精品文档豆丁网维维大豆整理2011年7月19号工艺过程离心压缩机设计制造技术的创新卢鹏飞/中国石化工程建设公司摘要:通过工艺过程离心压缩机设计制造技术的创新，提高了离心压缩机的效率,并增加了其操作范围。取得了较好的经济效益,满足了用户要求。关键词：离心式压缩机叶轮扩压器：TH452文献标识码：B：1006-8155（2007）02-0016-06InnovationofDesigningandManufacturingTechnologiesforProcessCentrifugalCompressorAbstract:Throughtheinnovationofdesigningandmanufacturingtechnologiesfortechnicprocesscentrifugalcompressor,improvetheefficiencyandenhancetheoperationextensionofcentrifugalcompressor.Itobtainedgoodeconomicbeneficialresult,satisfiedwiththerequirementofcustomer.Keywords:CentrifugalcompressorImpellerDiffuser0引言近年来，国外大量气动力学方面的科研工作，推动了工艺过程离心压缩机的发展和进步。在这些创新的设计研究和制造技术中，节能和增加压缩机的工作范围以及缩短交货期是放在首要地位的。在石油和石油化工工业中，离心压缩机组的提高效率和性能、提高可靠性和可用性、增加连续操作年限、缩短建设工期、减少投资费用和操作维护费用，为用户及制造厂的共同目标，有特殊重要的意义。。另外，先进的机械无级变速装置以及高性能数字控制系统和故障自愈调控系统的应用，能提高机组的运转可靠性、可用性和经济性，本文不作专门介绍。1设计研究和制造技术的创新[1-3，6]1.1提高效率近十多年来，离心压缩机的效率在逐步稳定地提高。效率的提高主要是3个方面技术发展的结果。（1）用先进的CFD准则和利用科研试验成果，改进流道设计，提高气动效率。（2）改进轴承和密封设计，减少附加损失。（3）运用先进的数控机床和其它创新的制造技术，使复杂几何形状的部件加工得更加精确和粗糙度更好。1.1.1叶轮的理想和实际能量头的关系用欧拉(EULER)方程算出离心压缩机叶轮的理想能量头与实际能量头之间存在摩擦损失和冲波损失的差距，缩小这个差距，就是提高叶轮的效率，如图1所示。图1叶轮的理想和实际能量头的关系1.1.2气动设计的各部匹配压缩机级的叶轮、扩压器和回流器气动设计的匹配非常重要。图2是某台压缩机各部相对效率η同对应的相对流量系数Ø的关系。从图2可看出：叶轮效率的优化范围较大，其下降的趋势仅在最大流量或阻塞限；扩压器效率随着流量的增加而提高；回流器效率则随着流量增加而下降；它与叶轮和扩压器的优化不适应，这说明气动设计匹配不佳，必须予以改进。在1.1.6中将提到应用CFD方法可较好地解决此问题。图2压缩机级相对效率η同相对流量系数Ø的关系1.1.3优化气动设计如果在设计中选用的流量系数Ø为0.07～0.10，且采用三元叶轮（扭曲叶片）时，离心压缩机会达到最高可能的效率。从图3可看出，两种多级离心压缩机（从第一级到最后一级）设计的效率η和流量系数Ø范围的比较：第一图形为常规设计，第二图形为高流量系数设计，其结果是后者叶轮直径减小20%，转速增加25%以及动力消耗节省5%。_________________________收稿日期：2006-11-29北京市100101图3采用高流量系数提高离心压缩机级的效率十多年来，发展了高流量系数叶轮并具有大轮毂/外径比。但是，有3个制约条件必须注意：(1)对于多级压缩机，转子动力学准则是最重要的。为了避免轴刚度比的次同步振动，即刚性支承临界转速的最大转速之比（Nclrig/Nmax）必须大于0.4～0.6，随气体平均密度而定。由于高流量系数叶轮具有较小轴径和较大的轴向长度，以至于每个机壳可装的叶轮数均小于常规设计。那么，就有这样的可能性，即在极端的情况下，采用高效率叶轮需要两个机壳，而同样参数的中等效率叶轮单机壳就够了。一般地说，在这种情况下，减少动力并不能补偿费用的增加。(2)增加转速可能会超过驱动机或齿轮箱的允许极限，应根据特别是小型高压压缩机的实践经验而定。国外某透平机械公司规定，单轴多级离心压缩机的最大转速大致控制在20000r/min左右。(3)高流量系数叶轮在给定叶轮周速下，应力水平大约为常规设计叶轮的115%。为了保持级能量头，这就导致叶轮材料处于较高的屈服...