陳久國(guó)，李志卓，于長(zhǎng)猛，胡 江，關(guān)麗超

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

離心壓縮機(jī)液壓頂升裝置應(yīng)用與選型設(shè)計(jì)

陳久國(guó)，李志卓，于長(zhǎng)猛，胡 江，關(guān)麗超

（沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110869）

由于轉(zhuǎn)子自重大，以及動(dòng)壓油膜軸承自身特性的原因，大型離心壓縮機(jī)在機(jī)組啟動(dòng)或停車過程中轉(zhuǎn)子軸頸與支撐軸瓦極易發(fā)生磨損。使用離心壓縮機(jī)液壓頂升裝置在壓縮機(jī)啟動(dòng)或停車過程中向轉(zhuǎn)子軸頸與軸承瓦塊間注油，達(dá)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(jī)液壓頂升裝置的應(yīng)用及工作原理，并介紹主要選型設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法。

液壓頂升裝置；選型設(shè)計(jì)；離心壓縮機(jī)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，更加高效、節(jié)能、環(huán)保的大型化、規(guī)模化經(jīng)濟(jì)模式已成為必然發(fā)展趨勢(shì)。目前國(guó)內(nèi)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(guī)模裝置的發(fā)展需求。要實(shí)現(xiàn)石油化工裝置的大型化發(fā)展，作為裝置“心臟”設(shè)備的離心壓縮機(jī)首先要突破大型化設(shè)計(jì)的技術(shù)瓶頸。

離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是壓縮機(jī)組的主要做功部件，大型離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子自重達(dá)數(shù)噸甚至數(shù)十噸。目前離心壓縮機(jī)普遍采用均布可傾瓦強(qiáng)制潤(rùn)滑油膜軸承，雙支撐轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般采用傳統(tǒng)的動(dòng)壓軸承。動(dòng)壓軸承主要依靠軸旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)壓效應(yīng)，即在軸徑與軸承之間有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，軸頸與軸承瓦塊間潤(rùn)滑油產(chǎn)生承載油膜，因楔形間隙和油膜具有不可壓縮機(jī)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(duì)速度有關(guān)，在壓縮機(jī)啟動(dòng)或停車過程中，軸頸與軸瓦的相對(duì)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(jī)轉(zhuǎn)子容易造成軸瓦和軸頸磨損或轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)造成設(shè)備損壞。

離心壓縮機(jī)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(duì)轉(zhuǎn)速較低時(shí)（啟動(dòng)、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(zhuǎn)子浮于軸承中間處于液態(tài)摩擦狀態(tài)，能夠有效保護(hù)大型離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)。

1 離心壓縮機(jī)液壓頂升裝置簡(jiǎn)介及工作原理

離心壓縮機(jī)液壓頂升裝置簡(jiǎn)圖（見圖1）。該裝置主要由電動(dòng)機(jī)、齒輪泵、溢流閥、過濾器、分配器、流量調(diào)節(jié)閥、單向閥、流量計(jì)、壓力表及連接管件等設(shè)備組成。

圖1 裝置簡(jiǎn)圖

當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)需要啟動(dòng)液壓頂升裝置時(shí)，電機(jī)通過聯(lián)軸器拖動(dòng)齒輪油泵吸入壓縮機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)的透平油，通過調(diào)節(jié)溢流閥開度控制油壓至所需壓力值再經(jīng)油過濾器后至分配器，高壓油最終由分配器分配給各個(gè)供油支路。給壓縮機(jī)直接供油的各個(gè)支路均設(shè)有流量調(diào)節(jié)閥、單向閥、壓力表、流量計(jì)等調(diào)節(jié)和監(jiān)測(cè)設(shè)備。

壓縮機(jī)在正常工作狀態(tài)下，軸受軸承油腔中油壓作用懸浮在軸承中央。在壓縮機(jī)啟動(dòng)或停車過程中，由于相對(duì)轉(zhuǎn)速低，軸瓦間隙中無法形成有效承載油膜，這時(shí)就需要啟動(dòng)液壓頂升裝置。

壓縮機(jī)啟動(dòng)前轉(zhuǎn)子系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，在轉(zhuǎn)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(dāng)啟動(dòng)液壓頂升裝置時(shí)，高壓油泵提供一個(gè)壓力恒定不變的油壓P0向軸承支撐瓦塊油腔內(nèi)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(gè)很小的距離e，既實(shí)現(xiàn)了軸頸與軸瓦的有效分離，避免啟動(dòng)過程中摩擦損壞軸瓦或軸頸。

壓縮機(jī)停車過程中轉(zhuǎn)速降低，開啟液壓頂升裝置，高壓油泵提供一個(gè)壓力恒定不變的油壓P1向軸承支撐瓦塊油腔內(nèi)供油，轉(zhuǎn)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?yōu)閔0-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(chǎn)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(jī)液壓頂升裝置選型設(shè)計(jì)

離心壓縮機(jī)液壓頂升裝置主要選型參數(shù)包括系統(tǒng)工作及額定壓力、支路及系統(tǒng)流量、油泵及電機(jī)功率等。

2.1 系統(tǒng)工作及額定壓力

壓縮機(jī)液壓頂升裝置為一套恒壓裝置，并且當(dāng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)載荷最大，所以選定裝置工作壓力為轉(zhuǎn)子靜止?fàn)顟B(tài)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(jié)構(gòu)，承載轉(zhuǎn)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(jì)算得出：

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

頂升系統(tǒng)額定壓力為：

2.2 支路及系統(tǒng)油量

在給定供油條件下，單個(gè)供油支路的油量可以用如下公式計(jì)算：

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

油泵流量富裕系數(shù)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(jī)功率

在上述計(jì)算所得供油壓力和流量條件下，油泵的功率為（kw）：

電機(jī)功率為（kW）：

3 結(jié)束語(yǔ)

為了保護(hù)大型離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子及其支撐軸瓦，離心壓縮機(jī)液壓頂升裝置已經(jīng)普遍應(yīng)用在轉(zhuǎn)子重量大于6000kg的壓縮機(jī)組中，并且應(yīng)用反饋效果良好。在設(shè)計(jì)過程中，可以根據(jù)上述介紹計(jì)算方法計(jì)算出頂升裝置的工作壓力、油量、功率等主要參數(shù)，再結(jié)合應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的其他特殊要求，進(jìn)行離心壓縮機(jī)液壓頂升裝置的選型設(shè)計(jì)。

[1]美國(guó)石油學(xué)會(huì).石油、化工與氣體工業(yè)用軸流、離心壓縮機(jī)及膨脹機(jī)-壓縮機(jī)[S].API617-2002.

[2]左成柱.離心壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則及關(guān)鍵參數(shù)確定[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2014,(S1):106-109.

[3]許太強(qiáng).滑動(dòng)軸承支撐碰摩轉(zhuǎn)子系統(tǒng)研究及實(shí)驗(yàn)測(cè)試[D].山東大學(xué),2013.

[4]江桂云,王勇勤,嚴(yán)興春,等.基于小孔節(jié)流的靜壓油膜軸承動(dòng)態(tài)特性分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì),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