熊奥博

(中国石化工程建设有限公司，北京 100101)

离心压缩机是石油化工装置中常见的关键设备，其安全稳定运行对于装置生产至关重要。在压缩机联锁停机的事故案例中，轴位移过大是较为常见的一类原因，而轴向力大幅偏离正常值往往是导致轴位移过大的主要原因【1】。

通过研究轴向力的影响因素，分析变工况下轴向力的变化情况，可为离心压缩机轴向力平衡措施的相关设计和实际生产运行提供借鉴。

1 叶轮轴向受力理论计算

典型的闭式叶轮轴向受力见图1。

图1 闭式叶轮轴向受力

常用的理论简化公式为：

(1)

式中：Fax——整个叶轮的轴向推力，N；

Ds——轮盖上密封平均直径，m；

d——近似为轮毂直径，m；取di=dm=d；

P2——叶轮出口气体压力，Pa；

P0——叶轮入口气体压力，Pa；

G——质量流量，kg/s;

C0——气流轴向入口速度，m/s。

经验表明：式(1)可在一定范围内(低压情况)估算轴向力大小，但由于忽略了轮盘、轮盖与定子间隙内气体泄漏量的影响，以及假定了轮盘侧和轮盖侧的气体压力分布一致，使得利用该式分析高压离心压缩机时存在较大误差【2】。

2 转子模型及轴向力分析

借助NREC Compal软件对转子轴向力进行研究，该软件的模拟计算结合了一般数值计算方法和CFX全流道模拟的优点，同时可对轮盘、轮盖侧的密封进行建模，并可模拟平衡盘的平衡效果。具体计算方法为：将压力沿围绕叶轮的控制体积进行积分，获取叶轮周围各区域的气动推力，最终计算得出较为准确的压缩机转子轴向力。叶轮受力示意见图2。

图2 模拟计算叶轮各部位受力