气体静压轴承增压透平膨胀机的优化设计及应用

气体静压轴承增压透平膨胀机的优化设计及应用　胡　正　平　（上海启元空分技术发展有限公司，上海市南翔镇和裕路１５０号２０１８０２）　摘要：介绍为３６００ｍ０／ｈ空分设备配套的气体静压轴承增压透平膨胀机设计参数和特点，通　过对静压圆盘止推气体轴承的优化设计，提高了气体静压轴承的承载能力。　关键词：空分设备；透平膨胀机；气体静压轴承；止推气体轴承　中图分类号：ＴＢ６５３　文献标识码：Ｂ　Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎ￣ｄｅｓｉｎｇ　ｄｅｓｉｇ　ａｎｄ　ｐｐｌｇｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｅｒｏｓｔｏｎ　Ｏｆ　ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇｎｇ　ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ　ｔｕｒｂｏ　ｅｘｐａｎｄｅｒ　Ｈｕ　Ｚｈｅｎｇ—ｐｉｎｇ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｑｉｙｕａｎ　Ａｉｒ　Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，１５０　Ｈｅｙｕ　Ｒｏａｄ，Ｎａｎｘｉａｎｇ　Ｔｏｗｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１８０２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｏｆ　ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｅｄ　ｔｕｒｂｏ　ｅｘｐａｎｄｅｒ　ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　ｆｏｒ　３６００ｍ　／ｈ　ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｏｆ　ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｂｙ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｘｔｅｒｎａｌｌｙ　ｐｒｅｓｓｕｒｉｚｅｄ　ｃｉｒｃｕｌａｒ　ｔｈｒｕｓｔ　ｇａｓ　ｂｅａｒｉｎｇ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｉｒ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｕｎｉｔ；Ｔｕｒｂｏ　ｅｘｐａｎｄｅｒ；Ａｅｒｏｓｔａｔｉｃ　ｂｅａｒｉｎｇ；Ｔｈｒｕｓｔ　ｇａｓ　ｂｅａｒｉｎｇ　２００６年，在广西某铜厂１套ＫＤＯＮ一３６００／　表１　气体静压轴承增压透平膨胀机设计参数　３６００型空分设备的竞标中，上海启元空分技术发　项　目　膨胀机　增压机　展有限公司以采用气体静压轴承增压透平膨胀机取　介质　干空气　．　干空气　代油轴承增压透平膨胀机的技术优势一举中标。　流量／（ｍ０／ｈ）　２９００　２９２０　２００７年，这套空分设备正常投入运行并得到了用　进气压力／ＭＰａ（Ａ）　０．７５５４　０．５８　户的好评。这是我国空分行业首次在３６００ｍ３／ｈ空　进气温度／Ｋ　１４３　２９７　分设备上成功应用气体静压轴承增压透平膨胀机。　排气压力／ＭＰａ（Ａ）　０．１４５８　０．７８９４　１气体静压轴承增压透平膨胀机设计参数　排气温度／ｌ＜　９８．２４　３３６　和特点　等熵效率　８０％　７３％　３６００ｍ０／ｈ空分设备配套的气体静压轴承增压　转速／（ｒ／ｍｉｎ）　４２６５０　４２６５０　透平膨胀机的设计参数见表１。　气体静压轴承摩擦力极小，产生的摩擦热及耗　减少占地面积约１０ｍ　。由于没有供油装置，彻底　功也很小，并具有转速高、精密度高、无污染和结　消除了油进入空分设备内的安全隐患，同时也可以　构简单等优点，而且膨胀机可直接安装在精馏塔的　把消耗在油轴承上的功率（１０ｋｗ）用于气体增压，　冷箱板上，不需要单独的过桥冷箱和供油装置，可　增压机的功转换率可提高到７０％以上。　收稿日期：２００８—０４—１１　作者简介：胡正平（１９５７一　），男，工程师，１９９３年毕业于上海大学，１９９９年在西安交通大学低温专业进修，现为　上海启元空分技术发展有限公司技术部副经理，从事透平膨胀机的设计与调试工作。　・２９　・　气体静压轴承的最大缺点就是承载力比油轴承　——轴承结构参数，与圆盘内外径及供气　低得多，所以较广泛地应用于小型空分设备及其他　孔分布圆半径有关；　低温设备。　——无因次供气压力的倒数，Ｐ／Ｐ　；　２静压圆盘止推气体轴承的优化设计　Ｐ——环境大气压力；　为了提高气体静压轴承的承载力，采用多供气　ｐ——节流孔的节流压力比，Ｐｄ／Ｐ。；　孔静压圆盘止推气体轴承，并对供气孔分布圆半径　Ｐ　——供气压力；　进行优化计算。　Ｐｄ——轴承气膜入口压力；　——由节流压力比　决定的系数。　由气体轴承的通用方程可知，　是随着口的增　大而单调上升，因此，当其他结构参数不变时，如　果能改变供气孔分布圆半径Ｒ的值就能使　变　化，并使　达到最大值，此时　也达到最大值，　轴承的承载力取得最大值，气体质量流量最小。由　于供气孔分布圆半径Ｒ只包含在．　中，使　达到　最大值的条件是：Ｒ＝￣／Ｒ１　Ｒ２。　因此，　在Ｒ＝￣／Ｒ１　Ｒ２时具有最大值，即为　供气孑Ｌ分布圆半径的最佳设计值。　３结束语　图１　静压圆盘止推气体轴承结构示意图　将根据以上优化计算设计的静压圆盘止推轴　承，用在为３６００ｍ　／ｈ空分设备配套的气体静压轴　静压圆盘止推气体轴承的结构如图１所示。轴　承增压透平膨胀机上，气体静压轴承增压透平膨胀　承的几何参数共有６个：圆盘外径Ｒ　；圆盘内径　机一次开车成功，为进一步开发４０００～５０００ｍ０／ｈ　Ｒ　２；供气孔分布圆半径Ｒ；供气孔直径ｄ；供气　空分设备配套用的气体静压轴承积累了丰富的实践　孔数　；圆盘问的工作间隙即气膜高度ｈ。　经验，这将给公司和空分设备用户带来很大的经济　根据气体轴承通用曲线方程式：　效益。　＝ｆ１　ｆ２　ｆ３＝（　一口　）／　’　参考文献：　式中：　——气体轴承的承载力；　［１］郭良斌．增压透平膨胀机多供气孔静压园盘止推轴承　＾——气体通道系数，与气膜高度ｈ、供气　的设计参数［Ｊ］．润滑与密封，２００７，１３２（４）：１０９—　孔数１＂１及节流面积Ａ有关；　１１１．　——工作介质系数，与气体参数如环境大　［２］吴起．精密主轴气体静压轴承静、动态特性的研究　气压和气体粘度有关；　［Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，１９９５年．　※　※　※　福建规模最大的气体企业成立　据２００８年９月１２日《中国化工报》报道，福建炼化　４００００ｍ。Ａｎ的空分设备即将竣工投产，将为福建炼油乙烯　林德气体有限责任公司此前在泉州港区举行揭牌仪式。该　一体化合资项目长期稳定供气。同时，为满足福建地区工　公司位于泉港石化工业园区内，是由中石化旗下子公司福　业客户的需求，该公司还将生产液氧、液氮、液氩以及粗　建炼油化工有限公司和林德气体（香港）有限公司各出资　氪和粗氙等稀有气体。　５０％合资建设的一家专业气体生产经营企业，是福建省目　本刊　前规模最大的气体企业。该公司两套制氧能力均为　・　３０　・