轴流式压缩机.pptx

第六章 轴流压缩机性能曲线6-1 性能曲线的定义与作用一定进口温度和压力下，不同转速时压缩机压比，效率与流量的关系曲线一定进口温度和压力下，不同转速时压缩机压比，效率与流量的关系曲线1 了解设计工况和非设计工况下压缩机主要特性参数数值及变化特点了解设计工况和非设计工况下压缩机主要特性参数数值及变化特点2 了解喘振界限和阻塞工况的位置，及稳定工况的范围了解喘振界限和阻塞工况的位置，及稳定工况的范围3 当与管网联合工作时，了解整个装置工作性能。当与管网联合工作时，了解整个装置工作性能。轴流压缩机与离心压缩机性能曲线比较轴流压缩机与离心压缩机性能曲线比较6-1 性能曲线的定义与作用轴流压缩机效率高，（流道短而轴流压缩机效率高，（流道短而平直，无急剧转弯）平直，无急剧转弯）但压比低（叶栅流道扩压，无离但压比低（叶栅流道扩压，无离心力作用升压）心力作用升压）特性曲线陡，稳定工况范围窄特性曲线陡，稳定工况范围窄（冲角敏感）（冲角敏感）功率随流量增大而下降功率随流量增大而下降6-2 性能曲线表示方法一、进口条件一定时所表示的性能曲线一、进口条件一定时所表示的性能曲线1 给定转速下，进口流量和压力不变，给定转速下，进口流量和压力不变，T1变化变化Had不变，不变，T1减少，压比上升减少，压比上升(1)（2）进口温度增加，进气密度减小，质量流量减小，功率减小6-2 性能曲线表示方法（3）进口温度增加，M数和Re数均减小，可能使效率增加。2 在给定转速下，进口流量和进口温度不变，p1变化（1）进口压力变化时，通流部分各截面压力成比例变化，而温度和轴向速度保持不变，故对压比和效率无影响。（2）p1增大，N将增大（3）p1变化，M不变，Re同向变化，但一般仍可大于Recr。二、用组合参数表示压缩机特性曲线6-2 性能曲线表示方法同一工质同一工质同一台压缩机同一台压缩机无因次性能曲线不受进口条件变化影响，具有通用性，也称通用性能曲线无因次性能曲线不受进口条件变化影响，具有通用性，也称通用性能曲线6-2 性能曲线表示方法6-3 性能曲线特点级中损失：叶型损失，环端面损失和二次流损失，决定效率曲线形状级中损失：叶型损失，环端面损失和二次流损失，决定效率曲线形状能量头系数能量头系数h随随f f比例下降，决定能量头曲线形状比例下降，决定能量头曲线形状6-3 性能曲线特点一、转速一定，流量增大，压比下降流量减小，正冲角增大，气流转折角与升力系数增大，但受喘振限制流量减小，正冲角增大，气流转折角与升力系数增大，但受喘振限制流量增大，负冲角增大，压比降低，受阻塞工况限制流量增大，负冲角增大，压比降低，受阻塞工况限制二、转速一定，某进口流量下压缩机效率最大，不同转速下，某转速 时压缩机效率最高6-3 性能曲线特点不同流量对应不同冲角，某流量下冲角最佳，效率最高不同流量对应不同冲角，某流量下冲角最佳，效率最高转速影响转速影响M和和Re。某转速时。某转速时M和和Re综合影响最小，效率最高。综合影响最小，效率最高。转速低，转速低，Re数影响大；转速高，数影响大；转速高，M数影响大。数影响大。三、转速增大时，压比显著增加，稳定工况区域变窄，并向大流量区移动6-3 性能曲线特点能量头与圆周速度平方成正比，转速大，能量头和压比增加。能量头与圆周速度平方成正比，转速大，能量头和压比增加。高转速下，高转速下，M数大，接近数大，接近Mmax，发生阻塞，故稳定工况变窄。，发生阻塞，故稳定工况变窄。用用f fmin和和f fmax之间范围来表示稳定工况范围，当转速增大之间范围来表示稳定工况范围，当转速增大u增加增加时，只有同时增大时，只有同时增大cz才能保证有合适的，能正常工作的才能保证有合适的，能正常工作的f f值，故值，故n增大时，稳定工作区域向大流量方向移动。增大时，稳定工作区域向大流量方向移动。四、压缩机级数越多，性能曲线越陡，稳定工作区越窄。四、压缩机级数越多，性能曲线越陡，稳定工作区越窄。6-3 性能曲线特点进口容积流量变化，引起后面各级容积流量更进口容积流量变化，引起后面各级容积流量更大的相应变化，因此稳定工作区变窄；喘振工大的相应变化，因此稳定工作区变窄；喘振工况几乎都发生在性能曲线右支，与离心压缩机况几乎都发生在性能曲线右支，与离心压缩机往往发生在左支不同；叶片积污或被侵蚀，特往往发生在左支不同；叶片积污或被侵蚀，特性曲线向左下方移动。性曲线向左下方移动。6-4 喘振特性及防喘振措施1 工况点往返途径不同工况点往返途径不同2 低转速喘振流量下降低转速喘振流量下降3 进气温度下降，喘振流量增大进气温度下降，喘振流量增大一、特性一、特性6-4 喘振特性及防喘振措施二、防喘振措施1 防喘振线（喘振线右比喘振流量大810）6-4 喘振特性及防喘振措施2 中间放气法（改变轴向速度以改变冲角，结构简单，使用方便，在低转速，小流量下能有效防喘，较常采用）3 排气管放气（放气能量高，需加以利用）6-4 喘振特性及防喘振措施（4）双转子结构（改变u值以改变冲角）前级易喘振，降低低压部分转速，以减小u，使正冲角减小后级易堵塞，提高高压部分转速，增大u，使负冲角减小，避免堵塞。6-4 喘振特性及防喘振措施三、静叶可调法三、静叶可调法改变动叶前静叶安装角，改变动叶前静叶安装角，以改变速度三角形，使之以改变速度三角形，使之与动叶几何参数相适应。与动叶几何参数相适应。静叶可调是以沿叶高的某静叶可调是以沿叶高的某一中间截面为准，可延缓一中间截面为准，可延缓喘振，扩大小流量的稳定喘振，扩大小流量的稳定工作范围，保持较高效率。工作范围，保持较高效率。6-4 喘振特性及防喘振措施静叶调节优点1 1 稳定工作区宽，效率较高，有较大适应性和经济性稳定工作区宽，效率较高，有较大适应性和经济性2 避免由于调速产生共振的可能性，增加运行安全性避免由于调速产生共振的可能性，增加运行安全性3 气流与叶片几何参数配合好，减小了冲击现象，流动好，噪音较低气流与叶片几何参数配合好，减小了冲击现象，流动好，噪音较低4 比调转速动作迅速，反映快比调转速动作迅速，反映快5 可由同步电机拖动，不需变速箱，提高了电机工作经济性可由同步电机拖动，不需变速箱，提高了电机工作经济性6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-4 喘振特性及防喘振措施6-5 管网特性与调节管网特性管网特性一、定风量调节一、定风量调节管网操作压力变化，改变管网操作压力变化，改变静叶角度或转速，保持定静叶角度或转速，保持定风量运行风量运行二、定风压调节二、定风压调节管网操作压力变化，改管网操作压力变化，改变静叶角度或转速，保变静叶角度或转速，保持定压运行持定压运行6-6 轴流与离心压缩机性能比较6-6 轴流与离心压缩机性能比较6-6 轴流与离心压缩机性能比较6-6 轴流与离心压缩机性能比较第七章 轴流压缩机典型结构第七章 轴流压缩机典型结构瑞士苏尔寿公司瑞士苏尔寿公司一、一、A及及AV系列性能特点系列性能特点A系列为静叶不可调的固定式多级轴流压缩机系列。该系列有系列为静叶不可调的固定式多级轴流压缩机系列。该系列有40、45、50、56、63、71、80、90、100、112等等10种规格。种规格。Q：50,000-1000,000 m3/hP:0.35-1.2 Mpa级数：级数：10-20转鼓直径：转鼓直径：40-112 cm系列为静叶可调的固定式多级轴流压缩机系列。规格和，与系列为静叶可调的固定式多级轴流压缩机系列。规格和，与系列相同，由于静叶可调，流量范围比系列大一倍，效率高。系列相同，由于静叶可调，流量范围比系列大一倍，效率高。第七章 轴流压缩机典型结构二、结构特点二、结构特点机壳机壳（）铸铁或铸钢，不易变形，吸收噪音效果好（）铸铁或铸钢，不易变形，吸收噪音效果好（）气缸水平剖分，且为分缸结构（）气缸水平剖分，且为分缸结构系列内缸（叶片承缸）和外缸系列内缸（叶片承缸）和外缸系列内缸、中间缸（静叶调节缸）和外缸；三缸结构减小系列内缸、中间缸（静叶调节缸）和外缸；三缸结构减小应力和热膨胀造成的变形，刚度大。应力和热膨胀造成的变形，刚度大。第七章 轴流压缩机典型结构转子转子等内径结构（各级转鼓直径相等）等内径结构（各级转鼓直径相等）转轴加工方便。转轴加工方便。转鼓：空心和实心转鼓：空心和实心锻造能力提高实心锻造能力提高实心第七章 轴流压缩机典型结构叶片叶片美国原始翼型，通过试验做了某些修改：美国原始翼型，通过试验做了某些修改：动叶顶部改薄，根部加厚；静叶沿叶高作成直叶片动叶顶部改薄，根部加厚；静叶沿叶高作成直叶片叶片沿叶高按等环量规律扭曲叶片沿叶高按等环量规律扭曲反动度的叶型和的叶型叶片反动度的叶型和的叶型叶片第七章 轴流压缩机典型结构定子与静叶可调机构定子与静叶可调机构可调静叶叶根为圆柱形结构，以根据需要改变静叶角度可调静叶叶根为圆柱形结构，以根据需要改变静叶角度可调静叶支杆上的轴承是用无油润滑的石墨青铜材料做成，支杆可调静叶支杆上的轴承是用无油润滑的石墨青铜材料做成，支杆处装有橡胶密封圈处装有橡胶密封圈静叶片的调节机构是在运行中借助中间缸体的往复运动，带动静静叶片的调节机构是在运行中借助中间缸体的往复运动，带动静叶片上的曲柄滑块，绕支杆中心转动来改变静叶角度。角度改变叶片上的曲柄滑块，绕支杆中心转动来改变静叶角度。角度改变大小靠连杆长度控制。大小靠连杆长度控制。中间缸体往复运动由司服马达来驱动。中间缸体往复运动由司服马达来驱动。第七章 轴流压缩机典型结构平衡盘平衡盘转子中间段两侧可作为平衡盘用。转子中间段两侧可作为平衡盘用。平衡盘吸气侧与排气管连通，引入高压气体；排气侧与吸气管连通引入低压平衡盘吸气侧与排气管连通，引入高压气体；排气侧与吸气管连通引入低压气体。气体。给转子排气侧一面以轴向推力，平衡转子动叶承受的指向吸气侧的轴向推力给转子排气侧一面以轴向推力，平衡转子动叶承受的指向吸气侧的轴向推力第七章 轴流压缩机典型结构密封密封用不锈钢密封片插入轴端的凹形线槽内，并用钢丝固紧用不锈钢密封片插入轴端的凹形线槽内，并用钢丝固紧密封片与气缸相摩擦所产生的局部高温热量可被气缸散出。密封片与气缸相摩擦所产生的局部高温热量可被气缸散出。第七章 轴流压缩机典型结构轴承轴承轴向推力大部分由平衡盘承受，剩余约轴向推力由止推轴轴向推力大部分由平衡盘承受，剩余约轴向推力由止推轴承承受承承受采用刚性联轴器，汽轮机拖动，压缩机上不设止推轴承，由汽轮机上止推采用刚性联轴器，汽轮机拖动，压缩机上不设止推轴承，由汽轮机上止推轴承承担轴向力。轴承承担轴向力。止推轴承：米切尔止推轴承：米切尔径向轴承：大功率低转速椭圆瓦两油楔轴承，椭圆比大于径向轴承：大功率低转速椭圆瓦两油楔轴承，椭圆比大于小功率高转速活支多瓦轴承小功率高转速活支多瓦轴承第八章 轴流压缩机气动设计8-1 设计方法与设计原则1 孤立叶型试验数据为依据设计孤立叶型试验数据为依据设计没考虑到叶栅 中叶片之间的相互影响和叶轮旋转的影响，准确性差，只用于级压比很低，叶片数少的通风机上。8-1 设计方法与设计原则2 静态的平面叶栅吹风试验数据为依据设计（平面叶栅设计法）静态的平面叶栅吹风试验数据为依据设计（平面叶栅设计法）以静止平面叶栅的性能与转动的压缩机环形叶栅的性能基本相同这样一种设想为依据的设计方法。没有考虑到叶片转动对性能的影响，以及前后叶排之间存在相互影响等因素。设计所的结果在设计工况下比较 准确，而在变工况时偏差较大平面叶栅试验设备简单，可以在较短时间内进行设计并与试验对照，多年来试验数据积累的相当丰富，应用较多，成为轴流压缩机的基本设计方法之一。8-1 设计方法与设计原则3 根据相似理论，以单级模型级试验数据为依据设计（模化设计法）根据相似理论，以单级模型级试验数据为依据设计（模化设计法）基本上考虑到了单级压缩机中一切实际存在的影响因素。设计中可直接利用模型级的数据和性能曲线，而对实物与模型级间存在的几何相似方面的偏差以及多级性影响等用一些系数加以修正。与平面叶栅设计法相比，能确切反映压缩机中实际流动情况，设计准确性较高。但得出一个性能较好的模型级并非易事，其试验设备较复杂，试验所需时间长，要化的人力物力都比较多。另外设计时，一些参数的选择也受到模型级的限制，受约束较大。8-1 设计方法与设计原则所有设计方法都要通过实验进行校验，再反过来对原所有设计方法都要通过实验进行校验，再反过来对原设计做修改调整。压缩机设计是一项多次反复的过程，设计做修改调整。压缩机设计是一项多次反复的过程，是理论与实践相结合的过程。是理论与实践相结合的过程。设计包括：气动设计，强度计算和结构设计设计包括：气动设计，强度计算和结构设计8-1 设计方法与设计原则二、设计所遵循的原则二、设计所遵循的原则1 在工作安全可靠性的前提下满足所需增压比（固定式，大功率主机）在工作安全可靠性的前提下满足所需增压比（固定式，大功率主机）2 效率高，变工况范围宽效率高，变工况范围宽3 结构紧凑合理，级数少，尺寸小结构紧凑合理，级数少，尺寸小（运输式）（运输式）4 工艺性好工艺性好5 噪音低噪音低8-2 设计要求与影响因素技术指标：压比技术指标：压比 效率效率 级数（尺寸）级数（尺寸）一、影响压比的因素一、影响压比的因素 1 基元级角度，基元级角度，ht与效率相比是提高压比的主要因素。与效率相比是提高压比的主要因素。由于轴流压缩机绝热效率已相当高，可达95%，即使再采取措施改善流动，其提高也有限。（1）提高）提高u方法：提高转速（马赫数限制）和径向尺寸（强度限制）方法：提高转速（马赫数限制）和径向尺寸（强度限制）（2）提高扭速方法：受扩压因子）提高扭速方法：受扩压因子D限制限制（分离损失）（分离损失）8-2 设计要求与影响因素（3）增大叶栅稠度，使气流转折角增大，即增大扭速）增大叶栅稠度，使气流转折角增大，即增大扭速 b一定，增大稠度，t 减小，叶片数增多。摩擦损失增加，叶片根部安装困难 t一定，加大b，流道轴向尺寸加大 当b/t增加到一定程度，气流转折角增大效果不明显（4）增大流量系数，增大）增大流量系数，增大h，即增大扭速，即增大扭速 进气气流马赫数增大 小流量系数情况下，增大反动度，提高ht 小流量系数本身使扭速降低，且增大反动度使速度三角形左偏，马赫数过大8-2 设计要求与影响因素二、二、影响效率的因素（级损失入手）影响效率的因素（级损失入手）流道：进气室，收敛段，级组通流部分，扩压段，排气室流道：进气室，收敛段，级组通流部分，扩压段，排气室几何参数因素：几何参数因素：叶型形状，叶片表面质量，轮毂比，叶片高度，叶栅稠 度，轴向和径向间隙。气动参数因素：气动参数因素：冲角I，圆周速度，扭速，马赫数，流量系数，反动度，级的流型。8-2 设计要求与影响因素反动度和流量系数直接影响气流马赫数、反动度和流量系数直接影响气流马赫数、阻升比除了与冲角有关外，主要取决与叶型与叶栅的几何参数阻升比除了与冲角有关外，主要取决与叶型与叶栅的几何参数叶型形状，弯曲角及叶型安装角，进出口安装角和叶栅稠度叶型形状，弯曲角及叶型安装角，进出口安装角和叶栅稠度8-2 设计要求与影响因素级的角度：级的角度：所用流型，气流参数沿叶高变化规律，径向和轴向间隙机的角度：机的角度：通流部分形式，能量头的分配，反动度与流量系数的变化规律8-2 设计要求与影响因素三、影响级数（尺寸）的因素（运输式重要）三、影响级数（尺寸）的因素（运输式重要）气动角度：气动角度：提高单级压比结构角度：结构角度：选择合理叶弦b及轴向间隙减小压缩机轴向尺寸减小压缩机轴向尺寸减小压缩机径向尺寸（压缩机迎风面积）减小压缩机径向尺寸（压缩机迎风面积）8-2 设计要求与影响因素第一级叶片顶部直径第一级叶片顶部直径Dt（1）Q一定，增大ca，减小流通面积F，减小外径尺寸（2）F一定，减小轮毂比，可以降低Dt（3）u一定，加大n，降低外径尺寸（考虑轴承，传动等因素限制）8-3 平面叶栅气动设计法一、气动设计原始数据一、气动设计原始数据1 压缩机的质量流量或进口条件下的体积流量压缩机的质量流量或进口条件下的体积流量2 压缩机进口气体参数：压力、温度和速度压缩机进口气体参数：压力、温度和速度3 压缩机出口压力或压比压缩机出口压力或压比4 工质工质 组成成分，气体热力性质参数，组成成分，气体热力性质参数，k，cp，R等等5 转速要求转速要求*6 特殊要求：效率、尺寸、重量、噪音、转速变化范围、变工况特殊要求：效率、尺寸、重量、噪音、转速变化范围、变工况8-3 平面叶栅气动设计法二、压缩机进出口元件计算二、压缩机进出口元件计算进口元件：压缩机进口截面至第一级进口前的部分进口元件：压缩机进口截面至第一级进口前的部分固定式压缩机：固定式压缩机：运输式压缩机：运输式压缩机：进气室进口：进气室进口：8-3 平面叶栅气动设计法收敛器进口收敛器进口固定式压缩机：固定式压缩机：运输式压缩机：运输式压缩机：2 压缩机出口元件计算压缩机出口元件计算出口截面出口截面-扩压器出口扩压器出口固定式压缩机：固定式压缩机：运输式压缩机：运输式压缩机：出口截面出口截面8-3 平面叶栅气动设计法8-3 平面叶栅气动设计法扩压器出口截面扩压器出口截面8-3 平面叶栅气动设计法扩压器前截面扩压器前截面固定式压缩机：固定式压缩机：运输式压缩机：运输式压缩机：8-3 平面叶栅气动设计法三、方案计算与比较三、方案计算与比较根据原始数据及进出口元件计算所得的第一级前与末级后的气流参数，可求得通流部分级组总的能量头，然后自行选定c1a，ut，W，d1，u等参数以及通流部分形式，即可计算并确定第一级和末级的主要几何尺寸（通流面积，内外径，叶片高度）等。进行方案比较。1 总绝热能量头总绝热能量头8-3 平面叶栅气动设计法8-3 平面叶栅气动设计法8-3 平面叶栅气动设计法2 第一级几何尺寸第一级几何尺寸马赫数大，叶片长，工作条件差；马赫数大，叶片长，工作条件差；影响到后面各级及整机性能影响到后面各级及整机性能固定式压缩机：固定式压缩机：运输式压缩机：运输式压缩机：8-3 平面叶栅气动设计法第一级通流面积第一级通流面积8-3 平面叶栅气动设计法末级通流面积末级通流面积3 末级几何尺寸末级几何尺寸等外径等外径等内径等内径8-3 平面叶栅气动设计法4 第一级能量头，压缩功和压缩机级数第一级能量头，压缩功和压缩机级数固定式压缩机：固定式压缩机：运输式压缩机：运输式压缩机：或或8-3 平面叶栅气动设计法5 第一级马赫数第一级马赫数等反动度流型，马赫数沿半径变化不大等反动度流型，马赫数沿半径变化不大8-3 平面叶栅气动设计法等环量级等环量级是否负值？是否负值？8-3 平面叶栅气动设计法不同不同比较比较最佳方案最佳方案8-3 平面叶栅气动设计法四、逐级热力计算与气动计算四、逐级热力计算与气动计算1根据所选方案，根据所选方案，确定各级均径处的气体热力参数确定各级均径处的气体热力参数2 计算确定各级几何尺寸和通流部分尺寸计算确定各级几何尺寸和通流部分尺寸3 确定各级沿叶高各截面的气动参数和速度三角形确定各级沿叶高各截面的气动参数和速度三角形4 设计出能满足气动要求，并兼顾强度和工艺性能的叶型与叶片设计出能满足气动要求，并兼顾强度和工艺性能的叶型与叶片8-3 平面叶栅气动设计法四、逐级热力计算与气动计算四、逐级热力计算与气动计算1 计算各级均径处及级的内外径尺寸和叶高计算各级均径处及级的内外径尺寸和叶高选定能量头分配，轴向速度和反动度的逐级变化规律并初步确定各级效选定能量头分配，轴向速度和反动度的逐级变化规律并初步确定各级效率，各级均径处反动度可不变或逐级增大率，各级均径处反动度可不变或逐级增大决定决定p T 和密度时，可初步假定和密度时，可初步假定c=ca，以后复算中再修正。，以后复算中再修正。2 初算各级均径处气动参数（速度三角形）初算各级均径处气动参数（速度三角形）3 计算各级的效率计算各级的效率4 复算各级热力参数及叶高复算各级热力参数及叶高5 作通流部分简图作通流部分简图根据各级叶片高度，选取轴向间隙，做根据各级叶片高度，选取轴向间隙，做1：1简图，并检查平滑度简图，并检查平滑度8-3 平面叶栅气动设计法四、逐级热力计算与气动计算四、逐级热力计算与气动计算6各级沿叶高的气动计算各级沿叶高的气动计算沿叶高取沿叶高取7-15个截面（包括叶根，叶尖和均径），不同叶高个截面（包括叶根，叶尖和均径），不同叶高b/t在推荐范在推荐范围内。围内。五、叶片成型五、叶片成型 沿叶高不同半径处一定数量的叶型后，进行叶身成型设计沿叶高不同半径处一定数量的叶型后，进行叶身成型设计六、进出口元件复算，确定压缩机效率及功率六、进出口元件复算，确定压缩机效率及功率 热力参数复算所得第一级前和末级后参数与进出口元件初算所得的作比较，热力参数复算所得第一级前和末级后参数与进出口元件初算所得的作比较，相差较大进行复算，顺序与初算时相反。相差较大进行复算，顺序与初算时相反。8-3 平面叶栅气动设计法压缩机实际效率压缩机实际效率