热膨胀对二氧化碳压缩机的影响分析

【摘要】本文针对二氧化碳压缩机变速箱轴热膨胀产生位移问题进行分析和论述，对压缩机的安装和试车具有参考价值。

【关键词】热膨胀；轴位移

神华宁煤烯烃项目二氧化碳压缩机试车过程中，由于减速机轴位移超标，导致连锁跳车。经过充分考虑变速箱传动轴热膨胀引起的误差，重新设置报警值和跳车值后，设备运行正常。

1、问题的产生

1.1压缩机参数

透平（驱动机）型号SST-600，压缩机型号STC-GV

透平参数：功率16813Kw，转速：7200rpm。

减速箱参数：与透平连接的输入端7200rpm，与压缩机连接的输出端1500rpm

1.2试车过程

在压缩机组试车时，每当运行到70分钟时，就会发生减速箱轴位移量超标跳车。

减速箱结构和轴位移传感器安装位置见（图一）。

设备供应商设置的原始报警值±0.185mm、跳车值±0.215mm。

试车运行数据见（表一），轴向压缩机方向的移动量取正值，反方向取负值，零点为移动范围的中心点。

2、分析和处理

2.1原因分析

将减速箱拆开后，实测推力瓦间隙值为0.37mm，推力瓦架热膨胀产生的间隙为0.1336mm，热态时总间隙为0.37m + 0.1336mm m= 0.5036mm，与原始设定的减速箱低速轴轴位移报警值±0.185和跳车值±0.215一致。（推力瓦架热膨胀量计算：推力瓦固定架材质为不锈钢，在0℃--100℃之间热膨胀系数为0.0167，推力瓦固定架长度0.2m，由25℃提高到65℃时，热膨胀量0.2×0.0167×（65-25）=0.1336mm）

由于轴位移传感器安装在推力瓦支撑位置的轴另一侧端面处，所以其读数应当为实际轴位移量与轴热膨胀量之和，轴热膨胀量0.334mm（轴热膨胀量计算：轴材质为不锈钢，在0℃--100℃之间热膨胀系数为0.0167，轴有效膨胀长度0.8m，由25℃提高到50℃时，热膨胀量0.8×0.0167×（50-25）=0.334mm）与实测间隙0.37mm相当，是不能被忽略的因素，当轴在正常的位置（推力瓦中间）工作时，随着温度的上升位移量不断升高，当达到0.215时跳车，如果解除跳车连锁，位移传感器显示的轴位移量可以达到0.334mm。这也解释了跳车时推力瓦温度没有明显升高和明显磨损的原因。

分析结果：设备供应商在设定减速箱轴位移报警值和跳车值时，没有充分考虑轴热膨胀的影响，设定值不合理导致压缩机跳车。

2.2解决方案

2.2.1计算报警值和跳车值并重新设定

实测总位移量0.37mm，推力瓦架热膨胀产生的间隙为0.1336mm，轴热膨胀量0.334mm。向透平侧移动为负值，向压缩机方向移动为正值。当以两推力瓦中点为零点时，向透平侧移动最大值为-0.334-（0.37+0.1336）/2=-0.5858mm，向压缩机方向移动最大值为-0.334+（0.37+0.1336）/2=-0.0822mm

为了更直观的了解轴位移，将零点设置在推力瓦透平侧，向透平侧移动最大值为-0.334-0.1336/2=-0.4008mm，向压缩机方向移动最大值为-0.334+0.5036=-0.1696mm（初始工作时，受预紧力的作用，轴位于推力瓦的压缩机侧，初始值为0.37）。

最终将零点设置在推力瓦透平侧，报警值为±0.35mm，跳车值为±0.40mm。

2.2.2试运行

经过72小时试车，运行正常。移交生产后，使用正常。

3、结论

热膨胀引起轴向位移导致不正常的报警和连锁跳车，属于压缩机设计缺陷。目前，大多数此用途变速箱已经取消此报警和连锁跳车功能。热膨胀在设备的设计、制造、安装、运行中普遍存在，应提前预防。

参考文献

[1]《机械设备安装手册》樊兆馥编著.冶金工业出版社，2004年5月第一版.