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透平
压缩机
设计
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某型透平式压缩机设计,透平,压缩机,设计
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沈阳理工大学学士学位论文摘 要本次设计所涉及的透平式压缩机具体是大型芳烃装置BCL-609重整氢增压离心式压缩机。设计内容按照进行的过程依次包括气动计算、强度计算、本体设计等过程。其中，气动计算设计重点是流道部分的设计和计算，其利用欧拉方程、速度三角形法等基本原理和方法进行具体设计。强度计算所涉及的内容是在气动计算结果的基础上，针对设计要求进行相关的校核。主要是判断在压缩机高速旋转时，由于叶轮和轴的过盈配合而产生的应力是否能够满足机器安全运行的许用应力要求，以便于保证在机器正常运行时每一点的应力小于许用应力。本体设计主要是压缩机具体结构设计，尤其是尺寸确定。其主要包括定子和转子两大部分的设计。重点是根据气动计算、强度计算的结果确定主轴、推力轴承、支撑轴承、平衡盘、进气蜗室、排气蜗室的具体尺寸，从而使机器能够达到气动、强度等方面的设计要求。关键词 透平式压缩机；气动计算；强度计算；转子；定子AbstractWhat this plan is a section of BCL-609 turbo-charged centrifugal gas compressor. This design mainly includes the air operated computation, the strength calculation, the main body to design and so on several parts.What air operated computation design is the flow channel part, what the design mainly uses is principles and so on velocity triangle law, Eulers equation carries on the design calculation.The strength calculation design is mainly for examines when compressor high speed revolving, as a result of the impeller and the axis the stress which the full coordination produces whether can satisfy the machine safe operation the allowable stress. Guarantee when machine normal operation each spot stress is smaller than an allowable stress. Strength calculation here no longer in detail explained.The main body designs the compressor structural design which completes mainly to include the stator and rotors design. According to air operated computation, strength calculations result to determination the size of main axle, thrust bearing, steady bearings, balance disc, air admission snail room and exhaust snail room s area , thus enables the machine to achieve air operated, the intensity and so on design requirements.Key Word: centrifugal compressor；air operated computation；strength calculation；stator； rotor目录引言11 离心式压缩机的总体设计21.1 基本概述21.2 离心式压缩机本体结构21.3 离心式压缩机基本原理31.4 离心式压缩机概述41.5 离心式压缩机本体结构特点说明41.6 转子及叶轮51.7 底座51.8 润滑和调节油联合系统52 BCL609缸体气动计算72.1 气动计算依据的原理72.1.1 叶轮进出口速度三角形72.1.2 基本方程92.1.3级内损失简介112.2 气体组分及运行条件132.3 气动计算方法及分析152.3.1原始的数据：152.3.2进气道参数及其原理公式：152.3.3压缩机叶轮参数及其原理公式：162.3.4无叶扩压器参数及其原理公式：202.3.5蜗壳参数及其原理公式：212.3.6压缩机参数校核及其原理公式：213 BCL609离心式压缩机强度设计及轴向推力计算233.1 转子强度设计233.1.1 叶轮强度计算概述233.1.2 叶轮应力计算原理233.2 定子强度设计243.2.1 概述243.2.2 进出风口厚度计算243.2.3 端盖厚度计算253.3 机壳部分计算263.3.1 机壳厚度计算263.3.2 机壳端部厚度的计算263.4 轴向推力计算273.4.1 平衡盘尺寸的确定283.4.2 轴向推力考虑的三个因数294 BCL609离心式压缩机本体设计324.1 转子的结构设计324.1.1 转子结构总述324.1.2 叶轮324.1.3 主轴354.1.4 推力盘354.1.5 轴套364.1.6 平衡盘364.1.7 联轴器364.1.8 转子上的各螺母364.2 定子的结构设计364.2.1 机壳364.2.2 扩压器374.2.3 回流器374.2.4 蜗室384.2.5 密封384.3 本设计完成的其他工作介绍42结 束 语42致 谢44参考文献45附录A 英文原文46附录B 汉语翻译5565引言透平式压缩机是一种高速旋转机械，可以满足工业上对气体压缩的各种需求，应用范围很广，而且在许多领域中是其他类型压缩机所无法替代的。作为一种工业装备，它广泛应用于石油、化工、天然气管线、冶炼、制冷等诸多重要部门；作为燃气涡轮发动机的基本组成元件，在航空、水、陆交通运输和发电等领域随处可见；作为增压器，已成为当代内燃机不可缺少的组成部件。在诸如大型化肥、大型乙烯等工艺装置中，它所需投资巨大，耗能比重大，其性能的高低直接影响装置经济效益，安全运行与整个装置的可靠性紧密相关，因而成为备受关注的心脏设备。我国透平式压缩机的发展概况：解放前，我国的透平式压缩机制造业基本上属于空白，只有少数厂能生产少量低压的通风机和鼓风机。新中国成立以来，随着社会主义经济建设的发展，透平式压缩机制造业也从无到有得到迅速发展，除了各大汽轮机厂外，还有许多专业生产厂如沈阳鼓风机厂、陕西鼓风机厂等可以生产各种规格的工业透平式压缩机。后来，我国又相继从国外引进了一些先进机型和技术，缩短了国内和国外的差距。目前我国从通风机、鼓风机到高压离心式压缩机、各种规格的轴流式压缩机都能生产，并为进一步发展打下了坚实的基础。本设计主要涉及离心式压缩机的主体设计。设计内容按照进行的过程依次包括气动计算、强度计算、本体设计等过程。本设计是对我大学四年学习的一次检验，如有不当之处，望老师们多多指教。1 离心式压缩机的总体设计1.1 基本概述透平式压缩机是一种叶片式旋转机械，它利用叶片和气体的相互作用，提高气体的压力和动能，并利用相继的流通元件使气流减速，将动能转变为压力的提高。一般的压缩机可以分以下几类：如图1.1所示：图1.1 交流直流两用电动机的结构原理本次设计是选取的透平式压缩机中的离心式压缩机作为设计对象。1.2 离心式压缩机本体结构离心式压缩机本体结构分为两大部分：转子，定子。转子由主轴、叶轮、平衡盘、定距套、推力盘以及半联轴节等零部件组成。定子由汽缸、隔板、支撑轴承、推力轴承、轴端密封等零部件组成。我们常顺着气体流动路线，将压缩机分为若干个级。所谓级就是由一个叶轮和与之相配合的固定元件构成的基本单元。而气体从进入气缸到排出（进入其他气缸或者冷却）之前经过的部分，被称为一段。 离心式压缩机，从具体结构上，可以被划分为如下几个部分：(1) 吸气室：在每段的第一级入口都设有吸气室，将气体从进气管均匀地引入叶轮进行压缩。(2) 叶轮：叶轮又称工作轮，是压缩机中最重要的部件。它随着轴高速旋转，气体在叶轮中受旋转离心力和扩压流动的作用，由叶轮出来后，压力和速度都得到提高，从能量观点来看，压缩机中叶轮是将机械能传给气体，以提高气体能量的唯一元件。(3) 扩压器：气体从叶轮流出时，具有很高的流动速度，为了将这部分动能充分的转变为势能，以提高气体的压力，紧接叶轮设置了扩圧器。一般扩圧器有无叶扩圧器和叶片扩圧器，前者是由前、后隔板组成的通道，而后者则是在前后隔板之间设置叶片。无论哪种扩圧器，随着直径的增大、流通面积都随之增加，使气流速度逐渐减慢、压力得到提高。(4) 弯道与回流器：为了把从扩圧器出来的气体引导到下一级去继续压缩，设有使气流拐弯的弯道和把气流均匀地引入下一级叶轮入口的回流器。弯道是由隔板和气缸组成的通道，回流器则由两块隔板和装在隔板之间的叶片组成。(5) 蜗壳：蜗壳的主要作用是把从扩圧器出来的气体汇集起来，并引出机外。(6) 密封：有减少气体从叶轮出口倒流到叶轮入口的轮盖密封，减少级间漏气的定距套密封，以及减少气体向机外泄露或从外吸入的轴端密封。1.3 离心式压缩机基本原理离心式压缩机的基本原理是通过原动机带动转子部分的旋转，使进入压缩机的气体通过叶轮、扩圧器、弯道、回流器，反复地得到旋转加速加压的效果，并通过逐级的加速加压，最后达到设计所需的气体速度和压力要求。首先，需要被加压的气体从进气管道进入吸气室中，被吸气室中的隔板分流为均匀的气流，进入旋转的叶轮。在叶轮中，气体做三元流运动，通过加速获得动能，然后由叶轮被甩入扩压器。在扩压器中，气体速度减慢，气体压力上升。然后升压后的气体，通过弯道，进入回流器，然后进入下一级叶轮重复上述加压过程。这样，通过每一个叶轮的旋转加压，最终使气体压力上升到指定的要求。如图1.2所示：图1.2 压缩机工作原理示意图1.4 离心式压缩机概述(1) 驱动机采用凝汽式汽轮机(2) 所有与用户管道连接的接口采用法兰连接(3) 压缩机型号的意义：压缩机型号的意义：B C L 60 9 | | | | | | | | | | | |_共9级叶轮| | |_叶轮名义直径为60cm(600mm)| |_离心压缩机及无叶扩压器|_机壳垂直剖分、筒型结构1.5 离心式压缩机本体结构特点说明机型：BCL609；形式：垂直剖分锻钢壳体筒型9级离心压缩机；驱动形式：双出轴凝汽式汽轮机1；转向：从汽轮机进气端看压缩机转向为顺时针；流量调节方式：变转速；轴端密封形式：干气密封；机壳：垂直剖分型锻钢壳体，气体进出口均向下，壳体水压实验按最大允许工作压力1.5倍进行；主轴：锻钢轴带不锈钢轴套；轴承形式： 径向轴承： 水平剖分可倾瓦式1； 推力轴承： 倾斜垫块（金斯伯雷）式1，双作用自平衡型，推力轴承载荷不应超过制造商允许最大载荷的50%，推力盘和与主轴的配合面为锥面，液压安装与拆卸；密封：级间密封和叶轮口圈密封为迷宫密封；压缩机下机壳排渣：级间排凝设有接管和截至阀，带有双阀加配对盲法兰，法兰为RJ型，集合管接至底座边缘。1.6 转子及叶轮压缩机为锻造铣制焊接叶轮。单个叶轮超速测验转速：1.5倍最大连续转速；转子超速测验转速（机械运转）：1.1倍最大连续转速；转子进行高速动平衡1，高速动平衡按API6171,3进行，整体做高速动平衡；选材考虑了硫化氢和氢气产生的腐蚀，根据美国叶轮选型标准选用了沉淀硬化不锈钢1,7,8。1.7 底座压缩机、汽轮机采用公用底座，包括防滑盖板、地脚螺栓、调平垫片和不锈钢垫片，地脚螺栓采用基础贯穿式1。压缩机公用底座范围内的全部接管交接到底座边缘，并带有对应法兰、螺栓、螺母、垫片。底座范围内的全部仪表，包括接线盒的配线以及至机旁盘的保护管，接到底座上的开架式仪表盘。平衡管的设计应保证平衡盘的特性，其尺寸适用于平衡盘密封最大设计间隙的两倍。压缩机就地仪表架为不锈钢制成。压缩机设置防喘振控制系统和机组控制系统10。联轴器及护罩：联轴器采用叠片式，护罩为全封闭无火化护罩1。压缩机组所有法兰（包括油、汽系统）均采用大外径对焊带颈突面法兰，压力等级不小于class150（公称压力等级）,管线外径选用SH/T3405-96的管线系列。所有垫片均选用缠绕垫7。附带美国太平洋阀门的凸面法兰尺寸如图1.3和表1.1：1.8 润滑和调节油联合系统机组各单机润滑油路应统一接到进油集合管，进油集合管末端应装压力表。进油支管设专用调节阀和压力表，回油支管设视镜和温度计，回油管靠在底座边缘。润滑和调节联合油站的所有设备和仪表，安装在一个底座上并带有地脚螺栓。在底座范围内的电气仪表安装好并配管。所有与用户连接的管口带配对法兰接到底座边缘。图1.3 压力等级Class 600法兰结构示意图表1.1 凸面法兰尺寸标准 2 BCL609缸体气动计算2.1 气动计算依据的原理2.1.1 叶轮进出口速度三角形为了计算气体流过叶轮时，叶轮对气体所作的功，需先分析气体的运动情况。气体在一级里所作的运动划分如图2.1所示：图2.1 压缩机级内截面划分现考察常规叶轮的截面11及截面22（图2.1），图2.2 叶轮进出口截面气流速度分析a)进口速度三角形 b)出口速度三角形11截面是气体刚进入叶片的截面，22截面是气体即将离开叶片的截面，设截面上气流的绝对速度，牵连速度与相对速度分别以c、u及w表示,，则当气流以进入11截面时，其相对速度： （2.1）而当气流以离开22截面时，其绝对速度： （2.2）式中的指截面上的圆周速度，其大小： （2.3）图2.2表示出了c、w及u三个速度矢量的关系，它们组成的三角形表示出了三者之间的数量关系，称为速度三角形。在图2.2中，a）的正值指c与u之间的夹角，而的正值指w与u的反向之间的夹角。今后常需把速度分解为圆周方向（即u方向）及垂直于u方向（在常规叶轮中即为半径r方向）的分量，由图2.2，对出口速度三角形作几何分析可得： （2.4）而且从速度三角形可得下述关系： （2.5）对于进口速度三角形，同样有如下关系式： （2.6）及 （2.7）cu有时被称为旋绕，而cu1被称为预旋，在大多数设计工况时，cu10（或），此时称为“无预旋”情况。2.1.2 基本方程1、欧拉方程式欧拉方程式是动量矩定律（牛顿定律的一种形式）在叶轮机械中的具体应用。欧拉第一方程： （2.8） 它表明：只要知道叶轮进、出口截面上的速度u和cu，便可求出叶轮给予流过叶道单位质量气体的能量，即所谓理论能量头hth。关于欧拉方程式的一些说明：(1) 欧拉方程式是在假设叶轮内气体的相对运动稳定，11截面及22截面（参见图2.1）上气流参数均匀的条件下，应用动量矩定律求得。它不仅适用于任何气体，也适用于任何液体。同时，它也适用于叶轮内的流动有磨擦及损失的情况。(2) 根据对叶轮内部气体流动的研究，其相对运动可以认为是稳定的，但是沿叶轮内部的任意圆周截面（以旋转轴为圆心）上，其气流参数是不均匀的。在相对坐标系中，气流参数可认为是沿上述圆周截面作“周期”的变化，并以一个叶片通道的宽度为一个“周期”。因此叶轮内部气体的绝对运动是不稳定的1,2。但是由于相对坐标中气流参数沿圆周作“周期”变化，因此任何瞬间上绝对座标内气流参数沿圆周上的分布形式是一样的，只是其位置转过了一个角度。由于我们所取的控制面包含了整个圆周，所以绝对坐标中控制体内的动量矩之和依然是不随时间而变的。(3) 在固定元件或叶轮的截面00至截面11间，如忽略壁面对气体的磨擦力，则外力矩T0。如认为此时气体的绝对运动为稳定，考察两任意截面（其上气流参数为均匀），则可得或 （2.9）此情况称为动量矩守恒。(4) 无预旋情况时的欧拉方程式：对于大多数情况，叶轮进口00上的气流绝对速度是沿轴向的，由于截面00至11间壁面摩擦影响不大，故根据动量矩守恒原理，可得到cu1=0,即无预旋情况，此时欧拉方程式简化为： （2.10）(5) 欧拉第二方程：对速度三角形应用余弦定律，可以得出欧拉方程式的另一种形式，它常被称为欧拉第二方程。先对出口速度三角形应用余弦定律： （2.11）同样，对进口速度三角形有： （2.12）把公式2.11和公式2.12代入欧拉方程式（公式2.8），便得出欧拉第二方程： （2.13） 2、伯努利方程式伯努利方程式如下： （2.14）它表明一元稳定流动中，外界通过流管侧表面对气体所作的功I，用以压缩和输送气体的能耗 ，提高气体的速度能的能耗以及消耗在ii至ee截面的损失能。关于伯努利方程式的说明：(1) 尽管伯努利方程式也是从热力学第一定律导出的，但是它的独特的含义补充了能量方程。在能量方程式中，热能与机械能是被同等地看待的，但是在引用了“损失”的概念后，伯努利方程清楚地把机械功I分为三部分，式中前二项为有效功，而第三项则为相伴随的无效功（损失），从热力学第二定律可知，这部分损失是不可避免的，但却是可以降低的，我们要尽量降低损失。(2) 把伯努利方程应用于叶道内部实际流量M的单位质量、并取截面11为ii、22为ee、此时I=hth ，得： （2.15）把上式（公式2.15）与欧拉第二方程（公式2.13）相比较，得： （2.16）即欧拉第二方程的三项速度能差值，二项用于压送气体和克服损失，称为静能头。而余下的项则称为动能头。(3) 把伯努利方程用于固定元件，例如扩压器，此时取33截面为ii截面，44截面为ee截面，又因为固定元件没有功加入，故I = 0， （2.17） 或 （2.18）上式说明，固定元件中气流速度能的减少，转化为气体的压送功与流动损失。(4) 把伯努利方程应用于级的压送过程，取截面11（开始压缩的截面）为ii，而压缩终了截面仍以ee表示，则得 （2.19）2.1.3级内损失简介总能量头htot、漏气损失hlk、与轮阻损失hdf叶轮对流过它内部每公斤质量气体作功为hth，由于其内部的实际流量M为有效流量M与轮盖漏气量MLK之和，因此叶轮对流过它内部的气体所作功率为 （2.20）但是当叶轮以高速旋转时，其外表面与气体相摩擦，也要消耗功率Ndf，因此可得到叶轮的总功率为： （2.21） 由于我们从每一级所得到的，只是有效流量M，因此在实际计算对单位质量气体所作的功时，应以有效流量M为基础做计算。 （2.22）式中各项说明：是漏气损失（如图2.3所示）功率，MLKhth分摊给单位有效流量M的数值，称为轮盖漏气损失图2.3 轮盖漏气损失是轮阻损失功率，Ndf分摊给单位有效流量M的数值，称为轮阻损失是叶轮对气体所作的总功率分摊给单位有效流量的数值，称为叶轮的总能量头于是，上式（公式2.22）即为： （2.23） 令轮盖漏气损失系数为： 令轮阻损失系数为： 则 而级的总功率为： 以上的设计方法和基本原理，就是设计计算的计算依据2.2 气体组分及运行条件表2.1 气体组分表气体组分气体分析（摩尔%）分子量额定、正常重石脑油开工1段2段1段2段*2氢 气82.5583.5285.1185.63硫化氢*1*1*1*1甲 烷4.824.885.325.35乙 烷2.892.912.422.43丙 烷2.882.882.152.15正丁烷1.751.711.411.39异丁烷1.061.040.850.84正戊烷0.390.360.290.28异戊烷0.790.730.590.57C6+1.831.121.370.92CP0.020.010.010.012MP1.020.840.480.43氧 气水蒸汽*1*1*1*1二氧化碳一氧化碳氮 气HCL*1*1*1*1其 他总 计100100100100100平均分子量9.548.677.827.352.0-3.0备注：*1、正常操作时HCL含量为1-3ppm.vol;开工工况为5ppm.vol。正常操作时H2S含量为1ppm.vol；开工工况为3ppm.vol。*2、高纯度含氢气体分子量为2.0-3.0。表2.2运行条件表运行条件正常（轻石脑油）额定（110%）开工1段 2段1段2段1段2段体积流量（m/h）110658.5109359.81217241202965800038000质量流量（kg/h）4708042301517884653152203420进口条件压力（MPa）0.621.250.621.260.410.450温度（）404040404040相对湿度（%）分子量9.548.679.548.672.0162.016K（平均）1.291.311.291.311.41.4压缩因子（Z平均）111111进口容积流量（m/h）20619.2100702268111000164009020出口状况压力（MPa）1.292.781.302.780.4900.61温度（）103.9122.0104.8123.160.667.2K（平均）1.261.271.261.271.41.4Z（平均）1.01.011.01.011.01.0各段所需功率（KW）3563445039684941478421机组总功率（KW）80138909899转速（转/分）852887658940预计喘振限（m/h）170008000187008450141007600变能量头（kgm/kg）225202763022780273702452929500多变效率0.850.760.8430.740.810.74保证点是是-性能曲线数4444442.3 气动计算方法及分析设计计算如下：2.3.1原始的数据：原始数据参数，包括压缩机总流量、压缩机进口压力、压缩机出口压力、压缩机进口气流速度、压缩机转子额定转速、压缩机叶轮周向速度、压缩机总功率。2.3.2进气道参数及其原理公式：1.叶轮对气体所做的绝热压缩功 2.叶轮出口的圆周速度 （取） 3.取近气道出口的速度 4.进气道内空气降温 5.进气管出口温度 6.进气管多弯指数 7.进气管出口空气压力 8.进气道出口空气密度 9.进气道出口面积 2.3.3压缩机叶轮参数及其原理公式：10.取叶轮外径 11.转速 12.取叶轮进出口直径比 13.叶轮进口外径 14.叶轮进口内径 15.叶轮进口平均直径 16.叶轮进口外径处的圆周速度 17.叶轮进口处的圆周速度 18.叶轮进口处的圆周速度 19.叶轮叶片数 20.取叶轮进口的堵塞系数 21.叶轮进口轴向速度 22.叶轮进口相对速度 23.叶轮进口马赫数 24.叶轮进口处的气流角 25.叶轮进口处的气流角 26.叶轮进口处的气流角 27.取冲角 28.叶轮进口处的叶片角 29.取工作轮叶片数 30.滑差系数 31.叶轮出口气流圆周向分速 32.取叶轮出口气流径向分速 33.叶轮出口气流速度 34.叶轮出口气流角 35.取叶轮出口叶片角 36.取叶轮出口叶片厚度 37.叶轮出口阻塞系数 38.取叶轮出口气流密度 39.叶轮出口宽度 40.取轮阻损失系数 41.叶轮出口气温 42.取叶轮多数效率 43.多变指数项 44.多变指数 45.叶轮出口气体压力 46.叶轮出口气体密度 47.气体密度误差 48.叶轮出口马赫数 49.无叶扩压器宽度 50.入口气流周向分速 51.入口气流径向分速 52.入口气流角 53.入口气流速度 54.入口气流温度 55.入口气流压力 56.入口气流密度 57.取出口转径比 58.出口轮径 59.出口密度（取） 60.出口气流速度 61.出口气流温度 62.马赫数 63.取多变效率 64.多变指数项 65.出口空气压力 66.出口空气密度 67.密度误差 68.出口宽度 69.出口径向分速 70.出口周向分速 71.出口气流角 72.长度 2.3.4无叶扩压器参数及其原理公式： 73.取轮径比 74.出口直径 75.出口宽度 76.进气口冲角 77.叶片进口角 78.叶片出口角 79.叶片进口阻塞系数 80.进口通道面积 81.叶片数 82.进口喉部宽度 83.设出口气流密度 84.出口气流速度 85.出口空气温度 86.多变效率 87.多变指数项 88.出口空气压力 89.出口空气密度 2.3.5蜗壳参数及其原理公式： 90.蜗壳出口气流速度 91.出口空气温度 92.多变效率 93.多变指数项 94.出口压力 95.蜗壳出口密度 96.出口滞止温度 97.出口滞止压力 2.3.6压缩机参数校核及其原理公式：98.增压比 99.滞止增压比 100.等熵压缩功 101.压头系数 102.绝热效率 103.功率 使用上面所述的原理公式计算，得出正常工况下的气动结果：总流量为112659.0 Nm/hr,进口压力为6.324 ata,出口压力为28.356 ata，进口速度为40 m/s。（ata是“ablosute atmosphere”的缩写，它是绝对大气压的单位，0.1MPa1ata2）根据具体的运行条件、要求达到的性能，通过计算结果选出了满足要求的最佳方案，即离心压缩机采用BCL筒型压缩机，共分为9级，叶轮外经为600mm，机组额定转速为8428n/min,周向速度为258.36m/s。总功率为3787.72KW。3 BCL609离心式压缩机强度设计及轴向推力计算3.1 转子强度设计强度分析主要包括单个叶轮的强度分析和转子轴系的动力学分析。单个叶轮的强度分析包括叶轮应力计算、叶轮的轮盘自振频率分析、叶轮的叶片自振频率分析；转子轴系的动力学分析包括转子弯曲临界转速及不平衡响应计算、扭转临界转速计算、扭振应力分析及主轴和键的强度计算。回转刚体重量、重心、转动惯量计算及轴向推力计算、平衡盘尺寸确定也包含在本部分内容中。气体激振也是转子动力学分析的关键内容。气体激振是指在高压压缩机（气体压力大于40ata）中由于叶轮内部发生旋转脱离而产生的对机器的气体激励9。对于大分子量及压力高的的离心压缩机，如化肥装置中的压缩机和合成气压缩机，在方案设计中需要考虑此类问题。自激振动是指压力高、分子量较大的气体在通过平衡盘等密封时由于压比高而有可能达到音速进而诱发对转子的气体激振。3.1.1 叶轮强度计算概述根据经验机组运行时第一级叶轮受到的应力最大，在叶轮强度校核时第一级叶轮满足强度要求即可。9113.1.2 叶轮应力计算原理计算对象为轴对称模型，计算方法为有限元法。 （3. 1） 安全系数，取安全系数为1.3 叶轮材料的屈服极限，第一级叶轮选取680 叶轮上任意一点的最大应力值验算时，在额定转速、最大连续转速和跳闸转速下都是叶轮根部受到的应力比较大，所以，分别对在主轴与支撑轴承间隙为最大间隙和间隙为最小间隙的两种情况进行计算。本设计中，叶轮所受最大应力为499.0 MPa，小于叶轮材料的许用应力，且根据强度校核规范：k = ，能够达到设计要求，保证机组安全运行。综上计算结果分析得出以下结论：（1）主轴与支撑轴承间隙越大，叶轮根部所受应力最大。（2）主轴与支撑轴承间隙一定时，机器转速越高，叶轮根部所受应力越大。5,6因此在设计压缩机时，应在设计和工艺技术条件允许下，尽可能的使主轴与支撑轴承的间隙小一些，并在机组运行中严格控制其转速，不能使其转速过高，从而保证机器的安全运行。3.2 定子强度设计3.2.1 概述1.垂直剖分式压缩机的进出风口采用下列方法：(1) 锻造或铸造的进出风口焊接在机壳上，适用于较大的进出风口。(2) 用螺纹双头螺栓将法兰固定在机壳上，适用于高压压缩机和较小的进出风口。2.风口法兰连接方法：采用RF、RJ方式连接详见E.C.C 2.1.5。根据压力选择见ITN83000，额定压力大于176kg/cm2的法兰采用RJ连接3.材料：(1) 锻造的进出风口材质必须与机壳材料相同。(2) 铸造的进出风口材质须适合焊接，化学成分和机械性能与机壳材料相近。4.选定的进出风口的最大工作压力值需等于或高于机壳的设计压力。5.进出风口的最大允许速度与水平剖分的MCL压缩机进出风口的速度要求一样。3.2.2 进出风口厚度计算BCL压缩机的进、出风口与MCL压缩机（水平安装式）的进、出风口一样，同样采用薄壁容器纵截面上的正应力公式，同时考虑焊接和腐蚀对应力的影响，可以按下列公式计算进出风口的厚度： （3.2）式中：许用应力，MPaE 焊缝系数，风口的名义直径Dn24时为1，Dn24时为0.85De管子内径，mmT 标定厚度，mmC 腐蚀系数，取值0.75mmP 机壳设计压力，MPa3.2.3 端盖厚度计算在工程力学手册中，沿着外周边固定，并且承受着均布载荷。在固定的地方： （3.3）沿内周边： （3.4）根据上述公式（公式3.3和公式3.4）采用和的函数关系来表示。并做图表以方便计算。整理的结果为： P 设计压力 径向压力 切向压力C14和C14系数从图3.18中查出：图3.1 和对应关系图3.3 机壳部分计算3.3.1 机壳厚度计算高压容器需根据ASME规则，检查高压容器最薄的厚度 （3.5）式中：R 为内半径P 为设计压力 为最大许用应力最薄的厚度根据ASME，AD520-AD540，（美国机械工程师学会锅炉压力容器规范的简称），如果机壳开孔，则开口部分应加厚，并应检查加厚量。机壳的实际厚度必须大于机壳的最小厚度与加厚厚度之和。当实际机壳的厚度是最小厚度值的两倍时，不需对加后量进行检查。3.3.2 机壳端部厚度的计算机壳端部的理论厚度： （3.6）式中： 为最大许用应力P 为设计压力D 为内直径C tactae 机壳的实际厚度tmin 机壳的最小理论厚度平端孔需要的加厚量，见ASME VIII OIV、2AD 530-AD540当机壳端部的实际厚度是tr值的两倍时，不需要检查加后量。3.4 轴向推力计算轴向推力计算示意图，如图（3.2）所示：图3.2 压缩机轴向推力计算示意图首级叶轮推力： （3.7）中间级叶轮推力： （3.8）式中 n为末级的序号末级叶轮的推力： （3.9） 各级总的推力： （3.10）平衡盘推力： （3.11）残余推力： （3.12）残余推力一般取500Kg左右，最大不超过1000Kg，当取定后，则平衡盘尺寸可以用上式计算得。3.4.1 平衡盘尺寸的确定叶轮的轴向推力可以由安装在末级叶轮外侧的平衡盘（机型为MCL或BCL）或段间的平衡盘（机型为2MCL或2BCL）来平衡。盘的迷宫密封应具有足够多的齿数（减少泄漏量），将盘的上下游空间分开。对于机型为MCL或BCL的产品，需将下游空间用适当大的管与压缩机进口连通。平衡盘的大小要足以平衡不低于几百公斤的推力ST，以保证残余几百公斤的推力，方向指向止推轴承。如图3.3所示： （3.13）注：d直径的选取要参考计算末级叶轮轴向推力时5的选取，二者相同；d直径的选取要考虑平衡腔最小轴径。图3.3 平衡盘尺寸示意图3.4.2 轴向推力考虑的三个因数1气体流动在叶轮入口90转弯时由于动量矩的变化而产生的推力（在叶轮的出口向）。如图3.4所示：图3.4 叶轮处轴向推力分析示意图在进口0和1之间，根据动量定理则有：（CA）C0=F （3.14）从而得： （3.15）式中： （3.16）例如，假设空气的叶轮进口速度为80m/sec,则： （3.17）如果假设（适用于30000的叶轮）：; （3.18）则其相应面积为： （3.19）故：F=0.0785761=59kg2. 考虑在平衡盘下游空间和压缩机进口法兰之间的压力降3. 考虑由于气体从叶轮出口向进口和从回流流道向叶轮出口的泄漏（对末级叶轮，因叶轮下游无回流流道，故该两次泄漏将在相反方向产生）而造成如图3.5中所示截面I和II的压力降。这些压力降将使空间I和II的压力图从等压分布向可变分布变化。称之为“二次效应”的这两种效应，与在相应等压分布条件下所增加的叶推力是同时发生的。当需要考虑轴向推力的“二次效应”时，根据实验结果可采用以下方式：如果A为相应于空间I和II的平均面积，即： （3.20）则由于“二次效应”的推力由此给出：PAP在相应的压缩级中可按升压的百分数进行计算： P=4%（P6P1） kg/cm2 （3.21）附加推力 ：S= APN kg （3.22）N=N总级数1 （对顺排）N=N总级数第一段级数 （对背靠背的第一段）N=N总级数第二段级数 （对背靠背的第二段）对于总压超过30ata的压缩机，考虑2和3节（平衡管线中的压降和“二次效应”）是个较好的办法。图3.5 叶轮进出口压力差示意图4.管系中的压降压缩机平衡管线中通过的气量应为计算值的两倍（考虑密封间隙最大时的情形）动力粘度随气体压力变化而产生的改变，可以忽略不计，因此在层流中，压降实际上与气体压力无关。4 BCL609离心式压缩机本体设计4.1 转子的结构设计4.1.1 转子结构总述转子是离心式压缩机的主要部件。它是主轴以及套在轴上的叶轮、平衡盘、推力盘、联轴器等组成。具体结构参见图4.1。转子上的各个零件用热套的方式与轴连成一体，以保证在高速旋转时不至松脱。为了更可靠起见，叶轮、平衡盘和联轴器等有时还用键与轴固定，或采用销钉固定以传递扭矩和防止松动。每个制造厂家由于安装工艺和习惯不同，或由于结构要求，采用不同的安装方式。转子上各零、部件的轴向位置一般靠轴肩（有时还有隔套）来定位。转子上隔套或轴套的的轴向固定，一般采用热装工艺靠过盈定位。图4.1 离心式压缩机转子图4.1.2 叶轮叶轮也称为工作轮。它是压缩机中一个最重要的部件。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速的旋转。而气体由于受旋转离心力的作用，以及在叶轮里的扩压流动，使气体通过叶轮后的压力得到了提高。此外，气体的速度能也同样是在叶轮里得到了提高。因此，可以认为叶轮是使气体提高能量的唯一途径。本设计使用了轮径为600mm的U、B两种形式的叶轮，U型轮为三元叶轮，B型轮为二元叶轮。本设计在U系列的叶轮中选用了U1、U2、U3三种叶轮，在B系列的叶轮中选用了B5、B6两种叶轮，叶轮的具体形式和设计尺寸如图4.2、图4.3、表4.1所示：图4.2 叶轮具体形式示意图a图4.3 叶轮具体形式示意图b表4.1叶轮设计尺寸表叶轮序号U1U2U3B5B6b2（450）26.124.322.52320b2/D20.0580.0540.0500.0510.044叶片出口角2505050565812627盖盘倾角11.510叶片数Z2121212121叶片厚45070044444叶轮设计的主要公式： （4.1） （4.2） （4.3）根据叶轮三角形，我们可以推出： （4.4）对于不同形式的叶轮，我们可以推导出下列公式：如果 则 （4.5）如果 则 （4.6）如果 则 （4.7） 对于时，如果 则 （4.8）4.1.3 主轴主轴上安装所有的旋转零件。它的作用就是支持旋转零件及传递扭矩。本设计采用的阶梯轴，阶梯轴便于装配。由于本设计轴向跨距比较大，为了防止主轴在高速旋转时产生挠性形变，所以选用轴径为120mm的轴，这样才能满足设计的刚度要求。本轴与主动机联结端为锥度1：20的无键轴端，具体形式如图4.4所示：图4.4 主轴结构示意图4.1.4 推力盘由于平衡盘只平衡部分轴向力，其余轴向力通过推力盘传给止推轴承上的推力块，实现力的平衡。本设计采用键联结的一般推力盘，材质为45钢，硬度HB230260。4.1.5 轴套本设计的设计压力超过了70kg/cm, 油密封轴套的材质均采用40NiCrMo7, 渗氮后硬度为HV504，氮化层厚度大于0.3 。4.1.6 平衡盘在多级离心式压缩机中，由于每级叶轮两侧的气体作用力大小不等，使转子受到一个从高压端指向低压端的合力，这个合力就称为轴向力。太大的轴向力对于压缩机的正常运转是不利的，它使转子向一端窜动，甚至使转子与机壳相碰，造成事故，因此必须要设法平衡它，使轴向推力控制在合适的范围内。平衡盘就是利用它的两边气体压力差来平衡轴向力的零件。本设计平衡盘位于高压端，它的一侧压力可以认为是末级叶轮轮盘侧的中的气体压力（高压）。另一侧联通大气（低压）。平衡盘热套在主轴上，采用中间挖空的形式，这样的形式既能平衡轴向推力，又能减轻平衡盘的重量，减轻主轴的承载，保证机器安全运行。 4.1.7 联轴器联轴器是轴与轴互相连接的一种部件。本设计联轴器为叠片式联轴器。直接有主动机（汽轮机）主轴相连，伟递扭矩。本设计采用叠片式联轴器，便于拆装且能达到设计要求。4.1.8 转子上的各螺母在离心压缩机高速旋转时要求各转动部件都要紧密配合，不允许松动，所以在必要的部位要安装锁紧螺母。本设计选用三个螺母，依次为推力盘锁紧螺母，隔套锁紧螺母，平衡盘锁紧螺母。具体形式如图4.5、图4.6、图4.7所示：4.2 定子的结构设计定子中所有零件均不能转动。静子元件包括：机壳、扩压器、弯道、回流器和进出气蜗室，另外还有级间密封、口圈密封、轴端密封、支撑轴承和止推轴承等部件。下面介绍定子的各主要零、部件。4.2.1 机壳机壳也称为气缸。机壳是静子中最大的零件。以前通常是用铸铁或铸钢铸造而成。现大部分采用钢板焊接机壳。本设计为高压离心式压缩机（BCL型压缩机），采用筒型锻钢机壳，以承受高压。吸气室是机壳的一部分。它的作用是把气体均匀地引入叶轮。吸气室内常加有分流筋，使气流更加均匀。图4.5 推力盘锁紧螺母结构图4.2.2 扩压器气体从叶轮流出时，它具有较高的流动速度。为了充分利用这部分速度能，常常在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器，用以把速度能转化为压力能，以提高气体的压力。扩压器一般有无叶、有叶、直壁形扩压器等多种型式。本设计采用无叶扩压器。由两个平壁构成环行通道组成，气体从叶轮出来后，经过环行通道，速度逐步降低而压力逐步升高，然后经过后面的弯道和回流器进入下一级。4.2.3 回流器回流器的作用是使气流按所需的方向均匀地进入下一级。它由侧板和叶盘（导流叶片）组成。通常，侧板和叶盘整体铸造在一起，在铸造精度不能满足精度要求后（一般b5=18mm以下）采用侧板和叶盘螺栓把合结构。本设计b5大于18mm，为达到强度要求采用侧板和叶盘铸在一起的形式。取：图4.6 隔套锁紧结构图4.2.4 蜗室蜗室的主要目的是把扩压器后面的气体汇集起来，把经过加压吼的气体引到压缩机外面去，使它流向气体输送管道或流到冷却器去进行冷却。此外，在汇集气体的过程中，在大多数情况下，由于蜗室外径的逐渐增大和通流截面的渐渐扩大，也能起到一定的气流降速扩压作用。4.2.5 密封由于压缩机的转子和定子一个高速旋转而另一个固定不动，两部分之间必定具有一定的间隙，因此就一定会有气体在机器内由一个部位泄漏到另一个部位。同时还会向机器外部进行泄漏。为了减少或防止气体的这些泄漏，需要采用密封装置。防止机器内部流通部分各空腔之间泄漏的密封，叫内部密封，一般用迷宫型密封。防止或减少气体由机器向外界绣楼或由外界向机器内部泄漏的密封，叫轴端密封，在这次设计中，由于气体是有毒有害气体，所以必须使用机械密封，保证内部气体不泄漏到外界。图4.7平衡盘锁紧1迷宫密封的原理气体在密封前、后压差的作用下，从高压端流向低压端，通过密封齿和轴的间隙时，气流速度加快，压力和温度都降低。由间隙流入齿间空腔时，由于面积突然扩大，气流形成强烈的漩涡，在比间隙容积大很多的齿腔空腔中，气流速度几乎等于零，动能由于漩涡作用全部变为热量。对理想气体来说，气体温度又从流经间隙时的温度回升到流入间隙前的温度，但空腔中的压力却回升很少。可以认为保持流经间隙时的压力不变。气体从合格空间流经下图4.8 迷宫密封中气体流动示意图一个密封齿和轴之间的间隙，又流入再下一个齿间空隙，重复上述过程,如图4.8所示。如此流经每一个齿，最后从整个密封流出。气体每从一个大的齿间空腔流经一个小的齿和轴之间的间隙，再流入另一个大的齿间空腔，压力就降低一次，而且随着流动气体比容的不断增加，通过间隙的速度不断加快，因而越到下游经过一个齿的压力降低得越多。这个现象通常叫节流现象。由流量计算式式中，气体密度； 流经间隙时的流通面积； 流经间隙时的速度；可知：为了使密封效果更好，第一，是增加密封齿数。当然，密封齿数不是越多越好，一个是影响轴向尺寸，另外，当齿数增加到一定值后，继续增加齿数密封效果也不会显著提高。所以，一般轮盖处为46个齿，其他密封齿数都在635之间；第二，密封齿和轴之间的间隙应该尽可能的小，一般最小半径间隙和直径（mm）的关系是： （4.9）同时，为了减少间隙，提高密封效果而又不使密封齿和机壳擦伤，常在壳体上镶软金属块或者直接选用软金属做为梳齿材料；第三，提高节流效果，使相邻齿间的容积和间隙相比足够大。2干气密封的原理干气密封的结构示意如图4.9所示。动环端面槽型示意见图4.10所示。干气体密封主要由动、静两部分组件组成。静止部分包括由O型环密封的静环（主环）、加载弹簧以及固定静环的不锈钢支持套（固定在压缩机机壳内）。动环（又名配对环）组件由一夹紧套和一锁定螺母（保持轴向定位）等部件安装在旋转轴上随轴高速旋转，动环一般由硬度高、刚性好而且耐磨的钨、硅硬质合金制造。螺旋槽式干气密封设计的特别之处是在动环表面加工出一系列螺旋状沟槽，深度一般为0.00250.01mm912。在静止条件下，由于静环也就是主环上的弹性负荷，使动环与静环保持相互接触。螺旋槽的气体密封的工作原理是流体静力和流体动力的平衡。密封气体注入密封装置，使动、静环受到流体静压力作用，不论配对环是否转动，这些力都是存在的。而流体的动压力只是在转动的时候才产生。配对动环上的螺旋槽是产生这些流体动压力的关键，当动环随轴转动时，螺旋槽里的气体被剪切从外缘流向中心，产生动压力2,9,11，而密封堰对气体的流出有抑制作用（因为静压力的存在），使得气体流动守阻，气体压力升高，这一升高的压力将挠性安装的静环与配对动环分开，当气体压力与弹簧恢复力平衡后，图4.9 干气体密封结构示意图图4.10 部分非接触式密封端面槽型维持一最小间隙，形成气膜，密封工艺气体，这样，动静环间互相不接触，并且气膜具有良好的弹性，即气膜刚度。由于密封面上的螺旋槽深只有几个微米，因此必须有非常干净的气体来启动并保护显微深度的密封面外表面。一般要求密封上游的注气非常清洁，无论是外设气源还是来自压缩机出口的工艺密封气都需要经过严格滤清1215。密封片为软金属制成，防止和主轴发生硬性碰撞，造成事故。密封片可以是车削而成，也可以嵌入密封体内。本设计级间密封、平衡盘密封均采用梳齿密封，车削加工。具体形式见图4.11所示：图4.11密封片本设计介质主要为氢气，为易燃、易爆气体。所以轴端密封采用干气密封。4.3 本设计完成的其他工作介绍(1) 绘制BCL609离心压缩机总装图：参见本设计说明书附图1(2) 绘制BCL609离心压缩机定子：参见本设计说明书附图2(3) 绘制BCL609离心压缩机转子：参见本设计说明书附图3。(4) 绘制BCL609离心压缩机主轴：参见本设计说明书附图4(5) 绘制BCL609离心压缩机Q9叶轮：参见本设计说明书附图5(6) 绘制BCL609离心压缩机平衡盘：参见本设计说明书附图6(7) 绘制BCL609离心压缩机中间级轴套：参见本设计说明书附图7结 束 语通过上面篇幅中对于离心式压缩机定子、转子的工作原理分析，以及对离心式压缩机的主轴、缸体、主轴、叶轮、蜗室、扩压器、回流器、平衡盘、密封、支撑轴承、及轴套等各部分的结构设计。完成了一款适用于对特定的重氢混合气增压的BCL609型的离心压缩机。但是，对于离心式压缩机的设计还有不足之处：对于叶轮的选择，不足之处在于其气体运动的三元流理论计算难度太大，无法进行三元流体运动的模拟，并准确计算、设计叶轮的最佳尺寸；一些细节的技术处理无法考虑完全。希望随着知识储备量的不断增多，下一步工作在此基础上完成一款单级增压比更高、气流流动更均匀的离心式压缩机。致 谢在这次毕业的设计中，首先感谢我们的指导老师张玉璞老师的大力指导以及多方位的帮助。再次感谢那些曾经在物质生活上及精神生活上帮助过我的每一个人。同样也要感谢为了帮助我顺利的完成毕业设计，为我提供了资料的朋友们。我在这里只想大声的说声：“非常感谢你们的帮助，如果没有你们，就没有我现在的毕业成果。”通过这次设计，我的感触颇深。一方面是我学到了在十几年的理论学习中都未曾学到的东西，这对我以后的工作、生活都会有较大的帮助；另一方面，使我感受到设计艰难和辛苦，设计过程中，头脑不但需要高速转动，而且时常就会感到自己的所拥有的知识有限和狭隘，也感到自己的查阅能力以及阅读能力、分析能力有待进一步提高。这也为我在以后的学习生活道路上确立了方向，以便能更好的确立学习目标。这次设计不但是我四年大学学习的一次检验，也是为以后学习发展确立目标的一个前提条件。最后，我要真心感谢在场听取我们毕业设计答辩的各位老师，谢谢你们几个月来细心的教导和帮助，辛苦了！参考文献1 黄钟岳王晓放透平式压缩机北京：化学工业出版社，20042 沈维道蒋智敏童钧耕工程热力学北京：高等教育出版社，20013 于永泗齐民机械工程材料大连：大连理工大学出版社，20044 透平机械现代制造技术编委会：叶片制造技术.科学出版社, 2002年5 卢颂峰机械设计课程设计北京工业大学出版社, 1994年6 邱宣怀机械设计手册机械工业出版社, 1991年7 董天禄离心式/螺杆式制冷机组及应用机械工业出版社, 2001年8 黄钟岳化工透平式压缩机M大连理工大学出版社, 1989年9 B.O.里斯离心压缩机械，中国工业出版社，1992年10 科学院力学所研究工作报告离心式压气机的堵塞与喘振，1976年11 西安交大透平式压缩机教研室编：化工用离心式压缩机热力设计参考资料，197612 DukowiczJ.KA particle-fliud numerical model for liquid spraysJournal of Computational physics, 198013 Allaire. P.E.D.F. Li. And K.C Choy.Transient Unbalance Response of Four Multilobe Journal Bearings. Journal of Lubr,Technology, Trans ASME,July 198014 GrossW.A. Gas Film Lubrication,John Wiley, 196215 Whiteley. K.S.Ullmanns Encyclopedia of Industrial Chemistry,Polyofins, 1992年附录A 英文原文The entire machine bucket centrifugal compressor gas seal positioning the Boss WeldingLiu Dongju Hafu the Indian Ocean Tong Ming-chen / Shenyang Blower (Group) Co., Ltd. Abstract: The cylinder-type centrifugal compressor gas seal Boss caused due to operational deficiencies, so as to the Welding Technology. Welding on the choice of methods were compared, specifying the use of hand-TIG welding method of Welding Technology Practice has proved that good results. Key words: centrifugal compressor seal Boss Welding CLC: TH452 code: BRep air Welding of Allocating Convex for Dry Ga sSeal in Barrel Typ e Centrifugal Compre ssorAbstract:Repair welding technology of allocatingconvex for dry gas seal in barrel type cent rif ugalCompressor caused by operation fault is int ro2duced.The selections of repair welding technolo2gy are compared,and t he repair welding technol2ogy using handwork gas t ungsten arc welding isdetailed.The result wit h good effect is got.Key words:Cent rif ugal Compressor Seal convexRepair welding1.IntroductionTaiwan assembly in a tube-type gas compressor seal, found in the left and right end cancelled with the installation of dry gas seal, by drilling a vent drilling dry gas seal positioning Boss, Boss to seal damage, destruction of Up to 25 mm 10mm 7mm (see Figure 1 in the F), resulting in dry gas seal targeting local plastic ring seal bad. Left and right to cover their own water pressure test, the pressure for the 30 M Pa, after passing the cover and chassis pressure test done at the same time, pressure to 20 MPa, medium for helium. The product of the media for circulating hydrogen gas, under pressure 16 MPa; if not sealed Boss Welding not only affects the appearance quality is more important to the functioning unit will be sealed leak caused a serious, but will also affect gas The use of sealed, leading to paralysis and crew shutdown process, the consequences would be unthinkable. Left and right cover material for KMN materials, the special material, very difficult Welding, the left and right cover has been finished, if Welding improper measures will cause cracks, after welding deformation, the most serious is the result of the components scrapped.Figure 1 Cover Welding regional plans2 KMN briefing materials KMN material is my company centrifugal compressor impeller welding, end caps, and other special materials. The material for chromium molybdenum alloy, solder needed before preheating, after welding need to heat treatment, in the use of state-quality, complex welding process, welding materials used KMN dedicated electrode. 3 Welding Methods Laser 3.1 cold welding As left and right cover has been finished, dry gas seal targeting Taiwan has finished processing, welding heat input will lead solder after deformation. To prevent deformation after welding, welding is the preferred method of cold welding. In order to ensure the quality of Welding, the author and the Chinese Academy of Sciences Institute of metal surface laser fusion of professional and technical personnel, the quality of the scene, can be used to confirm whether the cold welding method Welding. Laser fusion welding surface of the technical staff to cover KMN of performance, welding, etc., are familiar, Welding position in the middle of the cover, to confirm the repair welding electrodes when contact is very difficult, even if exposure to welding electrodes Efficiency is very low, quality is difficult to ensure that, in the face of this situation, it is not appropriate to confirm the laser cold welding. 3.2 manual arc welding Using manual arc welding to repair welding, flexible. As KMN material is material for the company, has dedicated KMN electrode, welding materials and welding no problems after the performance. Welding is to be the key to the left and right end caps are in place after finishing the dry gas seal region, Welding before preheating required welding, heat treatment after welding, manual arc welding of the great heat input will increase Welding The regional heat input, heat input of the constantly increasing, and will lead solder after deformation. If a deformation, which means that the left and right cover will be scrapped, we should not use this method. 3.3 manual TIG welding Welding is the use of argon gas for the protection of a welding method. Welding, argon arc in the formation of the protection of the surrounding gas, molten metal, tungsten wire and extremism is not the first contact with air. Argon is an inert gas, it does not react chemically with the metal, very stable. Therefore, in the process of being welded metal and welding wire in the alloying elements not burning. In addition, Argon do not dissolve in metal, it can not be formed in the metal in the stomata. With these characteristics, can be used welding quality of the weld. The use of welding parts to repair welding, more fully the reasons are: (1) As the argon arc by the compression and cooling, allowing more concentrated arc energy, small heat-affected zone, the deformation is small; (2) Weld Central slag, welder in operation can clearly see the pool and the formation of the weld, easy to operate; (3) operation from space location restrictions, suitable for all-position welding; (4) suitable for welding and non-ferrous metal alloy steel, stainless steel, high-temperature alloy steel, special steel and refractory metals such as the activity. Based on the characteristics of welding, using welding on the left and right cover to seal the Welding most appropriate. 4 .manual TIG welding Welding Technology 4.1 welding technical parameters Equipment Model: Osaka, Japan OTC companys AC2CU TI G 300 P pulse welding machine; Power Polarity: DC is received; Tungsten: Ce tungsten; diameter: 3.2 mm; Extended Length: 7 mm; Argon purity: 99.99%; argon gas flow rate: 8 L / min; Nozzle diameter: 10 mm; tungsten extreme workpiece distance: 4 mm; Arc: by high frequency arc-arc; Welding current: 110 120 A; Welding voltage: 20 22 V. 4.2 welding pre (1) Welding with the oil-alcohol, acetone thoroughly cleaned. (2) check the power, water, gas, such as whether or not the normal way. (3) KMN 3.2 mm electrode-skin cleared, sandpaper after finishing with acetone clean, do Welding filled with wire. 4.3 points (1) arc advance of 5 10 s transmission argon, in order to rule out the possibility of Welding and welding pieces by the air-conditioning argon gas flow. (2) Welding the first layer using the left-welding method, the second layer by the right-welding, and from then to Welding. After a weld seam equivalent to a pre-tempered, eliminate stress the role played by the left-welding, the right-welding, turn to each other Welding of meat, until the end of the welding. (3) Welding short arc welding used to enhance the protection, but will reduce the width of the heat-affected areas and to prevent deformation of Welding. (4) filled wire to uniform, in the pool in front of a metal-joining, do not disturb argon flow and not with the tungsten Xiangpeng. (5) Welding dying, we should add more wire, and then slowly started to prevent the generation of arc pit. (6) Welding finished, cut off power, must be within 3 5 s to send the protection of gas, tungsten and pool until slightly cooled the region, the unaspirated stop and avoid areas of Welding. After testing five Welding Welding colored surface after their inspection, the surface without any deficiencies. Welding after passing inspection Department for manual grinding, grinding to meet the requirements, then Kim Sang fine sandpaper to throw. Welding the fine after throwing the metal color, luster, with the full - Metal color, luster consistent, it can not see signs of Welding. Conclusion (1) using manual TIG welding, the left and right have Cover Finishing the dry gas seal positioning Boss Department Welding, is the most Welding the ideal method. (2) the use of hand-TIG welding left and right to welding, And from each other alternately to repair welding, welding without preheating, after welding No heat treatment, Welding good effect, no deformation of the workpiece. (3) high-pressure centrifugal compressor in the bucket in the case, in On the left and right end of the dry gas seal with a convex targeting Taiwan into the Welding Gong, ensuring product quality and delivery scheduleCentrifugal domestic refrigeration compressors that idea Abstract: centrifugal refrigeration compressor characteristics, application conditions and trends; development of the difficulty of centrifugal compressor, the focus and countermeasures; development of the centrifugal compressor roughly steps. Keyword: Centrifugal domestic refrigeration compressors 1. centrifugal refrigeration compressor characteristics. Centrifugal refrigeration compressor as a speed-type compressors, has the following advantages: (1) Cold in the same circumstances, particularly in the large-capacity, compared with the screw compressors, eliminating a huge oil installations, units of smaller size and weight, small footprint; (2) Centrifugal compressor compact simple structure, movement of small, reliable, durable, low operating costs; (3) Easy to implement multi-level compression and a variety of evaporation temperature, cooling easy to implement the middle, making lower power consumption; (4) Centrifuges group mixes the oil is extremely small, the heat exchanger on the effect of smaller units with high efficiency. Has the following shortcomings: (1) Rotor speed higher, in order to guarantee a certain width impeller, must be used for large and medium-sized flow of occasions, not suitable for small flow occasions; (2) Pressure than the low single-stage, in order to get a higher pressure than required to adopt the multi-stage impeller, but also with the general growth rate of gear; (3) Surge is a centrifugal compressor inherent shortcomings of units required to add anti-surge systems; (4) The same unit working conditions can not be a major change in the scope is narrow. 2. the centrifugal refrigeration compressor application conditions and trends. The current domestic centrifugal chiller in most of Europe from Japan and the United States occupied by some refrigeration business. Well-known enterprises such as Trane, Kai-li, York, Maikeweier, AXIMA (original Sool Shou), EBARA original, Mitsubishi And so rely on advanced technology and good technology-led centrifugal chiller market. Domestic enterprises in Chongqing mainly generic, early introduction of the technology to develop NREC centrifugal chillers. With the development of society, users need more and more of the cold high, and because of Energy-saving requirements of the Group of centrifuges makes the market more widely. Number of domestic air-conditioning manufacturers such as Haier, Australia Kema, Geli and the United States (and Chongqing Universal Merger) have launched their own centrifugal chiller. AXIMA the cold and cooperative development Chu Lixin chiller and regional heating centrifugal heat pump units. Most of these centrifuges group of the use of environmentally friendly R134a. With the growing tension in the form of energy, energy saving products development is a major trend. In addition the level of urbanization in China because of the continuous improvement, building energy consumption is increasing. With the highest coefficient of performance of the centrifugal chiller will no doubt be a hot market, In recent years centrifugal chiller sales continues to increase. Most of the development of domestic enterprises centrifugal chiller compressor only buy imports, basically no profit. Centrifuges foreign manufacturers will not easily transfer their core technologies, to develop centrifugal refrigeration compressors, only walk the path of independent development. With Design and manufacturing technology continues to mature, making China the centrifugal refrigeration compressor developed possible. 3. developed and the difficulty of centrifugal compressor, the focus and countermeasures. Development of a centrifugal compressor, including many of the elements: air heat, the intensity and vibration, structural design, materials selection, manufacturing process design, control and regulate the design and pattern-driven choice. Which The main emphasis of the difficulty in the following areas: (1) Impeller Design Centrifugal compressor rotor as the moving parts, the core part of the impeller. Centrifuges are the major domestic and foreign manufacturers have adopted methods of ternary flow impeller design. Ternary flow approach requires designers to have the numerical simulation, computational fluid dynamics, fluid Machinery, such as the internal flow of very specialized knowledge. Domestic companies do not have the technical staff most of these professional expertise, to design efficient ternary impeller, the only college and research institutions. Centrifugal compressor in the College of experts mainly in Shanghai National Chiao Tung Universitys Professor Gu-Gang, Xian Jiaotong University Professor Wang Shangjin. Professor Gu has long been engaged in the research centrifuges, has presided over six to complete the National Natural Science Foundation project, in ternary flow centrifuge design, compressor unit testing, monitoring and Control, anti-surge systems, such as in-depth study of all aspects, he presided over the completion of the multi-stage centrifugal compressor aerodynamic design and application of technology projects for 2004 national scientific and technological progress second prize. Leadership of Professor Wang Xian Jiaotong University Purcell Pump research group to a unique controllable vortex impeller design theory, in the fields of petrochemical unit in the transformation of a good application. (2) Impeller manufacture Ternary flow to the design of the impeller blade shape for the general space surface, the impeller blade and the forming process is to create the focus is difficult. Impeller for three yuan, the processing methods commonly used mainly two kinds: 1) welding of three forms: That is roulette, leaves, round covered were processed. This method of processing equipment is relatively simple request, roulette, wheel covers only vehicles to form enough. Leaf processing it will take some work, The first to use 3-D milling machine to leaf mold, and then under the leaves of good material for heat treatment, the necessary pressure-leaf shape. Finally, the leaves of welding to the wheel, then covered welding good round. So in need of Equipment is probably the 3-D milling machine, heat treatment furnace, hydraulic machines and other equipment required for the conventional, the investment required is relatively low, more suited to start. 2) milling system as a whole: that is, roulette and leaves with the use of multi-axis milling equipment to the overall system and get a semi-open impeller. In order to avoid interference, the current international impeller on the processing of this large are using 5-axis machining Centre. A 5-axis equipment probably from several million to 10 million more than the cost was very high. Impeller to processing 600 mm for example, domestic bed about 5-axis to 3.5 million yuan, 5-axis bed probably have to import 4.8 million yuan. Through 4 Coordinates of the machine tool rotary table tilted to achieve the four ternary impeller milling coordinates the overall system, if the leaves more consistency, to interfere in the issue on the coordinates of the four is inevitable. Coordinates of the four devices are relatively cheap, probably more than 100 million yuan. (3) Rotor critical speed of calculation Speed is critical when the design of the rotor speed to be considered an important factor, the rotor speed to avoid the critical speed. Critical speed of calculation used Pu Luoer general, the market is critical speed of specialized computing software, can also develop their own calculation software. (4) Antisurge system design By the centrifugal compressor of the work we can see that surge is inherent in the nature of centrifuges, can not be eliminated, but can be an effective way to be avoided. Centrifugal refrigeration compressor surge in the reasons: low flows and high pressure condensate . Surge against the crew of a large, carefully designed to be anti-surge systems. (5) Bearing Design Centrifugal refrigeration compressors the general growth rate of gear, the rotor speed is generally in more than 5000 RPM, use plain bearings, sliding bearing centrifuge development of the design is also a priority. 4. developed and the centrifugal compressor general steps: (1) Collect, study and centrifugal compressor centrifugal chiller and the relevant standards. (2) Organization of the centrifugal compressor learn the basic knowledge to use one yuan-design theory compressor level. (3) Organizing the personnel to the relevant scientific research institutes, manufacturers and professional study tour. (4) In cooperation with research institutes ternary impeller design. (5) The entire machine developed. (6) Prototype test improvement. 5. the idea that In the 1950s, Chinese scientists made Turbomachinery Professor Wu Zhonghua ternary flow theory, laid a ternary the theoretical basis for the design flow. Some foreign companies such as NREC this theory, such as the development of Chu Lixin impeller mechanical design and processing software . Chinas scientists and technology workers have also carried out a large number of fruitful research, the centrifugal compressor design and processing carried out in-depth study and formed a series of research results, compared with foreign countries, no less. Recommendations Refrigeration domestic enterprises hold high the banner of national industries, developed a real sense of domestic centrifugal refrigeration compressor boutique附录B 汉语翻译筒型离心式压缩机干气密封定位凸台的补焊刘冬菊哈福民印明洋黄维臣/沈阳鼓风机(集团)有限公司摘要:介绍了筒型离心式压缩机干气密封凸台由于操作上造成的缺陷,从而进行的补焊工艺。对补焊工艺方法的选择作了比较,具体阐明了采用手工钨极氩弧焊的补焊工艺方法,实践证明,效果良好。关键词:离心式压缩机密封凸台补焊中图分类号:TH452文献标识码:B文章编号:1006-8155(2006)04-0026-03Rep air Welding of Allocating Convex for Dry Ga sSeal in Barrel Typ e Centrifugal Compre ssorAbstract:Repair welding technology of allocatingconvex for dry gas seal in barrel type cent rif ugalCompressor caused by operation fault is int ro2duced.The selections of repair welding technolo2gy are compared,and t he repair welding technol2ogy using handwork gas t ungsten arc welding isdetailed.The result wit h good effect is got.Key words:Cent rif ugal Compressor Seal convexRepair welding1.引言在组装某台筒型压缩机干气密封时,发现在左、右端盖上安装干气密封处,所钻的一次排气孔钻到干气密封定位凸台处,使密封凸台破坏,破坏面达25mm10mm7mm(见图1中的F向),造成干气密封定位胶环局部密封不好。左、右端盖本身做水压试验,压力为30M Pa,合格后端盖与机壳同时做气压试验,压力为20MPa,介质为氦气。该产品的气体介质为循环氢,承受工作压力16 MPa;如果密封凸台不补焊,不仅影响外观质量,更重要的是在机组运转时将会造成密封漏气,严重时还会影响干气密封的使用,从而导致工艺流程瘫痪和机组停机,后果不堪设想。左、右端盖材质为KMN材料,该材料特殊,补焊难度非常大,由于左、右端盖已精加工,如果补焊措施不当会引起裂纹,焊后变形,最为严重的是导致该部件报废。图1端盖补焊区域图2.KMN材料简介KMN材料是我公司离心式压缩
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