作者：何智1 高超1 高永卫1 王三俊2 王广军3
（1.西北工业大学；2.西安交通大学能动学院；3.陕西鼓风机(集团)有限公司）
某工业大学NF-6风洞是一座增压连续式超声速回流风洞。风洞为水平布置，马赫数为0.25~1.2，试验雷诺数为15×10的6次方~23×10的6次方，Z大工作压力为0.55MPa。风洞选用的AV90-2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轴流压缩机。压缩机进气压力为0.1~0.55MPa，进气温度-20~55℃。
AV90-2轴流压缩机主要由进气段、叶片承缸、排气段、调节系统及转子等组成。由于采用轴向进、排气结构形式，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，再从下面的回油孔排出。在调试阶段，压缩机曾多次出现轴承座多处漏油故障。
（1）压缩机转子两轴承座漏油问题
AV90-2轴流压缩机在进气和排气端分别设计有轴端密封，形式为迷宫式密封。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一件油封。排气端轴承座一侧也设计有一件油封。在调试期间，压缩机进油压力设计为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）。当风洞进行常压试验时，发现压缩机两端洞体内有大量油液，AV90-2轴流压缩机转子上也有大量油液。经检查发现轴承润滑油主要是通过转子两端的迷宫式密封泄漏的。当往风洞内输入的空气压力为0.20MPa时，联轴器处润滑油外漏严重，并且随着输入空气压力的增大，泄漏量也随之增大。同时还发现回流的润滑油中混有大量空气，且回油流量也很小。
AV90-2轴流压缩机为NF-6风洞的关键设备，如果压缩机轴承漏油，一方面油滴会随高速的气流一起高速运动，有可能损坏试验物和损坏（污染）风洞设施；另一方面油液还会改变空气介质的成分，从而影响试验结果。如果迷宫式密封泄漏量大，气体由于轴承座泄漏就会使轴流压缩机的流量降低；同时随着轴承座内气体压力的增高，还会使进、回油困难，进而影响轴承润滑，加速轴承磨损。
（2）原因分析
经过对压缩机进行拆卸检查，发现压缩机漏油主要由以下原因引起：
1）压缩机转子两端轴承座上的回油孔和缸体上的回油孔不同心，同时回油孔径太小，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、轴端密封效果不理想。迷宫式密封是利用节流降压来减少流体的泄漏量，其优点：非接触式、使用寿命长、结构简单。缺点：泄漏量大。单就迷宫式密封本身来说，它无法实现完全密封和零泄漏。
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迷宫式密封泄漏到转子及洞体内。
4）加压调试阶段，由于使用迷宫式密封会产生不可避免的气体泄漏，进而使轴承座内闻憋压，则会造成进、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
1）将压缩机转子两端轴承座与相应缸体配钻，并将回油孔同Φ20扩为Φ30，将回油管路相应地加大，清理干净加工后的铁屑及焊渣，使回油畅通。
2）对压缩机进、排气端的轴端密封形式进行改换，以提高密封效果。
减少气体泄漏量，从而减少因泄漏气体对进、回油的影响。有以下四种形式的密封可供选择：碳环密封、浮环密封、双端面机械制系统复杂、造价高及使用寿命短等问题。若将原密封改为双端面机械密封或干气密封，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。为了克服迷宫式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：密封为干运转，不需要润滑剂来润滑，同时因没有旋转组件安装在轴上，因此也不会产生附加的轴振动，由于径向间隙很小，其泄漏量与普通的迷宫式密封相比要少很多，不到迷宫式密封泄漏量的1/10。如果再使密封齿与密封环实现零间隙，甚至还可达零泄漏。同时对改造AV90-2压缩机轴承润滑密封系统而言，压缩机结构也无需大的改动，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。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。
（4）改善效果
在对AV90-2轴流压缩机轴承润滑密封系统改造后，进行了NF-6风洞调试。同样设定压缩机进油压力为0.15MPa，压缩转速为1500r/min。首先在常压状况下使压缩机空运转，然后向风洞内输入压力为0.05~0.20MPa的空气（输入空气的压力由小到大依次递增，压力每升高0.05MPa，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也满足了设计要求，冷油器出口油温低于40℃。AV90-2轴流压缩机转及其周围风洞内壁均无油迹，联轴器处无润滑油泄漏。
来源：《风机技术》 2005年04期