大型離心式壓縮機(jī)組的對(duì)中曲線探討

■張軍 陜西化建工程有限責(zé)任公司陜西西安712100

大型離心式壓縮機(jī)組的對(duì)中曲線探討

■張軍 陜西化建工程有限責(zé)任公司陜西西安712100

針對(duì)石油化工設(shè)備中離心式壓縮機(jī)機(jī)組對(duì)中問(wèn)題，提出對(duì)中曲線概念，并且對(duì)產(chǎn)生的原因靜撓度、動(dòng)撓度、熱膨脹分別進(jìn)行闡述和分析。同時(shí)結(jié)合延安石化廠離心機(jī)組施工實(shí)例，進(jìn)行對(duì)中曲線的分析、計(jì)算。

石油化工離心式壓縮機(jī)對(duì)中曲線

隨著石油工業(yè)的大發(fā)展，相應(yīng)地離心式壓縮機(jī)的理論研究和制造技術(shù)也獲得迅速的發(fā)展。其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如30萬(wàn)t/a合成氨、60萬(wàn)t/a純堿、30萬(wàn)t/a乙烯、大型煉油廠等均采用了汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)組。連云港堿廠就采用八臺(tái)離心式機(jī)組，成為全廠最復(fù)雜、最關(guān)鍵的設(shè)備。離心式機(jī)組以其生產(chǎn)能力大，運(yùn)行可靠的優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了單機(jī)配套，無(wú)備機(jī)運(yùn)行。因此機(jī)組安裝質(zhì)量直接影響整個(gè)大型裝置運(yùn)行的可靠性、安全性，其重要性顯而易見(jiàn)。在離心式機(jī)組安裝中，兩軸對(duì)中最為關(guān)鍵，安裝不好運(yùn)行過(guò)程中會(huì)造成機(jī)組振動(dòng)加劇，軸瓦燒毀，甚至機(jī)組損毀的重大事故。就離心機(jī)、汽輪機(jī)對(duì)中曲線問(wèn)題進(jìn)行論述。

1 對(duì)中曲線的概念

離心機(jī)組冷態(tài)和正常工況運(yùn)行時(shí)，其兩軸線完全不同。高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)組，由于受靜、動(dòng)撓度及操作溫度的影響，兩轉(zhuǎn)子中心線呈現(xiàn)曲線，且受熱膨脹的影響，前后支撐點(diǎn)有可能升高。在冷態(tài)情況下，假定主、從動(dòng)兩轉(zhuǎn)子軸線經(jīng)過(guò)精確調(diào)整找正，達(dá)到完全同心的程度，那么機(jī)組進(jìn)入正常工況后，由于上述原因就會(huì)產(chǎn)生相對(duì)位移。這就要求在冷態(tài)情況下安裝，要按運(yùn)行工況下兩轉(zhuǎn)子曲線調(diào)整找正，且要預(yù)留熱膨脹量，這條曲線就叫對(duì)中曲線。

2 產(chǎn)生對(duì)中曲線的原因

經(jīng)分析產(chǎn)生對(duì)中曲線原因有三個(gè)：靜撓度、動(dòng)撓度、熱膨脹。

2.1 靜撓度

轉(zhuǎn)子上裝滿葉輪，其重量很大，在重力的作用下呈自然彎曲，即軸的中心線不是一條直線而是一條平滑曲線見(jiàn)圖1。此時(shí)轉(zhuǎn)子本身雖然在嚴(yán)格的水平狀態(tài)下，但放入軸承后，由于轉(zhuǎn)子靜彎曲頸上的水平儀指示就不會(huì)是零，而是指示一定的數(shù)值。轉(zhuǎn)子重心撓度計(jì)算方法：

f=α·L/8000（mm）式中，α—為水平儀讀數(shù)；

L—為轉(zhuǎn)子跨距（mm）。

由于機(jī)組轉(zhuǎn)子在水平狀態(tài)時(shí)呈現(xiàn)靜彎曲，因而轉(zhuǎn)子靠背輪的端面就不會(huì)相互平行，即出現(xiàn)上部張口，通過(guò)靠背輪找中心，使各轉(zhuǎn)子的中心線能通過(guò)靠背輪連接為一根連續(xù)的曲線見(jiàn)圖2。

2.2 動(dòng)撓度

離心機(jī)和汽輪機(jī)軸承上，裝滿了許多葉輪，高壓區(qū)和低壓區(qū)，葉輪直徑大小、質(zhì)量各不相同。也就是說(shuō)，在同一轉(zhuǎn)子上質(zhì)量分布并不均勻，總是有一定的重心距。因此，如果轉(zhuǎn)子靜止不轉(zhuǎn)，則轉(zhuǎn)子的軸線呈直線。當(dāng)轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，那就會(huì)產(chǎn)生很大的離心力，離心力使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一定的撓度。這個(gè)撓度叫動(dòng)撓度。其計(jì)算如下：

Y=e/1-(w0-w)z

式中，Y—撓度；

e—轉(zhuǎn)子重心和主軸中心線間的偏心距（mm）；

w0—轉(zhuǎn)子的自身振動(dòng)頻率；

w—轉(zhuǎn)子的實(shí)際轉(zhuǎn)速。

2.3 熱膨脹位移

機(jī)組進(jìn)入運(yùn)行工況后，尤其是汽輪機(jī)，溫升很高。由于熱膨脹原因，前后兩軸承支撐點(diǎn)，會(huì)產(chǎn)生不同程度的升高，把原來(lái)在冷態(tài)情況下，對(duì)中找正的軸線又破壞了，當(dāng)位移量超過(guò)聯(lián)軸節(jié)允許的范圍時(shí)，就會(huì)加快軸承、聯(lián)軸節(jié)的磨損，甚至?xí)觿C(jī)組的振動(dòng)，以致影響機(jī)組的正常、平穩(wěn)運(yùn)行。其數(shù)值大小一般是制造商測(cè)好的。綜上所述分析，對(duì)中曲線應(yīng)是一條動(dòng)、靜撓度考慮在內(nèi)且留有膨脹的平滑曲線。只有這樣，機(jī)組運(yùn)行才能平穩(wěn)可靠，振動(dòng)符合要求。

3 施工操作方法及實(shí)例

對(duì)中曲線及其重要性搞清楚了，那么在實(shí)際施工中，如何使兩轉(zhuǎn)子軸線按照預(yù)想的平滑曲線連接對(duì)中線找正，顯得尤其重要。下面結(jié)合連云港堿廠離心機(jī)組施工實(shí)例，從兩方面進(jìn)行闡述。

3.1 確保動(dòng)、靜撓度值，使兩轉(zhuǎn)子呈平滑曲線對(duì)中。

先通過(guò)計(jì)算或隨機(jī)資料，確定其動(dòng)、靜撓度大小，推算出離心機(jī)尾部的抬高值為0.05mm。用框式水平儀，在中間結(jié)合面上，找平、找正離心機(jī)，具體找正數(shù)據(jù)如下：

（1）縱、橫向水平度0.00mm（2）主軸水平度達(dá)到0.00mm

離心機(jī)找正后，在原來(lái)水平狀態(tài)情況下，有意識(shí)地將尾部抬高0.05mm，用以補(bǔ)償由于撓度使靠背輪端面的偏移量。離心機(jī)找正后，以其為基準(zhǔn)找正汽輪機(jī)。汽輪機(jī)尾部抬高0.06mm，用以補(bǔ)償由于撓度使靠背輪端的偏移量，使軸端面的揚(yáng)度為0，再用雙百分表找正法，使兩靠背輪對(duì)中，具體方法如下：

把兩表用表架固定在離心機(jī)端面見(jiàn)圖3

轉(zhuǎn)動(dòng)汽輪機(jī)聯(lián)軸節(jié)，分別測(cè)出聯(lián)軸節(jié)上某一點(diǎn)在0°、90°、180°和270°時(shí)軸向間隙與徑向間隙，畫出記錄圖，并將測(cè)得的聯(lián)軸節(jié)圓周方向的軸向間隙S1、S2、S3、S4和徑向間隙a1、a2、a3和a4分別記錄在記錄圖圓內(nèi)和圓外的對(duì)應(yīng)點(diǎn)處見(jiàn)圖4

重復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)軸節(jié)，再次做記錄，兩次記錄若不相等，則說(shuō)明聯(lián)軸節(jié)有軸向位移，應(yīng)予以消除確保下式成立：

最后，計(jì)算聯(lián)軸節(jié)上二個(gè)點(diǎn)對(duì)稱點(diǎn)上所對(duì)應(yīng)的數(shù)值差值即a1與a3，a2與a4，s1與s3，s2與s4之間的讀數(shù)差即可判斷聯(lián)軸節(jié)在水平方向上和垂直方向上的偏差。如果有安裝偏差，就應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整，先調(diào)整軸向間隙，使兩半聯(lián)軸節(jié)的軸心線平行，然后再調(diào)整徑向間隙。

3.2 調(diào)整熱膨脹的軸升

通過(guò)前工序的調(diào)整，兩轉(zhuǎn)子軸線已成為一條平滑連續(xù)的曲線，但機(jī)組運(yùn)行后，兩軸四個(gè)支承點(diǎn)的溫升不同，軸熱膨脹升高量也不同，一般情況，離心機(jī)溫升較高，產(chǎn)生的軸升高量較小，且前后支承點(diǎn)相同。汽輪機(jī)的溫升較高，產(chǎn)生的軸升高量較大，且前后支承點(diǎn)不同。為此，在冷態(tài)情況下，應(yīng)根據(jù)機(jī)組進(jìn)入正常工況后，各支承點(diǎn)在水平及高低方向上產(chǎn)生的熱膨脹量，對(duì)轉(zhuǎn)子中心位置產(chǎn)生的影響進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，使兩軸在冷態(tài)下產(chǎn)生相應(yīng)的位移量，以達(dá)到在正常工況下使兩轉(zhuǎn)子中心線趨向?qū)χ心康?。舉例說(shuō)明如下：

如圖5所示，是由汽輪機(jī)M驅(qū)動(dòng)的離心式壓縮機(jī)G，進(jìn)行這道工序調(diào)整，把兩轉(zhuǎn)子中心線近似認(rèn)為是直線假設(shè)機(jī)組進(jìn)入正常運(yùn)行工況后，由于溫升使前后四個(gè)支承點(diǎn)A、B、C分別升高：

為了對(duì)冷態(tài)調(diào)整工作提供數(shù)據(jù)，根據(jù)各個(gè)支承點(diǎn)處的熱膨脹量，推導(dǎo)出機(jī)組在冷態(tài)下的對(duì)中曲線，其推導(dǎo)過(guò)程見(jiàn)圖6。

圖中的冷態(tài)對(duì)中曲線，不能直接用來(lái)指導(dǎo)工人對(duì)機(jī)組的調(diào)整工作。在實(shí)踐中，兩轉(zhuǎn)子中心位置是通過(guò)裝在聯(lián)軸節(jié)上的百分表測(cè)量推出來(lái)，所以必須把對(duì)中曲線數(shù)據(jù)換算成百分表讀數(shù)，用雙表法測(cè)量，把百分表架裝在汽輪機(jī)上見(jiàn)圖7具體做法如下：

(1)在冷態(tài)調(diào)整時(shí)，徑向百分表讀數(shù)計(jì)算過(guò)程如下：

將圖7中汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子位置曲線由D點(diǎn)處延長(zhǎng)到C點(diǎn)處，在C點(diǎn)處與正常工況曲線距離△hcc為：

圖中a1位置并將讀數(shù)調(diào)整到零位時(shí)，則在a3位置徑向百分表讀數(shù)應(yīng)為-0.15（即等于-0.075×2）由于機(jī)組進(jìn)入正常工況后，在橫向不發(fā)生位置變化，所以a2始終等于a4即a2=a4=（a1+a3）/2=－0.075mm

(2)軸向間隙推導(dǎo)過(guò)程如下見(jiàn)圖6、8-（S1-S3）=d·D

式中，-(S1-S3)—兩半聯(lián)軸節(jié)端面之間上、下兩位置間隙與軸向百分表讀數(shù)大小相反，故取“—”號(hào)；

d—軸向百分表觸頭的回轉(zhuǎn)半徑，取決于百分表架尺寸；

Q—兩轉(zhuǎn)子中心線在通過(guò)基準(zhǔn)軸中心線在豎直面內(nèi)的相對(duì)值。

聯(lián)軸節(jié)在C點(diǎn)處冷態(tài)與正常工況曲線之間距離為：

△hc=0.4mm

則冷態(tài)條件下汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子重心延長(zhǎng)線在C點(diǎn)處與離心機(jī)轉(zhuǎn)子中心線之間的局建立應(yīng)為

△hcc-△hc=0.475-0.4=0.075(mm)

由于△hcc＞△hc，即汽輪機(jī)延長(zhǎng)線偏低，所以徑向百分表位見(jiàn)圖（8）。

式中，Q1、Q2分別為汽輪機(jī)、離心機(jī)冷態(tài)對(duì)中曲線與正常工況下轉(zhuǎn)子曲線之間的相對(duì)傾斜值。

設(shè)定d=300將d、Q值代原式

-(S1-S3)=d·Q=300×0.05/1000=0.015mm

計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，兩半聯(lián)軸節(jié)之間上部間隙大，當(dāng)百分表在S1位置時(shí)讀數(shù)應(yīng)為0，在S3時(shí)讀數(shù)應(yīng)為0.015mm。綜上推算結(jié)果，則該機(jī)組在冷態(tài)對(duì)中調(diào)整時(shí)，百分表讀數(shù)表示見(jiàn)圖9。

4 結(jié)論

經(jīng)過(guò)分析，論述及實(shí)例，初步搞清了對(duì)中曲線的概念，產(chǎn)生原因，重要性及操作步驟方法。基本歸納如下：

(1)找平、找正，抬高機(jī)組兩端，使聯(lián)軸節(jié)處揚(yáng)度為0。兩軸找對(duì)中，保證軸線呈平滑連續(xù)曲線。

(2)得出機(jī)組運(yùn)行工況下，兩軸的膨脹數(shù)據(jù)，畫出冷態(tài)下軸應(yīng)呈現(xiàn)的狀態(tài)圖。

(3)推導(dǎo)計(jì)算出百分表反應(yīng)的數(shù)據(jù)。

(4)調(diào)整機(jī)組，確保百分表讀數(shù)和推導(dǎo)計(jì)算出的數(shù)據(jù)相同。

至此，機(jī)組找中完畢。這樣才能保證機(jī)組在運(yùn)行工況下，安全、可靠、平穩(wěn)。以上這些，是根據(jù)理論及實(shí)際操作，得出的一些結(jié)論，至于還是否有其他更好的方法，需進(jìn)一步研究、探討。

1張涵主編.化工機(jī)器[M].北京.化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

2論述大型離心式壓縮機(jī)組的對(duì)中曲線[J].設(shè)備.1999.7.

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