大型コンプレッサーシャフトローターの設計および製造技術の分析

石油化学、エネルギーと電気、冶金製造などの産業分野のコア機器として、大規模なコンプレッサーの性能は、生産システム全体の運用効率と経済に直接関係しています。この重要な機器の「心臓」コンポーネントとして、コンプレッサーシャフトローターの設計と製造レベルは、マシン全体の信頼性とサービス寿命を決定します。

大きなコンプレッサーシャフトローター 通常、メインシャフト、インペラー、バランスディスク、カップリングなどのコンポーネントの精度アセンブリで構成される複雑な送電およびエネルギー変換成分です。従来の回転機械部品とは異なり、コンプレッサーシャフトローターは、非常に高い動的バランスの精度と寸法安定性を維持しながら、高速回転下での巨大な遠心力、ガス力、および熱応力に耐える必要があります。この極端な作業条件は、ローターの材料特性、構造強度、および製造精度に厳格な要件を置いています。

機能的な観点から、シャフトローターは、機械的エネルギーのガス圧力エネルギーへの変換を実現するだけでなく、動作中のローターシステム全体の振動特性が安全な範囲内であることを保証する必要があります。最新の大型コンプレッサーローターの動作速度は通常3000〜15000rpmであり、一部の特別なアプリケーションは20000rpmを超えることさえあります。このような高速回転条件下では、ローターの動的挙動は非常に複雑になり、わずかな不均衡でさえ重度の振動を引き起こし、シールの故障やベアリングダメージなどの深刻な結果をもたらす可能性があります。

大型コンプレッサーシャフトローターの材料選択は、強度、靭性、腐食抵抗、機械性などの多くの要因を考慮する必要があります。現在、主流は34CRNIMO6、42CRMO4、その他の中炭素合金鋼などの合金鋼材料を使用しています。これらの材料は、適切な熱処理後に適切な包括的な機械的特性を取得できます。腐食性の中程度の環境では、1CR13、2CR13などのマルテンサイトステンレス鋼、またはデュプレックスステンレス鋼などの特別な材料がよく使用されます。

ローターの性能に対する熱処理プロセスの影響は無視できません。クエンチングと焼き戻し治療（高温強化の消光）は、強度と靭性のマッチングを得るための重要なプロセスであり、加熱温度、保持時間、冷却速度の正確な制御が必要です。また、大規模なローターの鍛造は、ストレス緩和アニーリングプロセスを使用して、処理中に生成された残留応力を排除し、その後の仕上げ中に変形を避けます。

大型コンプレッサーシャフトローターの処理プロセスは、最新の機械製造の最上位レベルを反映しています。大まかな機械加工から細かい機械加工まで、多数のプロセスが必要です。ジャーナルやインペラーの溝などの重要な部分の寸法耐性は通常0.01mm以内に制御され、表面粗さRA値は0.4μmを下回る必要があります。この精度要件により、処理装置の選択が特に重要になります。現在、高濃度および高精度のCNCターニングおよびフライス式のコンポジット加工センターが一般的に使用され、高度なオンライン測定システムと組み合わせて、処理品質のリアルタイム監視を実現しています。

動的バランステクノロジーは、ローターのスムーズな動作を確保するためのコアリンクです。従来の高速ダイナミックバランスは、主に風抵抗の影響を減らすために真空チャンバーで実行されます。一方、最新のレーザーダイナミックバランステクノロジーは、非接触測定を通じてバランスの効率と精度を大幅に改善します。ローターのバランスは、剛性状態の不均衡な量を考慮する必要があるだけでなく、バ​​ランス状態に対する柔軟な変形の影響を分析する必要があることに注意してください。

完全な品質検査システムは、大きなコンプレッサーのシャフトローターの信頼性を確保するための最後の防御ラインです。従来の次元検査に加えて、材料内の小さな欠陥を検出するには、超音波欠点検出や磁気粒子の欠陥検出などの非破壊検査も必要です。近年、段階的なアレイ超音波検査技術は、その高感度とイメージング機能のために、ローターの重要な部分の検出に広く使用されています。重要なローターの場合、室温と高温での引張、衝撃、疲労テストなど、包括的な機械的特性テストも必要です。