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工业压缩机产品的绿色制造(三)

安全可靠

 

绿色制造的概念里可以看出,产品的功能和质量是绿色制造的前提和基础。一个无法保证安全平稳运行的产品谈不上绿色环保。设备能够安全可靠的运行不仅能够降低维修成本,延长产品的使用周期,更是提升了安全指数,避免恶性事故的发生。可以说,只有在保证了设备的安全可靠,才能真正的实现企业经济效益和社会效益的共同提升。

 

API标准中要求,离心压缩机产品(包括辅助设备)的设计和构成应确保其最短使用寿命为20年,不间断连续运转时间至少为5 年。一般来说,在生产流程里离心压缩机是唯一的动力设备,一旦压缩机有故障,整个生产装置不得不停产。

 

压缩机的安全可靠体现在两个方面:一是安全,要保证机组的服役周期和使用寿命;二是平稳,要保证组振动等一系列动力学指标限制在一定水平之下。为了达到这样一个目标,除了借助于产品设计运行经以外,相应的分析验证不可忽略。在压缩机的产品设计过程中,在安全可靠性分析方面需要关注的问题大致可分为两个方面:

 

1)关键零部件完整性评估

 

叶轮、机壳、管路等压缩机关键零部件需要进行强度和变形分析以满足其强度和刚度要求。对于这部分分析,在具备成熟的一般性分析技术的同时,也需要不断开发新的分析技术,以满足不同机组的运行要求、满足解决新问题的特定要求。

 

目前,CAE软件在工程和产品设计过程中得到了广泛的应用,压缩机各零部件在常规载荷下的动力和静力学特性可以比较容易得到,包括:应力、变形、弹塑性、固有频率等一系列结果。不同的压缩机企业,依据自己的经验,确定相应的判别校核准则:通过校核,进行后续的设计工作;若不能通过,再次进行优化设计,直至通过为止。

 

随着能源化工以及其它相关产业的快速发展,常规分析已经不能满足压缩机的安全性分析。对于大型化和高参数化的压缩机组,与以往传统压缩机相比,在安全可靠性方面呈现两个显著特点:一是静力学和动力学特性发生了变化;二是结构场、温度场、流场、声场等多场耦合效应表现更为突出。这也带来了有关机组服役寿命方面的新的问题,这些问题并不仅仅出现在个别压缩机企业,而是全世界范围内的行业共性难题。比如:在流固热耦合作用下以及宽运行工况下的叶轮/叶片这样核心做功部件的疲劳损伤问题;在流声固耦合作用下的管路的振动问题等。

 

2)转子振动分析

 

压缩机转子振动问题可能有如下的几种表现形式:

 

a. 一般性振动:无法避免,可以抑制;

b. 共振,包括:弯曲振动、扭转振动以及弯扭耦合振动。这类振动在转子设计时是应该避免的;

c. 动力失稳:转子稳定性是指转子在受到某种扰动后能否恢复到原来状态的能力。转子振动异常并不仅仅变现为振动幅值的加大,还会产生转定子碰磨、轴承损坏、连锁停机以及转子疲劳破坏等严重后果。

 

对于转子振动分析,在理论分析的同时加以实验验证,基于成熟的转子稳定性分析软件,在设计阶段即可预测转子的稳定性;同时采用包括阻尼轴承、阻尼密封、阻旋栅、反旋流装置等技术手段可以有效提高转子的运行稳定性。

 

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