軸流式壓縮機(jī)第六章

軸流式壓縮機(jī)第六章軸流壓縮機(jī)與離心壓縮機(jī)性能曲線比較§6-1性能曲線的定義與作用軸流壓縮機(jī)效率高，（流道短而平直，無(wú)急劇轉(zhuǎn)彎）但壓比低（葉柵流道擴(kuò)壓，無(wú)離心力作用升壓）特性曲線陡，穩(wěn)定工況范圍窄（沖角敏感）功率隨流量增大而下降第2頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-2性能曲線表示方法一、進(jìn)口條件一定時(shí)所表示的性能曲線1給定轉(zhuǎn)速下，進(jìn)口流量和壓力不變，T1變化Had不變，T1減少，壓比上升(1)第3頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）進(jìn)口溫度增加，進(jìn)氣密度減小，質(zhì)量流量減小，功率減小§6-2性能曲線表示方法（3）進(jìn)口溫度增加，M數(shù)和Re數(shù)均減小，可能使效率增加。2在給定轉(zhuǎn)速下，進(jìn)口流量和進(jìn)口溫度不變，p1變化（1）進(jìn)口壓力變化時(shí)，通流部分各截面壓力成比例變化，而溫度和軸向速度保持不變，故對(duì)壓比和效率無(wú)影響。（2）p1增大，N將增大（3）p1變化，M不變，Re同向變化，但一般仍可大于Recr。第4頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、用組合參數(shù)表示壓縮機(jī)特性曲線§6-2性能曲線表示方法同一工質(zhì)同一臺(tái)壓縮機(jī)第5頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天無(wú)因次性能曲線不受進(jìn)口條件變化影響，具有通用性，也稱通用性能曲線§6-2性能曲線表示方法第6頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-3性能曲線特點(diǎn)級(jí)中損失：葉型損失，環(huán)端面損失和二次流損失，決定效率曲線形狀能量頭系數(shù)h隨f比例下降，決定能量頭曲線形狀第7頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-3性能曲線特點(diǎn)一、轉(zhuǎn)速一定，流量增大，壓比下降流量減小，正沖角增大，氣流轉(zhuǎn)折角與升力系數(shù)增大，但受喘振限制流量增大，負(fù)沖角增大，壓比降低，受阻塞工況限制第8頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、轉(zhuǎn)速一定，某進(jìn)口流量下壓縮機(jī)效率最大，不同轉(zhuǎn)速下，某轉(zhuǎn)速時(shí)壓縮機(jī)效率最高§6-3性能曲線特點(diǎn)不同流量對(duì)應(yīng)不同沖角，某流量下沖角最佳，效率最高轉(zhuǎn)速影響M和Re。某轉(zhuǎn)速時(shí)M和Re綜合影響最小，效率最高。轉(zhuǎn)速低，Re數(shù)影響大；轉(zhuǎn)速高，M數(shù)影響大。第9頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、轉(zhuǎn)速增大時(shí)，壓比顯著增加，穩(wěn)定工況區(qū)域變窄，并向大流量區(qū)移動(dòng)§6-3性能曲線特點(diǎn)能量頭與圓周速度平方成正比，轉(zhuǎn)速大，能量頭和壓比增加。高轉(zhuǎn)速下，M數(shù)大，接近Mmax，發(fā)生阻塞，故穩(wěn)定工況變窄。用fmin和fmax之間范圍來(lái)表示穩(wěn)定工況范圍，當(dāng)轉(zhuǎn)速增大u增加時(shí)，只有同時(shí)增大cz才能保證有合適的，能正常工作的f值，故n增大時(shí)，穩(wěn)定工作區(qū)域向大流量方向移動(dòng)。第10頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、壓縮機(jī)級(jí)數(shù)越多，性能曲線越陡，穩(wěn)定工作區(qū)越窄。§6-3性能曲線特點(diǎn)進(jìn)口容積流量變化，引起后面各級(jí)容積流量更大的相應(yīng)變化，因此穩(wěn)定工作區(qū)變窄；喘振工況幾乎都發(fā)生在性能曲線右支，與離心壓縮機(jī)往往發(fā)生在左支不同；葉片積污或被侵蝕，特性曲線向左下方移動(dòng)。第11頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-4喘振特性及防喘振措施1工況點(diǎn)往返途徑不同2低轉(zhuǎn)速喘振流量下降3進(jìn)氣溫度下降，喘振流量增大一、特性第12頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-4喘振特性及防喘振措施第13頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、防喘振措施1防喘振線（喘振線右比喘振流量大8－10％）§6-4喘振特性及防喘振措施2中間放氣法（改變軸向速度以改變沖角，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，在低轉(zhuǎn)速，小流量下能有效防喘，較常采用）第14頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天3排氣管放氣（放氣能量高，需加以利用）§6-4喘振特性及防喘振措施第15頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天（4）雙轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)（改變u值以改變沖角）前級(jí)易喘振，降低低壓部分轉(zhuǎn)速，以減小u，使正沖角減小后級(jí)易堵塞，提高高壓部分轉(zhuǎn)速，增大u，使負(fù)沖角減小，避免堵塞?！?-4喘振特性及防喘振措施第16頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、靜葉可調(diào)法改變動(dòng)葉前靜葉安裝角，以改變速度三角形，使之與動(dòng)葉幾何參數(shù)相適應(yīng)。靜葉可調(diào)是以沿葉高的某一中間截面為準(zhǔn)，可延緩喘振，擴(kuò)大小流量的穩(wěn)定工作范圍，保持較高效率?！?-4喘振特性及防喘振措施第17頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天靜葉調(diào)節(jié)優(yōu)點(diǎn)1穩(wěn)定工作區(qū)寬，效率較高，有較大適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性2避免由于調(diào)速產(chǎn)生共振的可能性，增加運(yùn)行安全性3氣流與葉片幾何參數(shù)配合好，減小了沖擊現(xiàn)象，流動(dòng)好，噪音較低4比調(diào)轉(zhuǎn)速動(dòng)作迅速，反映快5可由同步電機(jī)拖動(dòng)，不需變速箱，提高了電機(jī)工作經(jīng)濟(jì)性§6-4喘振特性及防喘振措施第18頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-4喘振特性及防喘振措施第19頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-4喘振特性及防喘振措施第20頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-4喘振特性及防喘振措施第21頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-4喘振特性及防喘振措施第22頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-5管網(wǎng)特性與調(diào)節(jié)管網(wǎng)特性一、定風(fēng)量調(diào)節(jié)管網(wǎng)操作壓力變化，改變靜葉角度或轉(zhuǎn)速，保持定風(fēng)量運(yùn)行二、定風(fēng)壓調(diào)節(jié)管網(wǎng)操作壓力變化，改變靜葉角度或轉(zhuǎn)速，保持定壓運(yùn)行第23頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-6軸流與離心壓縮機(jī)性能比較第24頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-6軸流與離心壓縮機(jī)性能比較第25頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-6軸流與離心壓縮機(jī)性能比較第26頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§6-6軸流與離心壓縮機(jī)性能比較第27頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)第28頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)瑞士蘇爾壽公司一、A及AV系列性能特點(diǎn)A系列為靜葉不可調(diào)的固定式多級(jí)軸流壓縮機(jī)系列。該系列有40、45、50、56、63、71、80、90、100、112等10種規(guī)格。Q：50,000-1000,000m3/hP:0.35-1.2Mpa級(jí)數(shù)：10-20轉(zhuǎn)鼓直徑：40-112cmＡＶ系列為靜葉可調(diào)的固定式多級(jí)軸流壓縮機(jī)系列。規(guī)格和Ｑ，ｐ與Ａ系列相同，由于靜葉可調(diào)，流量范圍比Ａ系列大一倍，效率高。第29頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)１機(jī)殼（１）鑄鐵或鑄鋼，不易變形，吸收噪音效果好（２）氣缸水平剖分，且為分缸結(jié)構(gòu)Ａ系列內(nèi)缸（葉片承缸）和外缸ＡＶ系列內(nèi)缸、中間缸（靜葉調(diào)節(jié)缸）和外缸；三缸結(jié)構(gòu)減小應(yīng)力和熱膨脹造成的變形，剛度大。第30頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)２轉(zhuǎn)子等內(nèi)徑結(jié)構(gòu)（各級(jí)轉(zhuǎn)鼓直徑相等）轉(zhuǎn)軸加工方便。轉(zhuǎn)鼓：空心和實(shí)心鍛造能力提高－－－實(shí)心第31頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)３葉片美國(guó)ＮＡＣＡ原始翼型，通過(guò)試驗(yàn)做了某些修改：動(dòng)葉頂部改薄，根部加厚；靜葉沿葉高作成直葉片葉片沿葉高按等環(huán)量規(guī)律扭曲反動(dòng)度８０％的Ｎ８葉型和５０％的Ｎ５葉型葉片第32頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)４定子與靜葉可調(diào)機(jī)構(gòu)可調(diào)靜葉葉根為圓柱形結(jié)構(gòu)，以根據(jù)需要改變靜葉角度可調(diào)靜葉支桿上的軸承是用無(wú)油潤(rùn)滑的石墨青銅材料做成，支桿處裝有橡膠密封圈靜葉片的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是在運(yùn)行中借助中間缸體的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)靜葉片上的曲柄滑塊，繞支桿中心轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)改變靜葉角度。角度改變大小靠連桿長(zhǎng)度控制。中間缸體往復(fù)運(yùn)動(dòng)由司服馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)。第33頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)５平衡盤轉(zhuǎn)子中間段兩側(cè)可作為平衡盤用。平衡盤吸氣側(cè)與排氣管連通，引入高壓氣體；排氣側(cè)與吸氣管連通引入低壓氣體。給轉(zhuǎn)子排氣側(cè)一面以軸向推力，平衡轉(zhuǎn)子動(dòng)葉承受的指向吸氣側(cè)的軸向推力第34頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)６密封用不銹鋼密封片插入軸端的凹形線槽內(nèi)，并用鋼絲固緊密封片與氣缸相摩擦所產(chǎn)生的局部高溫?zé)崃靠杀粴飧咨⒊觥５?5頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第七章軸流壓縮機(jī)典型結(jié)構(gòu)７軸承軸向推力大部分由平衡盤承受，剩余約２０－４０ｋＮ軸向推力由止推軸承承受采用剛性聯(lián)軸器，汽輪機(jī)拖動(dòng)，壓縮機(jī)上不設(shè)止推軸承，由汽輪機(jī)上止推軸承承擔(dān)軸向力。止推軸承：米切爾徑向軸承：大功率低轉(zhuǎn)速橢圓瓦兩油楔軸承，橢圓比大于２小功率高轉(zhuǎn)速活支多瓦軸承第36頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天第八章軸流壓縮機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)§8-1設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則1孤立葉型試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)設(shè)計(jì)沒(méi)考慮到葉柵中葉片之間的相互影響和葉輪旋轉(zhuǎn)的影響，準(zhǔn)確性差，只用于級(jí)壓比很低，葉片數(shù)少的通風(fēng)機(jī)上。第37頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-1設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則2靜態(tài)的平面葉柵吹風(fēng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)設(shè)計(jì)（平面葉柵設(shè)計(jì)法）以靜止平面葉柵的性能與轉(zhuǎn)動(dòng)的壓縮機(jī)環(huán)形葉柵的性能基本相同這樣一種設(shè)想為依據(jù)的設(shè)計(jì)方法。沒(méi)有考慮到葉片轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)性能的影響，以及前后葉排之間存在相互影響等因素。設(shè)計(jì)所的結(jié)果在設(shè)計(jì)工況下比較準(zhǔn)確，而在變工況時(shí)偏差較大平面葉柵試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)單，可以在較短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行設(shè)計(jì)并與試驗(yàn)對(duì)照，多年來(lái)試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累的相當(dāng)豐富，應(yīng)用較多，成為軸流壓縮機(jī)的基本設(shè)計(jì)方法之一。第38頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-1設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則3根據(jù)相似理論，以單級(jí)模型級(jí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)為依據(jù)設(shè)計(jì)（模化設(shè)計(jì)法）基本上考慮到了單級(jí)壓縮機(jī)中一切實(shí)際存在的影響因素。設(shè)計(jì)中可直接利用模型級(jí)的數(shù)據(jù)和性能曲線，而對(duì)實(shí)物與模型級(jí)間存在的幾何相似方面的偏差以及多級(jí)性影響等用一些系數(shù)加以修正。與平面葉柵設(shè)計(jì)法相比，能確切反映壓縮機(jī)中實(shí)際流動(dòng)情況，設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性較高。但得出一個(gè)性能較好的模型級(jí)并非易事，其試驗(yàn)設(shè)備較復(fù)雜，試驗(yàn)所需時(shí)間長(zhǎng)，要化的人力物力都比較多。另外設(shè)計(jì)時(shí)，一些參數(shù)的選擇也受到模型級(jí)的限制，受約束較大。第39頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-1設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則所有設(shè)計(jì)方法都要通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行校驗(yàn)，再反過(guò)來(lái)對(duì)原設(shè)計(jì)做修改調(diào)整。壓縮機(jī)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)多次反復(fù)的過(guò)程，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的過(guò)程。設(shè)計(jì)包括：氣動(dòng)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)第40頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-1設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)原則二、設(shè)計(jì)所遵循的原則1在工作安全可靠性的前提下滿足所需增壓比（固定式，大功率主機(jī)）2效率高，變工況范圍寬3結(jié)構(gòu)緊湊合理，級(jí)數(shù)少，尺寸?。ㄟ\(yùn)輸式）4工藝性好5噪音低第41頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-2設(shè)計(jì)要求與影響因素技術(shù)指標(biāo)：壓比效率級(jí)數(shù)（尺寸）一、影響壓比的因素1基元級(jí)角度，ht與效率相比是提高壓比的主要因素。

由于軸流壓縮機(jī)絕熱效率已相當(dāng)高，可達(dá)95%，即使再采取措施改善流動(dòng)，其提高也有限。（1）提高u方法：提高轉(zhuǎn)速（馬赫數(shù)限制）和徑向尺寸（強(qiáng)度限制）（2）提高扭速方法：受擴(kuò)壓因子D限制（分離損失）第42頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-2設(shè)計(jì)要求與影響因素（3）增大葉柵稠度，使氣流轉(zhuǎn)折角增大，即增大扭速

b一定，增大稠度，t減小，葉片數(shù)增多。摩擦損失增加，葉片根部安裝困難

t一定，加大b，流道軸向尺寸加大當(dāng)b/t增加到一定程度，氣流轉(zhuǎn)折角增大效果不明顯（4）增大流量系數(shù)，增大h，即增大扭速

進(jìn)氣氣流馬赫數(shù)增大小流量系數(shù)情況下，增大反動(dòng)度，提高h(yuǎn)t

小流量系數(shù)本身使扭速降低，且增大反動(dòng)度使速度三角形左偏，馬赫數(shù)過(guò)大第43頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-2設(shè)計(jì)要求與影響因素二、影響效率的因素（級(jí)損失入手）流道：進(jìn)氣室，收斂段，級(jí)組通流部分，擴(kuò)壓段，排氣室?guī)缀螀?shù)因素：葉型形狀，葉片表面質(zhì)量，輪轂比，葉片高度，葉柵稠度，軸向和徑向間隙。氣動(dòng)參數(shù)因素：沖角I，圓周速度，扭速，馬赫數(shù)，流量系數(shù)，反動(dòng)度，級(jí)的流型。第44頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-2設(shè)計(jì)要求與影響因素反動(dòng)度和流量系數(shù)直接影響氣流馬赫數(shù)、阻升比除了與沖角有關(guān)外，主要取決與葉型與葉柵的幾何參數(shù)葉型形狀，彎曲角及葉型安裝角，進(jìn)出口安裝角和葉柵稠度第45頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-2設(shè)計(jì)要求與影響因素級(jí)的角度：所用流型，氣流參數(shù)沿葉高變化規(guī)律，徑向和軸向間隙機(jī)的角度：

通流部分形式，能量頭的分配，反動(dòng)度與流量系數(shù)的變化規(guī)律第46頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-2設(shè)計(jì)要求與影響因素三、影響級(jí)數(shù)（尺寸）的因素（運(yùn)輸式重要）氣動(dòng)角度：提高單級(jí)壓比結(jié)構(gòu)角度：選擇合理葉弦b及軸向間隙減小壓縮機(jī)軸向尺寸第47頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天減小壓縮機(jī)徑向尺寸（壓縮機(jī)迎風(fēng)面積）§8-2設(shè)計(jì)要求與影響因素第一級(jí)葉片頂部直徑Dt（1）Q一定，增大ca，減小流通面積F，減小外徑尺寸（2）F一定，減小輪轂比，可以降低Dt（3）u一定，加大n，降低外徑尺寸（考慮軸承，傳動(dòng)等因素限制）第48頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-3平面葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)法一、氣動(dòng)設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)1壓縮機(jī)的質(zhì)量流量或進(jìn)口條件下的體積流量2壓縮機(jī)進(jìn)口氣體參數(shù)：壓力、溫度和速度3壓縮機(jī)出口壓力或壓比4工質(zhì)組成成分，氣體熱力性質(zhì)參數(shù)，k，cp，R等5轉(zhuǎn)速要求*6特殊要求：效率、尺寸、重量、噪音、轉(zhuǎn)速變化范圍、變工況第49頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-3平面葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)法二、壓縮機(jī)進(jìn)出口元件計(jì)算進(jìn)口元件：壓縮機(jī)進(jìn)口截面至第一級(jí)進(jìn)口前的部分固定式壓縮機(jī)：運(yùn)輸式壓縮機(jī)：進(jìn)氣室進(jìn)口：第50頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-3平面葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)法收斂器進(jìn)口固定式壓縮機(jī)：運(yùn)輸式壓縮機(jī)：第51頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天2壓縮機(jī)出口元件計(jì)算出口截面-擴(kuò)壓器出口固定式壓縮機(jī)：運(yùn)輸式壓縮機(jī)：出口截面§8-3平面葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)法第52頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-3平面葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)法擴(kuò)壓器出口截面第53頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-3平面葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)法擴(kuò)壓器前截面固定式壓縮機(jī)：運(yùn)輸式壓縮機(jī)：第54頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天§8-3平面葉柵氣動(dòng)設(shè)計(jì)法三、方案計(jì)算與比較根據(jù)原始數(shù)據(jù)及進(jìn)出口元件計(jì)算所得的第一級(jí)前與末級(jí)后的氣流參數(shù)，可求得通流部分級(jí)組總的能量頭，然后自行選定c1a，ut，W，d1，u等參數(shù)以及通流部分形式，即可計(jì)算并確定第一級(jí)和末級(jí)的主要幾何尺寸（通流面積，內(nèi)外徑，葉片高度）等。進(jìn)行方案比較。第55頁(yè),共65頁(yè)，2024年2月25日，星期天