作者：何智1 高超1 高永衛1 王三俊2 王廣軍3
（1.西北工業大學；2.西安交通大學能動學院；3.陜西鼓風機(集團)有限公司）
某工業大學NF-6風洞是一座增壓連續式超聲速回流風洞。風洞為水平布置，馬赫數為0.25~1.2，試驗雷諾數為15×10的6次方~23×10的6次方，Z大工作壓力為0.55MPa。風洞選用的AV90-2軸流壓縮機是由陜西鼓風機有限公司為NF-6風洞專門設計的，是我國臺國產化風洞專用軸流壓縮機。壓縮機進氣壓力為0.1~0.55MPa，進氣溫度-20~55℃。
AV90-2軸流壓縮機主要由進氣段、葉片承缸、排氣段、調節系統及轉子等組成。由于采用軸向進、排氣結構形式，使得壓縮機軸承座只能處于流道內部。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。潤滑油從殼體側面的筋板進入軸承座，再從下面的回油孔排出。在調試階段，壓縮機曾多次出現軸承座多處漏油故障。
（1）壓縮機轉子兩軸承座漏油問題
AV90-2軸流壓縮機在進氣和排氣端分別設計有軸端密封，形式為迷宮式密封。密封片鑲在軸上，其數量由計算確定，密封間隙的大小可通過調整密封套圓周上的調整塊來實現。在轉子進氣端的軸承座兩側各設計一件油封。排氣端軸承座一側也設計有一件油封。在調試期間，壓縮機進油壓力設計為0.15MPa（軸承潤滑要求的油壓）；壓縮機轉速設定為1500r/min（壓縮機額定轉速為2200r/min）。當風洞進行常壓試驗時，發現壓縮機兩端洞體內有大量油液，AV90-2軸流壓縮機轉子上也有大量油液。經檢查發現軸承潤滑油主要是通過轉子兩端的迷宮式密封泄漏的。當往風洞內輸入的空氣壓力為0.20MPa時，聯軸器處潤滑油外漏嚴重，并且隨著輸入空氣壓力的增大，泄漏量也隨之增大。同時還發現回流的潤滑油中混有大量空氣，且回油流量也很小。
AV90-2軸流壓縮機為NF-6風洞的關鍵設備，如果壓縮機軸承漏油，一方面油滴會隨高速的氣流一起高速運動，有可能損壞試驗物和損壞（污染）風洞設施；另一方面油液還會改變空氣介質的成分，從而影響試驗結果。如果迷宮式密封泄漏量大，氣體由于軸承座泄漏就會使軸流壓縮機的流量降低；同時隨著軸承座內氣體壓力的增高，還會使進、回油困難，進而影響軸承潤滑，加速軸承磨損。
（2）原因分析
經過對壓縮機進行拆卸檢查，發現壓縮機漏油主要由以下原因引起：
1）壓縮機轉子兩端軸承座上的回油孔和缸體上的回油孔不同心，同時回油孔徑太小，可能導致回油不暢通，致使軸承座內大量積油。這主要是零是零件設計及加工工藝方面的問題。
2）AV90-2軸流壓縮機進、排氣端、軸端密封效果不理想。迷宮式密封是利用節流降壓來減少流體的泄漏量，其優點：非接觸式、使用壽命長、結構簡單。缺點：泄漏量大。單就迷宮式密封本身來說，它無法實現完全密封和零泄漏。
3）常壓調試階段，空氣高速流動，軸承座外形成負壓，因此軸承座內的積油從迷宮式密封泄漏到轉子及洞體內。
4）加壓調試階段，由于使用迷宮式密封會產生不可避免的氣體泄漏，進而使軸承座內聞憋壓，則會造成進、回油困難。聯軸器處潤滑油外漏，主要是由于軸承箱回油不暢和軸承座憋壓引起的。
（3）解決方案
1）將壓縮機轉子兩端軸承座與相應缸體配鉆，并將回油孔同Φ20擴為Φ30，將回油管路相應地加大，清理干凈加工后的鐵屑及焊渣，使回油暢通。
2）對壓縮機進、排氣端的軸端密封形式進行改換，以提高密封效果。
減少氣體泄漏量，從而減少因泄漏氣體對進、回油的影響。有以下四種形式的密封可供選擇：碳環密封、浮環密封、雙端面機械制系統復雜、造價高及使用壽命短等問題。若將原密封改為雙端面機械密封或干氣密封，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，購買密封體費用高的問題。為了克服迷宮式密封泄漏量大的缺點，可以使用小間隙的碳環密封。碳環密封的優點：密封為干運轉，不需要潤滑劑來潤滑，同時因沒有旋轉組件安裝在軸上，因此也不會產生附加的軸振動，由于徑向間隙很小，其泄漏量與普通的迷宮式密封相比要少很多，不到迷宮式密封泄漏量的1/10。如果再使密封齒與密封環實現零間隙，甚至還可達零泄漏。同時對改造AV90-2壓縮機軸承潤滑密封系統而言，壓縮機結構也無需大的改動，只需在原有密封套上增加密封環即可。考慮到這幾種密封方式的優缺點和實施的可行性，Z終確定了在壓縮機、轉子進、排氣端的密封套上各加3道碳環密封圈的方案。碳環加工前，需精測轉子相應的密封齒、精加工碳環密封。使密封齒與密封環盡量實現零間隙。
（4）改善效果
在對AV90-2軸流壓縮機軸承潤滑密封系統改造后，進行了NF-6風洞調試。同樣設定壓縮機進油壓力為0.15MPa，壓縮轉速為1500r/min。首先在常壓狀況下使壓縮機空運轉，然后向風洞內輸入壓力為0.05~0.20MPa的空氣（輸入空氣的壓力由小到大依次遞增，壓力每升高0.05MPa，均對壓縮機進行檢查，每一階段運轉5min）。結果表明：AV90-2軸流壓縮機運轉正常，潤滑油回油通暢，軸承回油溫度均低于正常工作溫度的允許值，軸流壓縮機主軸的振動值也滿足了設計要求，冷油器出口油溫低于40℃。AV90-2軸流壓縮機轉及其周圍風洞內壁均無油跡，聯軸器處無潤滑油泄漏。
來源：《風機技術》 2005年04期
