何（hé）智1 高超2 王三俊3 高永（yǒng）衛2 王廣軍4
（1.陝西科技大學機電學院 陝西鹹陽 712081；2.西北（běi）工業（yè）大學翼型葉柵空氣動力學國防重點實驗室 陝西西安 710072；3.西安交通大學能動學院 陝西西安 710072；4.陝西鼓風機（集團）有限公司 陝西西安 710072）
摘 要：針對（duì）西北工（gōng）業大學NF-6風洞（增壓連續（xù）式跨音速風洞）AV90-2軸流壓縮機試車調試期（qī）間出現的軸流壓縮機軸承座漏（lòu）油問題，分析了（le）故障（zhàng）產生（shēng）的原因（yīn），並提出了加大回油孔和回油管路，在壓縮機進（jìn）、排氣端軸端密封套上增加（jiā）密封環，以（yǐ）及在壓縮（suō）機兩端回油腔體上增加（jiā）放空管路等改進措施。改進後使用（yòng）結果表明：軸流壓縮機運轉正常，潤滑（huá）油回油（yóu）通暢，壓縮機軸承座無潤滑油泄漏。
關鍵詞：軸流式壓縮機；風洞；密封
西北工業大學NF-6風洞是目前國內一座增壓（yā）連續（xù）式跨音速回流風洞。風洞為水（shuǐ）平布置（zhì）（見圖1），馬赫（hè）數為0.25～1.2，試驗雷諾（nuò）數Re為15×10 6 ～23×10 6 ，Z大工作壓力為0.55MPa。風（fēng）洞用的AV9022軸流壓縮機是由陝西鼓風機有限公司為（wéi）NF-6風（fēng）洞專門（mén）設計的，是我國台國產化風（fēng）洞專用壓縮機。壓縮機為軸向進氣、軸向排氣、水平剖分結構，進（jìn）氣壓（yā）力為0.1～0.55MPa，進氣溫度為（wéi）-20～55℃。
AV90-2軸流壓縮機（jī）主要由進氣段、葉片承缸、排氣段、調節係統、轉子等部分組成。其結構見圖2。由於采用軸向進、排氣結構（gòu）型式，使得壓縮機軸（zhóu）承座隻能（néng）處於流道內部。壓縮機軸承采用滾動軸承，因軸徑大、轉速高，所以機組軸承采用噴油潤滑。潤滑油從殼體側麵的筋板進入軸承座，從下麵的回油孔（kǒng）排（pái）出。在NF-6風洞（dòng）調試階段，AV90-2軸流壓縮機曾多次出現軸承座（zuò）多處漏油（yóu）故障。本文作者對故障原因進行了分析，並提出了相應的改進措施。
1 壓縮機轉子兩端軸承座漏（lòu）油（yóu）問（wèn）題
由圖2可見，AV90-2軸流壓縮機在進氣端和排氣端分別設計有（yǒu）軸端密封，型式為拉別令密封。密封片鑲在軸上，其數量由計算（suàn）確定，密封（fēng）間隙的大小可通過調整密封套圓周上的調整塊來實現。在（zài）轉子進（jìn）氣端的軸承座兩側各設計有一件油封，排氣端的軸承座一側設計有一件油封。在（zài）NF-6風洞調試期間，壓（yā）縮機進油壓力設定為0.15MPa（軸承潤滑要求的油（yóu）壓）；壓縮機轉速設定為1500r/min（壓縮機（jī）額（é）定（dìng）轉速為2200r/min）。結果發現：當風洞進行常壓試驗時，壓縮機（jī）兩端洞體（tǐ）內有大量油液，AV90-2軸流壓縮機轉子上也發現（xiàn）有大量油液，經檢查發現軸承潤滑油主要是通過（guò）轉子兩端的拉別令密封泄漏的；當往風洞內（nèi）輸入壓力為0.20MPa空（kōng）氣時，潤滑油（yóu）從聯（lián）軸（zhóu）器處外漏嚴重，並且隨著輸入空氣壓力的增大，泄漏（lòu）量（liàng）隨之（zhī）增大，同時發現回流（liú）的潤滑油中混有大量空氣（qì），且回油流量很小。
AV90-2軸流壓縮機作為NF-6風（fēng）洞的關鍵設備，如果壓縮機軸承（chéng）座漏油，一方麵油滴會隨高速的氣流一起（qǐ）高速（sù）運動，有可能損（sǔn）壞實驗物及（jí）損壞（汙染）風洞設施；另一方麵油液還會改變空氣介質的成分從（cóng）而影響實驗結果。如果拉別令密封泄漏量（liàng）大，氣體通過軸承座（zuò）泄漏會（huì）使軸流壓縮機的流量降低；同時隨（suí）著軸承（chéng）座內氣體壓（yā）力增高，可（kě）使進、回油困難（nán），進而影響軸（zhóu）承潤滑，加速軸（zhóu）承磨損（sǔn）。
2 原因分析
經過對壓（yā）縮機拆卸檢查，發現（xiàn）壓縮機漏油主要由以下問題引起：
（1）壓縮（suō）機轉子兩（liǎng）端軸承座上的回油孔與缸（gāng）體上的回油孔不同（tóng）心，同時回油孔孔徑太小，可能導致回油不暢通，致使軸（zhóu）承座內大量積油。這主要（yào）是零件設計及加工工藝方（fāng）麵的問題。
（2）AV90-2軸流壓縮機進、排氣端軸端密（mì）封（拉別令密封）密封效（xiào）果不理想。拉別令密封是利用節流降壓來減少流體的泄漏量，其優點是非接觸式，使用壽命（mìng）長（zhǎng），結構簡單。缺點是泄漏量大。單就拉別令密（mì）封本身來說，它是無法實現完全密（mì）封和零泄漏的[4]。
（3）常壓調試階段，空氣（qì）高速流動，軸承座外形成負壓，因此軸承座內的（de）積油從拉別令密封泄漏到轉子上及洞體內。
（4）加壓調試階段，由於使用（yòng）拉（lā）別令密封（fēng）會產生不可避免（miǎn）的（de）氣體泄漏，進而使軸承座內憋（biē）壓。軸承座內憋壓，會造成進、回油困難。聯軸器處潤滑油外（wài）漏，主要（yào）是由於（yú）軸承箱回（huí）油不暢（chàng）和軸承座憋壓引起的。
3 解決方案
根據上述原因分析，決定采取如下解決方案。
（1）將壓縮機（jī）轉子（zǐ）兩端軸（zhóu）承（chéng）座與相應缸體配鑽（zuàn）並將回油孔從φ20mm擴為φ30mm，將（jiāng）回油管路相應加大（dà），清理幹（gàn）淨加工後的（de）鐵屑及焊渣，使（shǐ）回油暢通。
（2）對壓縮機（jī）進、排氣端的軸（zhóu）端密封型式（shì）進行改換，以提高密封效果，降低氣體泄（xiè）漏量，從而減少因泄漏氣（qì）體（tǐ）對進、回油的（de）影（yǐng）響。有以（yǐ）下4種型式的（de）密封可（kě）選擇：碳（tàn）環密封、浮環密封、雙端麵機（jī）械密封[5]和幹氣密封。浮環密封存在內泄漏（lòu）較大（dà），浮（fú）環密封的油氣壓差很小，控製係統複雜，造價高，使用壽命不長等問題。
若采取將原密封改為（wéi）雙端麵機械密（mì）封或幹（gàn）氣密封的（de）方案，雖然密封效果好，但存在壓縮機結構改動過大，零件加工數量多，購買密封體（tǐ）費用（yòng）高的問題。為了克服（fú）拉別令密（mì）封泄漏（lòu）量大的缺（quē）點，可以使用小間隙的碳環密（mì）封（fēng）。碳環密封的優點為：密封為幹運轉狀況，不需要（yào）潤（rùn）滑劑來潤滑；同時（shí）因沒有（yǒu）旋轉組件安裝在軸上（shàng），因此不會產生附（fù）加的軸振動（dòng）；由於徑向間隙很小，其泄漏（lòu）量與普通的拉別令密封相比要（yào）小很多，不到拉別令密封泄漏量的1/10[2]。如果使密封齒與密封環實現零間（jiān）隙，甚至可達零泄漏。同時（shí）對改造（zào）AV90-2壓縮機軸承潤滑密封係統（tǒng）而言，壓縮機結（jié）構無須大的（de）改動，隻需在（zài）原有（yǒu）密封套（tào）上增加密封環即（jí）可（kě）。考慮到這幾（jǐ）種密封方式的優（yōu）缺點和實施的可（kě）行性，Z終確定了在壓（yā）縮機轉子進、排氣端（duān）的密封套上各加3道碳環（huán）密封圈的（de）方案（如圖3所示）。碳環加工前，需精測轉子相應的密（mì）封齒，精加工碳環密封，使（shǐ）密封齒與密封環盡量實現零間（jiān）隙（xì）。
（3）在（zài）壓縮機兩端回油腔體上（shàng）增加放空管路，使泄漏到腔體（tǐ）內的氣體及時（shí）排出，從（cóng）而保持腔體內不憋壓，使進、回油順暢（chàng）。
4 效果
在對AV90-2軸流壓縮機軸承潤滑密封係統改造後，本文作者進行了NF-6風洞調試（shì）。同樣設定壓縮機進油壓力為0.15MPa，壓縮機轉速為1500r/min。首（shǒu）先在常壓狀況下，壓縮機空運轉，然後往風洞內輸入（rù）0.05～0.20MPa壓力的空氣（輸入（rù）空氣的壓力從小到大依次遞增，每升高0.05MPa壓力，均對壓縮機進行檢查，每一階段運轉5min）。結果表明：AV90-2軸流壓縮機運轉（zhuǎn）正常，潤滑油回油通暢（chàng），軸承回油（yóu）溫度（dù）均低於正常工作溫度的允許值，軸流（liú）壓縮機主軸的振動值滿（mǎn）足設計要求，冷油器出口油溫低於40℃。AV90-2軸流壓縮機轉子上及其周圍風（fēng）洞內壁均無油跡，聯軸器處無潤（rùn）滑油（yóu）泄漏。
參考文獻
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【2】王玉明，楊惠霞，薑南（nán）.流體密封技術[J].液壓氣動與密封，2004（3）.
【3】沈理斌.富氣壓縮機軸端密封型式的應用比較[J].風機技術，2003（4）.
【4】高光藩，張牢牢.迷宮密（mì）封性能影響因素（sù）分析[J].風機技術，1997（6）.
【5】顧永泉.機械密封實用技術[M].北京（jīng）：機械工業（yè）出版社，2001.
來源：《潤滑與密封》2006年1月
