[发明专利]设有阻尼密封的离心压缩机

说明书

技术领域

本发明涉及一种离心压缩机，尤其是一种设有阻尼密封的离心压缩机。

背景技术

目前转子失稳通常是指当转速达到一定值后处于临界状态，这时如果遇到微小的扰动，就有可能使得转子振动突然加剧，引起跳车的一种故障。自上个世纪60年代以来，随着离心压缩机的功率及转速的升高，一些在低速、小功率下表现较弱的问题逐渐变得越来越突出，其中稳定性问题显的尤为显著。在最近的几十年来，虽然工程界和科技界都对压缩机的稳定性给予了高度的关注，但是压缩机失稳的案例还是时有发生。这种故障时一种比较顽固的故障，一旦出现就需要对机组做大的改造。

在目前的工程应用中，对于解决失稳问题通常有两个技术难点，其一是在运行中或者通过一次跳车的数据能够准确的诊断预测出故障的类型以及原因。同样的振动突然增大现象有可能是由于动静部件之间的碰磨、转子上某些部件的脱落、转子的失稳等。如何从这些现象中及早的判断出原因对于最大程度的降低故障带来的损失是非常有必要的。第二个技术难点是如何制定相应的解决方案，以节约时间的方式解决失稳问题。失稳可能是由于轴承引起的，或者通过仅修改轴承的结构就可以解决问题，或者有必要修改转子上的迷宫密封的结构等。通过开发一种判别技术，能够准确的对修改方案进行评定，从事实现故障快速消除的目的。

在这种故障的处理上，虽然世界上各个压缩机厂商都曾经做出过努力，例如美国最大的压缩机公司Dresser-Rand在平衡盘上采用圆孔式阻尼密封、日本三菱在推力盘外侧增加阻尼环、Elliot公司宣称通过增大转子的轴径来提高转子的稳定性。

关于失稳故障，从力学机理上讲就是转子系统内部出现了负阻尼。通常在振动中的阻尼为正的，即随着振动过程的持续，阻尼的作用是耗散能量，这样振动会越来越小。而负阻尼意味着这种阻尼给转子注入能量，振动会随着时间的延长而不断加剧。在离心压缩机运行过程中，同时存在正阻尼和负阻尼。在较低的转速下，转子正阻尼占主导，因此转子表现的比较稳定。而随着转速的升高和功率的加大，正负阻尼几乎相互抵消，此时的转子系统处于临界状态。当转速再次升高，负阻尼超过正阻尼而占主导地位，当出现小扰动时，振动不再回到原来的位置，而成为发散装，这样振动在短时间内急剧增大，便产生了转子的失稳。

转子的稳定性问题近年来越来越受到广大压缩机制造厂商和压缩机用户的关注。对失 稳故障的诊断目前是仅仅从振动的频谱和振动的趋势分析加以判别的。从振动特征上来讲，失稳振动的频谱为0.4～0.5倍频成分占主导。而从振动趋势分析来讲，这种故障是随着三个工况参数变化的：1)压缩机转速；转速升高，压缩机有可能发生失稳；2)压比；压比升高，压缩机容易失稳；3)气体组分；气体密度增大，压缩机有可能失稳。那么从故障诊断的角度讲，如果压缩机故障前振动的低频分量很小，而由于上述三个工况参数的变化导致的低频分量的突然增大，这种故障就很可能是转子的失稳故障。遗憾的是，目前的故障诊断系统，是把机械参数和工况参数分开的，即只考虑了振动参数，而没有考虑工况参数。在做报警值设定时，很少将工艺参数同振动参数综合起来考虑，从而往往由于工艺参数的波动而导致故障。

近几十年来，针对失稳问题的众多解决方案就是针对上述对失稳机理的认识，从三个方面展开。一是提高正阻尼；而是降低负阻尼、三是提高失稳的临界。在这三种方法的基础上，还诞生出他们两两相组合的方法。

对于第一种方法有代表性的技术是采用挤压油膜阻尼器和阻尼环。一种在可倾瓦止推轴承外面串联一个挤压油膜阻尼器的结构，在转子运转过程中，由于振动而使得转子持续反复的挤压结构，使得这些结构之间小间隙内的流体流入和流出，此时由于流体的粘性而耗散能量。通过这种方式，向转子内引入了阻尼。但是这种方案适合在设计阶段采用。对于一个已经制造好的机组，如果采用这种技术，就需要增加轴承座的尺寸。这些改动在现场实施是很有难度的。对于有些高压的压缩机来说，已经预计到转子在运转过程中将会发生失稳，因此多采用这种技术。例如高速的航空发动机。