CFT-30/3.8型离心式氯气压缩机产品开发

杭州杭氧压缩机有限公司，是杭氧集团公司的核心层企业之一，主导产品是开发与生产为空分配套和化工流程配套的各类气体介质的压缩机产品(品种规格已达110多种)；空分配套的透平膨胀机系列产品；酒精行业配套的C02净化、液化设备系列产品；环保行业配套的低速鼓风机、曝气机、螺旋泵等产品。1999年，压缩机公司经过市场调研，适应市场需求，开发了汽车充瓶用高压天然气(CNG)压缩机产品(25MPa，600、 1200m3／h)和离心式氯气压缩机两项新产品。CNG压缩机产品已向华北油田供货；离心式氯气压缩机，已投入出厂前的试运转测试试验。
CFT-30／3．8型离心式氯气压缩机，系杭氧压缩机公司为大中型氯碱生产工艺流程配套或中长距离氯气输送用的新产品。该产品作为纳氏泵的更新换代产品，具有高效节能、安全、无污染、运转率高的优点。该新产品是根据杭氧压缩机公司1999年市场调研报告的技术参数要求，2000年初进行产品图纸设计，并在下半年起投资试制的。压缩机的结构简图见图1。该新产品已于2000年10月向国家知识产权局申请实用新型专利并获得批准，专利号：ZL00 2 55513．1。
1 CFT-30／3．8型离心式氯气压缩机的结构及技术参数
CFT型离心式氯气压缩机整个机组包括：离心式压缩机主机、供油润滑装置、两级气体冷却器、电机、机组内部管道系统及仪控电控装置。机组为撬装型式，外观美观，占地面积小，安装使用方便。主机的工作状态，是由电机借助联轴器带动高速增速机器，通过增速器的单级变速，实现高速轴上两只叶轮的高速旋转，氯气介质在叶轮流道中获得高速动能，进而在扩压器中动能转化为气体压能；氯气介质通过两次的能量转化，获得工艺流程所需求的压力等级，其流量参数是通过精确的设计工作轮转速和叶轮流道几何尺寸而确定的。
本产品应用我公司引进的美国NREC软件，进行计算设计，并应用我公司的五轴联动数控铣床加工三元流叶轮，工作轮成品件还经过120％的超速强度试验(符合订P阗48—86)，工作轮在组装前后还经过两次动平衡校核(符合HTA4421—91)。核心部件的精心设计与制造，确保了产品的最终压力，流量参数和压缩机的多方效率符合设计要求。
CFT-30／3．8型离心式氯气压缩机，产品主要技术参数如下：
介质：氯气(含水量≤400×10-6)
型式：离心式、三元流叶轮、两级压缩、水冷式
排气量：1800m3／h(标态)
进气压力：常压~86．6kPa(A)
进气温度：≤25℃
排气压力：0．38MPa(A)
转速：22470r/min
轴功率：145kW
配用电机：型号 Y315L1-2
功率 160kW 转速2982r/min
电压 380V 频率50Hz
主机占地范围(长×宽×高)：2650mm ×1500mm×l550mm
2 氯碱工艺中常配的老式纳氏泵和少量透平氯压机的不足
在新产品的开发前期，我们调研目前氯碱工艺流程中常见的配套设备如老式纳氏泵和少量透平氯压机产品，在运转实践中，这些设备都存在许多不足之处，主要表现在：
①纳氏泵的运转使用，依赖大量的浓硫酸(98％含量)作密封剂和冷却剂。如按本产品相同流量等级比较(按两台纳氏泵计算)，每年消耗的浓硫酸约60吨，每吨按380元市场价计算，纳氏泵的这一单项运转费用将增加2．28万人民币，实用经济性差，而且产生污染，影响环保。其次，两台纳氏泵每年的易损件更换约12万人民币，加上电机的实际耗功，按轴功率计算，两台纳氏泵的轴功率比本产品要大约50kW，每年耗电将增加19．5万人民币。就以上三项，两台纳氏泵每年的运转费用比新产品多33万人民币以上。
②目前工业上可见到的少量透平氯压机，尽管比以往配用纳氏泵有了进步，但由于结构和零部件选材方面的种种缺陷，导致设备性能参数往往达不到预期的指标，诸如压力、流量偏低和泄漏气体的污染，更换易损件频繁，机械损耗导致的电耗增加，主机的效率下降等。
现提出一些我们经过调研得出的看法，供同行研究参考：
(1)主机工作轮的流道设计与加工，是设备性能能否得到保证的关键。要确保主机的多方效率在65％~70％范围，一定要借用于先进的软件技术和硬件设备。
(2)高速叶轮与主轴的连接方式，如采用圆柱表面联接结构型式，其机械组合件在高速运转过程中，组装前所调整的动平衡性将受到破坏，高速旋转离心力会逐步增大，不但影响性能参数的稳定，严重时将损坏叶轮。
(3)在增速比不是太大的情况下，如增速器设计成二级或三级变速，造成运动件增多、体积增大，组合部件的综合运转精度将大大下降，导致振动、噪声、耗损的增加。而且增速齿轮的设计，如采用直齿型齿轮，无法抵消一定的轴向推力，这会增加高速轴承的负担。
(4)供油装置，结构庞大，外观不佳，供油量不匹配，效率低，故障多。
(5)联轴器的结构，应考虑轴向和径向都应具有适当的自动调整与补偿性。该部位也是机械运转中经常出故障的地方。
(6)气体接触的流道表面，特别是蜗壳的流道表面极易受氯气的腐蚀，应采取有效的防腐处理。
3 CFT型氯气压缩机主要技术特点
(1)工作叶轮与高速主轴的联接方式，采用当今世界技术领域中最为可靠的轴向长度带有斜度的三角轴联接结构，既安全可靠又保证高速旋转件的配合精度和组合件的整体刚性。这是当今高速机械结构的高新先进技术。
(2)工作轮之三元流流道的设计，运用美国NREC软件技术；工作轮流道的加工成形，由德国进口的五轴联动数控铣床加工，确保主机获得高效率性能。
(3)增速器为斜齿轮单级变速结构。总体结构紧凑，运动件少，综合运转精度提高。高速轴上叶轮产生的轴向力转移到低速轴，振动和功耗将大大降低。高速轴由可倾瓦轴承支撑，可径向自动补偿；低速轴由止推厚壁轴承支撑，轴承止推面可承受部分剩余的轴向力。增速器的结构合理、美观。增速器在主机组装之前，按 HTAl482-92规范要求单独进行空运转试验检验合格。
(4)机组配置独立的高效供油装置，结构紧凑，外形美观。根据高速机械设备的要求，应确保一定的供油量裕度。油泵的启动、油过滤器的阻塞、供油温度过高及供油压力过低等项目的报警与连锁要求均由仪表进行控制。同时，该供油装置还引用我公司透平膨胀机的实用技术，配置备用压力油箱，在紧急停电无备用电源时，可保证一定时间的持续供油，防止高速旋转件的惯性运动导致的机械故障发生。
(5)本机设置完善的仪电控制装置。机组的仪电控制，采用就地和机旁柜两级控制方式，主参数还预留进中控的接口。对主机的各项运行参数实行指示、报警和连锁等控制。对主电机的启动条件和停机条件也实行仪电控制。
(6)氯压机主机的传动方式，采用完全符合美国APl617规范的新型高速挠性膜片联轴器，属高精技术产品。具有电绝缘、减振性强、附加弯矩小、防松保护、运转寿命长等特点。
(7)氯气系高度有毒气体，应严格控制有毒气体的外泄漏产生。本产品引用我公司成熟的透平氧压机轴封技术，设置差压控制型迷宫轴封结构。用干燥惰性压力气体实行双向气封，既气封氯气自轴端间隙向外泄漏，又密封润滑油自轴承间隙向机壳体窜动。
(8)氯气具有强腐蚀性，特点是潮湿氯气或高温下氯气介质几乎对所有的黑色金属都会产生极强的腐蚀作用。氯气的化学特性也很活跃，高温的氯气还会出现分解现象。凡与氯气接触的零件材质选择、流道表面处理、温升零件结构的抗变形等方面，本产品设计时都予以考虑。
4 结束语
杭氧自1970年自行设计制造第一台离心式空气压缩机产品以来，已有200多台套透平压缩机产品(介质空气、氧气、氮气)在工业上应用(不包括300多台套的透平膨胀机产品和高低速鼓风机产品)。杭氧的透平技术和产品质量，在空分行业中具有领先优势。
我们自行开发的CFT-30／3．8型氯气压缩机，其产品技术参数对氯碱行业不同规模工艺流程的设备配套来说，具有更大的匹配灵活性。对于大型氯碱厂，采用多机并联方式，不但总设备投资下降、备机减少，同时对运行时的流量变化和调节更具适应性，成套总能耗也降低。我公司CFI’型氯气压缩机产品，交货出厂前，台台都经过整机试运转试验调试合格，出厂后设备在用户单位无须再启封与装复，即可按产品使用说明书的要求直接投入运转使用。
对于氯碱工艺流程在流量和压力参数方面的不同要求，我们将努力开发更多品种规格的氯气压缩机系列产品，并在产品开发中不断应用最新的透平技术，满足用户的需求。