离心压缩机液压顶升装置应用与选型设计

陈久国，李志卓，于长猛，胡 江，关丽超

（沈阳鼓风机集团股份有限公司，辽宁 沈阳 110869）

摘 要：由于转子自重大，以及动压油膜轴承自身特性的原因，大型离心压缩机在机组启动或停车过程中转子轴颈与支撑轴瓦极易发生磨损。使用离心压缩机液压顶升装置在压缩机启动或停车过程中向转子轴颈与轴承瓦块间注油，达到轴颈与轴瓦完全分离的效果是目前解决此类问题的最有效方法。文章主要介绍离心压缩机液压顶升装置的应用及工作原理，并介绍主要选型设计参数的计算方法。

关键词：液压顶升装置；选型设计；离心压缩机

随着世界经济的飞速发展，更加高效、节能、环保的大型化、规模化经济模式已成为必然发展趋势。目前国内在建的大型石油化工装置有120万吨/年乙烯装置、2500万吨/年炼油装置、200万吨/年甲醇装置等，未来必将有更大规模装置的发展需求。要实现石油化工装置的大型化发展，作为装置“心脏”设备的离心压缩机首先要突破大型化设计的技术瓶颈。

离心压缩机转子是压缩机组的主要做功部件，大型离心压缩机转子自重达数吨甚至数十吨。目前离心压缩机普遍采用均布可倾瓦强制润滑油膜轴承，双支撑转子系统，该系统一般采用传统的动压轴承。动压轴承主要依靠轴旋转时产生的动压效应，即在轴径与轴承之间有一定的相对运动时，轴颈与轴承瓦块间润滑油产生承载油膜，因楔形间隙和油膜具有不可压缩机性使轴颈和轴瓦分离。由于楔形油膜的形成及油膜承载能力与轴颈和轴瓦的相对速度有关，在压缩机启动或停车过程中，轴颈与轴瓦的相对速度较低，不能形成有效承载油膜，使得轴颈与轴瓦之间不能完全分离，特别是自重较大的压缩机转子容易造成轴瓦和轴颈磨损或转子系统失稳造成设备损坏。

离心压缩机液压顶升装置通过高压油泵向轴颈与轴瓦间注油，在轴颈与轴瓦相对转速较低时（启动、停车过程）能够形成有效承载油膜，使轴颈与轴瓦有效分离，转子浮于轴承中间处于液态摩擦状态，能够有效保护大型离心压缩机的转子系统。

1 离心压缩机液压顶升装置简介及工作原理

离心压缩机液压顶升装置简图（见图1）。该装置主要由电动机、齿轮泵、溢流阀、过滤器、分配器、流量调节阀、单向阀、流量计、压力表及连接管件等设备组成。

图1 装置简图

当压缩机运行状态需要启动液压顶升装置时，电机通过联轴器拖动齿轮油泵吸入压缩机润滑油系统的透平油，通过调节溢流阀开度控制油压至所需压力值再经油过滤器后至分配器，高压油最终由分配器分配给各个供油支路。给压缩机直接供油的各个支路均设有流量调节阀、单向阀、压力表、流量计等调节和监测设备。

压缩机在正常工作状态下，轴受轴承油腔中油压作用悬浮在轴承中央。在压缩机启动或停车过程中，由于相对转速低，轴瓦间隙中无法形成有效承载油膜，这时就需要启动液压顶升装置。

压缩机启动前转子系统处于静止状态，在转子自重载荷W（垂直向下）作用下轴颈与轴瓦接触形成硬支撑。当启动液压顶升装置时，高压油泵提供一个压力恒定不变的油压P0向轴承支撑瓦块油腔内供油。受高压油提供的有效支撑载荷（竖直向上）作用，轴颈偏离轴瓦一个很小的距离e，既实现了轴颈与轴瓦的有效分离，避免启动过程中摩擦损坏轴瓦或轴颈。

压缩机停车过程中转速降低，开启液压顶升装置，高压油泵提供一个压力恒定不变的油压P1向轴承支撑瓦块油腔内供油，转子因自重沿着载荷方向向下偏移很小的距离e，这样下瓦油腔的间隙就由h0变为h0-e。由于高压油泵使下瓦油腔的压力增高，而上瓦没有油腔，油膜压力不变，这样产生的油膜压力差与轴的载荷方向相反，就可以支撑起轴颈，避免停车过程中摩擦损坏轴瓦或轴颈。

2 离心压缩机液压顶升装置选型设计

离心压缩机液压顶升装置主要选型参数包括系统工作及额定压力、支路及系统流量、油泵及电机功率等。

2.1 系统工作及额定压力

压缩机液压顶升装置为一套恒压装置，并且当压缩机转子处于静止状态时载荷最大，所以选定装置工作压力为转子静止状态下的恒定压力P0。与顶升装置配套选用的支撑轴承为2块下支撑轴瓦带顶升油腔结构，承载转子载荷W（见图2）。

图2 支撑轴承

顶升装置工作压力可由下式计算得出：

其中：P0为顶升装置工作压力，MPa；W为转子重量，kg；A为单个油腔有效支撑面积，cm2。

顶升系统额定压力为：

2.2 支路及系统油量

在给定供油条件下，单个供油支路的油量可以用如下公式计算：

其中：Q0为单个供油支管油量，cm3/s；

为给定条件下润滑油密度，kgf.s2/cm4；d为轴承节流孔直径，cm；

为轴承节流比，一般

＜3；

为流量系数，取0.7～0.8。

油泵流量富裕系数取1.5～2，则一套有n条供油支路的顶升装置，油泵总流量为（cm3/s）：

2.3 油泵及电机功率

在上述计算所得供油压力和流量条件下，油泵的功率为（kw）：

电机功率为（kW）：

其中

一般取0.7。

3 结束语

为了保护大型离心压缩机转子及其支撑轴瓦，离心压缩机液压顶升装置已经普遍应用在转子重量大于6000kg的压缩机组中，并且应用反馈效果良好。在设计过程中，可以根据上述介绍计算方法计算出顶升装置的工作压力、油量、功率等主要参数，再结合应用现场的其他特殊要求，进行离心压缩机液压顶升装置的选型设计。

参考文献：

[1]美国石油学会.石油、化工与气体工业用轴流、离心压缩机及膨胀机-压缩机[S].API617-2002.

[2]左成柱.离心压缩机润滑系统设计原则及关键参数确定[J].风机技术,2014,(S1):106-109.

[3]许太强.滑动轴承支撑碰摩转子系统研究及实验测试[D].山东大学,2013.

[4]江桂云,王勇勤,严兴春,等.基于小孔节流的静压油膜轴承动态特性分析[J].机械设计,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)

Abstract：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.

Keywords：Hydraulic jack-up device;Selection of design;Centrifugal compressor

中图分类号：TB652

文献标志码：A

文章编号：2096-2789（2016）12-0094-02