本實(shí)用新型涉及壓縮機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及液環(huán)式壓縮機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

光氣壓縮機(jī)是光化系統(tǒng)中的重要設(shè)備，屬于液環(huán)式壓縮機(jī)，對安全性要求高，早期主要依賴進(jìn)口。光氣壓縮機(jī)使用過程中，其葉輪經(jīng)常周期性出現(xiàn)裂紋，嚴(yán)重時(shí)葉片斷裂，導(dǎo)致裝置停車，嚴(yán)重影響光化系統(tǒng)的正常運(yùn)行。每次葉輪損壞后導(dǎo)致的維修費(fèi)用和產(chǎn)量損失達(dá)到百萬余元，對其企業(yè)造成沉重負(fù)擔(dān)。

光氣壓縮機(jī)葉輪的損壞表現(xiàn)在多片葉片根部出現(xiàn)裂紋，葉片根部及泵殼由高壓區(qū)到低壓區(qū)處出現(xiàn)局部汽蝕麻點(diǎn)坑洼，嚴(yán)重時(shí)1～2片葉片斷裂脫落，葉片根部及泵殼由高壓區(qū)到低壓區(qū)處出現(xiàn)局部汽蝕麻點(diǎn)坑洼，葉輪整體嚴(yán)重?fù)p壞。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，光氣壓縮機(jī)中的工作液ODCB（鄰二氯苯）在其工況下溶解的光氣濃度高于吸入側(cè)飽和溶解度，造成循環(huán)工作液ODCB中溶解的光氣在吸入側(cè)逸出，在高壓側(cè)溶解進(jìn)而造成進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)氣體流量的頻繁變化，實(shí)際壓縮機(jī)的葉輪工作能力偏大，當(dāng)進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)氣量不足時(shí)，產(chǎn)生喘振，溶解的光氣的析出也造成汽蝕損壞葉片。

技術(shù)人員經(jīng)對光化系統(tǒng)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，一直沒有取得效果，因此，必須對光氣壓縮機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種液環(huán)式壓縮機(jī)葉輪，能夠降低葉片驅(qū)動端底部應(yīng)力，減少其疲勞斷裂率，延長葉輪使用壽命，同時(shí)避免對葉輪性能造成影響。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是：一種液環(huán)式壓縮機(jī)葉輪，包括輪轂和設(shè)于輪轂外側(cè)的蓋板，所述蓋板包括前蓋板和后蓋板，分別位于所述輪轂的前部和后部，所述前蓋板和后蓋板之間設(shè)有固定于輪轂上的葉片，所述葉片為多個(gè)，等間隔分布于輪轂外圓周面上，所述葉片上部的中間區(qū)域設(shè)有加強(qiáng)筋，所述加強(qiáng)筋為圓環(huán)形，依次連接各葉片。

所述加強(qiáng)筋和葉片為一體式，由不銹鋼鑄造。

所述加強(qiáng)筋為圓環(huán)形加強(qiáng)板。

所述輪轂上設(shè)有氣口，所述氣口位于前蓋板和后蓋板之間，靠近葉片底部。

所述加強(qiáng)筋的寬度為葉片寬度的2/3。

所述加強(qiáng)筋厚度與葉片厚度相同。

所述葉片為20個(gè)。

采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于：本實(shí)用新型通過在現(xiàn)有技術(shù)葉輪上加一圈加強(qiáng)筋的方式，對葉片進(jìn)行加固，提高葉片抗喘振破壞能力，基于液環(huán)式壓縮機(jī)的工作原理，將加強(qiáng)筋設(shè)置在葉片上部的中間區(qū)域，能夠確保不降低葉輪的排氣能力，同時(shí)保證壓縮機(jī)內(nèi)由加強(qiáng)筋分割的兩個(gè)腔體氣體平衡，降低喘振發(fā)生，確保設(shè)備運(yùn)行安全和延長運(yùn)行周期。本實(shí)用新型葉輪不會對液環(huán)式壓縮機(jī)功率及其轉(zhuǎn)軸造成影響。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型葉輪沿其軸向的局部剖面圖；

圖2是本實(shí)用新型葉輪內(nèi)加強(qiáng)筋的位置示意圖。

圖3是本實(shí)用新型葉輪在液環(huán)式壓縮機(jī)內(nèi)的工作原理圖。

其中，1、輪轂；2、前蓋板；3、后蓋板；4、葉片；5、加強(qiáng)筋；6、氣口；7、液環(huán)；8、壓縮機(jī)殼體內(nèi)腔面。

具體實(shí)施方式

為了能夠更加清楚地描述本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

提供了以下具體實(shí)施方式：

實(shí)施例1

本實(shí)施例葉輪基于進(jìn)口AM2500型光氣壓縮機(jī)進(jìn)行改造。該機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)見圖1和圖2，不包括加強(qiáng)筋5，包括輪轂1和設(shè)于輪轂1外側(cè)的蓋板，蓋板包括前蓋板2和后蓋板3，分別位于輪轂1的前部和后部，前蓋板2和后蓋板3之間設(shè)有固定于輪轂1上的葉片4，葉片4為20個(gè)，等間隔分布于輪轂1外圓周面上。

該壓縮機(jī)葉輪在光化系統(tǒng)運(yùn)行中，最長累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為6個(gè)月、最短3個(gè)月即出現(xiàn)裂紋和葉片斷裂，必須停機(jī)維護(hù)，一件葉輪進(jìn)口備件進(jìn)行更換維修需費(fèi)用170萬元。

一、改造方法

1、針對該機(jī)葉輪結(jié)構(gòu)建模進(jìn)行葉片4應(yīng)力分析，同時(shí)在該葉輪結(jié)構(gòu)模型上增設(shè)加強(qiáng)筋5，加強(qiáng)筋5為圓環(huán)形板，依次連接各葉片4，設(shè)有加強(qiáng)筋5的葉輪模型為三個(gè)，其加強(qiáng)筋5位置分為葉片4上部、下部和全部。從四個(gè)模型的應(yīng)力分析中得出，給予葉片4相同的力，加筋后葉片4驅(qū)動端底部應(yīng)力明顯下降，最多下降了65%，其疲勞斷裂的可能性大大降低。對比葉片4受力后的安全系數(shù)：全部加筋＞上部加筋＞下部加筋＞不加筋。然而，考慮到加筋對壓縮機(jī)氣量的影響，選擇給葉輪進(jìn)行上部加筋。加筋位置位于葉輪葉片4頂部中間（位置靠近驅(qū)動端，因?yàn)槿~片4驅(qū)動端底部應(yīng)力最大）。

2、加強(qiáng)筋5的大?。汉穸?0mm，寬度100mm。加筋后形成二個(gè)腔，若加全筋會影響兩個(gè)腔氣體的平衡。筋寬100mm的依據(jù)：葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，液環(huán)7形似殼體輪廓，緊貼在壓縮機(jī)殼體內(nèi)腔面8上，每旋轉(zhuǎn)半周液環(huán)7朝向或背離旋轉(zhuǎn)中心各一次，吸、排氣口6位于前蓋板和后蓋板之間，靠近葉輪葉片4底部，其最大寬度約為葉片4寬度的1/3。為保證加筋后，既要合理控制壓縮機(jī)的吸排氣，又要增強(qiáng)葉片4的強(qiáng)度，葉片4中間位置寬142mm，把加強(qiáng)筋5寬定為100mm，約占葉片4寬度的2/3，否則會對氣量產(chǎn)生較大影響。加強(qiáng)筋5厚度為10mm，與葉片4厚度相同。

下面，對該葉輪葉片4加筋后對性能產(chǎn)生的影響，進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。

1）對抽氣量的影響：由于加筋位置在葉輪上部，見圖3，其中葉片4寬度為A，葉片4在液環(huán)中的深度為B（即葉片4中間位置寬度），A/B≈0.65。即所加的筋65%在液環(huán)7內(nèi)部，加全筋影響10/175=5.7%，那么，上部加筋影響5.7% ×（1-0.65）=2%。考慮制造精度、葉片4形狀偏差等因素，影響量在＜5%。

2）對壓縮機(jī)振動的影響：由于加筋位置在葉輪上部，且兩腔氣體平衡，加筋后對振動幾乎沒有影響，振動烈度≤4.5mm/s。

3）對軸強(qiáng)度的影響：加筋后葉輪增加重量約7Kg，占葉輪總重量的3%左右，且兩腔氣體平衡，所以對軸強(qiáng)度的影響甚小。按轉(zhuǎn)矩校核軸徑：

d≥（5T/［τ］）^1/3

式中：d：計(jì)算剖面處軸的直徑（mm）

T：軸傳遞的額定轉(zhuǎn)矩（N·mm）

［τ］：軸的許用切應(yīng)力（MPa）

其中：T=9550000P/n

式中：P：軸傳遞的額定功率（kW）

n：軸的轉(zhuǎn)速（r/min）

已知：壓縮機(jī)電機(jī)的功率：250kW 轉(zhuǎn)速990r/min

630軸的許用切應(yīng)力［τ］=45～52，取［τ］=45

那么：d≥（5T/［τ］）^1/3=[(5×9550000/990)×250/45]^1/3=64.46

實(shí)際軸的軸徑φ75，強(qiáng)度滿足要求。

4）對壓縮機(jī)功率的影響：

壓縮機(jī)功率換算

試驗(yàn)時(shí)使用的電機(jī)是V=380V，220KW，工作液為水，實(shí)測壓縮機(jī)排氣壓力0.16MPaG時(shí)，電流為I=305A。

此時(shí)，壓縮機(jī)軸功率N=1.732IVηcosφ

其中：η電機(jī)效率。η=0.95

cosφ電機(jī)功率因數(shù)，cosφ=0.82

計(jì)算：N=1.732×305×380×0.95×0.82=156375W=156.4KW

壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況：工作液為ODCB，密度1.3，壓縮機(jī)軸功率與工作液密度成正比，則壓縮機(jī)軸功率N=156.4×1.3=203.3KW。

電機(jī)V=6000V，η=0.95，cosφ=0.82，

此時(shí)電流I=203.3×1000/（1.732×6000×0.95×0.82）=25.1A

以上計(jì)算證明壓縮機(jī)葉輪加筋改造不會對葉輪性能造成影響。

二、制備方法

根據(jù)前述的改造方案，制備本實(shí)施例葉輪。整個(gè)葉輪包括輪轂1、前蓋板2、后蓋板3、葉片4以及加強(qiáng)筋5，見圖1和圖2，采用316L不銹鋼材質(zhì)，一體式澆筑，經(jīng)后處理制成。澆鑄工藝為立澆。

三、使用效果

將本實(shí)施例葉輪安裝累計(jì)使用十個(gè)月，拆檢。葉輪完好，未發(fā)現(xiàn)以前出現(xiàn)的葉片裂紋及損壞現(xiàn)象；壓縮機(jī)運(yùn)行電流22.4-24.4A，入口壓力設(shè)定2KPa，實(shí)際壓力在0.78-3.5KPa間正常波動，現(xiàn)場設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)控震值及噪聲穩(wěn)定正常，間斷出現(xiàn)汽蝕聲音。

原葉輪與改進(jìn)后的本實(shí)施例葉輪部分運(yùn)行狀況、參數(shù)對比如下。

采用本實(shí)施例葉輪獲得如下有益效果：

1、消除壓縮機(jī)葉輪損壞帶來的安全隱患。

2、壓縮機(jī)使用改進(jìn)的葉輪能力上可以滿足正常生產(chǎn)的需要。

3、避免裝置因壓縮機(jī)故障停車檢修。

4、取得經(jīng)濟(jì)效益：

（1）問題未解決前，壓縮機(jī)需每年至少檢查兩次，每次檢修都需裝置停車，按照目前裝置負(fù)荷，每年會造成TDI產(chǎn)量損失200.2噸（TDI價(jià)格11700元/噸），每次停車僅檢修壓縮機(jī)一個(gè)項(xiàng)目，拆裝壓縮機(jī)；管線等檢修費(fèi)3萬元。同時(shí)造成額外開停車費(fèi)用、原料消耗。開停車還會造成系統(tǒng)運(yùn)行波動，影響裝置穩(wěn)定運(yùn)行。問題解決后，可避免TDI產(chǎn)量損失、檢修費(fèi)用、額外各項(xiàng)消耗費(fèi)用，同時(shí)裝置長周期穩(wěn)定運(yùn)行，利于優(yōu)化調(diào)整各項(xiàng)工藝指標(biāo)，降低生產(chǎn)消耗。

（2）節(jié)省備件費(fèi)用和修理葉輪費(fèi)用。葉輪損壞后采用修理損壞葉輪或更換新葉輪的方式，采購國外葉輪備件費(fèi)用為170萬元（含稅價(jià)格），應(yīng)用本實(shí)施例葉輪后此項(xiàng)費(fèi)用已不再發(fā)生，即使采購備件，本實(shí)施例葉輪價(jià)格僅為30萬元（含稅價(jià)格）。

（3）節(jié)省電能。目前使用改進(jìn)葉輪后壓縮機(jī)運(yùn)行電流比以前平均下降4.6A，按每年運(yùn)行350天計(jì)算，年可節(jié)約電費(fèi)26.6萬元（僅此項(xiàng)費(fèi)用相當(dāng)于一件本實(shí)施例葉輪價(jià)格）。

綜合以上方面，每年可實(shí)現(xiàn)直接經(jīng)濟(jì)效益433.8萬元。

以上對本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本實(shí)用新型中應(yīng)用具體個(gè)例對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可對本實(shí)用新型進(jìn)行若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。