電站燃?xì)廨啓C(jī)軸流式壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速和喘振現(xiàn)象培訓(xùn)教材_第1頁(yè)
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電站燃?xì)廨啓C(jī)軸流式壓氣機(jī)的旋轉(zhuǎn)失速和喘振現(xiàn)象培訓(xùn)教材在壓氣機(jī)中發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速和喘振現(xiàn)象的原因當(dāng)我們研究壓氣機(jī)的特性曲線時(shí)已經(jīng)指出:在壓氣機(jī)特性曲線的左側(cè),有一條喘振邊界線。假如流經(jīng)壓氣機(jī)的空氣流量減小到一定程度,而使運(yùn)行工況點(diǎn)進(jìn)入了喘振邊界線的左側(cè)區(qū),那么,整臺(tái)壓氣機(jī)的工作就不能穩(wěn)定。那時(shí),空氣流量會(huì)忽大忽??;壓力會(huì)時(shí)高時(shí)低,甚至?xí)霈F(xiàn)氣流由壓氣機(jī)倒流到外界大氣中去的現(xiàn)象,同時(shí)還會(huì)發(fā)生巨大的聲響,使機(jī)組伴隨有強(qiáng)烈的振動(dòng)。這種現(xiàn)象通稱為喘振現(xiàn)象。在機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中,決不能允許壓氣機(jī)在喘振工況下工作。那么,喘振現(xiàn)象究竟是整樣產(chǎn)生的呢?通常認(rèn)為:喘振現(xiàn)象的發(fā)生總是與壓氣機(jī)通流部分中出現(xiàn)的氣流脫離現(xiàn)象有密切關(guān)系。圖3-27上給出了在軸流式壓氣機(jī)流道中,發(fā)生氣流脫離現(xiàn)象時(shí)的物理模型。a)Gv>Gv0時(shí)b)Gv<Gv0(設(shè)計(jì)值)時(shí)圖3-27當(dāng)空氣的容積流量偏離設(shè)計(jì)時(shí),在動(dòng)葉和靜葉流道中發(fā)生的氣流脫離現(xiàn)象我們知道:當(dāng)壓氣機(jī)在設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí),氣流進(jìn)入工作葉柵時(shí)的沖角接近于零。但是當(dāng)空氣體積流量增大時(shí)(參見(jiàn)圖3-27a),氣流的軸向速度c1a就要加大。假如壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速ny恒定不變,那么β1和α2角就會(huì)增大,由此產(chǎn)生了負(fù)沖角(i<0)。當(dāng)空氣體積流量繼續(xù)增大,而使負(fù)沖角加大到一定程度,在葉片的內(nèi)弧面上就會(huì)發(fā)生氣流邊界層的局部脫離現(xiàn)象。但是,這個(gè)脫離區(qū)不會(huì)繼續(xù)發(fā)展。這是由于當(dāng)氣流沿著葉片的內(nèi)弧側(cè)流動(dòng)時(shí),在慣性力的作用下,氣體的脫離區(qū)會(huì)朝著葉片的內(nèi)弧面方向擠攏和靠近,因而可以防止脫離區(qū)的進(jìn)一步發(fā)展。此外,在負(fù)沖角的工況下,壓氣機(jī)的級(jí)壓縮比有所減小,在那時(shí),即使產(chǎn)生了氣流的局部脫離區(qū),也不至于發(fā)展形成氣流的倒流現(xiàn)象??墒?,當(dāng)流經(jīng)工作葉柵的空氣體積流量減小時(shí)(參見(jiàn)圖3-27b),情況將完全相反了。那時(shí),氣流的β1和α2角都會(huì)減小。然而,當(dāng)β1和α2角減小到一定程度后,就會(huì)在葉片的背弧側(cè)產(chǎn)生氣流邊界層的脫離現(xiàn)象。只要這種脫離現(xiàn)象一出現(xiàn),脫離區(qū)就有不斷發(fā)展擴(kuò)大的趨勢(shì)。這是由于當(dāng)氣流沿著葉片的背弧面流動(dòng)時(shí),在慣性力的作用下,存在著一種使氣流離開(kāi)葉片的背面而分離出去的自然傾向。此外,在正沖角的工況下,壓氣機(jī)的級(jí)壓比會(huì)增高,因而,當(dāng)氣流發(fā)生較大的脫離時(shí),氣流就會(huì)朝著葉柵的進(jìn)氣方向倒流,這就為發(fā)生喘振現(xiàn)象提供了前提。試驗(yàn)表明:在葉片較長(zhǎng)的壓氣機(jī)中,氣流的脫離現(xiàn)象多半發(fā)生在葉高方向的局部范圍內(nèi)(例如葉片的頂部)。但是在葉片較短的級(jí)中,氣流的脫離現(xiàn)象卻有可能在整個(gè)葉片的高度上同時(shí)發(fā)生。應(yīng)該指出:上述的氣流脫離現(xiàn)象往往并不是在壓氣機(jī)工作葉柵的整圈范圍內(nèi)同時(shí)發(fā)生的。研究表明:在環(huán)形葉柵的整圈流道內(nèi),可以同時(shí)產(chǎn)生幾個(gè)比較大的脫離區(qū),而這些脫離區(qū)的寬度只不過(guò)涉及到一個(gè)或幾個(gè)葉片的通道。而且,這些脫離區(qū)并不是固定不動(dòng)的,它們將圍繞壓氣機(jī)工作葉輪的軸線,沿著葉輪的旋轉(zhuǎn)方向,以低于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度,連續(xù)地旋轉(zhuǎn)著。因而這種脫離現(xiàn)象又稱為旋轉(zhuǎn)脫離(旋轉(zhuǎn)失速)。那么,這種旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的呢?這個(gè)問(wèn)題可以用圖3-28所示的情況來(lái)說(shuō)明。當(dāng)時(shí),壓氣機(jī)的動(dòng)葉柵正以速度u朝右側(cè)方向移動(dòng)。假如由于空氣體積流量的減少,在葉片2的背弧面上首先出現(xiàn)了氣流的強(qiáng)烈脫離現(xiàn)象,可以設(shè)想:當(dāng)時(shí),處于葉片2和3之間的那個(gè)通道就會(huì)部分地、或是全部地被脫離氣流所堵塞。這樣就會(huì)在這個(gè)通道的進(jìn)口部分。形成一個(gè)氣流停滯區(qū)(或稱低速區(qū)),它將迫使位于停滯區(qū)附近的氣流,逐漸改變其原有的流動(dòng)方向,即:使位于停滯區(qū)右邊的那些氣流的沖角減小,因而葉片1的繞流情況得到改善,氣流的脫離現(xiàn)象將逐漸消失;同時(shí)使位于停滯區(qū)左邊的那些氣流的沖角加大,從而促使在葉片3的背弧側(cè)開(kāi)始發(fā)生氣流的脫離現(xiàn)象。由此可見(jiàn),氣流的脫離區(qū)并不是恒定地固定在一個(gè)葉片上的,它會(huì)以某一個(gè)與動(dòng)葉柵的運(yùn)動(dòng)方向相反的速度u′,從右側(cè)朝左側(cè)方向逐漸轉(zhuǎn)移。試驗(yàn)表明:脫離區(qū)的轉(zhuǎn)移速度u′一般要比動(dòng)葉柵的圓周速度u低50%-70%。因此,在地面上當(dāng)人們觀察這個(gè)脫離區(qū)時(shí)將發(fā)現(xiàn):它會(huì)以一個(gè)比壓氣機(jī)工作轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速ny低得多的旋轉(zhuǎn)速度,沿著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向連續(xù)地旋轉(zhuǎn)著。這種旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象無(wú)論在單級(jí)壓氣機(jī)中,或是在多級(jí)壓氣機(jī)中都會(huì)發(fā)生。只要這種現(xiàn)象一旦出現(xiàn),就會(huì)導(dǎo)致壓氣機(jī)級(jí)后的空氣流量和壓力,同時(shí)發(fā)生一定程度的波動(dòng)。圖3-28壓氣機(jī)動(dòng)葉柵中的旋轉(zhuǎn)脫流現(xiàn)象圖3-29漸進(jìn)失速級(jí)的特性線實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):旋轉(zhuǎn)脫離(失速)可以分為兩類。如果在失速的運(yùn)行區(qū)域內(nèi),壓氣機(jī)的特性曲線是連續(xù)的,這類現(xiàn)象稱為漸進(jìn)失速,如圖3-29所示。漸進(jìn)失速意味著:隨空氣流量的減少,失速區(qū)的數(shù)目增多,氣流受停滯的面積逐漸擴(kuò)大。一般在小輪轂比的級(jí)中,當(dāng)流量降低到小于失速值時(shí),常在葉片的一端出現(xiàn)幾個(gè)失速區(qū),它們的位置在葉片環(huán)形面積上是對(duì)稱分布的,失速區(qū)的傳播速度也是恒定的。當(dāng)流量進(jìn)一步減小時(shí),失速區(qū)在徑向和周向擴(kuò)大,失速區(qū)的數(shù)目也逐漸增多。通常,失速區(qū)的數(shù)目在1-12個(gè)范圍內(nèi)。另一類失速稱為突變失速,它常發(fā)生在大輪轂比的級(jí)中。那時(shí),沿全部葉片高度方向幾乎同時(shí)出現(xiàn)失速現(xiàn)象,并且迅速擴(kuò)展成占圓周1/2-1/3的大失速區(qū)。失速區(qū)的數(shù)目一般只有1-2個(gè)。圖3-30突變失速級(jí)的特性曲線圖3-30中給出了突變失速級(jí)的特性曲線。那時(shí)級(jí)的特性曲線是不連續(xù)的。當(dāng)空氣流量降低到圖3-30中的A點(diǎn)以下時(shí),首先開(kāi)始出現(xiàn)局部失速,這時(shí)級(jí)的壓縮比開(kāi)始下降。當(dāng)流量進(jìn)一步減小,在B點(diǎn)出現(xiàn)突變失速時(shí),壓氣機(jī)的工作點(diǎn)就會(huì)從B點(diǎn)跳到C點(diǎn),那時(shí),級(jí)的壓縮比急劇地下降,使等速線間斷,并明顯地分為不連續(xù)的兩個(gè)區(qū)段。倘若進(jìn)一步減少流量,失速區(qū)將擴(kuò)大,級(jí)的壓縮比繼續(xù)下降。流量和壓縮比的脈動(dòng)幅度也都會(huì)增高。如果這時(shí)開(kāi)始增大流量,那么達(dá)到C點(diǎn)的流量后,失速區(qū)仍將相對(duì)地保持穩(wěn)定,旋轉(zhuǎn)失速并不消除,而是要到流量增加到D時(shí),旋轉(zhuǎn)失速特性線上段的A點(diǎn)上去,重新恢復(fù)穩(wěn)定工作。由于在這種失速條件下沿全葉高方向幾乎同時(shí)出現(xiàn)強(qiáng)烈的氣流脈動(dòng),因此,葉片受到的激振力要比漸進(jìn)型大得多。所以突變失速是一種更加危險(xiǎn)的不穩(wěn)定狀態(tài)。圖3-30突變失速級(jí)的特性曲線總的來(lái)說(shuō),當(dāng)壓氣機(jī)在低轉(zhuǎn)速區(qū)工作時(shí),經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象。它最嚴(yán)重的后果是會(huì)使葉片損壞,從而有可能使整臺(tái)壓氣機(jī)破壞。通過(guò)以上分析可以看清:氣流脫離現(xiàn)象(失速)是壓氣機(jī)工作過(guò)程中有可能出現(xiàn)的一種特殊的內(nèi)部流動(dòng)形態(tài)。只有當(dāng)空氣體積流量減少到一定程度后,氣流的正沖角就會(huì)加大到某個(gè)臨界值,以致在壓氣機(jī)葉柵中,迫使氣流產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)失速流動(dòng)。嚴(yán)格地講,失速的分類知識(shí)對(duì)單級(jí)壓氣機(jī)是合適的。在多級(jí)壓氣機(jī)中往往兩類失速現(xiàn)象共存。通常,在多級(jí)壓氣機(jī)中使用全臺(tái)失速的概念,其含義是指多級(jí)壓氣機(jī)的性能有類似于單級(jí)壓氣機(jī)中突變失速那樣的不連續(xù)特性。但是必須注意,假如在壓氣機(jī)通流部分中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)失速比較微弱,那么,壓氣機(jī)并不一定就會(huì)馬上進(jìn)入喘振工況。只有當(dāng)體積流量繼續(xù)減小,致使旋轉(zhuǎn)失速進(jìn)一步發(fā)展后,在整臺(tái)壓氣機(jī)中才能出現(xiàn)不穩(wěn)定的喘振現(xiàn)象。那時(shí),壓氣機(jī)的流量和壓力就會(huì)發(fā)生大幅度的、低頻的周期性波動(dòng),并伴隨有風(fēng)嘯似的喘振聲,甚至有空氣從壓氣機(jī)倒流到大氣中去。在這種情況下壓氣機(jī)就不能正常工作。圖3-31中給出了壓氣機(jī)在喘振工況下所發(fā)生的壓力和速度的波動(dòng)示例,可以說(shuō)明問(wèn)題。a)壓氣機(jī)的正常運(yùn)行情況b)喘振工況p-壓力pp-平均壓力c-速度圖3-31壓氣機(jī)在喘振工況下壓力和速度的波動(dòng)情況1-壓氣機(jī)1-壓氣機(jī)2-工作系統(tǒng)(容器)3-閥門(mén)圖3-32壓氣機(jī)的工作系統(tǒng)簡(jiǎn)圖總之,在壓氣機(jī)中出現(xiàn)的喘振現(xiàn)象是一種比較復(fù)雜的流動(dòng)過(guò)程,它的發(fā)生是以壓氣機(jī)通流部分中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象為前提的,但也與壓氣機(jī)后面的工作系統(tǒng)有關(guān)。試驗(yàn)表明:工作系統(tǒng)的體積越大,喘振時(shí)空氣流量和壓力的震蕩周期就越長(zhǎng),而且對(duì)于同一臺(tái)壓氣機(jī)來(lái)說(shuō),如果與它配合進(jìn)行工作的系統(tǒng)不同,那么,在整個(gè)系統(tǒng)中發(fā)生的喘振現(xiàn)象也就不一樣。喘振對(duì)壓氣機(jī)有極大的破壞性。出現(xiàn)喘振時(shí),壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率都不穩(wěn)定,整臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)都會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動(dòng),并伴有突發(fā)的、低沉的氣流轟鳴聲,有時(shí)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)熄火停車。倘若喘振狀態(tài)下的工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng),壓氣機(jī)和燃?xì)馔钙饺~片以及燃燒室的部件都有可能因振動(dòng)和高溫而損壞,所以在燃?xì)廨啓C(jī)的工作過(guò)程中決不允許出現(xiàn)壓氣機(jī)的喘振工況。最后應(yīng)該指出:喘振和旋轉(zhuǎn)失速是兩種完全不同的氣流脈動(dòng)現(xiàn)象。喘振時(shí)通過(guò)壓氣機(jī)的流量會(huì)出現(xiàn)較大幅度的脈動(dòng)。而旋轉(zhuǎn)失速則是一種繞壓氣機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的低流量區(qū),那時(shí)通過(guò)壓氣機(jī)的平均流量是不變的。研究表明:當(dāng)壓氣機(jī)在低于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速ny0的情況下工作時(shí),在壓氣機(jī)的前幾級(jí)中將會(huì)出現(xiàn)較大的正沖角,而后幾級(jí)中卻會(huì)形成負(fù)沖角。因而當(dāng)空氣流量降低到某個(gè)極限時(shí),在壓氣機(jī)中容易發(fā)生因前幾級(jí)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)失速而導(dǎo)致的喘振現(xiàn)象。反之,當(dāng)壓氣機(jī)的前幾級(jí)在高于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速ny0情況工作知,壓氣機(jī)的后幾級(jí)中則會(huì)發(fā)生正沖角,那時(shí)喘振現(xiàn)象多半是由于發(fā)生在后幾級(jí)中的旋轉(zhuǎn)失速現(xiàn)象引起的。最后,對(duì)壓氣機(jī)的喘振現(xiàn)象可以歸納出以下幾點(diǎn)看法,以便加深認(rèn)識(shí)。級(jí)壓縮比越高的壓氣機(jī)、或者是總壓縮比越高和級(jí)數(shù)越多的壓氣機(jī),就越容易發(fā)生喘振現(xiàn)象。這是由于在這種壓氣機(jī)的葉柵中,氣流的擴(kuò)壓程度比較大,因而也就容易使氣流生產(chǎn)脫離(失速)現(xiàn)象。多級(jí)軸流式壓氣機(jī)的喘振邊界線不一定是一條平滑的曲線,而往往可能是一條折線。據(jù)分析認(rèn)為:其原因可能是由于在不同的轉(zhuǎn)速工況下,進(jìn)入喘振工況的級(jí)并不相同的緣故。在多級(jí)軸流式壓氣機(jī)中,因最后幾級(jí)氣流的旋轉(zhuǎn)失速而引起的喘振現(xiàn)象會(huì)更加危險(xiǎn),因?yàn)槟菚r(shí)機(jī)組的負(fù)荷一定很高,而這些級(jí)的葉片又比較短,氣流的失速現(xiàn)象很可能在整個(gè)葉高范圍內(nèi)發(fā)生,再加上當(dāng)?shù)氐膲毫τ指?,壓力的波?dòng)比較厲害,因而氣流的大幅度脈動(dòng)就會(huì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。進(jìn)排氣口的氣流流動(dòng)不均勻的壓氣機(jī)就越容易發(fā)生喘振現(xiàn)象。防止在壓氣機(jī)中發(fā)生喘振現(xiàn)象的措施概括來(lái)說(shuō),目前防止發(fā)生喘振現(xiàn)象的措施有五個(gè)方面,即(1)在計(jì)壓氣機(jī)時(shí)應(yīng)合理選擇各級(jí)之間流量系數(shù)Φ=ca/u的配合關(guān)系,力求擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。很明顯,隨著流量系數(shù)值的減小,氣流的正沖角將增大,壓氣機(jī)級(jí)會(huì)逐漸趨近于喘振工況。當(dāng)達(dá)到某個(gè)極限值φ1時(shí),在壓氣機(jī)的級(jí)中就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流脫離現(xiàn)象,以致進(jìn)入喘振區(qū)。由于在低速工況下,壓氣機(jī)的前幾級(jí)最容易發(fā)生喘振,因而在設(shè)計(jì)那種需要經(jīng)常在低于設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速工況下運(yùn)行的壓氣機(jī)時(shí),就應(yīng)該把壓氣機(jī)前幾級(jí)的流量系數(shù)選得大些,也就是說(shuō),這些級(jí)的外加功量應(yīng)該取得小些,這樣就能保證壓氣機(jī)前幾級(jí)不容易進(jìn)入喘振工況。反之,在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速恒定不變的壓氣機(jī),或者運(yùn)轉(zhuǎn)速度允許比設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速稍微高一些的壓氣機(jī)時(shí),人們就應(yīng)該把這類壓氣機(jī)的后幾級(jí)流量系數(shù)選得大些,以擴(kuò)大后面幾級(jí)葉柵的穩(wěn)定工作范圍。(2)在軸流式壓氣機(jī)的第一級(jí),或者前面若干級(jí)中,裝設(shè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的防喘措施。為什么這種措施能夠起到防喘振的作用呢?這個(gè)問(wèn)題很容易從圖3-33中獲得解釋。a)導(dǎo)葉安裝角γp恒定不動(dòng)的情況b)入口導(dǎo)葉可旋轉(zhuǎn)的情況圖3-33壓氣機(jī)入口導(dǎo)葉恒定不動(dòng)和可以旋轉(zhuǎn)時(shí),氣流速度三角形的變化情況圖3-33a中表示出了:當(dāng)壓氣機(jī)采用固定導(dǎo)葉時(shí),在壓氣機(jī)第一級(jí)動(dòng)葉前,由于空氣流量的改變而引起了氣流速度三角形的變化關(guān)系。那時(shí),氣流流進(jìn)動(dòng)葉時(shí)的絕對(duì)速度:c1、c1′、c1″的方向?qū)嶋H上是不變的。因此,當(dāng)動(dòng)葉的圓周速度u恒定不變時(shí),或者是當(dāng)氣流的軸向速度c2與圓周速度u不能按照同一個(gè)比例關(guān)系進(jìn)行變化時(shí),那么,氣流流進(jìn)動(dòng)葉時(shí)的沖角i就要發(fā)生變化。圖3-33a中的①表示出了:在設(shè)計(jì)工況下,氣流進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)的流動(dòng)情況,那時(shí),進(jìn)氣沖角i=0;②表示出了:空氣流量大于設(shè)計(jì)值時(shí),或者是氣流軸向速度的增長(zhǎng)率大于圓周速度增長(zhǎng)率時(shí)(反之,當(dāng)軸向速度的減小率小于圓周速度的減小率時(shí))氣流的流動(dòng)情況,那時(shí)將產(chǎn)生負(fù)沖角(i<0);③則表示出了:空氣流量小于設(shè)計(jì)值時(shí),或者是氣流軸向速度的增長(zhǎng)率小于圓周速度的增長(zhǎng)率時(shí)(反之,當(dāng)軸向速度的減小率大于圓周速度的減小率時(shí))氣流的流動(dòng)狀況——這種情況正是燃?xì)廨啓C(jī)啟動(dòng)時(shí),在壓氣機(jī)中經(jīng)常遇到的狀況,那時(shí),將產(chǎn)生正沖角(i>0)。由此可見(jiàn),在低轉(zhuǎn)速情況下,壓氣機(jī)的前幾級(jí)是很容易進(jìn)入喘振工況的。從圖3-33b中可以清楚地看出壓氣機(jī)入口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的作用。當(dāng)流進(jìn)壓氣機(jī)的空氣流量發(fā)生變化時(shí),我們可以關(guān)小或開(kāi)大可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的安裝角γp,使氣流絕對(duì)速度:c1、c1′和c1″的方向發(fā)生變化,這樣就能保證氣流進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)的相對(duì)速度:w1、w1′、w1″的方向恒定不變。由此可見(jiàn),在變工況條件下,當(dāng)壓氣機(jī)中出現(xiàn)了軸向速度與圓周速度的配合關(guān)系如圖3-33a中③那樣的情況時(shí),我們只要把壓氣機(jī)導(dǎo)向葉片的安裝角γp關(guān)小,就能減小或消除氣流進(jìn)入動(dòng)葉時(shí)的正沖角,從而達(dá)到防喘的目的。由于在低轉(zhuǎn)速工況下,壓氣機(jī)的前幾級(jí)最容易進(jìn)入喘振工況,因而通??偸前褖簹鈾C(jī)的第一級(jí)入口導(dǎo)葉,設(shè)計(jì)成為可以旋轉(zhuǎn)的。圖3-34中給出了在某臺(tái)20MW的燃?xì)廨啓C(jī)上采用的壓氣機(jī)第一級(jí)入口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的示意圖。這時(shí),在每一個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的頂部都安裝了一個(gè)小齒輪,旋轉(zhuǎn)這些小齒輪就可以改變?nèi)肟趯?dǎo)葉的安裝角。這些小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)則是依靠?jī)蓚€(gè)半圓形的齒條來(lái)帶動(dòng)的。而齒條的動(dòng)作卻由專門(mén)設(shè)計(jì)的油動(dòng)機(jī)來(lái)操縱。在這臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)中,當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升高到額定轉(zhuǎn)速n0的95%之前,第一級(jí)入口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的安裝角將始終維持為γp=44°。但是,當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速升高到95%n0時(shí),帶動(dòng)齒條動(dòng)作的油動(dòng)機(jī),在液壓油的作用下,通過(guò)活塞和連桿的動(dòng)作,可以使兩個(gè)半圓形的齒條旋轉(zhuǎn)一定角度。這樣,就可以把每個(gè)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的安裝角γp,迅速地開(kāi)到γp=80°的位置上去。此后,當(dāng)機(jī)組進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)后,壓氣機(jī)第一級(jí)入口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的安裝角將始終維持在γp=80°的位置上工作。只是當(dāng)機(jī)組發(fā)出停機(jī)信號(hào),并使轉(zhuǎn)速下降到87.5%n0時(shí),才能再次通過(guò)油動(dòng)機(jī)去推動(dòng)半圓形齒條作反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),使壓氣機(jī)第一級(jí)入口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的安裝角重新關(guān)小到γp=44°的位置上去。1-齒條2-齒輪圖3-34某臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)上采用的入口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的示意圖圖3-35在轉(zhuǎn)速恒定不變的情況下,導(dǎo)葉的安裝角改變時(shí),壓圖3-35在轉(zhuǎn)速恒定不變的情況下,導(dǎo)葉的安裝角改變時(shí),壓氣機(jī)特性曲線的變化關(guān)系顯然,這個(gè)措施的效應(yīng)可以在壓氣機(jī)的特性曲線上得到反映,如圖3-35所示。從圖中可以看出:當(dāng)導(dǎo)向葉片的安裝角減小時(shí),壓氣機(jī)的特性曲線就會(huì)向左上方移動(dòng)。這正意味著壓氣機(jī)的喘振邊界線將朝著流量減小的方向變動(dòng),這對(duì)于擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定工況范圍是很有利的。還應(yīng)該指出:在燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)時(shí),關(guān)小壓氣機(jī)入口導(dǎo)葉安裝角的措施,對(duì)于減小機(jī)組的起動(dòng)功率也是有好處的,這是由于在這種情況下,流進(jìn)壓氣機(jī)的空氣流量將會(huì)大大減少的緣故。在壓氣機(jī)通流部分的某一個(gè)或若干個(gè)截面上,安裝防喘放氣閥的措施。鑒于機(jī)組在起動(dòng)工況和低轉(zhuǎn)速工況下,流經(jīng)壓氣機(jī)前幾級(jí)的空氣流量過(guò)少,以致會(huì)發(fā)生較大的正沖角,而使壓氣機(jī)進(jìn)入喘振工況,于是人們就設(shè)想出在容易進(jìn)入喘振工況的某些級(jí)的后面,開(kāi)啟一個(gè)或幾個(gè)旁通放氣閥,迫使大量空氣流過(guò)放氣閥之前的那些級(jí),那么就有可能避免在這些級(jí)中產(chǎn)生過(guò)大的正沖角,從而達(dá)到防喘的目的。圖3-36中給出了在一臺(tái)多級(jí)軸流式壓氣機(jī)上裝設(shè)防喘放氣閥的示意圖。圖3-36多級(jí)軸流式壓氣機(jī)上的防喘放氣閥當(dāng)然,選擇防喘放氣閥的安裝位置甚為重要。實(shí)踐表明:把防喘放氣閥安裝在壓氣機(jī)的最前幾級(jí),并不能獲得很好的效果。假如把它們安裝在壓氣機(jī)的最后幾級(jí),甚至于是安裝在壓氣機(jī)后的排氣管道上,對(duì)于擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍雖有好處,但是由于放氣壓力很高,由旁通放氣閥排出的空氣所帶走的能量損失就很大。因此,人們總是愿意把防喘放氣閥分布在壓氣機(jī)通流部分的若干截面上。這樣,既能改善那些流動(dòng)情況最為惡劣的壓氣機(jī)級(jí)的工作條件,又能使放氣能量不至于太大。在PG5331燃?xì)廨啓C(jī)上,為了防止機(jī)組在起動(dòng)過(guò)程中進(jìn)入喘振工況,除了采取可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的措施外,還在壓氣機(jī)第10級(jí)后面的抽氣管路上,安裝了兩個(gè)防喘放氣閥。從機(jī)組的起動(dòng)瞬間開(kāi)始,一直到機(jī)組轉(zhuǎn)速升高到95%n0之前,這兩個(gè)防喘放氣閥將始終開(kāi)啟著。只是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速超過(guò)95%n0以后,這兩個(gè)閥門(mén)才被關(guān)閉。很明顯,防喘放氣閥打開(kāi)時(shí),燃?xì)廨啓C(jī)的運(yùn)行線將遠(yuǎn)離壓氣機(jī)的喘振邊界線。圖3-37選擇機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)時(shí)對(duì)防喘安全裕量的考慮圖3-37選擇機(jī)組運(yùn)行點(diǎn)時(shí)對(duì)防喘安全裕量的考慮實(shí)踐表明;對(duì)于特性曲線已經(jīng)設(shè)計(jì)確定了的壓氣機(jī)來(lái)說(shuō),假如能使機(jī)組在滿負(fù)荷工況下的運(yùn)行點(diǎn)(參見(jiàn)圖3-37),離壓氣機(jī)的喘振邊界線有一定的安全裕量,即那么,機(jī)組在滿負(fù)荷工況時(shí),就不會(huì)發(fā)生喘振現(xiàn)象,在設(shè)計(jì)和運(yùn)行機(jī)組時(shí),必須考慮這個(gè)原則。1-低壓壓氣機(jī)1-低壓壓氣機(jī)2-高壓壓氣機(jī)3-燃燒室4-高壓透平5-負(fù)荷6-低壓透平圖3-38雙軸(轉(zhuǎn)子)燃?xì)廨啓C(jī)方案圖3-38中給出了這種方案的示意圖。在這種方案中高壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速是恒定不變的,而低壓壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)速將隨負(fù)荷的降低而下降。如前所述:一臺(tái)多級(jí)軸流式壓氣機(jī),當(dāng)其轉(zhuǎn)速低于設(shè)計(jì)值時(shí),在壓氣機(jī)的前幾級(jí)中將會(huì)產(chǎn)生較大的正沖角,因而容易進(jìn)入喘振工況。那時(shí),整臺(tái)壓氣機(jī)中氣流的沖角偏離設(shè)計(jì)值的情況如圖3-39a所示。a)單軸(轉(zhuǎn)子)壓氣機(jī)內(nèi)各級(jí)間沖角的變化關(guān)系b)雙軸(轉(zhuǎn)子)壓氣機(jī)內(nèi)各級(jí)沖角的變化關(guān)系圖3-39

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