ротор осевого компрессора

Когда говорят про ротор осевого компрессора, часто думают, что главное — аэродинамика лопаток. Но на деле долговечность упирается в материал отливки — тут серый чугун может подвести на высоких оборотах, а у нас на производстве случались трещины в ступице после 200 часов испытаний.

Выбор материала для ротора

Мы в АО Шаньси Боин Литье долго экспериментировали с высокопрочным чугуном с шаровидным графитом для ротора осевого компрессора. Помню, как в 2018-м для китайского завода воздушных компрессоров делали партию — пришлось добавлять молибден 0.3% против вибрационной усталости. Без этого на 15000 об/мин появлялись микротрещины в зоне крепления лопаток.

Серый чугун дешевле, но для роторов с температурой выше 200°C — риск. Как-то разбраковали 12 отливок из-за ликвации графита в переходных сечениях. Теперь всегда контролируем скорость охлаждения в толстостенных участках.

На сайте https://www.byzz.ru мы указываем параметры для компрессорных отливок, но вживую часто приходится корректировать техпроцесс. Например, при литье роторов диаметром свыше 600 мм важно выдерживать перепад температур в форме не больше 80°C — иначе биение при балансировке превысит 0.05 мм.

Проблемы балансировки

Балансировка ротора осевого компрессора — отдельная головная боль. Особенно когда лопатки устанавливаются после механической обработки. Однажды пришлось снимать 150 грамм с торцевой поверхности — дисбаланс был вызван неоднородностью чугуна в ступице.

Сейчас для ответственных роторов используем чугун марки ВЧ60 — его плотность стабильнее. Но и тут есть нюанс: если отливка для сельхозтехники прощает небольшие отклонения, то для промышленных компрессоров даже 2% porosity в корневом сечении лопатки недопустимы.

На испытаниях вентиляторных установок часто вижу, как проблемы с вибрацией тянутся от литейных дефектов. Например, раковина размером с зерно пшеницы на внутреннем диаметре втулки может дать рост вибрации на 30% после 500 часов работы.

Термообработка и остаточные напряжения

После нормализации чугунных роторов иногда появляется коробление — особенно если ротор имеет тонкостенные перемычки между дисками. Мы как-то потеряли партию из-за слишком быстрого охлаждения в районе 500-600°C. Металлограф показал сетку карбидов по границам зёрен.

Сейчас для компрессоров высокого давления применяем изотермический отжиг — дольше, но остаточные напряжения снижаются с 180 МПа до приемлемых 40-50. Это критично для роторов, работающих в условиях термических циклов, например в турбохолодильных установках.

Кстати, на https://www.byzz.ru в разделе продукции для воздушных компрессоров мы не зря акцентируем контроль твёрдости по сечению — разброс более 30 HB в одной отливке ведёт к неравномерному износу посадочных мест под подшипники.

Геометрия лопаточных каналов

При обработке проточной части ротора осевого компрессора важно сохранить расчётные зазоры — но чугунные отливки имеют усадку до 1.2%. Поэтому мы всегда оставляем припуск на финишную обработку в зоне замков лопаток.

Особенно сложно с роторами малого диаметра (до 300 мм) — там и без того малая жёсткость, а при фрезеровке каналов возникают вибрации. Приходится использовать медленные подачи и специальные оправки.

Помню случай с экспортным заказом для Германии — по чертежу требовалась шероховатость Ra 1.6 в каналах, но при литье образовались раковины. Пришлось разрабатывать технологию наплавки с последующей шлифовкой — увеличило стоимость на 25%, но сохранило контракт.

Контроль качества на производстве

У нас на предприятии АО Шаньси Боин Литье для ротора осевого компрессора ввели обязательный ультразвуковой контроль корневых зон лопаток. Раньше ограничивались магнитопорошковым методом, но он не выявляет внутренние дефекты глубиной более 3 мм.

Каждый ротор проверяем на стенде с имитацией рабочих нагрузок — крутящий момент плюс осевое усилие. Как-то при таких испытаниях обнаружили, что трещина развивается от места установки шпонки — пришлось пересматривать конструкцию паза.

Для промышленных роботов мы используем менее строгий контроль, но для компрессорных роторов — полный цикл испытаний. Это дороже, но репутация важнее — особенно когда речь идёт о безопасности на химических производствах.

Перспективы и ограничения

Современные тенденции — переход на титановые сплавы для высокооборотных роторов, но чугун остаётся оптимальным для 80% применений. Его демпфирующие свойства снижают шумность — важный фактор для стационарных компрессоров.

Мы продолжаем эксперименты с модифицированным чугуном — добавили никель 1.5% для морских применений, но стоимость выросла непропорционально. Возможно, для спецтехники это оправдано, но для стандартных воздушных компрессоров — нет.

На сайте https://www.byzz.ru мы честно указываем предельные параметры для нашей продукции — например, окружная скорость не более 200 м/с для чугунных роторов. Лучше сразу отказаться от заказа, чем потом разбираться с аварией.