何智¹　高超²　王三俊³　高永卫²　王广军⁴

（1.陕西科技大学机电学院　陕西咸阳　712081；2.西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防重点实验室　陕西西安　710072；3.西安交通大学能动学院　陕西西安　710072；4.陕西鼓风机（集团）有限公司　陕西西安　710072）

　　摘　要：针对西北工业大学NF-6风洞（增压连续式跨音速风洞）AV90-2轴流压缩机试车调试期间出现的轴流压缩机轴承座漏油问题，分析了故障产生的原因，并提出了加大回油孔和回油管路，在压缩机进、排气端轴端密封套上增加密封环，以及在压缩机两端回油腔体上增加放空管路等改进措施。改进后使用结果表明：轴流压缩机运转正常，润滑油回油通畅，压缩机轴承座无润滑油泄漏。

　　关键词：轴流式压缩机；风洞；密封

　　西北工业大学NF-6风洞是目前国内一座增压连续式跨音速回流风洞。风洞为水平布置（见图1），马赫数为0.25～1.2，试验雷诺数Re为15×10 6 ～23×10 6 ，Z大工作压力为0.55MPa。风洞用的AV9022轴流压缩机是由陕西鼓风机有限公司为NF-6风洞专门设计的，是我国台国产化风洞专用压缩机。压缩机为轴向进气、轴向排气、水平剖分结构，进气压力为0.1～0.55MPa，进气温度为-20～55℃。

　　AV90-2轴流压缩机主要由进气段、叶片承缸、排气段、调节系统、转子等部分组成。其结构见图2。由于采用轴向进、排气结构型式，使得压缩机轴承座只能处于流道内部。压缩机轴承采用滚动轴承，因轴径大、转速高，所以机组轴承采用喷油润滑。润滑油从壳体侧面的筋板进入轴承座，从下面的回油孔排出。在NF-6风洞调试阶段，AV90-2轴流压缩机曾多次出现轴承座多处漏油故障。本文作者对故障原因进行了分析，并提出了相应的改进措施。

　　1　压缩机转子两端轴承座漏油问题

　　由图2可见，AV90-2轴流压缩机在进气端和排气端分别设计有轴端密封，型式为拉别令密封。密封片镶在轴上，其数量由计算确定，密封间隙的大小可通过调整密封套圆周上的调整块来实现。在转子进气端的轴承座两侧各设计有一件油封，排气端的轴承座一侧设计有一件油封。在NF-6风洞调试期间，压缩机进油压力设定为0.15MPa（轴承润滑要求的油压）；压缩机转速设定为1500r/min（压缩机额定转速为2200r/min）。结果发现：当风洞进行常压试验时，压缩机两端洞体内有大量油液，AV90-2轴流压缩机转子上也发现有大量油液，经检查发现轴承润滑油主要是通过转子两端的拉别令密封泄漏的；当往风洞内输入压力为0.20MPa空气时，润滑油从联轴器处外漏严重，并且随着输入空气压力的增大，泄漏量随之增大，同时发现回流的润滑油中混有大量空气，且回油流量很小。

　　AV90-2轴流压缩机作为NF-6风洞的关键设备，如果压缩机轴承座漏油，一方面油滴会随高速的气流一起高速运动，有可能损坏实验物及损坏（污染）风洞设施；另一方面油液还会改变空气介质的成分从而影响实验结果。如果拉别令密封泄漏量大，气体通过轴承座泄漏会使轴流压缩机的流量降低；同时随着轴承座内气体压力增高，可使进、回油困难，进而影响轴承润滑，加速轴承磨损。

　　2　原因分析

　　经过对压缩机拆卸检查，发现压缩机漏油主要由以下问题引起：

　　（1）压缩机转子两端轴承座上的回油孔与缸体上的回油孔不同心，同时回油孔孔径太小，可能导致回油不畅通，致使轴承座内大量积油。这主要是零件设计及加工工艺方面的问题。

　　（2）AV90-2轴流压缩机进、排气端轴端密封（拉别令密封）密封效果不理想。拉别令密封是利用节流降压来减少流体的泄漏量，其优点是非接触式，使用寿命长，结构简单。缺点是泄漏量大。单就拉别令密封本身来说，它是无法实现完全密封和零泄漏的^[4]。

　　（3）常压调试阶段，空气高速流动，轴承座外形成负压，因此轴承座内的积油从拉别令密封泄漏到转子上及洞体内。　

　　（4）加压调试阶段，由于使用拉别令密封会产生不可避免的气体泄漏，进而使轴承座内憋压。轴承座内憋压，会造成进、回油困难。联轴器处润滑油外漏，主要是由于轴承箱回油不畅和轴承座憋压引起的。

　　3　解决方案

　　根据上述原因分析，决定采取如下解决方案。

　　（1）将压缩机转子两端轴承座与相应缸体配钻并将回油孔从φ20mm扩为φ30mm，将回油管路相应加大，清理干净加工后的铁屑及焊渣，使回油畅通。

　　（2）对压缩机进、排气端的轴端密封型式进行改换，以提高密封效果，降低气体泄漏量，从而减少因泄漏气体对进、回油的影响。有以下4种型式的密封可选择：碳环密封、浮环密封、双端面机械密封^[5]和干气密封。浮环密封存在内泄漏较大，浮环密封的油气压差很小，控制系统复杂，造价高，使用寿命不长等问题。

　　若采取将原密封改为双端面机械密封或干气密封的方案，虽然密封效果好，但存在压缩机结构改动过大，零件加工数量多，购买密封体费用高的问题。为了克服拉别令密封泄漏量大的缺点，可以使用小间隙的碳环密封。碳环密封的优点为：密封为干运转状况，不需要润滑剂来润滑；同时因没有旋转组件安装在轴上，因此不会产生附加的轴振动；由于径向间隙很小，其泄漏量与普通的拉别令密封相比要小很多，不到拉别令密封泄漏量的1/10^[2]。如果使密封齿与密封环实现零间隙，甚至可达零泄漏。同时对改造AV90-2压缩机轴承润滑密封系统而言，压缩机结构无须大的改动，只需在原有密封套上增加密封环即可。考虑到这几种密封方式的优缺点和实施的可行性，Z终确定了在压缩机转子进、排气端的密封套上各加3道碳环密封圈的方案（如图3所示）。碳环加工前，需精测转子相应的密封齿，精加工碳环密封，使密封齿与密封环尽量实现零间隙。

　　（3）在压缩机两端回油腔体上增加放空管路，使泄漏到腔体内的气体及时排出，从而保持腔体内不憋压，使进、回油顺畅。

　　4　效果

　　在对AV90-2轴流压缩机轴承润滑密封系统改造后，本文作者进行了NF-6风洞调试。同样设定压缩机进油压力为0.15MPa，压缩机转速为1500r/min。首先在常压状况下，压缩机空运转，然后往风洞内输入0.05～0.20MPa压力的空气（输入空气的压力从小到大依次递增，每升高0.05MPa压力，均对压缩机进行检查，每一阶段运转5min）。结果表明：AV90-2轴流压缩机运转正常，润滑油回油通畅，轴承回油温度均低于正常工作温度的允许值，轴流压缩机主轴的振动值满足设计要求，冷油器出口油温低于40℃。AV90-2轴流压缩机转子上及其周围风洞内壁均无油迹，联轴器处无润滑油泄漏。

　　参考文献

　　【1】刘令勋，刘英贵.动态密封设计技术[M].北京：中国标准出版社，1992.

　　【2】王玉明，杨惠霞，姜南.流体密封技术[J].液压气动与密封，2004（3）.
　　【3】沈理斌.富气压缩机轴端密封型式的应用比较[J].风机技术，2003（4）.

　　【4】高光藩，张牢牢.迷宫密封性能影响因素分析[J].风机技术，1997（6）.

　　【5】顾永泉.机械密封实用技术[M].北京：机械工业出版社，2001.
 

来源：《润滑与密封》2006年1月