1、2. 高效区接近于喘振区;3. 安全要求高。尽管有上述缺点,如在设施上加以考虑,轴流式压缩机仍十分广泛地应用在各大型及以上高炉上。离心式与轴流式压缩机的特性曲线示于图22。P P Qa)离心式 b)轴流式图22离心式与轴流式压缩机的特性曲线轴流式压缩机现有两种拖动方式,即汽轮机拖动和同步电机拖动。同步电机拖动具有设备操作、维护简单、启动快等优点,但需要配置价格相对昂贵的变频启动装置,以及在电网中皆为大容量(30万千瓦以上)的发电机组时,其效率低的缺点方可弥补。汽轮机拖动虽然效率较高,但其具有设备操作、维护复杂,而且启动时间长等缺点。究竟取舍谁,这要进行综合比较而定。第二节 鼓风机本体设备本站1
2、、2鼓风机组是汽轮机拖动的从动机械,而3#机由同步电动机拖动,皆由西安陕鼓动力股份有限公司制造。工艺流程见图23。空气首先被吸入布袋式空气过滤器过滤,尔后进入鼓风机经压缩后,以一定风量、风压排出,经逆止阀、送风阀、配风阀送往高炉。在逆止阀前的送风管上,接有两并联的放风阀,经消音器排入大气。图23 鼓风机简单工艺流程一、 技术参数 1.型号 AV8015 2.型式 全静叶可调轴流式压缩机 3.级数 15 4.静叶调节范围() 2279 5.出口风压(MPa) 0.3985 6.进口风量(m3/min) 5300 7. 功率(kw) 23791 8.介质 空气 9.大气温度() 16.510.进气
3、压力(kPa) 0.0994(A)11.工作转速(r/min) 415012.转向 从汽轮机看顺时针方向13.临界转速(r/min) 第一水平临界转速 1100 第二水平临界转速 2650 第一垂直临界转速 1600制造厂保证工况点的性能见下表。项目单位主要参数季节夏 季冬 季平 均工况点ABCDE进口流量m3/min60005350355045005300进气温度27.95.216.5进口压力MPa(A)0.098520.100320.09941出口压力0.450.23250.2290.380.3985相对湿度896079轴功率kw3140521605118831816723791工作转速r
4、/min4150二、轴流压缩机的本体结构压缩机的本体结构剖视见图24。图24压缩机的纵剖面图由图可见,压缩机有三个缸,即外缸、中缸及内缸。外缸 外缸即机壳,其由上机壳和下机壳两部分组成,为水平剖分型,上、下机壳在中分面处用预紧力螺栓相联接,进、出气法兰均垂直向下。机壳分四点支承在底座上,四个支承点设计在接近下机壳中分面处,分布在下机壳的两端,机组运行时,具有一定的稳定性,减少了由于热膨胀而引起的机组热变形。四个支撑点其中一端(排气端)两点为固定点,另外两个点(进气端)为滑动点。外缸的作用其一是使内缸承受较小的温差,减少热变形,其次是外界空气的尘埃不能进入内缸。外缸的两端装有密封件,与转子上密封
5、齿片一起组成密封装置,减少气体外泄。中缸 中缸即调节缸。其作用在于调节压缩机的各级静叶角度,以满足变工况的需要。安装在机壳两侧的油缸伺服活塞在电液伺服阀的控制下,通过连接平板带动调节缸再作轴向往复运动,缸体则又带动各级沟环和嵌在环内的滑动子一起运动,而滑动子带动曲柄杆使静叶产生转动,从而达到调节静叶角度的目的。有关内容请参见图69。调节缸由钢板焊接而成,水平剖分面,中分面用螺栓连接,分四点支撑在外缸上,安装在外缸与内缸之间。内缸 内缸又称叶片承缸,是压缩机的气流通道部分,在内缸内有导叶和15级静叶,在缸体上每一静(导)叶装有两个支承轴承,静叶及其附件静叶杆全部支承在轴承上。静叶轴承是由DU合金
6、和石墨材料制成的,属于无油润滑轴承,有很好的自润滑作用和密封作用。为了防止气体从静叶轴承间隙中向外部泄漏,每个静叶的柄部都装有一个“O”型密封环。平衡管和排气管 压缩机的外部各有一根高压平衡管道和排气管道。高压平衡管道的作用在于,将排气侧的高压气体引向进气侧的平衡活塞的一侧,而另一侧则为进气侧的空气,平衡活塞两侧的气体压力差,对转子产生由进气侧指向出气侧的作用力,以平衡机组运行时转子由出气侧指向进气侧的一部分轴向推力,减轻推力轴承承受的推力负荷。压缩机因轴向推力不是很大,高压平衡管道仅作为备用。在管道上设有一阀门,在开机时全关,运行时可根据推力轴承温度适当调节。排气管道是将排气侧密封后的气体及
7、内缸漏入机壳的空气一起排向大气。进口管道 压缩机的入口是一个渐缩通道,其作用是使气体加速,从而可使气流均匀地进入压缩机的进口导叶,使进口导叶栅引导气流进入第一级动叶,以改善进口处地气流流动特性。出口管道 空气经压缩机压缩后,其出口气流仍有一定的余速,在出口部分的扩压器中,经渐扩截面通道,气流进一步减速,压力升高。转子 压缩机的转子类同于汽轮机的转子,为转鼓式,15级动叶镶嵌在转鼓上。压缩机的工作过程与汽轮机正相反,是一个压缩减速的过程。当压缩机转子被汽轮机拖动旋转时,空气从动叶通道中获得能量,速度增加,压力升高,流出动叶后,在静叶通道中,速度降低,压力进一步得到提高,尔后再流入下一级动、静叶升
8、压,逐级被压缩后最后进入扩压器再升压,最后由排气管以一定压力、流量送往高炉。在第一章节中,我们曾规定动叶+静叶为一基本作功单元,称为一级,这和汽轮机的正好相反,转子的旋转方向是由凸弧指向凹弧,也和汽轮机中的相反,见图14。前后轴承箱 前轴承箱位于进气侧,内有椭圆型的支承轴承,和汽轮机一样也有顶轴油导入。在壳体转子穿出的两侧设有挡油环,防止油向外界泄漏。再往前,轴端装有联轴器挡,与汽轮机的联轴器挡采用膜片式联轴器连接。后轴承箱位于排气侧,内有支承推力轴承,支承轴承也为椭圆型轴承,而推力轴承则为转子上推力盘两侧各设十块推力瓦块,以承受转子在运行中产生的由排气侧指向进气侧的一部分推力,转子的热膨胀也
9、是以推力盘为支点,向进气侧膨胀。支承轴承下部也有顶轴油进入,与前轴承一起由一台顶轴油泵供油。壳体在近排气侧一端,同样设有挡油环,防止油泄漏。鼓风机除本体设备外,还有空气过滤器,动力油站、两台放风阀及调节保护系统等附属设备,前者见第三章节内容,而后者内容见第六章节。第三节 级的工作原理同样,空气在压缩机的通流部分,即动、静中的工作过程,是一个十分复杂的课题,因而不是本章所能讨论的。本章节只是简单地说明一下其工作原理。在汽轮机中,蒸汽在静、动叶中,即在级中的工作过程,是一个膨胀特性,而在鼓风机中,呈现的则是压缩的特性。因而其通道是不同的。根据上节的介绍,在鼓风机的气流通道中,进口部分、静叶及出口扩
10、压器均为静止的部件,既不向外输出功,也不接受机械功,只是气体本身的压力能和速度能(动能)之间的转换,因而他们的流动规律,符合伯努利的能量守恒方程式:C12 + P1 = C22 P2 2g 1 2g 2 。从式中可以看出,在通道中流动的气体其总能量保持不变(忽略位差和流动损失)。当出口处的C2升高时,其压力P2将下降,反之,亦然。P究竟是升高还是下降,这要取决于通道的特性。 a) b)图25 气体在渐扩通道中的流动图25显示的是截面渐扩通道。由图可见,气体以P1及C1进入通道,由于截面不断扩大,其流速C将逐步下降,最后以C2、P2流出通道,由于C2,导致P2,这时速度能转换成了压力能。同样由图
11、b)可见,由于是减速气流,由于气体之间的摩擦力,以及气体与通道壁之间的摩擦力,在通道壁附近的气流可能会产生停滞,基至产生回流,这在汽轮机的加速渐缩通道中是不会发生的。而在动叶通道中,气体接受了机械功,其情况就要复杂得很多。图26即为鼓风机的一个基元级叶栅图。图26基元级叶栅图在级中,其工作过程如下。从图可知,动叶栅以圆周速度u旋转,上一级的静叶栅出口气流以速度C1流入本级的动叶栅,而进口气流相对动叶栅的速度为w1,气流经动叶栅作功后,以w2、C2流出动叶栅,压力由P1升至P2。尔后,气流以P2、C2进入本级静叶栅,在静叶栅中,速度C2降至C3,压力由P2升至P3,再流入下一级动叶栅中,继续压缩
12、。我们把气流相对于静叶栅的速度C称为绝对速度,气流相对于动叶栅的速度w称作相对速度,而u则为牵连速度。C、w、u各自在动叶栅的进、出口组成速度三角形,应使用平行四边形法则进行合成,即cw+u,见图27。在图中,我们将动叶栅的顶点和叶尾各自的连线称谓叶缘,绝对速度C1与叶缘的夹角1叫做进气角,而相对速度w1与叶缘的夹角1称作进口角(冲角),同理2、2分别叫做出气角和出口角。根据动量定理可知,气流在绕流动叶时,其速度的大小和方向均发生了变化,则动叶对气流必有一个作用力存在,正是凭借此力使动叶获得的机械能转换成气体的压力能。从图26中,动叶对气流的作用力为F,将其分解成圆周分量和轴向分量分别为Fu和
13、Fa,根据牛顿第三定律可知,气流对动叶的反作用力为Fu,则Fu和Fa也要反向。Fu称为圆周力,Fa为轴向力。Fa并不作功,只产生轴向推力,而Fu将对气流作功。图27动叶的进出口速度三角形圆周力Fu对气流每秒钟所做的功为Ni,称为轮周功率,用Ni表示:Ni=Fuu经变换后得,Ni=qm/2 (w12-w22)+( C22-C12) 。式中qm每秒钟通过动叶通道的空气量,kg/s。在上述公式中,相对速度w1下降为w2,在动叶渐扩通道中转换成压力能,气流从进口处的P1至出口上升至P2,而流速从C1上升至C2,尔后在静叶的渐扩通道中减速至C3,使压力从P2进一步上升至P3,完成了一级的作功过程。这也就
14、是说,气流在级中的升压过程,一部分在动叶中完成,另一部分在静叶中完成,为此引入反速度的概念。我们将在动叶中升压占整个级升压的份额称为级的反速度,即动叶中的升压/整级的升压 。一般来说,采用0.5,即动、静叶中的升压各占一半,它具有效率高的优点。对于一级来说,我们所关心的工作参数为压比、效率、功率Ni及流量qm等。压比:定义为级出口压力与进口压力之比,P3/P1 。效率:为气体所获得的有效功与实际功耗的比值,气体所获得的有效功/实际耗功 。功率Ni:用于提高气体压力和克服各项内损失所消耗的功率,单位为kw。流量qm:单位时间内通过级的气体量,单位为kg/s或m3/s。第四节 多级压缩机由于单级叶
15、栅的升压有限,为了获得一定的出口压力,压缩机通常采用多级压缩,各级之间是串联连接,沿着轴向一级一级按顺序通过气流,直至出口,如图28所示。图28压缩机中的压缩过程压缩机的压缩过程,从本质上来说,是一个多变压缩过程,其热力学公式如下:Pvm=Const(常数)。式中m多变指数;v气体的比容,m3/kg。由于在压缩的过程中,气体的压力P不断增高,其比容v随着下降,这就要求级的动、静叶通道截面减小,所以动、静叶的叶高逐级在减小。对于多级压缩机来说,最关心的运行参数大致和单级叶栅的一样。1 压缩比P2/P1 。式中P1压缩机进口处的压力, MPa;P2压缩机出口处的压力, MPa。2 气体流量Q单位时
16、间内压缩机输出流量,通常用m3/min表示。按国家规定,都应折算成标准状态下计算。3、效率气体获得的有效功与压缩机轴端所获得的实际耗功之比,它反映了压缩机性能的优劣程度,寻求高效的优良机组,一直是人类追求的目标。4 功率N用于提高气体压力和克服压缩机各项损失所消耗的功率,单位为kw。功率的计算公式比较复杂,除与压比及流量Q有很大关系外,还与其它一些因素有关,其中进气温度对功率的影响也较大。进气温度越高,分子之间的运动越激烈,对其压缩需要耗更多的功,因而冬季与夏季压缩机在同一工况时其消耗的功率是不等的,冬季要好些。除上述主要运行参数外,压缩机还存在一个安全运行区域问题,见图29所示,压缩机应在制
17、造厂规定的有效使用区域运行。由于压缩机的通道为减速渐扩通道,因而当压缩机运行在某些工况点时,会产生只有在压缩机中才会发生的如下一些现象。图29轴流压缩机的有效使用区1 失速当压缩机的流量小于一定值时,动叶背弧严重脱离,直至通道受到堵塞,气流产生强烈的脉动,出气管内的气流噪音异常,出口压力和进口流量激烈波动,吸风口的温度突然上升,机组强烈振动等,这就是失速,也就是所谓的喘振现象。喘振对机组的危害极大,因而应极力避免之,见第六章节内容。2 阻塞压缩机在低压区运行时,在某一工况点,再降低风压,流量不再增加,此时在动叶的凹弧区产生气流的停滞,动叶将受到一个稳定的应力作用,使机组的振动加大,这就是阻塞现象。在发生阻塞现象时,对动叶并无大碍,但长期在此工况下运行也是不利的。如风压过低,可适当关闭送风阀,抬高压缩机的出口风压。制造厂并无这方面的规定,也许此问题在设计制造方面解决得较好而致。对压缩机的运行等问题如有兴趣,请参看有关书籍。
copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有
经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1