离心式旋转机械轴向力在线监控装置测力弹性元件的优化设计

　　1　引言

　　离心式旋转机械(如离心式压缩机、蒸汽透平机、高速高压离心泵等)在运行中的一大问题是由于逐渐增大或瞬时增大的轴向力所引起的机器的损坏,这类现象已引起了大家的广泛重视。

　　流体作用在转子上的轴向力主要是由于流体作用在叶轮两侧的压力分布不对称而引起的,此轴向力在机组工况稳定的情况下是一定值,此值称之为静态轴 向力,设计机器时一般采用平衡装置将其平衡掉,剩余部分由止推轴承承担,但是作用在止推轴承上的轴向力并不是固定不变的,操作工况、密封间隙、制造及装配 误差等因素均会引起轴向力的变化,轴向力的变化部分称之为动态轴向力,此动态轴向力是平衡装置无法平衡的,也是引起机器损坏的主要原因,另外由于各种轴向 力计算公式理论上都存在着误差,静态轴向力的平衡也是不准确的,由于这两方面的原因造成作用在止推轴承上的轴向力过大或过小,轴向力过大则造成烧瓦、断 轴、密封隔板的损坏或增大止推轴承的摩擦功率损失,相反,如果轴向力过小,则会引起转子的前后窜动,使机器工作处于不安全状态。而目前现役机组上轴向力的 监测装置均不能完全、迅速、准确地反映出轴向力的大小,因此我们研制出了一套用于日产TP-4113-P5-1.2型碳黑洗涤塔给水泵的轴向力在线监控装 置来实现轴向力的在线显示、超限报警和连锁停机。此装置主要包括两部分:测力元件和轴向力在线监控系统。

　　其工作原理为:测力弹性元件安装在现役机组上,机器运行时所产生的轴向力以一定的方式作用在弹性元件上,弹性元件受力变形,贴在弹性元件上的敏 感元件电阻应变片将此应变信号测量并通过应变电桥转化为微弱电信号,此模拟信号经滤波、放大及采样保持后送到A/D进行转换,将转换后所得到的数字信号送 到8031单片机,8031单片机进行分析、处理后进行在线显示、驱动声光报警及实现连锁停机。文中主要对测力弹性元件部分的设计进行详细介绍。

　　2　测力弹性元件的优化设计

　　2·1　弹性元件的结构设计

　　如前所述,这套轴向力在线监控装置是安装在现役机组上的,所以安装的前提是不改变机组的内部和外部的总体结构及不影响机组的性能,这就要求根据 机器的现有结构选择合适的弹性元件及敏感元件以保证测力传感器的安装及其各项性能指标的实现。图1是4113-P5-1.2型泵止推轴承的结构,止推盘4 固定在轴5上随轴高速旋转,3为止推轴承瓦块,工作时,转子上的流体压力通过止推盘作用在止推轴承瓦块上,然后依次传递到止推轴承座2、箱体支撑环1及机 架上。止推轴承有8个瓦块,每个瓦块中间有一长18mm,宽3.4mm,高2mm的长方形凸台,转子上的轴向力通过瓦块上的长方形凸台作用在止推轴承座2 上,据此选定止推轴承座2做为弹性元件的原始结构并提出了三种方案: