透平壓縮機培訓資料

透平壓縮機培訓資料一、基本工作原理透平式壓縮機也叫蝸輪式壓縮機。通常分為離心式壓縮機和軸流式壓縮機兩種。在全低壓空分裝置中，透平式壓縮機得到廣泛的應用。離心壓縮機，對于氣體做功，是通過裝在轉子上的葉輪來實現的，葉輪在驅動機的帶動下旋轉，把所得到的機械能通過葉片傳遞給流過葉輪的氣體。因此氣體在葉輪內的流動過程中，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（動能），氣體離開葉輪后，這部分速度能，在功過葉輪后的擴壓氣，回流器彎道的過程中轉變成為壓力能，進一步使氣體壓力提高。但是，在離心壓縮機中，一個葉輪所能實現的壓力的提高是有限的，一般壓力比僅為1·3～2。因此，為了得到某一個一定的壓力，壓縮機有許多級組成，級的固定元件，除了吸氣室，擴壓器，蝸殼外還有彎道和回流器?，F在我們介紹一下級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氣管或中間冷卻器的出口均勻的吸入工作輪去進行增壓。因此，在每段壓縮機的第一級進口都設置了吸氣室。工作輪工作輪也稱為葉輪，它是壓縮機中的一個最主要的部件。氣體在工作輪葉片的作用下，隨著工作輪做高速旋轉。氣體由于受旋轉離心力的作用，以及在工作輪的擴壓流動，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，可以認為工作輪是氣體提高能量的唯一部件。擴壓器氣體從工作輪流出時，具有較高的流動速度。為了充分利用這部分速度能，常在工作輪后設置了通流截面逐漸擴大的擴壓器，用以把速度能轉化為壓力能，以提高氣體壓力。彎道與回流器為了把擴壓器后的氣體引導到下一級工作輪去繼續(xù)提高壓力，在擴壓器后常設置了使氣體拐彎的彎道，以及把氣體均勻的引入下一級工作輪進口的回流器。蝸殼蝸殼的主要目的是把擴壓器后面的氣體匯集起來，把氣體引到壓縮機的外面去，使它流向氣體的輸送管道或流到冷卻器中進行冷卻。此外在匯集氣體的過程中，在大多數的情況下，由于蝸殼外徑的逐漸擴大，也使氣體起到一定的降速擴壓作用。任何離心壓縮機，都由級組成。由于與工作輪相配合的固定元件不同，級的型式也很多，但從基本結構來看，它區(qū)分為中間級與末級兩種。中間級是由工作輪，擴壓器，彎道，回流器組成。末級時有工作輪，擴壓器，蝸殼組成，氣體經過這一級后，增壓排出機外。當壓縮機要獲得較高的壓力，為了節(jié)省功率的消耗，避免壓縮終了時氣體溫度過高，以及使壓縮機后面的幾級壓力不致過分降低，常將氣體壓到某一壓力后，先引到冷卻器中進行冷卻，降低氣溫之后再繼續(xù)壓縮。這樣依冷卻次數多少可將壓縮機分成幾個段，一個段可以包括幾個級，也可僅有一個級。在段中的最后一級即屬于上述的末級型式。氣體在壓縮機中逐級提高壓力。為了減少氣體在壓縮機中的外部和內部的泄漏，在壓縮機中必須設置各種密封，它是壓縮機中的一個主要組成部分。一般在機殼的前后設了前后軸封以減少外泄漏。此外，在有些壓縮機中，為了減少工作輪作用到止推軸承上的軸向推力，常設置了平衡盤。二．工作輪葉片對氣體的做功是提高氣體的壓力根源。由于葉輪對氣體做功，氣體從進葉輪到離開葉輪的運動速度是有變化的，因此，在研究葉輪做功大小時，首先討論，氣體在葉輪中的運動速度，主要是氣體在工作輪進口和出口的速度。圖一圖一給出了氣體在葉輪進口和出口處的速度變化情況，這就是我們常說的，進、出口速度三角形，組成葉輪進出口速度三角形的氣流速度有：圓周速度U，相對速度W，絕對速度C。速度三角形的改變λ反映了氣體通過葉輪后壓力能和速度能得到了提高。三．離心式壓縮機的結構離心式壓縮機機組是由主機，驅動機，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。壓縮機由氣缸（殼體），固定元件，轉子，密封元件，和軸承所組成，現介紹如下。（一）·機殼：機殼又稱氣缸，機殼的結構形式很多，但對機殼的基本要求，要有足夠的強度以承受壓力，要有足夠的剛性以免變形，要有良好的嚴密性以免氣體外泄。殼體結構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，這種結構多用低壓。垂直剖分就是筒型結構，有筒型本體和端蓋組成。（二）·固定元件：1．擴壓器氣體經過工作輪提高了壓力同時增加了速度，在工作輪出口處氣體的絕對速度是很大的，因此為了使這部分動能轉變?yōu)閴毫δ?，在工作輪后面設擴壓器。擴壓器實質就是一個擴壓通道，他的流動截面逐漸擴大。當工作輪出口氣體速度愈大，擴壓所起的作用就愈大。按結構可分為無葉擴壓器和有葉擴壓器、直壁擴壓器。無葉擴壓器是一種最簡單的擴壓器，它是由兩個平行的壁面構成的等寬度環(huán)形流道所形成的。環(huán)形的內圓周面小于外圓周面，氣體從內圓周面流向外圓周面時，速度逐漸降低，氣體壓力逐漸升高。其優(yōu)點是，結構簡單，造價低，因為不存在葉片進口沖擊損失，它在變動工況條件下具有較好的適應性。其缺點是，氣體按自由流動輸送軌跡，做對數螺旋運動，路程較長，外徑大，流動損失大，效率低些。葉片擴大器內設有等厚度或不等厚度葉片。氣體在這種擴壓器中受到葉片的導引，流動方向是按葉片的型線流動，改變了氣體的方向角，縮短了流動的路線，因而獲得更快的降速和增加。它的優(yōu)點是，相比之下，擴壓器小，流動損失小，效率相應的增高。它的缺點是：氣體在流動時，氣流對葉片進口產生沖擊而使損失增加，當壓縮機處于工況變化的情況下，適應性較差。2．彎道和回流器：從擴壓器出來的氣流，通過彎道和回流器進入下一級葉輪。彎道的作用是氣體轉彎，引導到回流器中去，在回流器中裝有葉片，回流器葉片的進口角，是按照從彎道來的氣流的氣流角決定的。氣體應該是90度角離開回流器葉片，以使氣流能軸向均勻的進入下一級葉輪進口。一般在回流器中，僅引導氣流流動，而不具有擴壓作用，但在高圓周速度的壓縮機中，往往要特殊設計回流器，使其具有一定的降速升壓作用。3．蝸殼：為了把擴壓器后面的氣體引到壓縮機外面，使它流向壓縮機的輸送管道或流到冷卻器中進行冷卻，都須要在壓縮機各段的末級設置蝸殼。蝸殼截面沿氣流流動方向逐漸增大，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）轉子在壓縮機中，汽缸內的轉動部件稱為轉子，轉子是由軸、葉輪、定位套筒、推力盤、平衡盤和聯軸節(jié)組成。葉輪外界的機械功是通過葉輪傳給氣體的，因此葉輪結構的好壞，對效率影響很大。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。由于效率是個很重要的經濟指標，所以在大型的離心式壓縮機中，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型葉輪。離心壓縮機的葉輪是由葉盤，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采用閉式葉輪。每個轉子上葉輪數目一般為5～10個最多。有的配置有兩種，一種是單向排列，另一種是對置排列，這種排列軸向力平衡比較好。主軸離心壓縮機的主軸一般為沒有臺階的光軸，有時也會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，第一臨界轉數也較低，但第二臨街轉數較高。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。對于工作輪按同一方向安裝在主軸上的轉子，由于每個工作輪軸向推力的迭加會使止推軸承的軸向推力過大，常采用平衡盤來解決。利用平衡盤兩側的壓力差產生于轉子軸向力方向相反的力來進行平衡。為了使壓縮機轉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，經常還采用雙進氣工作輪及將工作輪相對裝套置的方法來減弱轉子的軸向推力。（四）密封離心壓縮機上采用的軸密封，主要有兩類，一是迷宮式密封，二是浮環(huán)油膜密封。用于防止級間串氣的為普通的迷宮密封；用于防止平衡盤兩側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內與機外在軸端處的漏氣。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，同時它的壓力就大大的降低，從能量觀點上來說，就是使氣體的壓力能轉化為速度能，而當氣體流過縫道進入密封片間空腔時，由于截面積突然擴大，氣流形成很強烈的漩渦，使它的速度能轉化為熱能，這樣在次一密封室中的氣體壓力就比前一室低了許多，經過若干級減壓，室后氣體泄漏就很微小了。在平衡盤與工作輪都進行了密封。四．壓縮機在使用中的異?，F象：1．喘振喘振是離心壓縮機本身固有的特性。喘振的產生：任何離心壓縮機按其結構尺寸，在某一固定的轉速下，都有一個最高的工作壓力，在此壓力下，相應的有一個最低的流量。當離心壓縮機出口壓力高于此數值時，就會產生喘振。原因：從圖中可以看出，OB為喘振線，A點為正常工作時的工作點，此時通過壓縮機的流量Q1。由于某一個因素使工作點A沿著操作曲線向左移動到超過B點時，則壓力超過了離心壓縮機的最高壓力，流量小于最低的流量Q2，這時工作點就移入壓縮機的不移定區(qū)域，即喘振范圍，壓縮機不能產生與排出管線中預先確定的相同壓力，在短時間里產生了氣體以相反方向通過壓縮機的現象。這時，壓縮機的操作點將迅速移至左端操作線A1點，使流量變成了負值。由于氣體以相反的方向流動，使排氣端的壓力迅速下降，而出口壓力降低后，又可能恢復到正常供氣量，因此操作點A’，迅速移至右端正常工作點A，如果操作狀態(tài)不能迅速改變，操作點A又會左移經過B點進入不移定區(qū)，這樣反復的過程，就是壓縮機的喘振過程?，F象：發(fā)生喘振時，機組開始強烈震動，伴隨發(fā)生異常的吼叫聲，這種振動和叫聲是周期性的，機身相連的出口管線也強烈的震動。入口管線上的壓力表指針大幅度的擺動，出口單向伐處發(fā)出周期性的開和關的撞擊聲，主電機的電流表指針大幅度擺動，流量表也大幅度擺動。后果：①迷宮密封損壞較大，使?jié)櫥痛胪ǖ?。②嚴重的喘振使壓縮機轉子軸向竄動，燒壞止推軸瓦，葉輪又可能被打碎。③更嚴重時，壓縮機遭到破壞。2．臨界轉數：水平放置的軸都存在一定的臨界轉數，它是軸本身的一種特性。軸的剛度轉動慣量不同，臨界轉數也不同。當軸還沒有轉動時，由于重力作用，軸是向下彎曲的，雖然彎曲量很小。彎曲轉過來后仍然是彎曲的，由于軸在轉動，彎曲也不斷出現，表現出來就是震動稱為自振。自振頻率和軸的剛度幾何尺寸等特性有關。軸本身和軸上安裝的零件，由于制造和安裝的原因，軸的中心和轉動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，轉動起來就有一個離心力，此離心力使軸發(fā)生振動，振動的次數決定于轉子的轉數，轉動一次就振動一次，所以叫強迫振動。當自振和強迫振動的頻率相等時叫共振。共振時壓縮機的轉數叫臨界轉數。在臨界轉數下，機器振動最大，對機組的破壞最大。對一臺離心式壓縮機來說，臨界轉數不止一個，轉數最低的一個叫第一臨界轉數。在第一與第二臨界轉數之間運轉壓縮機，應使：1·3第一臨界轉數《=工作轉數《=0·8第二臨界轉數五．離心壓縮機的性能指標離心壓縮機的使用條件不變，會引起壓縮機性能的改變，為了解改變的情況，可以做以下的計算：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改變入口壓力