转子是压缩机的关键部件,它高速旋转,对气体做功。转子由许多零部件组成。图 1所示为一氨压缩机低压缸的转子,由主轴1,四个叶轮5、7、9、11,定距套6、8、10,平衡盘4,推力盘2和机械密封的动环3等零件组成。在轴的两端通过联轴器和透平以及氨压缩机高压缸相连。
图1 氨压缩机低压缸转子
转子上的各零部件红套在轴上,随轴高速旋转。转子上的零件,如叶轮、平衡盘、推力盘等还设有键。不过图1所示的转子叶轮和键间有 0.1mm 的侧隙,键在其中只起防松作用,正常运转时并不传递扭矩。零部件在轴向定位是靠轴肩、定距套、锁紧螺母以及卡环来实现的。
主轴1是阶梯形,这种主轴加工方便。刚性好,也有不少做成光轴的。早期压缩机还有一种称为节鞭式的主轴,在轴上直接加工出气体流道形状。这样的主轴加工复杂,但能减少轮盖密封直径从而减少气体内泄漏和叶轮轴向推力。
转子装配有许多技术要求,主要要求如下。
(1)转子在装配前,所有叶轮都应做超速试验,检查叶轮的变形和表面质量情况。一些工厂规定:对蒸汽透平驱动的压缩机叶轮一般超过额定转速的15%~20%,对电机驱动的压缩机叶轮一般超速10%,叶轮变形可以通过测量径向尺寸的伸涨率来衡量。
叶轮伸涨率=(超速后实测尺寸-超速前实测尺寸)/超速前实测尺寸x100%
在超速后马上测量,此伸涨率不得大于0.04%,放置12h后测量,此伸涨率不得大于 0.025%。
叶轮表面质量通常用磁粉(对钢制叶轮)或着色法(对不锈钢制叶轮)来进行检查。对铆接叶轮要特别注意铆钉是否有松动现象。
(2)叶轮和转子上的所有其他零部件都必须紧密装在轴上,在运行过程中不允许有松动。叶轮装配采用比较普遍的是红套方法。首先将叶轮均匀加热,主轴一般立放在夹具上,当叶轮加热到适当温度时,将叶轮套入主轴。加热温度应该根据叶轮和主轴的过盈量、红套过程来决定,温度过低会出现叶轮还没装到应有位置就凉下来,卡住主轴。
为保证运行过程中叶轮不会松脱,叶轮和主轴应有足够的过盈量。设轴径直径为d,轮盘内孔直径为D,过盈值为△,则△=d-D,见图2(a)。轮盘红套上后,轴半径要缩小一个值△2/2,轮盘内孔半径要涨大一个值△1/2,见图2(b),轮盘紧固在轴上,在轮盘和轴之间产生一定的挤压应力。当转子旋转起来,轮盘内孔和轴颈直径都会增大,见图2(c),轮盘对轴的压紧力减小。当转速升高至一定转速时,使轮盘和轴之间不再有压紧力,轮盘就会松动,压缩机将产生振动而无法工作。这个转速就是松动转速,过盈量应足够大,使得松动转速高于最大连续工作转速,当然过盈量太大会增加轮盘内孔的挤压应力,一般叶轮过盈值为轴颈直径的(1.2~2.5)/1000。
图2 轮盘和轴的过盈配合
(3)转子装配时应进行严格的动平衡。转子装配好后,由于材质不均、加工和装配误差等原因,使其质量分布不均,形成一定的偏心,当转子转动时就会产生不平衡的离心惯性力。经验表明,转子的不平衡是引起压缩机振动的主要原因。动平衡的目的就是要尽量使转子旋转时产生的惯性力和惯性力偶得以平衡,以消除其不良影响。
转子动平衡一般在动平衡机上进行,也可在机器上直接进行。动平衡时,消除不平衡的方法可采用加重法和去重法。一般当不平衡质量小于50~70g时,常采用去重法,当大于此值时则采用加重法。
经过动平衡的转子总还会残存一些不平衡量,它应小于许用不平衡量值。转子的不平衡量用重径积Gr(N. mm)、校正平面偏心距(重心偏移) e(μm)和平衡精度A(mm/s)表示。它们的关系为
Gr=mge×10-3
和
A=eω×10-3
式中,m为转子质量,kg;g为重力加速度,m/s2;w为转子最大旋转角速度,rad/s。偏心距是与转子质量无关的绝对量,而重径积则是与转子质量有关的相对量。用重径积表示不平衡量比较直观,便于平衡操作,而衡量平衡优劣或平衡精度时,用许用偏心距为好,平衡精度A相当于单面平衡转子重心的速度,常用来建立平衡精度等级,对透平机械推荐采用 G2.5级精度,即 A=2.5mm/s。
许用不平衡量按选定精度等级根据转速由有关标准确定。如有的厂规定离心式压缩机转子许用偏心距e为
e≤0.5x15000/n
式中,n 为压缩机转速。
后面将讲到,转子分为刚性转子和挠性转子。对于刚性转子来说,转子旋转时产生的弹性变形可以忽略不计,对这类转子的动平衡一般可以分别在两个平衡基准面上用去重或配重的方法来达到平衡的目的。但是,透平式压缩机转子大多是挠性转子,工作转速超过第一阶临界转速。转速高,在不平衡惯性力作用下,转子产生较大变形(动挠度y大),由变形引起的惯性力(myw2)往往大于原来的不平衡惯性力(mew2),从而会使低速平衡好的转子在高速运转时平衡又遭到破坏,因此,对挠性转子必须考虑转子变形对平衡的影响,动平衡不只是平衡其不平衡的惯性力,从而减少支承处的动反力,使其达到许用值,同时还要尽可能减小转子转动时的动挠度,以降低转子的内应力。由于转子动挠度曲线及支承处动反力随转速而变化,因此对挠性转子只做低速动平衡不够,必须做高速动平衡。此外,由于动挠度的影响,同一块平衡重量对转子所起的作用与所在面的轴向位置有关,因此应根据转动过程测得的动挠度或动反力求得的不平衡量的分布规律,以此确定校正量值和沿轴向的配置位置。
(4)转子装配后,有关部位的径向及轴向跳动值应小于允许值,原沈阳鼓风机厂通常规定如表1、表2。
表1 径向跳动值 /mm
表2 轴向跳动值 /mm