壓縮機(jī)組培訓(xùn)教材(60頁)

1、壓縮機(jī)組培訓(xùn)教材第一節(jié) 壓縮機(jī)概述一、壓縮機(jī)定義和分類壓縮機(jī)是一種根據(jù)氣體的壓力取決于單位時間內(nèi)氣體分子撞 擊單位面積的次數(shù)和強(qiáng)烈程度的原理， 把其它形式的能量轉(zhuǎn)化成 壓力能并提高氣體壓力和輸送氣體的機(jī)器。 在國民經(jīng)濟(jì)各部門得 到廣泛的應(yīng)用，特別是在石油、化工、動力和冶金等各個行業(yè)中 占有重要地位。在化工生產(chǎn)中，工藝氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提壓后， 可滿足各種工況的需要，使工藝過程得以實(shí)現(xiàn)。 壓縮機(jī)種類很多， 按工作原理分為： 容積式壓縮機(jī)和透平式壓縮 機(jī)。1.容積式壓縮機(jī)種類、特點(diǎn)：用增加單位容積內(nèi)氣體分子數(shù)， 從而縮小分子間距來提高氣體 壓力。典型代表活塞式壓縮機(jī)，具有壓力范圍廣、效率高、排氣 量

2、根本不隨壓力變化的特點(diǎn)。另外還有滑片式、羅茨式、螺桿式 壓縮機(jī)。2. 透平式壓縮機(jī)種類、特點(diǎn)：利用旋轉(zhuǎn)葉片對氣流的作功、 通過氣流的不斷加速、 減速因慣 性彼此擠壓而縮短分子間距來提壓。具有體積小、重量輕、結(jié)構(gòu) 緊湊、流量大、維修工作量小、氣體不受潤滑油污染、適于汽輪 機(jī)或燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動有利于能源的綜合利用等特點(diǎn)， 在石化行業(yè)得 到廣泛應(yīng)用， 并實(shí)現(xiàn)單機(jī)配制， 適用于低、 中壓，大流量的場合。按氣體運(yùn)動方向分類：1. 離心式：被壓縮氣體在壓縮機(jī)內(nèi)大致沿垂直于壓縮機(jī)軸的徑向 流動。2. 軸流式：氣體在壓縮機(jī)內(nèi)大致沿平行于軸線方向流動；3. 軸流離心組合式：在軸流式的高壓段配以離心式段。按排氣壓力p

3、 d分類：通風(fēng)機(jī)，p dVO .0142(g);鼓風(fēng)機(jī)，0.0142 (g) <P d< 0.245(g),壓縮機(jī)，P d>0.245(g)。按用途分類： 制冷壓縮機(jī)、高爐壓縮機(jī)、空氣壓縮機(jī)、天然氣壓縮機(jī)、合成氣 壓縮機(jī)、二氧化碳壓縮機(jī)等。二、汽輪機(jī)的定義和分類：汽輪機(jī)，又叫蒸汽透平，用蒸汽來做功的旋轉(zhuǎn)式原動機(jī)。來自鍋爐或其它汽源的蒸汽通過調(diào)速閥進(jìn)入汽輪機(jī)， 一次高速 流過一系列環(huán)形配置的噴嘴(靜葉柵)和動葉柵而膨脹做功，推 動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)(將蒸汽的內(nèi)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能) ，汽輪機(jī)帶動 發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)或泵等負(fù)荷機(jī)旋轉(zhuǎn)。汽輪機(jī)按照熱力過程分為：1. 凝汽式汽輪機(jī)蒸汽在汽輪機(jī)中作功

4、后全部排入凝汽器冷凝，凝汽器內(nèi)部壓力比大氣壓低。2. 抽汽凝汽式汽輪機(jī)蒸汽在汽輪機(jī)膨脹至某級時，將其中一局部蒸汽從汽輪機(jī)中 抽出來，供應(yīng)其它的蒸汽用戶；其余蒸汽在后面級中作功后 排入凝汽器。3. 背壓式汽輪機(jī)蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹作功后，在大于一個大氣壓的壓力下排 出氣缸，其排汽供其它低壓用戶。4. 多壓式注入式汽輪機(jī)假設(shè)工藝過程中有某一壓力的蒸汽用不完時， 就把這些多余的蒸 汽通過管道注入汽輪機(jī)中的某個中間級內(nèi)并同原來的蒸汽一起 在透平內(nèi)膨脹作功，從而回收能量。汽輪機(jī)按蒸汽壓力分為低壓 2.0 以下、中壓2.05.0、高壓 5.0 10.0 、超高壓 12.014.0 及超臨界 22.5 以上

5、的汽輪機(jī)。按工作原理分為：沖動式、反動式、沖動式與反動式的組合式 汽輪機(jī)等。 第二節(jié)離心式壓縮機(jī)及汽輪機(jī)的根本原理和結(jié)構(gòu) 一、離心式壓縮機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)1.結(jié)構(gòu)從外觀上首先看到的是機(jī)殼 氣缸，通常用鑄鐵或鑄鋼澆鑄而 成。一臺壓縮機(jī)常常有兩個或兩個以上的氣缸， 按壓力上下稱低 壓缸、中壓缸和高壓缸。壓縮機(jī)本體結(jié)構(gòu)可分兩大局部：1、轉(zhuǎn)動局部，有主軸、葉輪、平衡盤、推力盤及聯(lián)軸器等零部件組成，又稱轉(zhuǎn)子。2、定子局部，由氣缸、隔板、徑向軸承、推力軸承、軸端 密封等零部件組成，常稱轉(zhuǎn)子。在壓縮機(jī)理論中常常沿氣體流動線路，將壓縮機(jī)分成假設(shè)干個 級，級是由一個葉輪和與之相配合的固定元件擴(kuò)壓器、 彎道和回 流

6、器的根本單元組成。如下圖壓縮機(jī)每段進(jìn)口處的級成為首級，除了上述元件還包括進(jìn)氣 室；壓縮機(jī)排氣口的級成為末級它沒有彎道和回流器， 取而代之 的是排氣室。在離心式壓縮機(jī)中，氣體流過一級之后，壓力的提高是有限 的，要想壓縮到較高壓力時，就需要通過假設(shè)干個級來完成，幾個 級可以裝在一個缸內(nèi)。一個缸最多能裝 10 級左右，更多的級需 要采用多缸。氣體經(jīng)壓縮后溫度就要升高， 當(dāng)要求壓力比擬高時， 常將氣體壓縮到一定壓力時就從缸內(nèi)引出， 在冷卻器內(nèi)降溫， 然 后再進(jìn)入下級繼續(xù)壓縮。 根據(jù)冷卻次數(shù)的多少， 可將壓縮分為幾 個段。一個段可以是一個級也可以是幾個級。 一缸可分為一個段 或多段。在多級離心壓縮機(jī)中，

7、由于每級葉輪兩側(cè)氣體作用在其上的 力大小不同，因此，使轉(zhuǎn)子受到一個指向低壓端的合力，這個合 力稱為軸向力。 平衡盤是用自身兩側(cè)的壓力差來平衡軸向力的零 件。它位于壓縮機(jī)的高壓側(cè)，用來平衡大局部軸向力的，剩下的 軸向力作用于止推軸承上。 有的壓縮機(jī)葉輪采用背靠背的方法排 列來平衡軸向力。聯(lián)軸節(jié)又叫背靠輪，它是汽輪機(jī)或驅(qū)動電機(jī) 和壓縮機(jī)以及壓縮機(jī)上下壓缸間的連接件， 現(xiàn)在通常采用撓性聯(lián) 軸節(jié)。它允許較大的平行不對中、角度不對中和綜合不對中。定子包括機(jī)殼和殼內(nèi)的固定元件，機(jī)殼有水平分和垂直剖分 兩種型式。水平剖分便于拆裝機(jī)制造，但密封面大，且強(qiáng)度差； 對于壓力較高的情況，采用垂直剖分形式，殼體實(shí)際上

8、是兩缸， 內(nèi)缸仍是水平剖分，轉(zhuǎn)子及固定元件都裝在內(nèi)缸中， 然后再裝入 外缸，外缸為整個圓筒，在一端或兩端有端蓋，翻開后即可把內(nèi) 缸拉出。機(jī)殼內(nèi)有各種隔板，在機(jī)殼和隔板之間，隔板與隔板子之間 構(gòu)成了吸氣室、擴(kuò)壓室、彎道和回流器等固定兀件。2、通流局部各主要部件的作用氣體在壓縮機(jī)中流經(jīng)的主要通道部件是進(jìn)氣室、葉輪、擴(kuò)壓 器、彎道、回流器和蝸殼。這些部件我們稱之為通流部件。下面 分述這些部件的作用。1進(jìn)氣室： 這是將進(jìn)氣室或中間冷卻器的氣體均勻地吸入 葉輪去進(jìn)行增壓的通道， 因此在壓縮機(jī)中每一段進(jìn)口都設(shè)置進(jìn)氣 室。2葉輪：葉輪也稱為工作輪，它是壓縮機(jī)的心臟部件，氣 體在葉輪葉片的作用下， 跟著葉輪作

9、高速旋轉(zhuǎn)， 氣體由于受到旋 轉(zhuǎn)離心力的作用以及在葉輪里的擴(kuò)壓流動，使氣體壓力得到提 高，速度也得到提高。所以葉輪是氣體提高能量的關(guān)鍵部件。3擴(kuò)壓器：氣體被從葉輪甩出后，就有較高的流動速度， 在葉輪出口后設(shè)置流道截面逐漸擴(kuò)大的部件稱為擴(kuò)壓器。 其目的 是進(jìn)一步將氣體的流動速度轉(zhuǎn)化為壓力。4彎道：為了把擴(kuò)壓器后的氣體引入到下一級葉輪的進(jìn)口， 就必須改變氣體流動的方向， 使其由離心方向的流動改為向心方 向的流動，所以在擴(kuò)壓器的后面設(shè)置了彎道與其相連接。5回流器： 其作用是將彎道來的氣體均勻的分布到下一級 葉輪的進(jìn)口。6蝸殼：蝸殼的主要目的是把擴(kuò)壓器或葉輪后面的氣體匯 集起來，引到壓縮機(jī)外面去，流向氣

10、體輸送管道或氣體冷卻器， 此外在聚集氣體的過程中， 一般由于蝸殼外徑的逐漸增大通流截 面也逐漸擴(kuò)大，因此也祈禱一定的降速增壓作用。3、工作原理離心式壓縮機(jī)的工作原理與輸送液體的離心泵相似。當(dāng)驅(qū)動 機(jī)如汽輪機(jī)、電動機(jī)等帶動壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉輪流道中 的氣體受葉輪作用隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)， 在離心力的作用下， 氣體被 甩到葉輪外的擴(kuò)壓器中去。 因而在葉輪中形成了稀薄地帶， 入口 氣體從而進(jìn)入葉輪填補(bǔ)這一地帶。 由于葉輪不斷旋轉(zhuǎn)， 氣體就被 不斷地甩出， 入口氣體就不斷地進(jìn)入葉輪， 沿徑向流動離開葉輪 的氣體不但壓力有所增加， 還提高了速度， 這局部速度就在后接 元件擴(kuò)壓器中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Γ缓笸ㄟ^彎道導(dǎo)入

11、下級葉輪繼續(xù)壓 縮。4、離心式壓縮機(jī)的功耗及效率 1概述：壓縮機(jī)氣體需要消耗的能，大型離心壓縮機(jī)由原 動機(jī)如汽輪機(jī)、燃動機(jī)等驅(qū)動，原動機(jī)軸端所傳遞的功率包 括壓縮機(jī)軸承、 齒輪箱及聯(lián)軸節(jié)等傳動局部的機(jī)械損失以及壓縮 機(jī)內(nèi)功率。內(nèi)功率指的是壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子對氣體所消耗的功率。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子是通過葉輪向氣體傳遞能量的。葉輪除對氣體作 功外，葉輪的輪盤、 輪蓋的外側(cè)面及輪緣與周圍氣體的摩擦所產(chǎn) 生的輪阻損失、 葉輪出口高壓氣體漏回到葉輪低壓端的漏氣損失 也都要消耗功。對整個壓縮機(jī)來說，葉輪對氣體作功轉(zhuǎn)換成以下三個局部： A 提高氣體的靜壓能 壓縮功，使氣體從進(jìn)口壓力提高到出口壓力B 提高氣體的動能。在一般情況

12、下，動能的提高不大，常常 可以忽略不計(jì)。C 克服氣流在級中的流動損失。這局部流動損失，是指氣流 在葉輪內(nèi)和級的固定元件如吸氣室、擴(kuò)壓器、彎道、回流器、 蝸殼等內(nèi)的流動損失?？傊?，壓縮機(jī)級中的功耗有五局部組成，即靜壓能提高、動 能的變化、流動的損失、輪阻損失和漏氣損失組成的，只有靜壓 能的提高對氣體的升壓是有用的。2氣體的壓縮過程靜壓能的提高與氣體的壓縮過程有關(guān)。熱力學(xué)把氣體的壓縮 過程分為：等溫壓縮過程、絕熱壓縮過程、多變壓縮過程。壓縮 機(jī)中氣體的實(shí)際壓縮過程是多變壓縮過程， 但可以忽略與外界的 熱交換?，F(xiàn)分析各壓縮過程中的靜壓能提高壓縮功 。設(shè)壓縮機(jī)進(jìn)出口參數(shù)分別為Pi、Vi、Ti和P2、V

13、2、T2,壓縮氣體的所需能量的單位，它表示壓縮 1 氣體所需要的能量。A 等溫壓縮 恒定等溫壓縮功為 iP2iB 絕熱壓縮氣體在壓縮過程中與外界無熱交換且無氣體流動損失和摩擦 損失。絕熱壓縮后氣體溫度：T2i= P2ii絕熱壓縮功為：(1)R T1( P21)(1)1)()C 多變壓縮過程：過程存在流動損失和摩擦損失，外界可以 有熱交換或者無熱交換。多變過程氣體溫度計(jì)算式為：T21=( P21)(1)多變壓縮功為：(1) R T1( P21)(1)1) ()以上式中 R 為氣體常數(shù)，被壓縮氣體組分越輕那么 R 越大。 多變過程和理論絕熱過程的公式具有同樣形式，只是絕熱指 數(shù)K代以多變指數(shù) m。

14、多變指數(shù)和絕熱指數(shù)不同，它不僅隨氣 體的種類而變化， 而且與設(shè)備結(jié)構(gòu)有關(guān)系。 對于離心式壓縮機(jī)來 說，多變指數(shù) m大于絕熱指數(shù)K。機(jī)器設(shè)計(jì)和控制的越合理， 那么m越接近K值。(3) 壓縮機(jī)過程分析討論A 三種典型壓縮過程，如氣體溫度和壓比相同，那么等溫壓縮 過程需要的壓縮功最小，排氣溫度最低，等于進(jìn)氣溫度。這是一 種理想情況， 實(shí)際上只能接近而不能到達(dá)。 多級壓縮過程需要的 能量頭最大， 所以多級壓縮機(jī)常做成多段， 增加段間冷卻器從而 使壓縮過程向等溫壓縮過程靠近， 對于具有中間冷卻器的壓縮機(jī) 常用等溫效率來衡量機(jī)器完善程度。B 同質(zhì)量流量的同種氣體來說，如初溫度相同，當(dāng)壓縮比相同，其功耗也相

15、同。例如把氣體從10個大氣壓壓縮到100個大氣壓，與從1個大氣壓壓縮到10個大氣壓所需要的功耗相同。C氣體所需要的壓縮功與氣體的性質(zhì)有關(guān)，對輕氣體，因?yàn)闅怏wR大，所以在相同壓力下需要的壓縮功就比壓縮重氣體大從 壓縮表達(dá)式可以看出，但由于同一壓縮機(jī)及壓縮同一體積流量 的不同氣體，所提供的葉片功是相同的，也即H葉片與氣體性質(zhì)武官，所以在同一壓力比要求下， 壓縮輕氣體需要的級數(shù)比重氣 體多。D多變過程是具有損失的過程，多變指數(shù) m反映多變壓縮過 程所需功的大小。損失使氣體得到附加熱量，采用中間冷卻器， 目的是為了向等溫壓縮過程靠近。 各個不同壓縮過程在圖和圖上 的表示如以下圖2圖3所示。各個過程的壓

16、縮功就是各壓縮過程線 縱坐標(biāo)及1、2兩條等壓線所包括的面積。 s圖2 T-S圖上各種不同壓縮過程P-V圖上各種不同壓縮過程4壓縮機(jī)的效率壓縮機(jī)或級的效率主要是用來說明供應(yīng)氣體的機(jī)械能的利用程度。由于有三種壓縮過程， 那么相應(yīng)的把壓縮機(jī)效率分為多變效率n、絕熱效率n和等溫效率n。多變效率指由壓力Pi增加到P2所需要的多變壓縮功與實(shí)際消 耗的功之比。目前離心式壓縮機(jī)的多變效率為 0.70.84 左右。絕熱效率指由壓力Pi增加到P2時絕熱壓縮功與實(shí)際所需消耗 的功之比。等溫效率指由壓力Pi增加到P2時等溫壓縮功與實(shí)際所需消耗 的功之比。實(shí)際的壓縮機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)沒有損失的絕熱壓縮過程， 但它可以 作為比

17、擬標(biāo)準(zhǔn)。 由于多變壓縮功 >絕熱壓縮功 >等溫壓縮功， 故有 n >n >n ,故要注意機(jī)器效率使用哪一種表示方法。二、汽輪機(jī)根本原理、結(jié)構(gòu) 汽輪機(jī)是用蒸汽來作功的旋轉(zhuǎn)式原動機(jī)。 來自鍋爐或熱網(wǎng)的蒸 汽，經(jīng)脫扣節(jié)流閥或事故切斷閥、調(diào)速閥進(jìn)入汽輪機(jī)，依次告訴 流經(jīng)一系列環(huán)形培植的噴嘴 (或靜葉柵) 和動葉柵而膨脹作功推 動汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換成機(jī)械功。 這便是汽輪機(jī) 簡單的工作原理。汽輪機(jī)可按工作原理分為：沖動式、反動式、 沖動式與反動式的組合式汽輪機(jī)。首先，我們對這幾類汽輪機(jī)的工作原理作一下介紹。1、汽輪機(jī)的工作原理(1)沖動式汽輪機(jī)沖動式汽輪機(jī)的最簡單的

18、結(jié)構(gòu)如圖 4 所示意。葉輪上配置一圈動葉片與噴嘴配合在一起， 構(gòu)成一個做功的簡單機(jī)械。 我們把由 噴嘴和與其配合的動葉片構(gòu)成的汽輪機(jī)作功的單元稱級。由一個級組成的汽輪機(jī)叫做單級汽輪機(jī)。噴嘴又叫靜葉片。它是一個截面形狀特殊且不斷變化的通道。 蒸汽進(jìn)入噴嘴后發(fā)生膨脹， 消耗了蒸汽的壓力能，即消耗了蒸汽 的熱能，蒸汽的壓力及溫度都下降了，而蒸汽的流速卻增加了， 獲得了高速氣流。噴嘴的作用就是將蒸汽的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。動葉片又稱工作葉片。在葉輪的外圓周上裝滿的一整圈葉片， 常叫動葉柵。由噴嘴流出的高速氣流流至動葉片時，其速度的大小及方向是一定的，之后氣流由于受到動葉片的阻礙 作用力， 改變其原來的速度的

19、大小及方向，這時候氣流必然給動葉片一個 反作用力，推動葉片運(yùn)動，將一局部動能成葉輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械功。由上述可知，在汽輪機(jī)連續(xù)工作過程中有兩次能量轉(zhuǎn)換，即：熱能f蒸汽動能f轉(zhuǎn)子機(jī)械能。為了更好的理解汽輪機(jī)的工作原理， 下面分析一下沖動式汽輪 機(jī)的動葉片型式。如果我們用一個直立的平板，讓高速氣流沖擊到它的外表上， 平板由于受到氣流的沖擊作用而發(fā)生運(yùn)動。但因在平板的外表附近產(chǎn)生了很大的擾動和渦流損失， 如圖5所示，使蒸汽中大量的 有用能量不能得到很好的利用以至造成浪費(fèi)。所以經(jīng)過大量的實(shí)踐改良，現(xiàn)在汽輪機(jī)的動葉片做成彎曲形。如果要產(chǎn)生最大的作 用力，就要使蒸汽的噴射方向與動葉片的運(yùn)動方向一致，然后再轉(zhuǎn)一個

20、180°而離開動葉片，如圖5所示，這時動葉片受到的沖 擊力如圖6所示。汽流噴菩氏運(yùn)動勢專向平板弍動時片穹曲的動葉片運(yùn)動方向釈沖動式鍛機(jī)動葉片的時圖陽蘸汽微團(tuán)飾在葉片上的離心力汽流以C1的速度流向曲面，它相當(dāng)于汽輪機(jī)的動葉片，并能沿 平行于汽流的方向移動。汽流進(jìn)入彎曲流道內(nèi)弧所構(gòu)成的氣道后，便沿著內(nèi)弧逐步改變流動方向，最后流出氣道時的速度為 C2 方向恰與 C1 方向相反。 當(dāng)氣流流過曲面時， 實(shí)際上做圓周運(yùn) 動，因此組成氣流的每一個蒸汽微團(tuán)都受到葉片所作用給它的一 個向心力， 同時葉片受到氣流給它一個大小相等、 方向向反作用 力。假設(shè)氣流微團(tuán)的離心力用向量表示。在 1 點(diǎn)處的離心力

21、P1 可以分解成軸向分力 Piz及運(yùn)動方向上的分力 Piu、在2點(diǎn)處的 離心力P2也可以分解成P2z和P2U。軸向分力Piz和P2Z恰好相互 抵消，因?yàn)榇硕Υ笮∠嗟?、方向相反，且共同作用在一個葉片 的同一條支線上。同樣，其它點(diǎn)的軸向分力也相互抵消，因此氣 流的離心力在軸向上的分力之和為零，即Piz + P2Z +=0在彎曲面運(yùn)動方向上的分力之和等于P,即Pi2在這個P力的作用下彎曲面葉片向右運(yùn)動，通過葉輪及軸產(chǎn) 生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。假設(shè)帶動壓縮機(jī)和泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)械，就可以輸出機(jī)械 功。這就是沖動式汽輪機(jī)的工作原理。實(shí)際上， 由于機(jī)械結(jié)構(gòu)等方面的限制， 從噴嘴流出來的氣流不 能與動葉片的運(yùn)動方向完全相同

22、， 而成一個夾角。 動葉片也不是 一個半圓弧，而是由好幾段曲線組成，一般是圓弧和拋物線弧。 如下圖 7 所示。(2)速度級和壓力級前面已經(jīng)介紹級的概念，從結(jié)構(gòu)上看，汽輪機(jī)的一個級是有噴 嘴(幾個或整個圓周布置的噴嘴) 和一列動葉片組合起來的裝置， 從動作原理來看，就是能造成高速氣流，能將速度能轉(zhuǎn)換成機(jī)械 能，并產(chǎn)生推力對外做功的根本單元。 級可以分為壓力級和速度 級，簡單介紹如下。A. 壓力級在可以利用的蒸汽能量很大的情況下， 只有一個級不能充分利 用這些能量。這時，我們把由噴嘴和動葉片組成的級串聯(lián)在同 一根軸上，將蒸汽的能量分別在假設(shè)干個級中加以利用。從結(jié)構(gòu)來看，就是一列噴嘴和一列動葉片，

23、其后又是一列噴嘴和一列 動葉片，這樣逐次排列下去。在第一列噴嘴進(jìn)口處的蒸汽壓力 最高，以后逐級降低，這就是常見的多級汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，其中的每個級，都叫做壓力級。B. 速度級壓力級外，在有些汽輪機(jī)上設(shè)有速度級復(fù)速度級或寇蒂斯級 速度級比壓力級在結(jié)構(gòu)上復(fù)雜一點(diǎn)。圖8是具有雙列速度級的單級沖動式汽輪機(jī)示意圖， 它比單級 沖動式汽輪機(jī)對蒸汽能量的利用更充分一點(diǎn)， 由軸1、葉輪2、 雙列動葉片3及6構(gòu)成轉(zhuǎn)子；由噴嘴4、導(dǎo)向葉片7、氣缸5、 排氣氣管8等組成的靜子局部。如果沖動式級在工作時， 離開動葉片的氣流速度仍很大， 這說 明還沒有充分利用蒸汽的動能來做功。為了利用這局部能量， 在同一葉輪的輪緣上再

24、要裝置第二動葉珊，使蒸汽流過兩列轉(zhuǎn)動的葉珊，第一列動葉珊通道中蒸汽能量中的一局部轉(zhuǎn)換為機(jī) 械能，而其余的蒸汽能那么由第二列動葉珊繼續(xù)將能量轉(zhuǎn)換為機(jī) 械能。為了使蒸汽流以一定的方向流入第二動葉珊，在第一、 二列動葉珊之間裝一列固定的葉片， 起導(dǎo)向作用， 稱之為導(dǎo)向 葉片，它是裝在氣缸上的。 速度級與沖動式壓力級的工作原理是一樣的， 不同的就是蒸汽 的速度在第一、二列動葉珊中分別加以利用。除雙列速度級以外， 還有三列速度級， 但常用的是雙列速度 級。經(jīng)常用它做成小功率的汽輪機(jī)， 帶送風(fēng)機(jī)及其他各種泵等， 也可以用它做多級汽輪機(jī)的第一級。反動式汽輪機(jī)反動式汽輪機(jī)是利用反作用力與沖擊力將蒸汽的速度能轉(zhuǎn)

25、 換成機(jī)械能的。 反動式汽輪機(jī)的工作原理同樣是基于慣性定律 和作用力與反作用力定律的。圖 9 是反動式汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。 動葉片安裝在轉(zhuǎn)鼓上， 軸、 平衡活塞及轉(zhuǎn)鼓組成了轉(zhuǎn)子。靜葉片安裝在氣缸上，與進(jìn)、排 管等組成靜子。反動式的級仍然是由一列靜葉珊組成。 它的工作原理是： 在 靜葉珊中氣流與經(jīng)過噴嘴時相似，壓力降低，容積膨脹，速度 增加；而它的動葉珊也作成截面漸收縮的氣道,氣流在動葉珊中進(jìn)一步降壓 ,膨脹加速。根據(jù)慣性定律可知，運(yùn)動的物體如 果不受外力的作用的話， 那么一定按照它原來的速度大小及方向 運(yùn)動下去。 氣流既然在動葉珊中獲得了加速度， 那必然有外力 作用在其氣流上， 這個力是由于在

26、動葉珊上降低了氣流的壓力 和溫度， 即氣流的熱能轉(zhuǎn)換為動能所獲得的。 在動葉珊中進(jìn)一 步使氣流降壓、 增速并以高速離開， 這時氣流必須給動動葉珊 一個大小相等、 方向相反的作用力， 使動葉珊轉(zhuǎn)動帶動軸旋轉(zhuǎn) 的對外做功。這就是反動式汽輪機(jī)的工作原理。反動原理在汽輪機(jī)中的實(shí)際應(yīng)用，如圖 10 所示。這是反動 式汽輪機(jī)中的一個級的斷面示意圖。 蒸汽在靜葉柵中膨脹的內(nèi) 弧改變方向，因此動葉片就受到由于沖動原理產(chǎn)生的沖擊力， 記為P沖；又由于氣流在動葉柵氣道內(nèi)從 P1膨脹降壓至P2, 因而動葉片上又受到由于反動原理而引起的反作用力 P 反的作 用， P 沖與 P 反的合力為。此外，動葉片前后有壓差也引起

27、一個 軸向力 P 軸。與 P 軸的合力為 P 總，這就是作用在動葉片上的力。 沿動葉片運(yùn)動方向的分力，使動葉片向右移動，并做機(jī)械功， 因此，作用在反動式汽輪機(jī)的級的動葉片上的力， 既有沖動式， 椰油反作用力。實(shí)用的反動式汽輪機(jī)， 都采用多級型式， 其工作原理與前面 分析的單級反動式汽輪機(jī)的工作原理根本一樣。為了分析方便， 前述沖動式級， 實(shí)際上是指在動葉柵中沒有 膨脹發(fā)生的情況，有人把它叫做純沖動式級。近代常用的汽輪機(jī)，實(shí)際上用的是帶反動度的沖動式汽輪 機(jī)。在這種汽輪機(jī)中，動葉柵中也有氣流膨脹，但比噴嘴中的 膨脹程度小些。所謂反動度， 就是在動葉柵中蒸汽膨脹的程度占級中總的應(yīng)該膨脹程度的比例數(shù)

28、，或是在動葉柵中的理想焓降之比，常用P表示反動度。純沖動式級的p =0 ;反動級的p =0.5;帶反動度的沖動式級 的0< p <0.5。帶有不大反動度的沖動級使用最廣泛， 它可以提 高沖動式汽輪機(jī)的效率。闇J鍛級反勸弍汽輪楓示意圖10 反動式汽輪札的級(4)沖動反動組合式汽輪機(jī)這類汽輪機(jī)的前一級或前幾級為沖動式，后面的即為反動式。2、汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及用途汽輪機(jī)實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換，主要是通過噴嘴把熱能轉(zhuǎn)換為動能，通過動葉柵把動能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。因此，噴嘴一般做成靜止局部；而動葉柵那么安裝在轉(zhuǎn)動軸上，形成汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)子局部。 所以汽輪機(jī)主要是由轉(zhuǎn)子、靜子兩大局部組成。1 轉(zhuǎn)子局部也就是汽輪機(jī)的

29、轉(zhuǎn)動部件， 靠固定于汽缸上的前后兩個軸承 支撐，由主軸、葉輪、葉片組成，并通過聯(lián)軸器與被驅(qū)動機(jī)械 相連。 轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)， 把蒸汽作用到葉片上力矩傳遞給驅(qū)動 機(jī)械，到達(dá)對外做功的目的。轉(zhuǎn)子的性能要求為使轉(zhuǎn)子能平安可靠的運(yùn)行，必然滿足以下條件：A 必然有一定的強(qiáng)度， 以滿足支持自身重量和傳遞轉(zhuǎn)矩的要 求。B 必須經(jīng)過嚴(yán)格的動平衡， 以免高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生過大的離心 力引起汽輪機(jī)振動和損壞。C 必須使汽輪機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速和運(yùn)行轉(zhuǎn)速避開一定距離， 以免 產(chǎn)生共振。D 必須安裝平衡盤、 推力盤和軸套， 用以平衡轉(zhuǎn)子的軸向推 力并確定轉(zhuǎn)子在軸向定位。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，一般有正鍛式、套裝式、組合式、焊接式、 轉(zhuǎn)鼓式等

30、。轉(zhuǎn)子的軸向推力及其平衡 蒸汽在汽輪機(jī)的通流局部膨脹做功時，轉(zhuǎn)子上受兩局部力， 一局部叫做輪周力， 是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩對外做功的有益力； 另一局部 沿葉輪軸向從高壓端指向低壓端， 企圖推動轉(zhuǎn)子向氣流方向運(yùn) 動，所有葉輪軸向力之代數(shù)和，就是整個轉(zhuǎn)子的軸向推力。轉(zhuǎn) 子的軸向推力一般要采取措施平衡掉大局部， 剩余的局部由推 力軸承承當(dāng)。如果推力過大，就會影響軸承壽命，嚴(yán)重時會燒 壞軸瓦，引起轉(zhuǎn)子上動靜局部碰撞，以致?lián)p壞機(jī)器，因此，在 運(yùn)行中必須嚴(yán)密監(jiān)視轉(zhuǎn)子軸向推力變化，確保機(jī)組平安運(yùn)行。一般來說，作用于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸向推力來源于以下幾種因 素：a 葉輪兩側(cè)的壓力差。b 動葉片上的軸向力。c 軸上各處直徑不同

31、引起的受力。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子所受軸向推力很大，高壓汽輪機(jī)反動式可達(dá) 到幾百噸， 為確保機(jī)組的平安運(yùn)行， 一般采取以下措施平衡軸 向力。a 使用推力軸承。目的是固定轉(zhuǎn)子在氣缸中的軸向位置，承 受轉(zhuǎn)子上的少局部軸向推力。b 使用平衡活塞或平衡盤。如圖 11 所示，在轉(zhuǎn)子通流局部 對側(cè)，將轉(zhuǎn)子做成階梯形，以產(chǎn)生相反的軸向推力，此階梯凸 臺就叫平衡活塞。其右側(cè)為高壓蒸汽，左側(cè)與汽室相通，受低 壓蒸汽作用，因而產(chǎn)生向左的軸向力，以平衡局部軸向力。對 沖動式汽輪機(jī)因其總的軸向推力不大， 一般將高壓汽封套直徑 做大些，也可以起到類似的作用。c 開平衡孔。由于汽輪機(jī)葉片兩側(cè)存在壓力差，在輪盤上開 有貫穿兩側(cè)的小孔，

32、即平衡孔，可減少輪盤上的軸向推力。平衡孔一般開5-7個奇數(shù)孔，以免在葉輪同一直徑上形成對稱孔，影響葉輪強(qiáng)度。另外開奇數(shù)孔對減輕葉輪震動也有好處。但此發(fā)會使汽輪機(jī)效率有所降低。d采用相反流向布置。如圖 12所示，使蒸汽在上下壓缸或 各區(qū)域內(nèi)流向相反，而產(chǎn)生反方向的軸向推力， 以相互抵消而 達(dá)平衡。2靜子局部即汽輪機(jī)的靜止局部，包括汽缸、前后支承軸承、推力軸承、 噴嘴組、隔板、支撐與滑銷系統(tǒng)、汽封等。A汽缸機(jī)殼汽缸的作用是支撐轉(zhuǎn)子、 容納并通過蒸汽，將汽輪機(jī)通流部 分噴嘴、轉(zhuǎn)子、隔板等與大氣隔開，保證蒸汽在機(jī)殼內(nèi)完 成其做功過程。在運(yùn)行中，汽缸會承受蒸汽與大氣壓力差、軸向拉應(yīng)力、部 件重量、振動及

33、熱應(yīng)力等多種作用，一般作為薄殼雙層，既要 可靠的固定在機(jī)座上，又要有一定的自由膨脹裕度。B支撐與滑銷系統(tǒng)目的是承受汽缸重量，并使汽缸在受熱狀況下按一定方向進(jìn) 行膨脹。C噴嘴組和隔板噴嘴作用如前所述，它是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為動能的重要部 件；隔板那么使各組葉輪在單獨(dú)的蒸汽室中進(jìn)行，到達(dá)熱能的充 分利用。D 汽封裝置在汽缸兩端、 葉輪和隔板處， 為防止動靜部件碰撞而留有間 隙。由于這些間隙前后壓力差存在， 主軸通過間隙處必然有漏 氣，從而降低機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性并造成損失。 汽封裝置作用就 是減少漏氣，確保機(jī)組平安運(yùn)行。軸端漏氣不但造成局部蒸汽熱能的浪費(fèi)，影響汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì) 性，還會破壞潤滑、造成油中帶水、軸

34、承潤滑不良等后果。另 外，汽缸后側(cè)漏入空氣， 對排氣溫度和凝汽設(shè)備的真空建立也 有一定危害。汽輪機(jī)的汽封裝置有多種形式， 最常用的是迷宮式汽封， 通 過蒸汽的節(jié)流降低密封齒前后的流動壓差和流速， 從而減少漏 氣量，到達(dá)密封的目的。E 軸承按其所起的作用可分為支持軸承 又叫徑向軸承 和推力軸 承。支持軸承的作用是承受徑向力， 保持主軸與汽缸中心線一 致，確保轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。推力軸承那么用來承受轉(zhuǎn)子軸向力， 限制轉(zhuǎn)子軸向串動， 保持轉(zhuǎn)子軸向位置。 目前汽輪機(jī)和離心式 壓縮機(jī)絕大多數(shù)采用的是油潤滑動壓軸承， 通過建立油膜壓力 承受載荷。3、汽輪機(jī)的功率和效率1汽輪機(jī)的功率我們知道， 汽輪機(jī)的功是熱能

35、轉(zhuǎn)換來的， 而功率那么表示單位時間的功。在汽輪機(jī)運(yùn)行管理工作中， 將接觸到以下幾種功率：A 理想功率表示不考慮任何損失， 蒸汽在汽輪機(jī)中作理想膨脹， 單位時 間內(nèi)將全部熱能都轉(zhuǎn)換為功。1 公斤蒸汽具有的能量可用熱量表示為：排式中： 在入口狀態(tài)參數(shù)下的新蒸汽的焓i 排 排氣壓力、溫度下的蒸汽的焓理想焓降在理想的情況下，蒸汽能量都轉(zhuǎn)化為機(jī)械功應(yīng)為：427427在實(shí)際工作中， 知道每小時的重量流量， 就可相應(yīng)算出相應(yīng) 的理想功率。B 內(nèi)功率從理想功率中扣除內(nèi)部損失后得到的功率叫做內(nèi)功率。 它表 示汽輪機(jī)通流局部可以發(fā)出的功率。 所謂通流局部就是流經(jīng) 汽輪機(jī)的蒸汽， 經(jīng)過各級噴嘴和動葉柵的流道完成二次

36、能量轉(zhuǎn) 換，這條汽道叫做通流局部 。C 軸功率從內(nèi)功率中扣除外部損失消耗后的功率， 叫做軸功率， 它表 示汽輪機(jī)軸端輸出功率， 是可以被利用的功率， 所以也叫有效功率。D 汽輪機(jī)的效率效率是橫向經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)， 由于汽輪機(jī)實(shí)際工作有各種 損失， 所以熱能并不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?實(shí)際發(fā)出的功率與理論 上應(yīng)發(fā)出的功率之比，就是汽輪機(jī)的效率，叫做相對效率。相對內(nèi)效率： 內(nèi)效率與理想功率之比叫做相對內(nèi)效率， 它說 明內(nèi)部損失的大小。相對有效效率： 汽輪機(jī)的軸功與理想功之比叫做相對有效效 率。有效效率說明汽輪機(jī)內(nèi)部及外部損失的大小， 表示汽輪機(jī)的 綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，汽輪機(jī)的功率越大，有效功率就越大，有效功

37、率就越大。 實(shí)際工作中還用實(shí)際有效汽耗率表示汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì) 性。汽耗率表示單位軸功率所消耗的蒸汽量。實(shí)際汽輪機(jī)汽耗率是用實(shí)驗(yàn)或計(jì)算的方法求得的。汽輪機(jī)的機(jī)械效率反映了汽輪機(jī)在機(jī)械方面的工作效能， 它 是軸功率和內(nèi)功率之比，一般為 。第二節(jié) 離心式壓縮機(jī)、汽輪機(jī)運(yùn)行有關(guān)概念一、 臨界轉(zhuǎn)速我們知道， 任何一個振動系統(tǒng)都有自己固有的自振頻率， 在一 個初始干擾力作用以后就會以一種固有的振動頻率產(chǎn)生振動。 如 果一個周期性的干擾力是自始至終作用在系統(tǒng)上， 就會迫使其作 強(qiáng)迫振動， 振動的頻率等于干擾力的頻率。 如果干擾力的頻率恰好等于系統(tǒng)的自振頻率，那么振動將隨時間的增加而迅速增加， 在無阻尼的情況下，

38、振幅會無限的增加下去，這種現(xiàn)象就是共振。 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子就是一個共振系統(tǒng)， 本身有自己的固有自振頻率。 在 運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中總會受到一些干擾力的作用，如氣流力、增速器傳動齒輪的作用力、相鄰汽缸轉(zhuǎn)子不對中時聯(lián)軸節(jié)傳來的作用力以 及轉(zhuǎn)子本身剩余偏心產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)離心力等，這些力都是周期性 的，并會以一定的頻率作用在轉(zhuǎn)子上。 在這些干擾力中轉(zhuǎn)子剩余 偏心產(chǎn)生的離心力對橫向振動影響最大。這個離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，使轉(zhuǎn)子做橫向強(qiáng)迫運(yùn)動。其振動頻率恰好等于屮。當(dāng)轉(zhuǎn)子到達(dá)某個轉(zhuǎn)速，這種強(qiáng)迫振動頻率恰好等于轉(zhuǎn)子自振頻率或 是其整數(shù)倍時，就發(fā)生共振，振幅就隨時間的增而迅速增加，這 個轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速在第一臨

39、界和第二臨界轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)子稱為柔性軸,工作 轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子為剛性軸。 美國標(biāo)準(zhǔn)對臨界轉(zhuǎn)速以 及運(yùn)行轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速之間的隔離裕度有嚴(yán)格的規(guī)定說明。由于在臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子振動振幅很大， 工作不穩(wěn)定， 所 以如果運(yùn)行時間較長， 會引起軸和密封損壞及動、 靜部件相碰等 嚴(yán)重事故。因此不允許轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速附近的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行。 對柔性軸來將， 開車時必須迅速越過臨界轉(zhuǎn)速， 這樣才不會發(fā)生 危險。二、 旋轉(zhuǎn)脫離、喘振離心壓縮機(jī)的運(yùn)行有一定的穩(wěn)定工作區(qū)。 由于實(shí)際上常在變工 況下運(yùn)行， 有時就會偏離工作區(qū)運(yùn)行而出現(xiàn)異常現(xiàn)象， 從而對機(jī) 器設(shè)備造成危害。比方當(dāng)氣流小于一定值時，會發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離，

40、 此時工況將是不穩(wěn)定的；如進(jìn)一步減少流量，那么會發(fā)生喘振，這 時會產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流脈動和周期性震蕩；當(dāng)流量增大到一定值 時，又會出現(xiàn)堵塞或滯止工況，這時流量不可能再增加。由于喘 振在以后大機(jī)組運(yùn)行時是最重要的， 我們將較多地介紹其有關(guān)內(nèi) 容。下面就旋轉(zhuǎn)脫離、喘振分別予以介紹。1 旋轉(zhuǎn)脫離離心壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時， 氣流的流動方向與葉片的安裝 角根本一致， 無論是葉輪還是葉片擴(kuò)壓器， 氣流均能順利地進(jìn)入 流道，不出現(xiàn)或略微產(chǎn)生邊界層別離現(xiàn)象，如圖 14 所示。 當(dāng)流量增大時，進(jìn)氣角增大，如下圖，氣流射向吸力面，在工 作面上將產(chǎn)生氣流邊界層別離現(xiàn)象。由于工作面出口處速度增 加，壓力降低，使邊界層別

41、離現(xiàn)象有些收縮，而不擴(kuò)大，在這種 情況下，工況仍然是穩(wěn)定的。但當(dāng)流量見效時，進(jìn)氣角隨之減小，這時氣流射向壓力面，在 吸力面上將產(chǎn)生邊界層別離現(xiàn)象；同時由于吸力面出口處， 速度降低，壓力增加，存在逆向壓力差，從而使別離區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大， 如下圖。當(dāng)流量小于一定值時，別離區(qū)會很快擴(kuò)大，甚至充滿 某幾個葉道，這時局部流通面積堵塞，氣流不能順利流過葉道， 甚至局部出現(xiàn)倒流，工況將出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱作失速。由于氣流的不均勻性以及葉片幾何參數(shù)不可能完全相同由于葉片型線加工情況和安裝情況不可能完全相同，當(dāng)流量小到一定值時，葉道中氣流邊界層的別離不可能在所有葉片外表上一下 子同時發(fā)生，而總是在一個或幾個葉

42、片上首先發(fā)生，形成了一個或幾個脫離團(tuán)。如圖15所示，假定葉道最先產(chǎn)生脫離團(tuán)，因而流入該葉道的氣流受到阻礙，因而相鄰葉道偏轉(zhuǎn)，使流如葉道I的氣流角增大，流向葉道山的氣流角減少， 于是解除了葉道I 內(nèi)的氣流脫離，而使葉道山內(nèi)出現(xiàn)脫離團(tuán)。 流入葉道山的氣流中 又將發(fā)生偏轉(zhuǎn)；偏轉(zhuǎn)的氣流不斷使它前面的葉道解除脫離，而使后面的葉道形成脫離，出現(xiàn)脫離團(tuán)的傳播。脫離團(tuán)相對葉輪來說， 是和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)移動，但由于旋轉(zhuǎn)移動速度小于葉輪旋轉(zhuǎn)速度，所以在絕對運(yùn)動中，別離團(tuán)移動方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同，這種現(xiàn)象稱作“旋轉(zhuǎn)脫離擴(kuò)壓器中也同樣存在旋轉(zhuǎn)脫離。 帶葉片擴(kuò)壓器的壓縮機(jī)，一般 是在葉片擴(kuò)壓器中最先發(fā)生旋

43、轉(zhuǎn)脫離， 如果是無葉擴(kuò)壓器，那么在 工作葉輪中先出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫離。旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象的出現(xiàn)，使級進(jìn)出口壓力、流量等參數(shù)產(chǎn)生強(qiáng)烈 脈動，且對葉片產(chǎn)生了周期性的交變作用力，導(dǎo)致葉片振動。2、喘振 1喘振的概念 喘振是離心式壓縮機(jī)本身固有的特性， 而造成喘振的唯一直接 原因是進(jìn)氣量減小到一定值。從前面我們已經(jīng)知道， 當(dāng)氣量減小到一定程度時， 會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn) 脫離，如這時進(jìn)一步減小流量， 在葉片反面將形成很大的渦流區(qū) 域，氣流別離層擴(kuò)及整個通道，以至充滿整個葉道，而把流道阻 塞，氣流不能順利的流過，這時流動嚴(yán)重惡化，壓縮機(jī)的出口壓 力會突然大大下降， 由于壓縮機(jī)總是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作， 這時 管網(wǎng)中的壓力不會馬上減

44、低， 于是管網(wǎng)中的氣體壓力就發(fā)大于壓 縮機(jī)的出口處的壓力， 因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向壓縮機(jī)， 一直 到管網(wǎng)中的壓力下降到低于壓縮機(jī)的出口壓力為止， 這時倒流停 止，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過壓縮機(jī)的流量又增大，壓縮 機(jī)又恢復(fù)到正常工作。 但當(dāng)管網(wǎng)中的壓力恢復(fù)到原來壓力時， 壓 縮機(jī)的流量又減少，系統(tǒng)中的氣流又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始， 就在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象， 這種現(xiàn)象就稱作 “喘振。喘振現(xiàn)象不但和壓縮機(jī)中嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離有關(guān)， 還和管網(wǎng)系統(tǒng) 有關(guān)。管網(wǎng)的容量越大，那么喘振的振幅越大，頻率越低。喘振的 頻率大致和管網(wǎng)容量的平方跟成反比。 喘振的現(xiàn)象及判斷機(jī)組喘振時， 壓縮機(jī)和其

45、后的管道系統(tǒng)之間產(chǎn)生了一種低頻高 振幅的壓力波動，整個機(jī)組發(fā)生強(qiáng)力的振動，發(fā)出嚴(yán)重的噪音， 調(diào)節(jié)系統(tǒng)也大幅度的波動。 一般根據(jù)以下方法判斷是否進(jìn)入喘振 工況。A 監(jiān)測壓縮機(jī)出口管道氣流噪音。 正常工況時出口的聲音是連 續(xù)且較低的，而接近喘振時， 整個系統(tǒng)的氣流產(chǎn)生周期性的振蕩， 因而在出口管道處聲音是周期性的變化，喘振時，噪音加劇，甚 至有爆音出現(xiàn)。B 觀測壓縮機(jī)流量及出口壓力的變化。 離心式壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行 時其出口壓力和進(jìn)口流量變化是不大的， 是脈動的： 當(dāng)接近或進(jìn) 入喘振工況時，二者的變化很大，發(fā)生周期性大幅度的脈動。C 觀測機(jī)體和軸振動情況。當(dāng)接近或進(jìn)入喘振工況時，機(jī)體和 軸振動都發(fā)生強(qiáng)

46、烈的振動變化，其振幅要比平常運(yùn)行時大大增 加。3 喘振的危害喘振是離心式壓縮機(jī)性能反常的一種不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。 發(fā)生喘 振時，表現(xiàn)為整個機(jī)組管網(wǎng)系統(tǒng)氣流周期性的振蕩。 不但會使壓 縮機(jī)的性能顯著惡化、 氣流參數(shù) 壓力、流量產(chǎn)生大幅度脈動、 大大加劇了整個壓縮機(jī)的振動， 還會使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子及定子元件 經(jīng)受交變動應(yīng)力， 級見壓力失調(diào)引起強(qiáng)烈的振動， 使密封及軸承 損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子及定子元件相碰、壓送氣體外泄、引起爆炸 等惡性時間，因此在操作中必須防止在喘振工況下運(yùn)行。喘振的根本原因?qū)嶋H運(yùn)行中引起壓縮機(jī)喘振的原因很多， 但根本原因上不外乎 下述兩種：第一種：實(shí)際運(yùn)行流量小于喘振流量，諸如生產(chǎn)減量 過

47、多、吸入氣源缺乏、入口過濾器堵塞、管道阻力大、葉輪通道 或氣流通道堵塞等。第二種：壓縮機(jī)的出口壓力低于管網(wǎng)壓力。 諸如管網(wǎng)阻力增大、 進(jìn)氣壓力過低、 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化等。 壓縮機(jī)的出口壓力低于管網(wǎng) 壓力，就會導(dǎo)致壓縮機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)向小流量區(qū)域移動， 從而進(jìn) 入喘振工況。 這與前面提高的 “造成喘振的唯一直接原因是進(jìn)氣 減小到一定值并不矛盾。喘振曲線和防喘振曲線由于對每一轉(zhuǎn)速， 壓縮機(jī)都有對應(yīng)的喘振流量， 小于喘振流量， 壓縮機(jī)即發(fā)生喘振， 我們將各轉(zhuǎn)速下所發(fā)生的喘振的點(diǎn)連接起來 特性曲線上的喘振點(diǎn)連接起來 ，即可以得到一曲線，即為壓 縮機(jī)的喘振曲線，如圖 16 所示。因此，千萬不要讓壓縮機(jī)在圖示

48、的喘振區(qū)內(nèi)運(yùn)行。這將通過防喘振控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。后面介紹。喘振曲線通常呈拋物線形， 而考慮了防喘振裕度后， 就可以在 其右邊畫出一條與啁振曲線相近的一條線，這就是保護(hù)曲線。保護(hù) 曲線 沒有必要與此同時振曲線完全相似，或由喘振曲線平移來獲得，而只要能保證壓縮機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)有適宜的裕并即 可。這就使得防喘振控制系統(tǒng)儀表的配置和選用變得極為簡單， 并更具合理性。在某一轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)的實(shí)際流量與該轉(zhuǎn)速下的喘振流量 之比叫喘振裕度。裕度太大，那么功率耗量增加，經(jīng)濟(jì)性差，太汪 那么離喘振點(diǎn)太近，平安性差。一般防喘振裕度在110% 125%左右，在決定裕度大小時，還應(yīng)把調(diào)節(jié)儀表的誤差因素考慮進(jìn)去。三、離心

49、式壓縮機(jī)的性能曲線、壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合工作1. 離心式壓縮機(jī)的性能曲線壓縮機(jī)在運(yùn)行時工況不斷變化，壓縮機(jī)必須改變流量、壓力 等參數(shù)以滿足要求。在一定轉(zhuǎn)速下，把不同流量時的排氣壓 力或壓力比、功率和效率用曲線表示出來，這些曲線就 稱壓縮機(jī)的性能曲線。圖17所示的是壓縮機(jī)性能曲線示意 圖，該圖表示的僅為某一轉(zhuǎn)速下的壓縮機(jī)性能曲線。在不同的轉(zhuǎn)速時，可以得到不同的性能曲線，如以下圖18所示。性能曲線的特點(diǎn)：A每個轉(zhuǎn)速下都有一條對應(yīng)的性能曲線。當(dāng)轉(zhuǎn)速一定時，流量增加，出口壓力減少；流量減少，出口壓力增加。流量定，轉(zhuǎn)速越高，排氣壓力越高；轉(zhuǎn)速增加，性能曲線向右上方移動。B隨著轉(zhuǎn)速增加，性能曲線變得越來越陡。

50、C有最大和最小流量限制。2. 壓縮機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)我們知道壓縮機(jī)在流量上有最大和最小流量限制；壓力方面 有最大壓力限制；轉(zhuǎn)速方面有最大轉(zhuǎn)速限制； 一般壓縮機(jī)允許短 期超速到設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速的 105- 110 %撓性轉(zhuǎn)子必須越過一階臨界轉(zhuǎn) 速。因此，壓縮機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)就是有最大壓力限、最大流量限和 防喘振邊界線防護(hù)曲線以及最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速所圍成的工況運(yùn)行 區(qū)，如圖19所示。進(jìn)汽流量圖壓縮機(jī)穩(wěn)定工作區(qū)排氣壓力3. 離心式壓縮機(jī)管網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行時，壓縮機(jī)并不是總在設(shè)計(jì)點(diǎn)工作，這是由于壓縮 機(jī)總是和管網(wǎng)系統(tǒng)一起聯(lián)合工作的， 管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)及外界條件 是可能變化的， 這就要求壓縮機(jī)適應(yīng)管網(wǎng)特性的要求， 改變自己 的參數(shù)

51、。下面首先介紹管網(wǎng)系統(tǒng)。所謂管網(wǎng)系統(tǒng)是指壓縮機(jī)后面壓縮氣體所需經(jīng)過的全部裝 置的總稱，如化工用的壓縮機(jī)就和化工設(shè)備的各種管道與容器連 接工作。這些損失主要是沿管道的速度損失與局部阻力之和。每一種管網(wǎng)系統(tǒng)都有自己的性能曲線， 它是指通過管網(wǎng)的氣 體與保證這個流量通過管網(wǎng)所需的壓力之間的關(guān)系曲線，即Q。由連接管道和壓力容器組成的管網(wǎng)， 它的管網(wǎng)特性曲線可近似用 下式表示：2、A、Q、 P 分別為容器中的壓力、管網(wǎng)的容積流量、管網(wǎng) 的阻力系數(shù)和管網(wǎng)的入口壓力等于壓縮機(jī)的排氣壓力 。上式 說明，管網(wǎng)阻力是由容器壓力和管道阻力兩局部組成。 如果接管 很短，容器壓力高，那么管網(wǎng)阻力主要由容器壓力確定，管網(wǎng)

52、入口 壓力為一水平線： 如果無壓力容器， 壓縮氣體通過管道和閥門又 排 往 大 氣 ， 壓 力 下 降 到 大 氣 壓 力 那么 上 式 變 為 ：24. 離心壓縮機(jī)與管網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行 如果將壓縮機(jī)性能曲線與管網(wǎng)性能曲線按同樣比例畫在一 起，那么兩個性能曲線的焦點(diǎn)恰好滿足二者平衡條件， 即穩(wěn)定運(yùn)行 點(diǎn)，亦即壓縮機(jī)與管網(wǎng)聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn)，如圖 20 所示。那么時通過壓 縮機(jī)的流量與管網(wǎng)流量相等， 壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓力也正好等于管網(wǎng) 的阻力，整個系統(tǒng)保持平衡。如果調(diào)整管網(wǎng)閥門的壓開度， 那么改變了管道阻力系數(shù) A，管 網(wǎng)性能曲線便移動；如果閥門關(guān)小， A增加，曲線向上移動。調(diào) 整閥門開度，移動管網(wǎng)特性曲線，使

53、壓縮機(jī)和管網(wǎng)的聯(lián)合運(yùn)行點(diǎn) 改變，進(jìn)而使流量和壓力發(fā)生變化。管網(wǎng)曲線向上不斷移動時， 流量不斷減少，減少到一定的程度時，即發(fā)生喘振。壓縮機(jī)和管網(wǎng)聯(lián)合工作，在管網(wǎng)中儲存一定量氣體， 因此當(dāng) 壓縮機(jī)出口壓力突然下降時，管網(wǎng)中壓力會大于壓縮機(jī)出口壓 力，氣流會從管網(wǎng)流向壓縮機(jī)，很容易造成喘振。第四節(jié)離心式壓縮機(jī)組輔助系統(tǒng)離心式壓縮機(jī)組的運(yùn)行只有離心式壓縮機(jī)及汽輪機(jī)本體是不夠的，必須還有一些輔助系統(tǒng)。這些輔助系統(tǒng)主要有：壓縮機(jī) 的段間冷卻系統(tǒng)、汽輪機(jī)的蒸汽系統(tǒng)、機(jī)組油系統(tǒng)、壓縮機(jī)密封 系統(tǒng)、機(jī)組負(fù)荷調(diào)節(jié)及保護(hù)系統(tǒng)、壓縮機(jī)房喘振系統(tǒng)等。機(jī)組運(yùn) 行中發(fā)生的一些事故很多就是由于輔助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和操作維護(hù) 不當(dāng)引

54、起的。下面就對這些系統(tǒng)作一簡介。一、壓縮機(jī)的段間冷卻系統(tǒng)我們知道， 等溫壓縮所消耗的功最小。 為降低能耗使實(shí)際的壓 縮過程接近等溫壓縮， 常把氣體從壓縮機(jī)中引出來進(jìn)行冷卻， 冷 卻到一定的溫度后再送回壓縮機(jī)繼續(xù)壓縮。 對壓縮比擬大的壓縮 機(jī)尤其如此， 這就設(shè)置了中間冷卻器。 確定具體壓縮機(jī)的冷卻次 數(shù)應(yīng)考慮到省功、 被壓縮介質(zhì)的特性、 以及用戶的具體使用條件 等因素。二、汽輪機(jī)的凝汽系統(tǒng)三、1.凝汽系統(tǒng)的作用和組成凝汽系統(tǒng)的作用是建立和維持給定有利的排氣壓力，增大蒸 氣的可用焓降，并將排除蒸汽凝結(jié)成水，作為鍋爐給水循環(huán) 利用。蒸汽系統(tǒng)一般由外表凝汽器、循環(huán)水回路、凝結(jié)水泵 和抽氣器等組成。凝汽

55、系統(tǒng)的簡圖如 21 所示。工業(yè)汽輪機(jī)工作蒸汽壓縮機(jī)押大氣循環(huán)水泵抽 汽 器t氣體簾汽器圖21凝汽設(shè)備系統(tǒng)圖2抽氣器作用：時將蒸汽中帶入的空氣或由于處在真空系統(tǒng)下 工作的設(shè)備及其工作管線、法蘭等處結(jié)合不嚴(yán)密而漏入的空 氣從凝汽器中抽出，以維持凝汽器的經(jīng)濟(jì)真空。當(dāng)然處抽氣 器外，還有抽汽冷卻器。其作用是將抽氣器抽出的蒸汽與空 氣混合物中的蒸汽凝結(jié)成水，回收利用。三、機(jī)組油系統(tǒng)1概述：機(jī)組油系統(tǒng)包括油箱、油泵、管路和閥門、冷卻器、過濾 器等。油系統(tǒng)對設(shè)備潤滑、驅(qū)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷卻軸承和保證 聯(lián)鎖裝置的可靠動作等起著十分重要的作用，是機(jī)組平安運(yùn) 行的保障。供油系統(tǒng)如果不正常，機(jī)組就不能啟動，如果出 現(xiàn)故

56、障，就會造成壓縮機(jī)組停車。2任務(wù)和作用油系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行中擔(dān)負(fù)著兩個任務(wù)：一是向壓縮機(jī)、汽 輪機(jī)軸承及齒輪相等部位提供潤滑油；二是向汽輪機(jī)調(diào)節(jié)系 統(tǒng)提供調(diào)節(jié)油。此外，對于采用油膜浮環(huán)密封的壓縮機(jī)還提 供密封油。 潤滑油的主要作用：一是其潤滑支撐作用，潤滑油形成的油 膜附著機(jī)器的摩擦付的潤滑間隙中，支承轉(zhuǎn)子并潤滑，使其 不至于發(fā)生干摩擦，從而大大減小摩擦力。二使其冷卻作用， 潤滑油；連續(xù)不斷流入流出，可以把零件由于相對滑動而產(chǎn) 生的熱量帶出壓縮機(jī)軸承，以防軸承及機(jī)部件因溫度過高而 發(fā)生“咬合。 采用油膜浮環(huán)密封的壓縮機(jī)的密封油的作用是通過壓力油注 入軸與浮環(huán)之間的間隙內(nèi)，到達(dá)用油密封高壓氣體的目的

57、。 調(diào)節(jié)油的主要作用是供應(yīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行信號轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)油， 同時供應(yīng)信號放大機(jī)構(gòu)用的動力油。油系統(tǒng)設(shè)置蓄壓器的作 用是保證油泵在切換過程中的油壓穩(wěn)定，以免油壓波動引起 連鎖跳車。蓄壓器中有一氮?dú)饽?，?dāng)油壓降低時，氣囊擴(kuò)張， 將蓄壓器中的油壓出，維持總管油壓，以免油壓波動大引起 聯(lián)鎖跳車。四、防喘振控制系統(tǒng)離心式壓縮機(jī)常用的防喘振控制系統(tǒng)方案有兩種：1. 單參數(shù)防喘振控制單參數(shù)防喘振控制系統(tǒng)的原理是使壓縮機(jī)的負(fù)荷永遠(yuǎn)高于 某一固定流量，如圖22所示。該固定流量通常是最高轉(zhuǎn)速下的特性曲線上喘振點(diǎn)所對應(yīng)的 流量。這樣，壓縮機(jī)無論在哪一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，只要能滿足負(fù) 荷不低于考慮到控制系統(tǒng)的超調(diào)和平安，一般來說控制點(diǎn) 須大于的5%8%，見圖中 Qj,就能防止喘振的發(fā)生。 單參數(shù)防喘振控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比擬簡單，實(shí)施比擬方便，尤 其對于經(jīng)常處于高負(fù)荷狀態(tài)運(yùn)行的機(jī)組來說，這種控制方式 適用的。但是在機(jī)組負(fù)荷變化比擬大的情況下，特