透平壓縮機(jī)培訓(xùn)資料

透平壓縮機(jī)培訓(xùn)資料一、基本工作原理透平式壓縮機(jī)也叫蝸輪式壓縮機(jī)。通常分為離心式壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)兩種。在全低壓空分裝置中，透平式壓縮機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。離心壓縮機(jī)，對(duì)于氣體做功，是通過裝在轉(zhuǎn)子上的葉輪來實(shí)現(xiàn)的，葉輪在驅(qū)動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，把所得到的機(jī)械能通過葉片傳遞給流過葉輪的氣體。因此氣體在葉輪內(nèi)的流動(dòng)過程中，一方面加了氣體本身的壓力，另一方面又得到了很大的速度能（動(dòng)能），氣體離開葉輪后，這部分速度能，在功過葉輪后的擴(kuò)壓氣，回流器彎道的過程中轉(zhuǎn)變成為壓力能，進(jìn)一步使氣體壓力提高。但是，在離心壓縮機(jī)中，一個(gè)葉輪所能實(shí)現(xiàn)的壓力的提高是有限的，一般壓力比僅為1·3～2。因此，為了得到某一個(gè)一定的壓力，壓縮機(jī)有許多級(jí)組成，級(jí)的固定元件，除了吸氣室，擴(kuò)壓器，蝸殼外還有彎道和回流器。現(xiàn)在我們介紹一下級(jí)中的工作輪與其相配的固定元件的的作用與原理。吸氣室吸氣室是用來把所需壓縮的氣體由進(jìn)氣管或中間冷卻器的出口均勻的吸入工作輪去進(jìn)行增壓。因此，在每段壓縮機(jī)的第一級(jí)進(jìn)口都設(shè)置了吸氣室。工作輪工作輪也稱為葉輪，它是壓縮機(jī)中的一個(gè)最主要的部件。氣體在工作輪葉片的作用下，隨著工作輪做高速旋轉(zhuǎn)。氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用，以及在工作輪的擴(kuò)壓流動(dòng)，使氣體通過工作輪后的壓力增高，此外，氣體的速度也能同樣在工作輪里得到提高。因此，可以認(rèn)為工作輪是氣體提高能量的唯一部件。擴(kuò)壓器氣體從工作輪流出時(shí)，具有較高的流動(dòng)速度。為了充分利用這部分速度能，常在工作輪后設(shè)置了通流截面逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器，用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能，以提高氣體壓力。彎道與回流器為了把擴(kuò)壓器后的氣體引導(dǎo)到下一級(jí)工作輪去繼續(xù)提高壓力，在擴(kuò)壓器后常設(shè)置了使氣體拐彎的彎道，以及把氣體均勻的引入下一級(jí)工作輪進(jìn)口的回流器。蝸殼蝸殼的主要目的是把擴(kuò)壓器后面的氣體匯集起來，把氣體引到壓縮機(jī)的外面去，使它流向氣體的輸送管道或流到冷卻器中進(jìn)行冷卻。此外在匯集氣體的過程中，在大多數(shù)的情況下，由于蝸殼外徑的逐漸擴(kuò)大，也使氣體起到一定的降速擴(kuò)壓作用。任何離心壓縮機(jī)，都由級(jí)組成。由于與工作輪相配合的固定元件不同，級(jí)的型式也很多，但從基本結(jié)構(gòu)來看，它區(qū)分為中間級(jí)與末級(jí)兩種。中間級(jí)是由工作輪，擴(kuò)壓器，彎道，回流器組成。末級(jí)時(shí)有工作輪，擴(kuò)壓器，蝸殼組成，氣體經(jīng)過這一級(jí)后，增壓排出機(jī)外。當(dāng)壓縮機(jī)要獲得較高的壓力，為了節(jié)省功率的消耗，避免壓縮終了時(shí)氣體溫度過高，以及使壓縮機(jī)后面的幾級(jí)壓力不致過分降低，常將氣體壓到某一壓力后，先引到冷卻器中進(jìn)行冷卻，降低氣溫之后再繼續(xù)壓縮。這樣依冷卻次數(shù)多少可將壓縮機(jī)分成幾個(gè)段，一個(gè)段可以包括幾個(gè)級(jí)，也可僅有一個(gè)級(jí)。在段中的最后一級(jí)即屬于上述的末級(jí)型式。氣體在壓縮機(jī)中逐級(jí)提高壓力。為了減少氣體在壓縮機(jī)中的外部和內(nèi)部的泄漏，在壓縮機(jī)中必須設(shè)置各種密封，它是壓縮機(jī)中的一個(gè)主要組成部分。一般在機(jī)殼的前后設(shè)了前后軸封以減少外泄漏。此外，在有些壓縮機(jī)中，為了減少工作輪作用到止推軸承上的軸向推力，常設(shè)置了平衡盤。二．工作輪葉片對(duì)氣體的做功是提高氣體的壓力根源。由于葉輪對(duì)氣體做功，氣體從進(jìn)葉輪到離開葉輪的運(yùn)動(dòng)速度是有變化的，因此，在研究葉輪做功大小時(shí)，首先討論，氣體在葉輪中的運(yùn)動(dòng)速度，主要是氣體在工作輪進(jìn)口和出口的速度。圖一圖一給出了氣體在葉輪進(jìn)口和出口處的速度變化情況，這就是我們常說的，進(jìn)、出口速度三角形，組成葉輪進(jìn)出口速度三角形的氣流速度有：圓周速度U，相對(duì)速度W，絕對(duì)速度C。速度三角形的改變?chǔ)朔从沉藲怏w通過葉輪后壓力能和速度能得到了提高。三．離心式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)離心式壓縮機(jī)機(jī)組是由主機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)，潤滑油系統(tǒng)，密封系統(tǒng)和防喘振系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)組成。壓縮機(jī)由氣缸（殼體），固定元件，轉(zhuǎn)子，密封元件，和軸承所組成，現(xiàn)介紹如下。（一）·機(jī)殼：機(jī)殼又稱氣缸，機(jī)殼的結(jié)構(gòu)形式很多，但對(duì)機(jī)殼的基本要求，要有足夠的強(qiáng)度以承受壓力，要有足夠的剛性以免變形，要有良好的嚴(yán)密性以免氣體外泄。殼體結(jié)構(gòu)基本上分為水平剖分式和垂直剖分式兩種。水平剖分式就是將殼體分離成上下兩部分，上蓋可以打開，這種結(jié)構(gòu)多用低壓。垂直剖分就是筒型結(jié)構(gòu)，有筒型本體和端蓋組成。（二）·固定元件：1．?dāng)U壓器氣體經(jīng)過工作輪提高了壓力同時(shí)增加了速度，在工作輪出口處氣體的絕對(duì)速度是很大的，因此為了使這部分動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽诠ぷ鬏喓竺嬖O(shè)擴(kuò)壓器。擴(kuò)壓器實(shí)質(zhì)就是一個(gè)擴(kuò)壓通道，他的流動(dòng)截面逐漸擴(kuò)大。當(dāng)工作輪出口氣體速度愈大，擴(kuò)壓所起的作用就愈大。按結(jié)構(gòu)可分為無葉擴(kuò)壓器和有葉擴(kuò)壓器、直壁擴(kuò)壓器。無葉擴(kuò)壓器是一種最簡單的擴(kuò)壓器，它是由兩個(gè)平行的壁面構(gòu)成的等寬度環(huán)形流道所形成的。環(huán)形的內(nèi)圓周面小于外圓周面，氣體從內(nèi)圓周面流向外圓周面時(shí)，速度逐漸降低，氣體壓力逐漸升高。其優(yōu)點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低，因?yàn)椴淮嬖谌~片進(jìn)口沖擊損失，它在變動(dòng)工況條件下具有較好的適應(yīng)性。其缺點(diǎn)是，氣體按自由流動(dòng)輸送軌跡，做對(duì)數(shù)螺旋運(yùn)動(dòng)，路程較長，外徑大，流動(dòng)損失大，效率低些。葉片擴(kuò)大器內(nèi)設(shè)有等厚度或不等厚度葉片。氣體在這種擴(kuò)壓器中受到葉片的導(dǎo)引，流動(dòng)方向是按葉片的型線流動(dòng)，改變了氣體的方向角，縮短了流動(dòng)的路線，因而獲得更快的降速和增加。它的優(yōu)點(diǎn)是，相比之下，擴(kuò)壓器小，流動(dòng)損失小，效率相應(yīng)的增高。它的缺點(diǎn)是：氣體在流動(dòng)時(shí)，氣流對(duì)葉片進(jìn)口產(chǎn)生沖擊而使損失增加，當(dāng)壓縮機(jī)處于工況變化的情況下，適應(yīng)性較差。2．彎道和回流器：從擴(kuò)壓器出來的氣流，通過彎道和回流器進(jìn)入下一級(jí)葉輪。彎道的作用是氣體轉(zhuǎn)彎，引導(dǎo)到回流器中去，在回流器中裝有葉片，回流器葉片的進(jìn)口角，是按照從彎道來的氣流的氣流角決定的。氣體應(yīng)該是90度角離開回流器葉片，以使氣流能軸向均勻的進(jìn)入下一級(jí)葉輪進(jìn)口。一般在回流器中，僅引導(dǎo)氣流流動(dòng)，而不具有擴(kuò)壓作用，但在高圓周速度的壓縮機(jī)中，往往要特殊設(shè)計(jì)回流器，使其具有一定的降速升壓作用。3．蝸殼：為了把擴(kuò)壓器后面的氣體引到壓縮機(jī)外面，使它流向壓縮機(jī)的輸送管道或流到冷卻器中進(jìn)行冷卻，都須要在壓縮機(jī)各段的末級(jí)設(shè)置蝸殼。蝸殼截面沿氣流流動(dòng)方向逐漸增大，而截面形式多種多樣，有梯形，等寬梯形，半梯形，半等梯形，矩形和圓形，在一般情況下，梯形和圓形采用最多。（三）轉(zhuǎn)子在壓縮機(jī)中，汽缸內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件稱為轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子是由軸、葉輪、定位套筒、推力盤、平衡盤和聯(lián)軸節(jié)組成。葉輪外界的機(jī)械功是通過葉輪傳給氣體的，因此葉輪結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)效率影響很大。葉輪按葉片彎曲形式可分為徑向型、徑向出口型、前彎型和后彎型等四種。從葉輪對(duì)氣體做功的大小來看，前彎型做功最大，后彎型葉片做功最小。徑向型葉片介于兩者之間。從效率的角度來看，后彎型葉片效率最高。由于效率是個(gè)很重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，所以在大型的離心式壓縮機(jī)中，都采用后彎型葉片的葉輪。后彎型出口角在30度-60度之間，成為正常后彎型或壓縮機(jī)型葉輪。離心壓縮機(jī)的葉輪是由葉盤，葉片，和輪蓋三者組合而成，輪盤有閉式葉輪和半開式葉輪，閉式葉輪受輪蓋強(qiáng)度的限制，葉輪的圓周速度一般在300米/秒以下。從效率的角度來看，閉式葉輪比半開式葉輪效率高，所以大型離心壓縮機(jī)采用閉式葉輪。每個(gè)轉(zhuǎn)子上葉輪數(shù)目一般為5～10個(gè)最多。有的配置有兩種，一種是單向排列，另一種是對(duì)置排列，這種排列軸向力平衡比較好。主軸離心壓縮機(jī)的主軸一般為沒有臺(tái)階的光軸，有時(shí)也會(huì)在主軸向上銑出凹槽。止推軸承放在徑向軸承里邊的主軸比較長一些。主軸的剛性較差，第一臨界轉(zhuǎn)數(shù)也較低，但第二臨街轉(zhuǎn)數(shù)較高。推力及平衡盤氣體流過工作輪提高了壓力，因此工作輪前后承受的氣體壓力不同。對(duì)于工作輪按同一方向安裝在主軸上的轉(zhuǎn)子，由于每個(gè)工作輪軸向推力的迭加會(huì)使止推軸承的軸向推力過大，常采用平衡盤來解決。利用平衡盤兩側(cè)的壓力差產(chǎn)生于轉(zhuǎn)子軸向力方向相反的力來進(jìn)行平衡。為了使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子始終維持一定的方向不變的軸向推力，除了采用平衡盤外，經(jīng)常還采用雙進(jìn)氣工作輪及將工作輪相對(duì)裝套置的方法來減弱轉(zhuǎn)子的軸向推力。（四）密封離心壓縮機(jī)上采用的軸密封，主要有兩類，一是迷宮式密封，二是浮環(huán)油膜密封。用于防止級(jí)間串氣的為普通的迷宮密封；用于防止平衡盤兩側(cè)串氣的為蜂窩式迷宮密封。而浮環(huán)油膜密封則用來防止機(jī)內(nèi)與機(jī)外在軸端處的漏氣。這里主要談一下迷宮式密封，迷宮式密封的原理是，使氣體通過縫道而獲得很高的速度，同時(shí)它的壓力就大大的降低，從能量觀點(diǎn)上來說，就是使氣體的壓力能轉(zhuǎn)化為速度能，而當(dāng)氣體流過縫道進(jìn)入密封片間空腔時(shí)，由于截面積突然擴(kuò)大，氣流形成很強(qiáng)烈的漩渦，使它的速度能轉(zhuǎn)化為熱能，這樣在次一密封室中的氣體壓力就比前一室低了許多，經(jīng)過若干級(jí)減壓，室后氣體泄漏就很微小了。在平衡盤與工作輪都進(jìn)行了密封。四．壓縮機(jī)在使用中的異?，F(xiàn)象：1．喘振喘振是離心壓縮機(jī)本身固有的特性。喘振的產(chǎn)生：任何離心壓縮機(jī)按其結(jié)構(gòu)尺寸，在某一固定的轉(zhuǎn)速下，都有一個(gè)最高的工作壓力，在此壓力下，相應(yīng)的有一個(gè)最低的流量。當(dāng)離心壓縮機(jī)出口壓力高于此數(shù)值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生喘振。原因：從圖中可以看出，OB為喘振線，A點(diǎn)為正常工作時(shí)的工作點(diǎn)，此時(shí)通過壓縮機(jī)的流量Q1。由于某一個(gè)因素使工作點(diǎn)A沿著操作曲線向左移動(dòng)到超過B點(diǎn)時(shí)，則壓力超過了離心壓縮機(jī)的最高壓力，流量小于最低的流量Q2，這時(shí)工作點(diǎn)就移入壓縮機(jī)的不移定區(qū)域，即喘振范圍，壓縮機(jī)不能產(chǎn)生與排出管線中預(yù)先確定的相同壓力，在短時(shí)間里產(chǎn)生了氣體以相反方向通過壓縮機(jī)的現(xiàn)象。這時(shí)，壓縮機(jī)的操作點(diǎn)將迅速移至左端操作線A1點(diǎn)，使流量變成了負(fù)值。由于氣體以相反的方向流動(dòng)，使排氣端的壓力迅速下降，而出口壓力降低后，又可能恢復(fù)到正常供氣量，因此操作點(diǎn)A’，迅速移至右端正常工作點(diǎn)A，如果操作狀態(tài)不能迅速改變，操作點(diǎn)A又會(huì)左移經(jīng)過B點(diǎn)進(jìn)入不移定區(qū)，這樣反復(fù)的過程，就是壓縮機(jī)的喘振過程?，F(xiàn)象：發(fā)生喘振時(shí)，機(jī)組開始強(qiáng)烈震動(dòng)，伴隨發(fā)生異常的吼叫聲，這種振動(dòng)和叫聲是周期性的，機(jī)身相連的出口管線也強(qiáng)烈的震動(dòng)。入口管線上的壓力表指針大幅度的擺動(dòng)，出口單向伐處發(fā)出周期性的開和關(guān)的撞擊聲，主電機(jī)的電流表指針大幅度擺動(dòng)，流量表也大幅度擺動(dòng)。后果：①迷宮密封損壞較大，使?jié)櫥痛胪ǖ?。②?yán)重的喘振使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)，燒壞止推軸瓦，葉輪又可能被打碎。③更嚴(yán)重時(shí)，壓縮機(jī)遭到破壞。2．臨界轉(zhuǎn)數(shù)：水平放置的軸都存在一定的臨界轉(zhuǎn)數(shù)，它是軸本身的一種特性。軸的剛度轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不同，臨界轉(zhuǎn)數(shù)也不同。當(dāng)軸還沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于重力作用，軸是向下彎曲的，雖然彎曲量很小。彎曲轉(zhuǎn)過來后仍然是彎曲的，由于軸在轉(zhuǎn)動(dòng)，彎曲也不斷出現(xiàn)，表現(xiàn)出來就是震動(dòng)稱為自振。自振頻率和軸的剛度幾何尺寸等特性有關(guān)。軸本身和軸上安裝的零件，由于制造和安裝的原因，軸的中心和轉(zhuǎn)動(dòng)中心不可能在同一中心線上重合，一般相差0·03～0·05毫米。由于中心偏差，轉(zhuǎn)動(dòng)起來就有一個(gè)離心力，此離心力使軸發(fā)生振動(dòng)，振動(dòng)的次數(shù)決定于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)一次就振動(dòng)一次，所以叫強(qiáng)迫振動(dòng)。當(dāng)自振和強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率相等時(shí)叫共振。共振時(shí)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)叫臨界轉(zhuǎn)數(shù)。在臨界轉(zhuǎn)數(shù)下，機(jī)器振動(dòng)最大，對(duì)機(jī)組的破壞最大。對(duì)一臺(tái)離心式壓縮機(jī)來說，臨界轉(zhuǎn)數(shù)不止一個(gè)，轉(zhuǎn)數(shù)最低的一個(gè)叫第一臨界轉(zhuǎn)數(shù)。在第一與第二臨界轉(zhuǎn)數(shù)之間運(yùn)轉(zhuǎn)壓縮機(jī)，應(yīng)使：1·3第一臨界轉(zhuǎn)數(shù)《=工作轉(zhuǎn)數(shù)《=0·8第二臨界轉(zhuǎn)數(shù)五．離心壓縮機(jī)的性能指標(biāo)離心壓縮機(jī)的使用條件不變，會(huì)引起壓縮機(jī)性能的改變，為了解改變的情況，可以做以下的計(jì)算：基本換算公式1----11----2=1---31----4只有入口溫度的改變V=1---51---61—71--8改變?nèi)肟趬毫?/p>