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1、轴流压缩机的结构及工作原理,2008.12.22,陕鼓技术部：李翠芳,轴流压缩机的结构及工作原理,目 录 、气体压缩机械概要 、陕鼓的轴流压缩机结构简介,气体压缩机械概要,、气体压缩机械概要 气体压缩机械是把原动机的机械能转变为气体能量的一种机械。 一、气体压缩机械的分类 1、按照压缩气体的不同方式来分,气体压缩机械,容积式,透平式,往复式,回转式,离心式,轴流式,斜流式,复合式,气体压缩机械概要,（1）、 容积式压缩机：气体压力的提高是利用气体容积的缩小来达到的。 （2）、 透平式压缩机：透平式压缩机是一种叶片旋转机械，气体压力的提高是利用叶片和气体的相互作用来达到。 透平式压缩机按气体在压
2、缩机中的流动方向不同可分为：离心式、轴流式、斜流式和复合式。 下页图列出了透平式压缩机械的四种通流形式。 离心式：气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相垂直，也称径流式压缩机。 轴流式：气体在压缩机中的流动方向大致与旋转轴相平行。 斜流式：气体在压缩机内的流动方向介于离心式和轴流式之间，流动方向与旋转轴成某一夹角。 复合式：指同一台压缩机内，同时具有轴流式与离心（斜流）式工作叶轮，一般轴流在前，离心在后。,气体压缩机械概要,离心式,轴流式,斜流式,复合式,透平式压缩机,气体压缩机械概要,2、按压力分类 透平式压缩机械按出口压力高低可分为：通风机、鼓风机、压缩机 通风机：大气压力为 101.32
3、5kPa，温度为20，出气口全压值小于15kPa(表压) 的风机。 鼓风机：升压在15kPa200kPa(表压)之间或压比大于1.15小于3的风机 压缩机：升压大于200kPa (表压)或压比大于3的风机。 另外透平压缩机械也可以按照它的用途来分类，例如：高炉鼓风机、催化裂化装置用风机、空气分离压缩机、锅炉引风机、烧结鼓风机等。 按照压缩介质不同可分为：氨气压缩机、氢气压缩机、氧气压缩机、天然气压缩机等。,气体压缩机械概要,各类压缩机使用范围,从上图中可以看出：容积式压缩机适用于小流量、压力范围覆盖最大。 离心式压缩机械适用于中流量、高中压力场合。 轴流式压缩机械适用于大流量、中低压比的场合。
4、,气体压缩机械概要,二、轴流式与离心式压缩机的比较 透平压缩机械用途最广泛的就是轴流式和离心式压缩机，这两种压 缩机都主要是由转子及定子两大部分构成，转子和定子也构成了这两种 压缩机的整个压缩通道。,气体压缩机械概要,气体压缩机械概要,气体压缩机械概要,气体压缩机械概要,从上表对比可知，轴流压缩机效率高于离心压缩机，其原因分析如下： 从上图可以看出，与离心压缩机相比轴流压缩机压缩通道平直，而且流 道短，所以气体在流动过程中流动损失小，流动中的分离损失小。所以 流动效率高。,气体压缩机械概要,三、轴流压缩机的基本研究方法 1、气动分析 气流通过级时，从外界获得能量，提高了压力，所以级是轴流压缩机
5、 最基本的工作单元，只要掌握了级中的气流特点与增压原理，即可了解其 他各级以至整台压缩机的工作原理了。基元级是分析轴流压缩机工作原理 的最基本的单元。 基元级：设想用一个轴线和压缩机轴线重合的圆柱面去割切级的叶片排， 得到两排叶片（动、静叶）的切面，这样的动叶环形叶栅和静叶环形叶栅 组成了一个基元级。 平面叶栅：假定环形叶栅的半径无限大，既将基元级在平面上展开，而得 到平面叶栅，用平面叶栅代替环形叶栅，既方便又基本上符合实际情况。 研究压缩机中的流动与工作原理可先从基元级着手，进而研究级，最后再 掌握整个多级压缩机的工作情况。,气体压缩机械概要,平面叶栅图：级中的流动，主要是分析1，2，3特征
6、截面 DN：转毂直径 DG：叶顶外径 基元级 平面叶栅,气体压缩机械概要,轴流压缩机增压原理 在基元级中叶栅所构成的通道是弯曲、扩张、流线形的。当亚音速 气流流过扩张形通道时，其速度减小，静压提高。气体在动叶的推动下 获得了动能与压力能，由动叶进口向出口移动，造成了后面静叶的进口 速度，所以轴流压缩机中动叶栅在前，静叶栅在后，构成一个级。气体 先在动叶栅中得到外加能量，一方面加大了气流的动能，同时又提高了 气体的压力，动能又有一部分在后面的静叶栅中，进一步转化为压力 能，于是通过一个基元级气体的压力提高了。,气体压缩机械概要,伯努利方程：外界传给气体的能量可以用伯努利方程来表示 压缩气体，提高
7、气体压力能 增加气体的动能 克服流动损失,气体压缩机械概要,压缩过程：由伯努利方程可知，加给气体的机械功，只有一部分用于提高气体的压力能，我们称其为压缩功，以表明它是用来提高气体静压能的那部分能量，这也是我们最希望得到的那一部分能量。压缩功与压缩过程的性质有关。,压缩过程,指过程中有损失，可与外界无热交换或有热交换,绝热压缩,指与外界无热交换，同时又无损失的理想过程更确切的叫“绝热等熵压缩过程”,等温压缩,指始终与外界有热交换，且压缩终了温度和过程间温度与初态温度相等,多变过程,气体压缩机械概要,面积21bcd2表示多变压缩功Hpol,面积2ad1bcd2 ad表示,对应于不同的压缩过程，用不
8、同的压缩功来衡量气体所获得的 静压能的升高。,面积1bcd1表示等温压缩功Hpol,绝热压缩功Had,气体压缩机械概要,多变效率pol =多变压缩功/总耗功 绝热效率ad =绝热压缩功/总耗功 等温效率is =等温压缩功/总耗功 压缩机在工作过程中，损失是客观存在的， 故外界传给气体的能量不能全部转变为气 体的有效能量。为此，我们用效率来表征 压缩机在工作过程中能量转换的完善程度。 效率有多种表达形式，但无论采用哪种表 达形式，它们本质是一致的，即它们的耗 功是相同的。,气体压缩机械概要,2、轴流压缩机级中的损失,内漏气损失,损失,外损失,内损失,机械损失,外漏气损失,流动损失,叶型损失,环端
9、面损失,二次流损失,气体压缩机械概要,外损失：压缩机运行中的机械损失和通过轴端密封与外界产生泄漏而造 成的损失。 内漏气损失：压缩机运行过程中产生于级与级之间的漏气损失。 叶型损失：包括摩擦损失、分离损失、尾迹损失 摩擦损失：由于气体的粘性，使靠近叶型壁面的一层气流的流动情况有 异于主流，这样的流层称为附面层。在附面层内，流速沿法 向各不相同，于是产生摩擦损失。 分离损失：当叶型表面附面层增厚到一定程度，而逆向的压力梯度又较 大时，由于附面层中流速低，附面层内的动量远远不足以克 服顺流压力的增加而产生分离造成的损失。 尾迹损失：叶型上下表面附面层在叶型后缘汇合，形成停滞涡流区，动 能消耗转化为
10、热能而产生的损失。 环端面损失：由于气流沿着气缸与转子轮毂表面流动所产生的摩擦和涡 流损失。 二次流损失：气体流动过程中，存在的与主流方向不一致的流动成为二 次流，其扰乱主流而产生的损失成为二次流损失。,气体压缩机械概要,3、轴流压缩机的不稳定工况,喘振工况,不稳定工况,阻塞工况,旋转失速,颤振工况,气体动力不稳定工况,气动-弹性不稳定工况,失速颤振,阻塞颤振,超音速冲波颤振,气体压缩机械概要,颤振是一种自激振动，是由于叶片某一初始微小的振动，使它从周围气体中吸取了能量。如果在一个振动周期内，气流对叶片作负功或者气流虽对叶片做正功但这正功却小于机械阻尼所消耗的功时，这种振动将会逐渐衰减以致消失
11、。但所做正功正好等于阻尼所消耗的功时，则振动的振幅将维持不变，处于平衡状态。一旦所做的正功较大而阻尼不足以克服它时，则振动的振幅会不断增大，振动越来越强烈，于是就行成了颤振。 消除颤振的方法：力图从气动上消除形成颤振的条件，并在设计中加以预测；增大叶片机械阻尼，努力提高叶片刚性，增强抗颤振阻尼。,气体压缩机械概要,不稳定工况的形成：轴流压缩机在实际运行中，并不一定总是在设计工况下工作的，当运行条件改变时，其工况点就会离开设计点，而进入非设计工况区域。这时实际的气流流动情况就与设计工况有差别，而且在一定情况下产生了不稳定流动工况。 阻塞工况：当叶栅通道中的气流因流量增大而在叶腹产生分离，这时最小
12、截面面积减小，气流流速增大，当气流速度增大到音速，通过叶栅的流量即达到临界值，此后即使再增大进口气流速度也不能够增大通过叶栅的流量，等于叶栅被阻塞了，这种工况称为“阻塞工况”。 旋转失速：轴流压缩机最常见的一种不稳定气动现象。当压缩机在某转速下运行，流量减小到一定程度时，发现叶栅中某一个或几个叶片背弧上附面层增厚加剧，而首先出现明显的气流分离，这分离区（或脱离团）将沿圆周速度方向传播。所产生的不稳定工况为旋转失速工况。 喘振工况：当轴流压缩机处于非设计工况工作，且在叶栅中发生了旋转失速时，如果失速是比较比较强烈的突变型，而与压缩机联合工作的管网容量又比较大，那么就有可能出现整个压缩机管网系统的
13、气流周期性振荡现象。这时压缩机的气动参数会做纵向大幅度脉动，整个机组发生强烈振动，且产生一种异常噪音，即“喘振”。,陕鼓的轴流压缩机结构简介,、陕鼓的轴流压缩机结构简介,技 术 概 况 适用流量范围：950-17500m3/min 适用压（比）力范围：2.7-8.0(kg/cm2) 技术水平：世界领先，效率高、工况调节范围宽、 调节方式：静叶角度或变转速，调节灵敏、方便、迅速 适用行业：冶金、石化、空分、化肥、污水处理等 适用介质范围：空气、煤气、天然气、水蒸气、氮气等 气动性能：准确、可靠，以实验为基础 结构设计合理：成本低、安装维护简单 准确的转子动力学计算 风机安全性好、故障率低：,陕鼓
14、的轴流压缩机结构简介,陕鼓的轴流压缩机结构简介,高炉炉容和风机型号对应表（中国地区）,陕鼓的轴流压缩机结构简介,引进A/AV型所有系列,12种机型,陕鼓的轴流压缩机结构简介,型号命名，按结构参数,AV 45 - 13 轴流压缩机级数为13级 轴流压缩机转子轮毂直径为450mm 全静叶可调式轴流压缩机,陕鼓的轴流压缩机结构简介,三层缸结构,大大减小了由于热膨胀而造成的变形及应力集中 避免了灰尘及外部条件造成的破坏 大大降低了气流通过叶栅时产生的噪声，起到了隔声作用,陕鼓的轴流压缩机结构简介,机壳,铸造水平剖分结构，具有刚性强，不易变形，吸收噪音和减振。中分面用预应力螺栓把紧为一整体，保证具有一定
15、的刚性。加工完后要进行水压试验，检验机壳的密封性并测量其变形。,进排气法兰垂直朝下，便于二层平台上布置,陕鼓的轴流压缩机结构简介,下机壳两端靠近中分面处四点支撑在底座上，两个为固定点，另两个为滑动点，使机器具有良好的稳定性。机壳下部两端沿轴线还有导向键,结构设计陕鼓的轴流压缩机结构简介,进排气发兰垂直向下，便于二层平台上进行布置。,陕鼓的轴流压缩机结构简介,叶片承缸,铸造水平剖分结构，中分面螺栓联接。 装有静叶，静叶轴承，曲柄，滑块,叶片承缸两端分别支撑在机壳上，进气端为固定支撑，排气端为滑动支撑，利于缸体受热膨胀,陕鼓的轴流压缩机结构简介,静叶轴承是石墨轴承，有良好的自润滑、密封、减振作用。
16、,叶片承缸外圆和机壳支撑处设有密封条,为防止气体从静叶轴承间隙向外泄露，每个叶柄安装有密封圈。,陕鼓的轴流压缩机结构简介,检修时检查叶片承缸内流道面是否存在表面缺陷等。,检查静叶片表面的冲蚀、裂纹等。如表面缺陷明显，必须更换新叶片。,陕鼓的轴流压缩机结构简介,陕鼓的轴流压缩机结构简介,承缸的进气侧与进口圈相配，排气侧与扩压器相配，与机壳、转子共同构成轴流压缩机的通道。,陕鼓的轴流压缩机结构简介,静叶片,静叶片都是用高强度振动衰减率高的不锈钢锻件精加工而成。原材料进行化学成分、力学性能、裂纹检验，成型叶片要进行湿式喷沙处理，增加叶片表面的抗疲劳强度。结构经多次改进，逐步实现了减少叶片型面损失，提高强度，减弱叶片振动振幅。,陕鼓的轴流压缩机结构简介,静叶片,陕鼓的轴流压缩机结构简介,陕鼓的轴流压缩机结构简介,陕鼓的轴流压缩机结构简介,调节缸,水
