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轴流压缩机的的概述、常见问题及发展

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发表于 2015-6-7 21:52:25 | 显示全部楼层 |阅读模式


◆轴流压缩机的概述:
轴流压缩机是 20世纪中期才逐渐用于工业生产中,尤其近几年由于能源紧缺,高效率、大流量的轴流压缩机越来越多地用于以前被认为是离心压缩机的领域,除高炉鼓风、空分装置、催化裂化装置、硝酸四合一机组(三合一机组)、大型风源风洞等传统领域外,轴流压缩机的应用领域还不断扩大,如CCPP(高炉煤气燃气燃烧联合循环发电装置)、电站、热压缩、液化天然气、制药、污水处理等领域。轴流压缩机是气体压缩机械的一种型式
◆轴流压缩机的基本工作原理:
图1-5为轴流压缩机的构造示意图。在压缩机主轴上安装有多级动叶片,整个通道由收敛器、进口导流叶片、各级工作叶片(动叶片)和导流叶片、扩压器等组成。气体由进口法兰流经收敛器10,使进人进日导流叶片1的气流均匀,并得到初步的加速。气流流经进口导叶叶片间的流道,使气流整理成轴向流动,并使气体压力有少许提高。转子8由原动机拖动作高速旋转,由工作叶片2将气流推动,使之大大加速,这是气体接受外界供给的机械能转变为气体动能的过程。高速气流流经导流叶片3构成的流道(相当于扩压管),在其中






降低流速而使气体压缩,这是靠减少气流动能来使气体压缩的升压过程。一列工作叶片(动叶)与一列导流叶片(静叶)构成一个工作级。气体连续流经压缩机的各级,逐级压缩升压。最后经整流装置4将气流整理成轴向,流经扩压器7,在扩压器中气流速度降低,压力升高,最后汇入蜗壳经出口法兰排出压缩机。
轴流压缩机每级的增压比不大,约为1.15~1.25,若要获得较高压力,需要较多的级。例如压比为4的空气压缩机,一般需要十几级。
◆轴流压缩机发展概况
在十九世纪,轴流式鼓风机已应用于矿山通风和冶金工业的鼓风。但限于当时的理论研究和工业水平还比较落后,这种风机的全压只有10~30mmH2O,效率仅达15~25%。
1853年都纳尔(Touraire)向法国科学院提出了多级轴流式压缩机的概念。1884年英国C.A.帕森斯(Parsons)将多级反动式透平反向旋转,得出了第一台试验用轴流式压缩机,但效率很低。二十世纪初期,帕森斯制造了第一台轴流式压缩机,19级,流量85m3/min,压力12.1KPa·G,转速4000r/min,效率60%。由于效率低,故轴流式压缩机未能成功推广应用。
从二十世纪三十年代开始,由于航空事业发展的需要,对航空燃气轮机进行了大量的理论和试验研究,特别是对轴流式压缩机的气体动力学的理论研究和平面叶栅吹风的实验研究,使轴流式压缩机的理论和设计方法不断完善,效率提高到80~85%。从四十年代开始,轴流式压缩机已广泛应用于航空燃气轮机中,迄今仍占有很重要的地位。现代轴流式压缩机的效率可高达86~91%,除航空发动机外,还广泛应用于发电燃气轮机装置,舰船燃气轮机装置和机车燃气轮机装置中。
1932年苏尔寿公司制造了世界上第一台增压锅炉使用的工业轴流压缩机,1945年苏尔寿公司制在了第一台轴流式高炉鼓风机,其流量为1200~1800m3/min,压力为78775~142179Pa,转速为5200r/min,功率为3900Kw,由电动机驱动。此后轴流式高炉鼓风机逐渐被采用,多为固定静叶式,由汽轮机驱动,通过改变汽轮机转速来调节高炉使用工况。这种压缩机的缺点是稳定工作区较窄,而且在部分负荷时压缩机效率较低。为了改善变工况时压缩机性能,瑞士BBC公司研制了静叶可调机构,并于1960年制造出第一台静叶可调轴流式高炉鼓风机。其优点是在压力不变的情况下,流量范围较宽而且变工况运行时效率降低不多,因而在大型高炉鼓风机中得到广泛应用。目前国外1000m3以上高炉界采用轴流压缩机。
静叶可调机构的主要问题是解决静叶支承轴承的可靠性和耐用性。BBC公司采用了特殊的石墨轴承,在200℃的条件下进行了 5 ×106次转动试验,轴承磨损只有18微米。按每小时转动25次计算,轴承寿命可达20万小时,如果每年工作时间按8000小时计算,可使用25年以上,故可认为是足够可靠耐用的。   
随着世界各国氧气炼钢的飞跃发展,轴流压缩机在大型空气分离装置中亦获得了广泛应用。六十年代初期,日本日立公司在10000Nm/h的制氧机装置中采用了轴流压缩机,其空气流量为 1083Nm3/min,出口压力为 6.03bar,功率为6300kW,压缩机为双缸,气缸间设中间冷却器。近代制氧机装置中的空气压缩机多采用轴流式加离心式的复合式机型,如德国GHH公司的AGR、AKF型和瑞土苏尔寿公司的等温压缩机ARI型。   
轴流压缩机具有效率高、容量大和性能调节范围宽等特点,除了高炉、空分装置、炼油厂催化裂化装置、大型风源风洞等传汛川枚外,伴随着石油化工的发展,还不断扩大到新的领域,如热压缩装、液化气天然气装置、制药及动力装置。在能源日益紧缺的今天,世界各国把节能作为一项重要工作来不断开发新技术和新工艺,其中电站增压流化床燃气/蒸汽联合循环发电装置(PFBC-CC)己从试验进入实用阶段,轴流压缩机做为增压锅炉主风机得到推广应用。大型钢铁厂为提高综合热效率,也成功的研制了高炉煤气单燃气燃烧综合循环发电装置(CCPP),其中的煤气压缩机采用了细流压缩机。   
1979年,陕西鼓风机(集团)有限公司从已有五十多年轴流压缩机生产历史、具有世界先进水平的瑞士苏尔寿兄弟有限公司引进了标准型轴流压缩机的专利和技术秘密,包括设计、计算资料、全系列产品图纸、制造工艺。检验标准、质量控制和有关试验研究资料等;先后为冶金、石油及化工、电站、制药和风洞试验等行业设计制造了六十余台套轴流压缩机产品,1988年已完全实现国产化,质量完全符合国际有关通用标准以及用户的技术规范,实现了替代进口的目标并销往国外,对我国轴流压缩机的生产与发展起到巨大推动作用。目前,陕鼓集团已成为国内唯一的设计、制造全静叶可调轴流压缩机的企业。   
从透平压缩机的发展方面看,其主要的目标是提高压缩机的经济性、可靠性和实用性。具体地说,目前主要的发展趋势是:
大容量化:即不断提高装置的容量和压缩机流量,这是由于当前工业生产日趋大型化所决定的。如高炉从1000m3逐步发展到4000m3,高炉鼓风机从1961年到1970年的十年中,其流量提高了三倍,功率提高了六倍。炼油装置从60年代到80年代,炼油 厂规模从120万t/年提高到500万t/年,到90年代初,原油加工能力已达扎1000~2000万t/年,而催化裂化装置巳达600万t/年(美国埃克森公司)冶金工业高炉、炼油厂用的大型轴流压缩机功率已达60000~70000kw。目前轴流压缩机的功率最大已达 15 万kw,流量最大达20000m3/min。  
高效化:由于透平压缩机耗电量大,是各种工业装置中主要的耗能设备,目前世界各国节能意识不断加强,提高压缩机效率对提高其经济性具有重大的现实意义,特别对常年运行的大容量压缩机,节能更为迫切和显著。要提高效率,就要设法减小压缩机中的各种损失,开展这方面的理论与试验研究工作;改善设计工况及变工况下压缩机的性能;采用符合实际流动情况的设计计算方法等等。目前,对压缩机中的二次流、旋转失速与喘振的研究及三元流动设计法的研究等,都属于这方面的课题。对于轴流压缩机,要获得宽广的工作范围,合理设计叶片叶栅,采用静叶可调方式对扩大高效率区的工作范围也是极其重要的,一般可达到额定流量的55%~105%。   
高压化:轴流压缩机的不足是压比较低,为了扩大使用范围,就要努力提高压缩机的级压比,解决高压比下压缩机的性能问题。超音速、跨音速透平压缩机已在航空工业获得普遍的应用,而固定式的轴流压缩机也正在开展这方问的工作,与此有关的有高流速、冲击、闪转速及材料等问题。目前固定式轴流压缩机单压比已达至7~9, 用于天然气液化的双缸轴流压缩机最高排气压力已达到3.89MPa。   
低噪音化:国际标准化组织(ISO)建议工业区内的噪音不能超过85dB,因为透平机械的噪音较大,直接影响到人们的工作与健康。所以,噪音的高低已成为衡量压缩机性能好坏的一项重要技术指标。降低轴流压缩机的噪音,除了机械噪音外,主要是研究气动噪音产生的原因、机理、影响因素和降噪措施。由于轴流压缩机的噪音以高频为主,易于防护,所以国外将降噪的重点多放在噪音的防护上,即采用隔音和消音的方法。   
计算机及自动化:八十年代中期,国外已应用计算机辅助设计(CAD)、辅助制造(CAM)、辅助试验(CAT)和信息管理(ADM)等先进技术,并致力于企业实现计算机集成制造技术(CIMS)的应用。从九十年代机械工业发展的总趋势看,实现企业的高度集成化和自动化是发展方向之一,CIMS把工厂中原来独立操作的计算机CAD、CAM、CAPP(计算机辅助工艺设计入CAE(计算机辅助工程设计)等单元技术嫩过计算机集合成一个相互协调、总体优化的集成系统。该系统从压缩机气动性能计算,强度分析、工作图绘制到数控程序编制,以及检验、试车测试数训的采集和处理等都联成一体,对提高产品技术水平,缩短新产品研制周期,提高产品质量、降低产品成本和提高企业竞争能力都将发挥巨大的作用。      
高度三化。透平压缩机的“三化”(即系列化、通用化、标准化)也是各制造厂追求的目标之一。透平压缩机的应用面广、种类繁多,要最大限度地满足用户的需要,同时又要尽可能减少品种,缩短生产周期,提高产品质量,降低生产成本,就必须提高“三化” 水平。这不但是节省人力、物力,缩短设计与制造周期的一种先进的工业生产管理力方法,而且能使企业集中力量,研究少量的基本叶型、叶轮与元件,提高压缩机效率和各种性能,从而更快地更有效地提高压缩机质量和发展新产品。
◆轴流压缩机静叶调节与转速调节对比

就某一装置而言,如果工况范围变化不大,采用固定静叶轴流压缩机或离心压缩机既可满足操作要求。如果工况范围有稍大的变化,对以上两种风机采用变转速调节,基本就能满足各个工况点的要求。但实际经验指出,这样得到的工况范围仍然是不够的,许多工艺流程往往需要更宽的工况范围,这时,变转速调节已不能满足要求,必须采用静叶可调式轴流压缩机。这是因为,它改变了静叶的安装角度,使之适应变工况时的气流变化,减小了冲角引起的损失,因而可以有效的扩大稳定工作范围,并在变工况时仍保持有较高的效率,同时能改善压缩机的性能,防止喘振和阻塞等现象。也正是这个原因,研究发现,在静叶可调的情况下,采用所有级静叶调节要比只调节最前部的三分之一或二分之一级的静叶更为有利,因为部分调节仍然使未予调节的静叶不能适应变化着的气流,从而会大大减少稳定工作范围。拿陕鼓为首钢制造的AV80—14轴流压缩机气动计算举例,在冬季的两个工况点之间,首级静叶角度调节量为12度,此时,最后一级静叶角度需要调节量为6度,这6度的调节量是不容忽视的。
图3—8中给出了轴流压缩机静叶调节和转速调节的工况比较,可以看出,采用静叶调节的工况范围较大,喘振线向左移而且更为平坦,改善了压缩机的特性。此外,静叶调节和转速调节相比还具有不少优点,具体见表3—1。

从图中可以看出,首级静叶可在22°~79°之间进行调节,流量可在3000~6200Nm3/min的范围变化,稳定工况范围较大。另外,喘振线较平坦,高效率区宽广,具有较好的特性。




表3—1  轴流压缩机静叶调节和转速调节对比






图3-10为某台多级轴流压缩机变速调节的特性曲线。其中A-B为各转速下的一条等效率线。

也有才有静叶调节和转速调节相结合的例子,能使稳定工作范围进一步扩大10~15%。但由于控制难度增加,加之静叶调节已有较宽的稳定工作范围,所以这种调节方式拥有的较少。









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发表于 2018-9-21 09:25:12 | 显示全部楼层
我承认我是来刷@分的 ,没分很痛苦啊!我想试试下一级是什么!
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发表于 2018-10-12 19:17:34 | 显示全部楼层
看看帖,打打酱油。顺路领下分!纠结
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发表于 2018-4-28 14:17:47 | 显示全部楼层
你你你你 呵呵~~~~别这样哦.....
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发表于 2017-3-6 21:30:31 | 显示全部楼层
呵呵 高高实在是高~~~~~
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