冷剂压缩机不同选型方案的比较分析

黄映富

【摘 要】根据压缩机的参数特征和工程要求，给出两种压缩机选型方案，再对两种方案进行稳定性分析，一般情况下机组选型要选择机型小、多变效率高的压缩机，但经稳定性分析后，最终从工程安全角度选择了效率相对低、但稳定性更好的离心压缩机。

引言

转子系统的稳定性是指转子在受到某种扰动后能否随时间的推移而恢复原来状态的能力，也就是说扰动响应能否 随时间增加而消失。如果响应随时间增 加而消失，则转子系统是稳定的，若响应 随时间增加不消失，则转子系统就失稳 了。离心压缩机稳定性分析是转子动力学分析的一项重要内容，特别是对于重分子量，高压比的压缩机，如近年来发展 迅速的冷剂离心压缩机。

API 617-2002 标准规定，除了最大连续转速低于第一临界转速，按刚性支承计算外，在所有离心或轴流压缩机径流转子上应作稳定性分析。为了这一分析，机器进口和出口条件应该在额定的条件上，不然就在卖方和买方商定的另一运行点上。本文以一个工程实例的冷剂压缩机选型方案结合其稳定性 分析结果展现稳定性分析的工程应用。

1 冷剂压缩机选型方案

通常压缩机所能压缩的介质根据工 艺流程的需求，具有多样性，就介质的分 子量而言，可以是轻介质（以氢气为主要 成分），分子量 2.0～10.0 左右，也可以是重 介质，如二氧化碳压缩机，丙烷气压缩 机，分子量在 40 以上；冷剂压缩机，介质分子量多在 30 以上，属于重介质范畴（见表 1），在同等压力条件下，重介质相对轻介质而言，在压缩机叶轮口圈密封处和平衡盘密封 处产生气体激振力会更大，会更容易造成转子失 稳，需要对轴系进行可靠性分析。

根据上面表格中的方案对比可以看出，方案一的机型小，压缩机的多变效率高，驱动机功耗小，将会是首选方案。下面结合稳定性分析结果 进行方案可靠性评定。

2 方案一稳定性分析

2.1方案一 I 级稳定性分析

根据 API 617-2002 标准规定，基于修正的 Alford 经验公式计算各级叶轮的预期交叉耦合刚 度，继而在转子跨距中间处施加总的预期交叉耦 合刚度，完成复模态分析，计算转子系统分别在 最大和最小轴承间隙下的第一阶正进动模态的 对数衰减率。

分析结果包括第一阶正进动模态下的对数 衰减率随着施加的预期交叉耦合刚度的变化曲 线图，如图 1 所示，以及 I 级稳定性分析筛选准则图，如图 2 所示。

根据 API 617-2002 标准规定，I 级稳定性分 析如果下面准则的任何一个适用，将进行Ⅱ级稳 定性分析：

1）Q0/QA<2.0；

2）δA<0.1；

3）2.0否则，该稳定性被接受和不要求任何进一步 的分析。

I 级稳定性分析：如图 3 所示，图中顯示了方 案一的转子一阶正进动对数衰减率与交叉耦合刚度的关系，QA 为预期的交叉耦合刚度，Q0 为产 生 零 对 数 衰 减 率 所 要 求 的 交 叉 耦 合 刚 度，QA= 2.18kN/mm。当 轴 承 间 隙 取 最 小 值 时，Q0=2.43 kN/mm，Q0/QA=1.11，对数衰减率δA=0.025，需要进 行 II 级稳定性分析；当轴承间隙取最大值时，Q0= 3.85kN/mm，Q0/QA=1.77，对数衰减率δA=0.19。从I级筛选准则图 4 中可知筛选点位于 B 区内，CSR=2.898。

根据 I 级稳定性判定准则，同时适用δA<0.1与 2.0