煤化工用10万空分压缩机转子动力特性评估.pdf

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1、GM蔗化工专题【摘要】以煤化工装置用10万等级大型空分压缩机转子系统为研究对象，针对其特有的结构形式，研究出一整套切实可行的计算方法，应用该方法首次对轴流+离心转子结构进行稳定性分析，分析结果满足APl684标准要求，使得在产品设计阶段，大幅提高机组的动力学特性，在理论上确保了机组结构的稳定性。【关键词】煤化工10万空分轴流+离心压缩机转子动力学煤化工用10万空分压缩机转子动力特性评估沈阳鼓风机集团股份有限公司(辽宁110869)孟岩于小丹一、前言我国是个富煤少油少气的国家，以煤为格局的能源储备为现代煤化工产业的发展提供了巨大的市场，节能型规模化煤制甲醇、煤制乙二醇、煤制天然气及煤制

2、烯烃等装置是我国提高煤炭的附加值，减少环境污染，综合利用煤炭能源的重要途径。在这些装置大型化过程中，随着煤炭气化对氧气的需求量的增大，空分装置规模也不断增大。空分压缩机是空分装置的核心动设备，它能否长期稳定的运行，对整个煤化工产品的生产起着极其关键的作用。近10年来，公司已为煤化工装备配套了1000多套机组，其中包括400多套空分压缩机，其中最大机组是5．2万m3／h空分机组，目前在研制的属于10万等级大型空分301然嚣慧：嘶年籼期机组，也是本文的研究对象。以往公司生产的压缩机组中以离心式居多，故转子动力特性的评估方法也是依据离心式压缩机的结构特点进行研发的。而在10万等级大空分中，

3、将引用轴流+离心的形式，这种结构设计在公司乃至在我国的国产化设备中尚属于首例，故为保障机组合理的动力学设计，提供安全可靠的整体结构形式，必须重新研发一套针对该机组的准确的转子动力学分析方法，以及适当调整计算软件中的相关内容。=、机组概况1．行业背景在国家的“十二五”规划中，明确提出有序开展煤制天然气、煤制液体燃料和煤基多联产研发示范，稳步推进产业化发展，预计到2015年煤制油的生产规模将达到l200万妇，2020年将达到3300万妇。作为煤化工的核心设备，一套400万t／a煤间接液化制油装置，需要制氧量120万Nm3／h的空分岛，12套10万空分(即10万Nm3／ll制氧量)空气压缩

4、机配套。到2015年，国家已批准和待批准的煤化工项目，需要此类规模的空分压缩机70台(套)以上。2．国际进展随着空分技术的发展，具有更好规模经济效益的6万以上大空分的市场应用越来越多。在6万以上大空分中，主风机采用离心压缩机，从生产制造上，从运行效率上与轴流+离心压缩机相比都逐渐显现出一定的差距。曼透平(原GHH)的轴流+离心压缩机机型主要有：AR、ARIGM缫化工亨_题型，AR型是单段的轴流+离心压缩机，ARI是AR型的复合式，即两组AR同轴布置，中间可加冷却器。西门子(原德马格)的轴流+离心压缩机机型为sTc—SR，共有STC—SR70、STC—SRl00、STC—SRl50、S

5、TC—SR250、STC—SR350、STC—SR450、STC—SR600、STC—SR750及STC—SR900九档机型。目前，国内运行的轴流+离心压缩机主要来自于曼透平和西门子。国内没有能够设计制造10万等级空分装置用压缩机的制造商。3．机组构造公司设计的10万等级空分机组采用国际先进的轴流+离心机组，机组构造如图l所示。图1机组构造三、力学模型为准确评估10万等级空压机的转子动力特性，本文应用“RBSP”软件建立该空压机组转子系统的力学模型。“RBSP”软件是公司与西安交通大学、上海复旦大学联合开发的转子动力学分析软件。该软件是根据转子动力学理论、API617—2002标准和

6、产品的实际需求，开发出的转子一轴承一密封系统动力特性分析软件。1．模型简化10万等级空压机转子系统由轴流段转子和离心段转子组成，二者间采用螺检连接的方式进行紧固。由于转子动力学分析软件尚不具备准确模拟螺栓预紧力的条件，故需要对实际结构进行简化。轴段连接处的法兰盘内部由实心转子过渡为空心转子，螺栓圆周均布于法兰盘上，接触区域受力情况复杂，同时受到预紧力、结构重力、弯矩等因素的影响。笔者借助ANsYs有限元分析软件，对该处的复杂受力条件进行仿真，仿真模型如图2一图4所示。图2螺栓连接结构图3简化结构之一图4简化结构之二其中图2为实际螺栓连接结构形式，图3为去处螺栓后没有更改几何尺寸的结构

7、型式，图4为参照国外公司的设计经验来调整几何尺寸的结构形式。为考证三者间的抗弯刚度特性，采用在轴段施加弯矩的载荷形式进行加载，计算结果如图5一图7所示。2016糊嗍僦312016年第lO期nww．e蜘x．comUlt■■如■Hth■■w自∞m#IOmUrUr犯n咖nM：2"1m∞¨日●一篇怒“曰：篙篓DHOmss，蛎LL’Hw“"Ho肿2M嚣HOmlx9lH■J7t4·-s_怒拦。。图5螺栓连接结构径向位移云图■■●-●●_岍B■r岫℃UVUr电-，舟T-