Análisis de la tecnología de diseño y fabricación de rotores de eje de compresor grandes

Como equipo central en campos industriales como petroquímicos, energía y electricidad, y la fabricación metalúrgica, el rendimiento de grandes compresores está directamente relacionado con la eficiencia operativa y la economía de todo el sistema de producción. Como el componente "cardíaco" de este equipo clave, el diseño y el nivel de fabricación del rotor del eje del compresor determina la confiabilidad y la vida útil de toda la máquina.

El rotor de eje de compresor grande es un componente complejo de transmisión de potencia y conversión de energía, generalmente compuesto por un conjunto de precisión de componentes como el eje principal, el impulsor, el disco de equilibrio y el acoplamiento. A diferencia de las partes mecánicas rotativas convencionales, el rotor del eje del compresor necesita soportar enormes fuerzas centrífugas, fuerzas de gas y tensiones térmicas bajo rotación de alta velocidad, al tiempo que mantiene la precisión de equilibrio dinámico extremadamente alto y la estabilidad dimensional. Esta condición de trabajo extrema coloca requisitos estrictos sobre las propiedades del material, la resistencia estructural y la precisión de fabricación del rotor.

Desde una perspectiva funcional, el rotor del eje no solo debe darse cuenta de la conversión de energía mecánica en energía de presión de gas, sino también asegurarse de que las características de vibración de todo el sistema del rotor durante la operación estén dentro de un rango seguro. La velocidad de funcionamiento de los rotores de compresores grandes modernos suele ser entre 3000-15000 rpm, y algunas aplicaciones especiales pueden incluso alcanzar más de 20000 rpm. En condiciones de rotación de alta velocidad, el comportamiento dinámico del rotor se vuelve extremadamente complejo, e incluso un pequeño desequilibrio puede causar vibraciones severas, lo que lleva a consecuencias graves como la falla del sello y el daño por el cojinete.

La selección de material de los rotores de eje del compresor grande debe considerar muchos factores como la resistencia, la tenacidad, la resistencia a la corrosión y la maquinabilidad. En la actualidad, la corriente principal utiliza materiales de acero de aleación, como 34CRNIMO6, 42CRMO4 y otros aceros de aleación de carbono mediano. Estos materiales pueden obtener buenas propiedades mecánicas completas después del tratamiento térmico adecuado. Para entornos medianos corrosivos, a menudo se usan aceros inoxidables martensíticos como 1CR13, 2CR13 o materiales especiales como el acero inoxidable dúplex.

No se puede ignorar la influencia del proceso de tratamiento térmico en el rendimiento del rotor. El tratamiento de apagado y templado (apagado de temperatura de alta temperatura) es un proceso clave para obtener una buena resistencia y una coincidencia de dureza, lo que requiere un control preciso de la temperatura de calentamiento, el tiempo de mantenimiento y la velocidad de enfriamiento. Las grandes parlotes del rotor también a menudo usan el proceso de recocido de alivio del estrés para eliminar el estrés residual generado durante el procesamiento y evitar la deformación durante el final posterior.

El proceso de procesamiento de grandes rotores del eje del compresor refleja el nivel superior de fabricación de maquinaria moderna. Se requieren docenas de procesos desde mecanizado en bruto hasta mecanizado fino. La tolerancia dimensional de las partes clave, como el diario y el surco del impulsor, generalmente se controla dentro de 0.01 mm, y el valor de RA de rugosidad de la superficie es necesario que esté por debajo de 0.4 μm. Este requisito de precisión hace que la selección de equipos de procesamiento sea particularmente importante. En la actualidad, generalmente se utilizan centros de mecanizado compuestos de alta rigidez y aluminio de alta precisión CNC y fresado se utilizan generalmente, combinados con sistemas de medición en línea avanzados para lograr el monitoreo en tiempo real de la calidad del procesamiento.

La tecnología de equilibrio dinámico es el enlace central para garantizar el funcionamiento suave del rotor. El equilibrio dinámico tradicional de alta velocidad se lleva a cabo principalmente en una cámara de vacío para reducir la influencia de la resistencia al viento; Mientras que la tecnología de equilibrio dinámico láser moderno mejora enormemente la eficiencia y precisión de equilibrio a través de la medición sin contacto. Vale la pena señalar que el equilibrio del rotor no solo necesita considerar la cantidad desequilibrada en el estado rígido, sino que también necesita analizar la influencia de su deformación flexible en el estado de equilibrio, lo que requiere que los ingenieros dominaran la teoría de la dinámica del rotor complejo y utilicen el software profesional para los cálculos de simulación.

Un sistema de inspección de calidad completo es la última línea de defensa para garantizar la confiabilidad del rotor del eje de un compresor grande. Además de la inspección dimensional convencional, también se requieren inspecciones no destructivas, como la detección de defectos ultrasónicos y la detección de defectos de partículas magnéticas para detectar pequeños defectos dentro del material. En los últimos años, la tecnología de pruebas ultrasónicas de matriz en fase se ha utilizado ampliamente en la detección de partes clave de los rotores debido a su alta sensibilidad y capacidades de imagen. Para rotores importantes, también se requieren pruebas de propiedades mecánicas completas, incluidas las pruebas de tracción, impacto y fatiga a temperatura ambiente y alta temperatura.