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离心压缩机转子装配热胀量的计算方法

栾其光 郭 峰 蔡林邑 / 沈阳鼓风机集团有限公司    
摘要:介绍了离心压缩机转子零部件热装过程以及转子中零件的热胀量计算方法。该方法保证了装配质量,其中,热装数据的计算方法为同类型产品的装配提供了参考。
关键词:离心压缩机;转子;热胀量
中图分类号:TG113.22+2 文献标志码:B
Calculation Method for Thermal Expansion of Centrifugal Compressor Rotor Assembly
Abstract: This paper has introduced the thermal loading process of rotor components of centrifugal compressor and the calculating method of thermal expansion in rotor parts. The method can ensure the assembly quality and especially the calculating method for thermal loading data has provided reference for the assembly of same type products.
Key words: centrifugal compressor; rotor; thermal expansion
0 引言
  离心压缩机转子是机组中的核心部件,装配后整个转子零件之间的位置将直接影响着装配质量,如果各叶轮轴向位置窜动过大,将导致压缩机组不能正常组装;因此热胀量的计算是转子部件热装过程中的最重要工序。
1 加热温度的计算
  温差装配法是指装配前将叶轮和隔套加热到一定温度,在这个温度下进行装配。过盈配合的叶轮和轴实际装配时,首先加热叶轮,温度升高后整个叶轮将沿径向膨胀,当达到一定温度时,叶轮轴孔的膨胀量大于过盈量,即叶轮内孔直径等于主轴直径加上两者之间的装配间隙,叶轮就可装配到轴上。温度下降后,叶轮与主轴抱紧,产生过盈配合。在这过程中叶轮实际所需的加热温度,是根据叶轮与主轴配合的过盈值及叶轮与主轴热装的技术要求进行计算。过盈量与温度的关系由式(1)确定
     Δ=αDT-T0)                  (1)
  其中:Δ为直径过盈量;α为材料的热膨胀系数;D为叶轮内孔直径;T为当量温度;T0为温度;假设初始设计的过盈量为Δ,则需加热的温度为
     T=Δ/dD+ T0                     (2)
  叶轮装配时的胀量不仅要满足过盈的要求,还要有一定的装配间隙才能将叶轮成功地装到主轴上,叶轮加热后到装配前还有一个热量损失,温度要下降,那么加热温度还要提高一定的百分点,最终加热温度应该是
                 T加热温度=[(Δ+δ)/αD+T0]×(1+ i%)           (3)
其中:δ为热装间隙;i%为提高温度系数。
  以上为叶轮装配加热温度的计算方法,同时也适用于其他零部件过盈装配时的加热温度计算,但系数i的数值与装配件的壁厚和结构有关,在计算时应适当调整。

2 轴向热胀量的确定
  转子装配不但要把有过盈的零部件装配到主轴上,还要保证转子中的推力盘到各个叶轮的轴向尺寸要求,见图1。
       转子轴向尺寸链的确定是按照每个零部件轴向的名义尺寸计算而得出的。过盈的零部件装配前要进行加热,使内径尺寸经过加热膨胀后再装到主轴上,冷却后零件的内孔收缩与轴径产生过盈。轴向尺寸同样是加热后热胀尺寸增大,冷却后收缩。由于零部件的结构不同,轴向收缩的方向和大小也不同,离心压缩机转子隔套的基本形式见图2,图中隔套左侧内孔与主轴是过盈配合,右侧内孔与主轴间隙配合,隔套热装时右端面与叶轮内孔端面靠紧,随着温度下降,隔套内孔左侧部分与主轴产生过盈,隔套的位置基本固定,左端面与设计位置尺寸就长出一个热胀尺寸,见图3。

  随着温度的继续下降,隔套对主轴的包容力越来越大,而隔套的轴向尺寸也随着收缩,但有间隙的内孔轴向收缩的方向是从右向左,待冷却到常温后,叶轮左端面和隔套就产生了一个收缩间隙,在隔套左端面按设计尺寸就产生了一个窜量δ,再装下一个叶轮时还将要产生一个收缩间隙,累计在一起将无法保证设计要求的转子轴向尺寸。为了在实际的装配过程中达到设计要求的轴向尺寸,就需要在转子装配前把这些数值计算出来,在装配前就把这个因素去掉。但装配过程中影响窜量的因素较多,准确计算难度很大。在实际的应用中,按照以下方法来计算:根据推力盘到叶轮的轴向尺寸和实测加工后的叶轮轴向尺寸计算出隔套的理论装配尺寸,然后根据隔套的内孔过盈部分和间隙部分的长度计算出隔套热胀窜量δ,并且要计算出(下一级)左侧叶轮收缩间隙,把这些数据加到一起就是隔套装配前胀量Δ的数据,然后根据隔套的理论装配尺寸减去胀量Δ就是隔套装配前的实际尺寸,这样才能保证转子装配后推力盘到各个叶轮的轴向尺寸要求。

3 结论
  在转子热装配过程中,按照本文的计算方法得出的加热温度和轴向热胀量数据来装配转子中的零部件,装配后的转子尺寸符合设计图纸的要求,保证了后序机组的正常装配。

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  评论人:Bradley   打分:85 分  发表时间:2015-8-11 17:41:56
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  评论人:sivtaqft   打分:85 分  发表时间:2014-9-26 16:47:44
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  评论人:老苗汤   打分:0 分  发表时间:2012-11-23 13:42:16
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  评论人:pchdyeirlm   打分:85 分  发表时间:2012-6-27 8:07:19
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  评论人:plavzrnzt   打分:85 分  发表时间:2012-6-26 18:36:23
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