离心压缩机整机改造要点

离心压缩机整机改造要点

1 内件改造与整机改造的不同关注点

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内件改造通常适合小范围改动，例如，更改某级隔板及叶轮或某段隔板及叶轮，以达到提升效率、提高产能、降低振动或降低推力的目的。

整机改造通常适用于大范围改动，但整机改造需要考虑的更多。例如，如何设计机组、基础是否利旧？技术确认更为复杂，但是可以解决一些内件改造无法解决的问题，例如，缸体存在问题、轴承箱存在问题、干气密封改造等。

无论选择内件改造还是整机改造，都需要因地制宜，综合考虑，选择方案。

2 如何确定改造的工艺数据

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工艺数据对改造成功至关重要，因为机组是在系统内运行的。运行参数可以理解为压缩机与系统共同的工作点，而离心压缩机大多为透平驱动，是变工况操作的，这就要求压缩机必须存在一定的适应性。因为是改造，管网及系统内其他设备均使用了相当长的一段时间，其性能例如，压力损失、效率、结垢情况等也与全新状态截然不同，这些都需要考虑在内。

工艺数据是综合确定的，既要考虑产能及系统要求，还要综合考虑系统存在的工况变化，参考改造前的运行数据，尽量多的提出运行工况，涵盖以后的操作范围。在机组设计过程中，充分考虑机组的变工况适应性。

提出工艺数据后，整个装置及系统的改造也应同步进行，否则，极易出现机组与工艺系统不匹配的情况。后，确定的压缩机运行点应该是在曲线中间位置，压缩机效率，管网适应性，同时远离喘振线。

3 基础、管线等外围条件的确认

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外围条件主要包括机组基础是否利旧，管线管口方位是否需要变更，管口载荷考虑足够，与驱动机的配合包括联轴器间距、中心高、转速等，以及透平控制系统的匹配，机组润滑油系统、干气密封系统参数的匹配等。

一般情况下，基础重新施工工期很长，多数选择利旧。因此，就需要考虑基础强度问题。压缩机作用于基础上有静载荷和动载荷，取决于压缩机的转速、总体质量、重心与质心的偏离程度等，结合标准规范，基础能否利旧，往往需要压缩机设计与基础校核反馈迭代核算，终确定机组型号。对于整机改造，在原则上新机重量、重心、转速等不应偏离太大，不高于原机。

管口载荷及热位移对于控制机组振动也很关键，尤其是汽轮机。汽轮机在热膨胀时如果管线应力过大，或管线热膨胀与汽轮机不一致时，相当于限制了汽轮机的热膨胀，汽轮机胀差的出现是非常危险的。

4 压缩机结构设计注意点

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在确定机组改造单位后，应该对原有机组测绘并进行数值模拟，测绘包括转子和隔板及其他部件。利用计算机技术对原有机组进行流场、气动性能、性能曲线的绘制，效率的计算。只有这样，才能确定原有机组的特性，新设计机组的特性不应相差过多。

机组设计完毕后可以进行试制，并进行气动性能试验，以验证机组性能。

离心压缩机一般的扩容改造主要有以下途径：改变进气压力；改变流道的几何尺寸和角度；采用导叶产生负预旋、提高转速、更换压缩机等。

因此，在压缩机设计选型时，在测绘原有机组的基础上，压缩机叶轮和隔板流道设计及内部结构优化是非常关键的。依据工艺数据，压缩机结构设计要充分考虑各个工况。除此之外，压缩机管口布置、轴承箱结构等，均应该统筹考虑。

5 防喘振条件及措施

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当离心式压缩机进口流量减少到一定程度时，便会发生喘振，而维持压缩机运行的喘振流量要不低于压缩机运行的小流量，即离心式压缩机在不同的转速下运行时会得到不同的机组喘振时的性能参数，将这些喘振点的参数标在性能曲线图上，并连接起来，就可以得到离心压缩机的喘振线。

如果压缩机入口的进气量低于机器的喘振流量，必将导致喘振的发生，而在生产实践中可以通过以下措施来防止喘振的发生：

(1)压力调节：压缩机在高于设定压力的条件下工作时，可通过进口节流的方式维持出口压力，或打开防喘振调节阀将部分压力放空。也可加装旁通管，采用旁通回流的方法，使排出压力保持在设定的压力下，使其流量维持在所限定的流量之内。

(2)变频器调速：压缩机在开始运行时，负荷，传感器把所测量的数据传至PLC（可编程控制器），PLC经过运算输出运行频率到变频器，控制变频器。随着压缩机的运行，PLC根据压差与流量的降低发出信号，控制变频器降低电源频率，从而降低了运行中压缩机的转速，避免了压缩机的喘振，并减少了不必要的能量损失。

(3)合理控制防喘振安全裕度：根据离心压缩机性能曲线，在喘振线右侧采用了一条防喘振线作为防喘振调节器的给定值曲线，它与喘振线之间的这的区域是压缩机的安全边界，称为安全裕度。它是在一定工作转速下，正常流量与该转速下喘振流量之比值。当压缩机工作点到达防喘振线时，防喘振调节阀打开，以使工作点右移进入安全区，从而避免喘振的发生。

6 离心式压缩机的工况调节方法

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(1)离心式压缩机的流量工况

当流量达到时的工况即为流量工况，造成这种工况有两种可能：

一是级中某流道喉部处的气流达到临界状态，这时气体的容积流量已是值，任凭压缩机的背压再降低，流量也不可能增加，这种工况也称为“阻塞”工况。

二是流道内并没有达到临界状态，即未出现“阻塞”工况，但压缩机在较大的流量下，机内流动损失很大，所能提供的排气压力已很小，几乎接近零能量，仅能够用来克服排气管道中的阻力以维持这样大的流量，这就是离心式压缩机的流量工况。

与流量工况对应的就是小流量工况，就是我们上面提到的“喘振工况”。这里不再做介绍。

(2)离心式压缩机的工况调节方法

由于生产上工艺参数不可避免地会有变化，所以经常需要对压缩机进行手动或自动调节，使压缩机能适应生产要求在变工况下操作，以保持生产系统的稳定。压缩机的转速具有改变压缩机性能曲线的功能，但效率是不变的，因此，它是压缩机调节方法的形式。

离心式压缩机的调节一般有两种：一是等压调节，即在背压不变的前提下调节流量；一种是等流量调节，即在保证流量不变的情况下调节压缩机的排气压力。

具体说有以下五种调节方式： 

1）出口流量调节。 

2）进口流量调节。 

3）改变转速调节。 

4）转动进口导叶调节。 

5）部分放空或回流调节。

7 离心式压缩机高速转子的振动及隔振

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离心压缩机属于高速回转机械，工作时也难免出现振动，而且有时会产生剧烈的振动，所以振动也是离心机的重要问题之一。研究离心机的振动特性，目的就是减小离心机在运转中产生的振动，以保证其正常运转。

离心机振动的原因，主要来自回转部分的不平衡，不平衡质量大，振动就严重，反之振动量就小。为了避免和减小振动，设计时应使离心机的工作转速（即不平衡力和力矩的频率）远离其系统的临界转速。这是一方面的措施，另一方面是保证制造和装配质量。如果制造和装配达不到规定的技术条件，例如转子的平衡、加工精度、配合的要求及材料质量的均匀性等，也会引起和加剧离心机的振动。此外，在使用和操作上也应注意保证机器的平衡问题，如果布料不均、局部漏料、塌料、混入大块异物以及连接件构动等，也都会引起振动。

因此，对一台离心压缩机的振动问题，要按具体情况具体分析。例如原来运转振动很小的离心机，在检修拆装其回转部分以后振动加剧，就应考虑是否是由于转子的平衡受到影响所致，必要时就需要重新进行一次转子的平衡试验。空转时振动不大而加料后振动变大，很多情况往往是新的机器使用时良好，而使用相当一段时间后振动愈来愈大，这就需要从转动部分的磨损和腐蚀、物料情况以及各连接零件（包括地脚螺栓）是否松动等方面的原因去加以分析和研究。

对于定型产品的离心机等，在没有经过仔细核算之前，不得随意改变其转速；更不许在高速回转的转子上任意补焊、拆除或添加零件和质量。

从制造和装配方面来说，避免振动的关键问题，仍是力求回转部分的平衡，以尽量减小引起振动的不平衡力和力矩。

离心压缩机转子（包括转鼓和轴等），在零件加工组装完成后，必须进行平衡试验和校正，平衡试验包括静平衡和动平衡。

（1）静平衡

静平衡装置有导轨式、天平式、滚柱式等，一般常用导轨式。导轨的截面有圆形、矩形、菱形和梯形，其中以圆形截面精度，但一般只用于平衡轻型零件。

检查转子静平的方法是：将转子整体置于水平的两根硬钢轨上，观察其是否能达到“随遇平衡”，即在任意位置时都能平衡。当质心偏移时，转子只能停留在当其质心处于下边位置时，此时可以在质心对面，转子的上方，选择某一半径处加一质量，以达到“随遇平衡”，或在质心方向上减一质量的方法加以平衡。

一个零件是仅需作静平衡，还是需作动平衡，主要与其工作转速n及长径比L/D有关，有的平衡图进行选择。在实际生产时零件的静平衡，一般作到“随遇平衡”就可以了。

（2）动平衡

对于轴向尺寸较长的样子，常常不仅存在离心惯性力G，而且还产生了离心惯性力矩，作静平衡时离心惯性力可以平衡，但旋转时会产生离心惯性力偶，M=ce，这种转子的不平衡情况称为动不平衡。

经过平衡后的转子，就在连接转鼓和轴的对应部位打上记号，一般不许随意拆开。如果必须拆开时，应按原记号装上，以免影响平衡。

8 考虑拆装方案

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施工前，施工方案与吊装方案是必须的，尤其是吊装方案。整机改造时，一般分体拆装，但机组底座多数为整体结构。需要一次吊装就位。在某化工厂，三缸联合底座（12m×3m×1.5m）采用多点吊装法，由2台汽车吊与2台行车多点吊装接力倒运的方式通过机房侧面吊装就位。施工进度统筹控制这里不再赘述。

9 试车

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后是压缩机试车，有了良好的设计基础及安装质量控制，试车就有了保证。在试车过程中，尤其是新机组试车，必须关注机械性的参数变化，例如，汽轮机的热膨胀左右胀差是否在允许范围内、蒸汽管线的热膨胀方向与膨胀值、压缩机的缸体温度、喘振流量等。时间收集数据，时间分析。