第5节轴流压缩机终稿.docx
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第5节轴流压缩机终稿
第五节 轴流压缩机
与离心压缩机相比，轴流压缩机有以下特点。
1.效率高。
轴流压缩机采用机翼型叶片，气动性能好，气体在其内流程短，损失小。
等熵效率可高达86％～90％。
2.通流面积大流速高。
适用于大流量的场合，在相同流量下，其径向尺寸小于离心压缩机。
3.单级压力比较小。
轴流级的作功能力较小，亚音速轴流级的压力比
=1.05～1.28。
4.性能曲线较陡，稳定工况范围较窄。
5.结构简单，运行维护方便。
6.叶片型线复杂。
叶片型线对压缩机的性能影响很大，工艺要求高。
一、工作原理和结构
（一）工作原理
轴流压缩机的典型结构如图2-2-133所示。
压缩机的气体通流部分由进气管、收敛器、进口导流器、级组（包括动叶和静叶）、出口导流器、扩压管和排气管等组成。
气体从大气或输气管道中经过进气管进入压缩机，在收敛器中作适当加速，以提高流场的品质，确保气体具有均匀的速度场和压力场。
气体流经进口导流器后，以一定的速度和方向进入第一级的动叶。
此后，气体经过逐级压缩后，压力不断升高。
在压缩机末级静叶后，安装出口导流器，将从末级静叶流出的气体转变为轴向流动，以避免气体在扩压管和排气管中有旋绕而增加流动损失。
而且也可以使气体的流动稳定，提高压缩机的效率。
压缩机的气缸还在通流部分的出口处形成一段环形的出口扩压管，将从出口导流器流出的气体均匀地减速，使其部分动能有效地转化为压力能。
最后，气体经排气管排出压缩机，进入后面的输气管道。
除通流部件外，在转子的两端还有梳齿式密封，使气流的泄漏量减到最小程度。
整个转子支承在两端的径向轴承上，在右端还装有止推轴承以承受轴向力。
图示的压缩机气缸除具有水平剖分面外，在中间还有一垂直剖分面，将其分为前气缸和后气缸。
图2-2-133Z3250—46轴流压缩机
1-止推轴承；2-径向轴承；3-转子；4-静叶；5-动叶；6-前气缸；7-后气缸；
8-出口导流器；9-扩压管；10-排气管；11-进气管；12-进口导流器；13-收敛器
（二）结构
级是轴流压缩机的基本单元，它由动叶和静叶组成。
旋转的动叶将机器动能传递给气体，使气体的压力能提高，并使气体按一定大小速度和方向进入下一级动叶。
气体经过逐级压缩后，压力不断升高，在最后一级达到所要求的压力后，进入输气管路。
1.转子
轴流压缩机的各级动叶均安装在转子上。
转子是高速旋转部件，要求有足够的强度和刚度，结构紧凑，工作区应避开临界转速。
转子的类型和特点见表2-2-40。
2.叶片
轴流压缩机的叶片较薄，要求加工型线精确，表面光滑。
材料要求防锈、防腐（叶片表面可用涂层保护）。
应有足够的强度，防止振动疲劳破坏。
3.静叶
静叶可由叶片单片周向装入气缸或用焊接、冲压等制成半环状（环状）的静叶环再装入气缸（见图2-2-134）。
静叶环分有内环和无内环两种。
装配式静叶环的叶片可单独更换，但结构复杂，加工量大。
有内环的静叶环刚性好，且可装内气封。
有无内环对压缩机的性能有一定的影响。
图2-2-134静叶环结构
（a）装配式；（b）有内环式；（c）无内环式
静叶还可做成可调的，使用可调静叶可扩大压缩机的稳定工况范围，减小起动功率。
结构上应注意密封。
静叶用齿轮传动（见图2-2-135（a））时，应消除齿隙，以防止叶片抖动，也可用联动环（见图2-2-113（b）），此时应保证动环滑动自如，并消除连接处的间隙。
对较长的叶片可加内环，以增强其刚性。
可调静叶的叶片转动机构可与压缩机的调节系统联动。
4.气缸
一般为铸造，也有焊接的或焊铸结合的。
通常分前、后段，对大机组也可增设中间段。
分段面宜选在放气口处（防喘或抽气）。
气缸壁厚可根据工作压力设计。
在其外表面可加纵、横筋片，以增加刚性。
图2-2-135可调静（导）叶结构
（a）用齿轮传动；（b）用联动环
1-联动齿轮圈；2-小齿轮；3-气缸；4-导叶；
5-内环；6-联动环；7-气缸；8-球面轴承；9-摇臂；l0-轴套；11-导叶
气缸上的进、排气管有轴向式和蜗壳型，它们应有良好的气动性能。
收敛器和扩压管应有足够的长度，其当量扩张角不宜大于
，以避免出现分离，减小流动损失。
表2-2-40轴流压缩机转子的类型和特点
类型
简图
特点
鼓
筒
式
结构简单，加工量少，刚性好（多为刚轴）。
动叶周向装入。
但强度差，轮缘许用周向速度低，
盘轴式
叶轮与轴用过盈紧固。
可以不用键而靠过盈予紧力传扭。
动叶可轴向装配。
刚性较差，一般为柔轴
盘
鼓
式
焊
接
式
刚性、强度都较好。
使用最广泛。
盘鼓式可分为以下几种
（1）焊接式要求焊接技术较高，薄叶轮要求使用先进焊接技术，如电子束焊等
（2）径向销钉式叶轮过盈配合并压入轴向销钉
（3）拉杆式有中心拉杆和外围拉杆两种。
传递扭矩有：
轴向销钉传扭，端面齿传扭，端面摩擦传扭
径
向
销
钉
式
拉杆式
三、性能曲线和调节方法
（一）性能曲线
与离心压缩机相似，轴流压缩机的主要性能参数有：
流量、压力比、功率和效率等。
性能曲线是压缩机压力比、效率、功率随流量变化的曲线。
与离心压缩机相比，轴流压缩机的性能曲线较陡，稳定工况范围较窄。
为使用方便，常将轴流压缩机不同转速下的性能曲线绘制到一张图上，并在其上作出等效率线，得到轴流压缩机的通用性能曲线。
图2-2-146所示为
图2-2-146 Z3250轴流压缩机通用性能曲线
Z3250轴流压缩机的通用性能曲线。
轴流压缩机的性能曲线一般通过试验获得，也可以通过对轴流压缩机内流动进行数值分析，用性能预估的方法获得，但精度不高。
（二）调节方法
1.静叶调节
通过改变静叶安装角使级的进气预旋
改变，从而改变级的作功能力，使级的性能发生变化。
图2-2-147所示为不同静叶角度下某轴流压缩机的综合性能曲线。
大型轴流压缩机的前几级或全部级的静叶均是可调的。
图2-2-147静叶调节的综合性能曲线
（曲线a，b为工况线）
静叶调节的调节范围较宽，可大幅度增加轴流压缩机的稳定工况范围。
静叶调节也是防止压缩机喘振的重要方法之一，可以使气流进入动叶时的相对速度方向，在流量改变时基本保持不变，即保证冲角不会有很大的变化，避免了气流的分离，达到防止喘振的目的。
2.变转速调节
是改变压缩机运行工况最方便的方法，无需增加机组的设备，只要求原动机能变转速运行。
化工生产中多数压缩机都是由汽轮机驱动的，机组变转速运行非常方便，因而，经常采用变转速方法对压缩机进行调节。
图2-2-148所示为转速调节的综合性能曲线。
变转速调节时应保证动叶的圆周速度不超过允许值，机组的工作转速应避开转子的临界转速，以免发生共振。
图2-2-148转速调节的综合性能曲线
（曲线a，b为工况线）
（三）安全工作区
轴流压缩机可通过静叶调节和变转速调节等方法，使其稳定工况范围增大，但压缩机的安全运行是受旋转失速、喘振、第一级阻塞和末级阻塞等不稳定工况的限制，其安全工作区如图2-2-149所示。
图2-2-149压缩机的安全工作区
1.旋转失速
当轴流压缩机的流量减小时，气流以较大的正冲角进入叶栅，使叶片吸力面上的边界层产生分离，形成分离团。
分离团对相邻叶道内的流动产生影响，使边界层分离现象从一个叶道转向另一个叶道，这种现象称为旋转脱离或旋转失速。
2.喘振
当旋转失速进一步发展，叶片吸力面上气流出现严重分离，分离团阻塞叶道，造成很大的能量损失，气体的压力得不到有效的升高，后面管网中的气体就会倒流入压缩机。
这种现象反复出现，机组就出现喘振。
轴流压缩机首先发生喘振的位置与转速有关，当工作转速低于设计转速时，喘振首先发生在前几级中；当工作转速高于设计转速时，喘振首先发生在后几级中。
发生喘振时，机组因出现强烈的振动，而造成严重的事故。
因此，压缩机运行时必须确保不出现喘振现象，并配有完善的防喘振措施（详见本篇第4章）。
3.第一级阻塞
当流量不断增加时，气流在第一级叶道内达到当地音速，这时，压缩机的流量无法再增大，出现第一级阻塞。
4.末级阻塞
当压缩机出口背压降低时，后面级中的气体开始膨胀，致使末级气流速度增大。
当气流速度达到当地
音速时，压缩机的工况将不受背压变化的影响，出现末级阻塞。
四、A、AV型轴流型压缩机
AV轴流压缩机是陕西鼓风机（集团）有限公司引进和消化世界最先进的瑞士苏尔寿公司轴流压机技术而生产的高效节能风机，该产品国内独家设计制造，填补了国内空白，替代了进口，并出口印度、苏丹等国。
AV轴流压缩机先后荣获“西安市名牌产品”、“陕西省名牌产品”和“中国机械工业名牌产品”，并被国务院发展研究中心评为“中华之最”产品。
A系列为静叶不可调，AV系列为全静叶可调。
轴流压缩机主要用于炼油厂的催化裂化装置、冶金行业的高炉鼓风机站、高炉煤气联合循环发电系统、发酵行业的压缩机站、化肥硝酸装置、大型空分、风洞试验、液化天然气、污水处理及电站等。
已生产的轴流压缩机型号最大做到AV100。
AV型轴流压缩机技术特点：
①是轴流压缩机气体动力学设计采用最先进的三元流理论和优化设计方法；采用效率高、压头大的新型叶栅，成功进行了各种反动度叶型组合设计。
在同样参数的条件下，新设计的产品比国外原进口产品级数少1～2级，效率平均提高5％以上，与一般离心压缩机比效率高出10%。
②是采用先进的程序进行转子动力学设计，并将产品安放基础和轴承转子作为一个系统进行各种计算与分析，提高了产品运转的平稳性、安全性和可靠性。
③是采用全静叶可调机构，将原静叶调节角度从37°～79°拓展到22°～79°，扩大了工况调节范围；同时进一步研究开发了全静叶可调加变转速调节新技术，工况范围又拓宽了15%以上，有效地避免了运行时放风操作和造成的能源损失。
④是整体结构采用便于用户安装调试的公共底座；定子组件采用三层缸结构，改善了产品内部零部件的热应力分布，提高了产品的抗振性，降低了机组的噪音，噪音比国外同类产品低5～10分贝。
⑤是调节机构和滑动支撑部件大量运用DU型合金和石墨轴承，这种材料具有良好的无油自润滑特点。
⑥是使用领域开辟了石油、化工、电力、医药、风洞试验和高炉系统CCPP装备等市场。
（一）AV型轴流压缩机工作原理及结构简图2-2-150
图2-2-150AV型轴流压缩机结构简图
动叶列与它后面的导流器组成级﹐压缩机通常由若干个级构成级组。
轴流压缩机的进气管﹑收敛器﹑进口导流器﹑级组﹑出口导流器﹑扩压器和排气管等组件合称为通流部分。
导流器固定在机壳内﹐组成定子。
动叶均匀地安置在轮盘或转轴上组成转子。
转子两端有密封﹐整个转子支承在两端的径向轴承上﹐其中一端装推力轴承﹐以承受由于压缩气体作用在转子上的轴向推力。
气体由进气管均匀地引至收敛器和进口导流器﹐以一定的速度进入第一级。
气体在级中受到叶片的动力作用﹐因获得能量而提高压力。
气体沿各级依次压缩﹐逐步提高压力﹐经出口导流器﹑扩压器和排气管送出。
性能轴流压缩机的主要性能参数为压力﹑流量﹑功率﹑效率和转速。
其最小流量受喘振工况限制﹐最大流量受阻塞工况限制。
可以采用变转速﹑进口节流﹑出口节流和可调静叶等方法进行调节﹐以扩大运行工况范围。
（二）AV、A型系列轴流压缩机性能参数如表（2-2-43、2-2-44）
表2-2-43AV型系列轴流压缩机（全静叶可调）性能参数表
（介质：
空气）
型号
级数
压比
吸入流量
×103Nm3/h
功率
×102kW
转速r/min
AV40
9-18
70-85
34-80
8833
AV45
9-18
85-110
40-100
7852
AV50
9-18
110-135
50-130
7066
AV56
9-18
135-165
62-160
6309
AV63
9-18
165-215
80-200
5608
AV71
9-18
215-275
100-270
4976
AV80
9-18
275-350
135-330
4417
A90
9-18
350-425
170-410
3926
AV100
9-18
425-550
210-510
3533
AV112
9-18
550-680
270-650
3153
AV125
9-18
680-850
340-880
2827
AV140
9-18
850-1050
400-900
2524
表2-2-44A型系列轴流压缩机（静叶不可调）性能参数表
（介质：
空气）
型号
级数
压比
吸入流量
×103Nm3/h
功率
×102kW
转速r/min
A40
9-17
2.9-7.7
65-84
33-83
9549
A45
9-17
2.9-7.7
84-110
45-106
8488
A50
9-17
2.9-7.7
110-132
56-135
7639
A56
9-17
3-7.7
132-168
72-180
6821
A63
9-17
3-7.7
168-230
90-220
6063
A71
9-17
3-7.7
230-275
115-270
5380
A80
9-17
3-7.7
275-350
149-350
4775
A90
9-17
3-7.7
350-440
170-440
4244
A100
9-17
3-7.7
440-550
240-540
3820
A112
9-17
3-7.7
550-680
290-690
3410
兰州石化公司炼油厂300万吨/年重油催化裂化装置所采用的轴流压缩机为AV90-15。
详见第四章烟气轮机中四机组。
五、AV轴流式压缩机故障与处理
机 组 故 障 与 处 理
序号
故障现象
故障原因
处理方法
1
润滑油压低
测压系统或压力表故障
油泵吸入口堵塞
油箱液位低
油泵吸入口漏人空气
油过滤器堵塞
主油泵和辅助油泵故障
安全阀定位不当或卡在开的位置
压控阀定位不当或故障
泵出口系统漏油
轴承润滑油注油堵塞
冷油器堵塞
检查、校准测压系统或更换压力表
清扫、检查泵吸入口
加油
处理泵入口泄漏
清洗或更换过滤器滤芯
检修油泵
调整或检修安全阀
调整或检修压控阀
检查、处理系统泄漏，检查时不应忽略对冷油器的检查
检查注油孔
切换油冷却器并检修
2
轴承排油温度过高或轴承磨损大
测温仪器、仪表故障
供油量不足
润滑油质不合格或轴承内有沉淀物
进轴承油温过高
轴与轴承间隙小于规定值
轴承的材料有缺陷
振动
转子轴颈表面粗糙
检修测温仪器、仪表
见故障l
换油或清洗轴承
检查并调整冷油器的冷后温度
修研轴承
检验并更换轴承
见故障1
按要求处理轴颈使其粗糙度符合标准
3
动力油压低
测压系统或仪表故障
油箱油位低
油泵吸入口堵塞
油泵吸入管段漏人空气
滤油器堵塞
油泵故障
泵安全阀定位不当或卡在开的位置
试验阀未关严
泵出口系统漏油
泵出口溢流阀故障
蓄能器未投入或氮气压力不足
检查、校准测压系统或更换仪表
加油
检查、清扫油泵人口
处理泵入口渗漏
更换滤油器芯子
检修油泵
调整或检修安全阀
检验或更换试验阀
检查并处理泄漏
检验溢流阀
投蓄能器或将其充压至规定值
4
振动过大
部件装配不正确
螺栓松动或断裂
机器受管路连接应力过大
机组对中精度破坏
停机解体检修，无论转子组件有任何变化都要进行动平衡校正工作
检查支持组件上的螺栓、底座螺栓等或拧紧或更换
检查管线布置和管子吊架，弹性或膨胀接头安装是否合适
检查机组对中情况是否符合要求，在可能的情况下检查机组在操作温度下的同轴度
4
振动过大
齿型联轴器无油
联轴器磨损或损坏
转轴挠曲超标
在临界转速范围内运行
转子上积垢增重或进入异物
转子失重
转子损坏
轴承间隙过大
液态“弹状流”冲击转子
压缩机喘振
轴承压盖松动或轴衬间隙过大
测振系统故障
查明原因消除之，并注入适量的合格润滑油
检修或更换联轴器
调直或换轴
调整运行转速
清扫转子，进行动平衡校正或清扫流道
检查转子磨损情况，进行叶片或齿探伤并做动平衡校正
检修或更换转子
更换轴承
查出液源，消除液体
迅速消除喘振
拧紧压盖或调整轴衬间隙
检查、处理测振系统的故障
5
噪音过大
烟机内气流不稳
压缩机濒于喘振或喘振
变速箱齿轮啮合有缺陷
调节烟机入口阀
调节压缩机运行工况
检修变速箱
6
变速箱温升超标
供油量太大
油中有泡沫
检查调整油压或上油孔板使之符合要求
油不合格，更换油
7
润滑油中进水
冷油器管子漏水并且水压调整得高于油压
烟机密封汽（气）系统调节不当
检查冷油器
按要求调整好密封汽（气）
8
压缩机排气压力下降
压缩机进口温度太高
出口管线漏气
出口放空阀故障打开
排除引起进口温度太高的原因
检修出口管线
检修处理放空阀
9
压缩机排气流量降低
密封间隙过大
入口空气过滤器堵塞
按要求调整轴封间隙或更换密封
更换过滤器滤料
9
压缩机排气流量降低
出口系统压力升高
出口流量检测系统故障
静叶伺服机构故障
a．检查出口系统的各阀位是否符合要求，并调整使其恢复正常位置
b．通知反应岗位检查、调整反一再系统操作，使其符合要求
检查、处理流量检测系统
检验两组动力油缸拉杆的行程是否符合要求，必要时停机检验标定各连接部位及行程有无故障
10
轴向位移过大
推力轴承磨损或损坏
轴位移监测器安装位置移动
主风机或烟气轮机操作不稳定
检修推力轴承
检修轴位移监测器
调整操作
11
轴承温度高
油量不足
油质变坏
轴振动
温度计失灵
加油
换新油
查明原因消除振动
更换温度计
12
主风机喘振
出口管路系统堵塞
反喘振系统失灵
流量调节系统误动作
疏通出口管路
检修反喘振系统
检查并调整流量调节系统
13
主风机逆流
单向阀失灵
反逆流控制失灵或误动作
检修单向阀
14
超速
（但还未到停机值）
发电机突然解列
联轴节损坏
查明原因接通发电机
检修联轴节
15
超速停机
主风机与烟气轮机之间联轴节损坏
发电机突然解列，且超速保护系统失灵
发电机解列，且主风机流量突然减小
检修联轴节
检修超速保护系统
a．接通发电机
b．调整主风机流量
16
紧急停机
紧急停机系统误动作
检修紧急停机系统
升级会员 