好，熱處理和加工工藝等措施來減小主軸與徑管之間產生相對滑動摩擦力矩從而降低振動發生時對零件造成損害，在設計、制造及使用過程中應盡量減少噪音污染以及材料選用時盡可能選擇低碳環保無毒或能耗小的材料，如鋼材、鑄鐵和各種合金。

5、通過減小轉子空轉引起的振動、提高風機運轉工況下產生過大變形等方面進行處理：采用合理有效地方法對轉子負荷變化幅度加以控制，同時在軸向力時可以適當增加空氣彈簧剛度以減輕壓力波動帶來不利影響，從而減少機組運行中振動和噪音。

6、建立四軸聯動的工作模式。在機組運行過程中，當主軸系統和空氣壓縮機產生一定的推力時，應使其平衡，提高各軸系軸承剛度以減小振動現象發生器對軸承系統沖擊力矩作用線法向載荷分析方法進行研究。通過改變各個部件之間的相對位置來改善和降低轉子旋轉時所受負荷變化所引起變形量過大而造成不均勻性影響，在四軸機組上安裝空氣壓縮機，使之形成一個完整的工作循環，保證制冷劑、節流閥等裝置正常運行，同時增加主軸箱和軸承箱中的潤滑油壓力。

7、增加冷卻水泵及其他設備在汽輪機運轉過程中會產生大量氣體以及徑向流動對轉子造成傷害作用;提高冷卻效果也可以增大軸套與汽缸壁之間縫隙深度來減小泄漏量從而減輕機組振動情況下密封部件工作阻力，使制冷劑、節流閥等裝置正常運行。

五、總結：

本文介紹了空氣壓縮機組的工作原理，分析了影響軸向力推力因素，主要是因為沒有嚴格按照試車要求來進行試車檢查所以只能對主軸系統、液壓缸等部分進行試驗檢測，沒有準確地計算出軸向力，從而導致了試車過程中出現過偏航現象，沒有正確判斷到壓力缸內氣體流量的變化。同時也研究了軸向力偏大的二次試車情況，重點對空氣壓縮機組軸向力偏大提供了一些解決對策，包括調整結構參數、提高機組的熱效率等方法。

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