一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法技术

本发明专利技术结合理论设计及对现场运行故障分析，公开一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，叶轮拉杆拉力F为：克服叶轮变形的拉力F2、传递载荷的拉力F3、压气叶轮轴向气动推力F1之和。之和。之和。

【技术实现步骤摘要】
一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法


[0001]本专利技术涉及压缩机
，特别是涉及一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法。

技术介绍

[0002]压缩机是用来提高气体压力和输送气体的一种设备，正常运行时，压缩机压气叶轮高速旋转，叶片对气体进行做工，将气体的压力、速度及温度提升，气体然后通过扩压器蜗壳等扩压部件后，将部分动能转换成压力能，压缩机已逐渐在石油、化工、制药、污水处理等行业广泛应用。
[0003]随着压缩机运用越来越广泛，其出现的问题也越之增多，压缩机现场很多问题均是由于叶轮松懈，拉杆断裂产生，而导致这一现象的很大原因是由于拉杆拉力大小控制不合适造成的，给各企业带来了较大的经济损失。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，结合理论设计及对现场运行故障分析，提供一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：
[0006]一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，叶轮拉杆拉力F为：克服叶轮变形的拉力F2、传递载荷的拉力F3、压气叶轮轴向气动推力F1之和。
[0007]优选地，压气叶轮进气压力比排气压力高，轮背压力大于压气叶轮进口侧压力，因此，压气叶轮气动推力方向为轮背指向叶轮进口端，压气叶轮轴向气动推力F1用软件仿真得出。
[0008]优选地，在离心力作用下叶轮变形为收缩，叶轮变形量用软件仿真得出，拉杆拉力克服叶轮收缩变形计算公式为：
[0009]σ1＝E
×
ε
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010][0011]A＝π
×
r2ꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0012]由公式1
‑
3得出拉杆为克服叶轮收缩变形需要的拉力F2为：
[0013]F2＝πEεr2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0014]其中σ1为拉杆克服叶轮变形所需拉力产生的应力，ε为叶轮由于离心力的收缩变形量，E为拉杆材料的杨氏模量，F2为克服叶轮变形的拉力，A为拉杆横截面积，r为拉杆的半径。
[0015]优选地，压气叶轮与主轴配合端面产生摩擦力来进行传递载荷，叶轮拉杆所需要的剩余预紧力为:
[0016][0017]圆盘摩擦摩擦力矩为：
[0018][0019][0020]其中T为叶轮传递相应功率的转矩，P为叶轮传递的功率，n为转子转速，r1、r2分别主轴与压气叶轮配合端面的内外半径，f为压气叶轮与主轴结合面的摩擦系数，σ2为主轴与压气叶轮贴合端面的单位面积压力，F3为传递载荷的拉力；
[0021]由公式5
‑
7得出传递叶轮相应功率所需要的叶轮剩余预紧力为：
[0022][0023]优选地，拉杆允许的最小拉力为：
[0024][0025]而拉杆的最大拉力应使拉杆应力小于其屈服应力：
[0026]F
max
＝π
×
σ
×
r2ꢀꢀꢀ
(10)
[0027]则拉杆受力F范围应为：
[0028]F
min
≤F≤F
max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0029]即
[0030]优选地，分别取安全系数K1、安全系数K2，则端面传扭的叶轮拉杆拉力F合适范围为：
[0031][0032]优选地，K1，K2的取值范围为2
‑
3。
[0033]由于采用了上述技术方案，本专利技术让压气叶轮拉杆在运行过程中，防止该处应力过大导致拉杆断裂，同时又要保证拉杆有足够的预紧力，避免压缩机在高速运行时因叶轮变形及惯性导致转子松弛而损坏拉杆及叶轮。
附图说明
[0034]图1为压气叶轮端面传扭压缩机转子示意图。
[0035]附图标记
[0036]附图中，推力盘1、主轴2、叶轮拉杆3、圆柱销4、压气叶轮5、锁紧螺母6。
具体实施方式
[0037]图1为本专利技术的涉及的一种典型的压气叶轮端面传扭压缩机转子，主要由推力盘，主轴，叶轮拉杆，圆柱销，压气叶轮，锁紧螺母。其中推力盘1主要承受轴向推力(推力盘1外
圆也可开键槽，测转速)；主轴2与压气叶轮5通过端面接触，接触的端面负责将主轴2传递的扭矩传递给压气叶轮，进而带动压气叶轮旋转，端面传扭制造简单，成本低；圆柱销4为定位销，主要是为转子动平衡做定位用；锁紧螺母6与叶轮拉杆3给压气叶轮5施加一定预紧力，该力在压气叶轮5与主轴2配合端面形成一定压力，之后端面通过摩擦力传递扭矩。
[0038]参见图1，靠端面摩擦来传递扭矩的压缩机叶轮转子，叶轮拉杆力主要克服叶轮变形及压气叶轮轴向气动推力，剩余的预紧力来传递载荷。因此，计算该拉杆所需拉力时，该拉力为克服叶轮变形的拉力，传递载荷的拉力及气动轴向力之和。
[0039]压气叶轮进气压力比排气压力高，轮背压力大于压气叶轮进口侧压力，故压气叶轮气动推力方向为轮背指向叶轮进口端，该推力用软件仿真得出，为F1。
[0040]叶轮变形主要是由于高转速下离心力作用，该变形大小用软件仿真计算，在离心力作用下该叶轮变形为收缩，则拉杆拉力克服叶轮收缩变形计算公式为：
[0041]σ1＝E
×
ε
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0042][0043]A＝π
×
r2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0044]由公式1，公式2及公式3可得拉杆为克服叶轮收缩变形量需要的拉力F2为：
[0045]F2＝πEεr2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0046]其中σ1为拉杆克服叶轮变形所需拉力产生的应 力，ε为叶轮由于离心力的收缩变形量，E为拉杆材料的杨氏模量，F2为拉杆为克服叶轮收缩变形量需要的拉力，A为拉杆横截面积，r为拉杆的半径。
[0047]拉杆拉力克服叶轮收缩变形及气动推力后的剩余预紧力传递给压气叶轮与主轴配合端面，该处产生摩擦力来进行传递载荷。叶轮拉杆所需要的剩余预紧力为:
[0048][0049]圆盘摩擦摩擦力矩为：
[0050][0051][0052]其中T为叶轮传递相应功率的转矩，P为叶轮传递的功率，n为转子转速，r1、r2分别主轴与压气叶轮配合端面的内外半径，f为压气叶轮与主轴结合面的摩擦系数，σ2为主轴与压气叶轮贴合端面的单位面积压力。
[0053]根据公式五，公式6及公式7可得，传递叶轮相应功率所需要的叶轮剩余预紧力为：
[0054][0055]故拉杆允许的最小拉力为：
[0056][0057]而拉杆的最大拉力应使拉杆应力小于其屈服应力：
[0058]F
max
＝π
×
σ
×
r2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0059]则拉杆合理受力F范围应为：
[0060]F
min
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，其特征在于，叶轮拉杆拉力F为：克服叶轮变形的拉力F2、传递载荷的拉力F3、压气叶轮轴向气动推力F1之和。2.根据权利要求1所述的一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，其特征在于：压气叶轮进气压力比排气压力高，轮背压力大于压气叶轮进口侧压力，因此，压气叶轮气动推力方向为轮背指向叶轮进口端，压气叶轮轴向气动推力F1用软件仿真得出。3.根据权利要求2所述的一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，其特征在于：在离心力作用下叶轮变形为收缩，叶轮变形量用软件仿真得出，拉杆拉力克服叶轮收缩变形计算公式为：σ1＝E
×
ε
ꢀꢀꢀꢀ
(1)A＝π
×
r2ꢀꢀꢀꢀ
(3)由公式1
‑
3得出拉杆为克服叶轮收缩变形需要的拉力F2为：F2＝πEεr2ꢀꢀꢀꢀ
(4)其中σ1为拉杆克服叶轮变形所需拉力产生的应力，ε为叶轮由于离心力的收缩变形量，E为拉杆材料的杨氏模量，F2为克服叶轮变形的拉力，A为拉杆横截面积，r为拉杆的半径。4.根据权利要求3所述的一种端面传扭的压缩机叶轮拉杆拉力控制计算方法，其特征在于：压气叶轮与主轴配合端面产生摩擦力来进行传...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓德见，文鑫，张艳，向永，袁小平，李晴晴，王通政，谭轻松，
申请(专利权)人：重庆江增船舶重工有限公司，
类型：发明
国别省市：