電站燃?xì)廨啓C(jī)軸流式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能要求

電站燃?xì)廨啓C(jī)軸流式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能要求結(jié)構(gòu)概述壓氣機(jī)是燃?xì)廨啓C(jī)中的一個(gè)重要部件，它的作用是實(shí)現(xiàn)燃?xì)廨啓C(jī)熱力循環(huán)中的空氣壓縮過(guò)程，以求連續(xù)不斷地向燃燒室提供高壓空氣。目前，在燃?xì)廨啓C(jī)中應(yīng)用得較廣的壓氣機(jī)類型有軸流式壓氣機(jī)和離心式壓氣機(jī)兩種，圖3-1和圖3-2中分別給出了這兩種壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)示圖。a)軸流式壓氣機(jī)的通流部分示意b)軸流式壓氣機(jī)的縱剖面1-進(jìn)口收斂器2-進(jìn)口導(dǎo)流器3-工作葉輪4-擴(kuò)壓葉列5-轉(zhuǎn)子6-汽缸(或機(jī)匣)7-出口導(dǎo)流器8-出口擴(kuò)壓器9-端軸圖3-1軸流式壓氣機(jī)的示圖a)工作葉輪的進(jìn)口速度三角形b)雙面進(jìn)氣式離心壓氣機(jī)1-進(jìn)口導(dǎo)流器2-工作葉輪3-擴(kuò)壓器4-機(jī)匣圖3-2離心式壓氣機(jī)的示圖在軸流式壓氣機(jī)中，氣體質(zhì)點(diǎn)大體上是在圓柱形回轉(zhuǎn)面上沿軸線方向流動(dòng)的(參見(jiàn)圖3-1a)。在離心式壓氣機(jī)中，氣體質(zhì)點(diǎn)則主要是沿著工作回轉(zhuǎn)面的離心方向作徑向流動(dòng)(參見(jiàn)圖3-2b)。1-進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉2-葉片(動(dòng)葉)3-靜葉4-氣缸5-工作葉輪(轉(zhuǎn)輪)6-主軸圖3-3軸流式壓氣機(jī)的結(jié)構(gòu)示圖a)舊式葉片a)舊式葉片b)按可控?cái)U(kuò)壓原理設(shè)計(jì)的新葉片1-扭曲式葉身2-葉根圖3-4壓氣機(jī)的動(dòng)葉片結(jié)構(gòu)由圖3-3可知：安裝在轉(zhuǎn)輪5或整體式轉(zhuǎn)鼓上的轉(zhuǎn)子是由許多葉片(動(dòng)葉)2，與主軸6一起組成的一個(gè)高速回轉(zhuǎn)部件。安裝在轉(zhuǎn)輪上的一圈葉片是一個(gè)葉列，稱為工作葉柵或動(dòng)葉柵。葉柵中的葉片稱為工作葉片或簡(jiǎn)稱為動(dòng)葉。軸流式壓氣機(jī)的葉片是由葉身和葉根兩部分組成的，如圖3-4所示。其中葉身是葉片與空氣流相互作用的部分。通常，葉身的整體形狀是扭曲式的，它的斷面形狀薄而寬，厚度由根部向頸部逐漸減小。葉根則是葉片固定到轉(zhuǎn)輪或轉(zhuǎn)鼓上去的部分。葉根的形狀有縱樹(shù)型、燕尾型等多種形式。在燃?xì)廨啓C(jī)中壓氣機(jī)的轉(zhuǎn)子由燃?xì)馔钙綆е黄鹦D(zhuǎn)。壓縮空氣所需要的耗功是由燃?xì)馔钙教峁┑?，并通過(guò)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子上的各個(gè)葉片傳遞給空氣流。靜子則是由許多圈葉片3安裝在氣缸上而組成的靜止部件(參見(jiàn)圖3-3)。靜子上的一圈葉片稱為導(dǎo)流器或靜葉柵，組成導(dǎo)流器的葉片稱為導(dǎo)流葉片或簡(jiǎn)稱為靜葉。通常，靜葉斷面形狀的厚度比動(dòng)葉者薄，因?yàn)樗惺艿臋C(jī)械應(yīng)力要比動(dòng)葉小。靜葉的厚度也是從根部向頂部逐漸減小的(當(dāng)然也有等厚度的靜葉)，其扭曲程度也常比動(dòng)葉小。壓氣機(jī)機(jī)匣進(jìn)口處的氣流通道稱為進(jìn)氣道，出口處稱為排氣道。在壓氣機(jī)進(jìn)口端的第一列工作葉柵前，有時(shí)在機(jī)匣(氣缸)上安裝一圈附加的靜葉柵，稱為進(jìn)口導(dǎo)葉柵，現(xiàn)在經(jīng)常把它做成為可以旋轉(zhuǎn)的，借以改變氣流的導(dǎo)流方向。在機(jī)匣(氣缸)出口端的最后一列導(dǎo)流葉柵的后面，有時(shí)也附加一圈靜葉柵，稱為出口整流葉柵，它是把氣流整流導(dǎo)向到軸向流動(dòng)的裝置。在軸流式壓氣機(jī)中動(dòng)葉柵和靜葉柵是沿著軸線方向交替排列的。在每一列動(dòng)葉柵的后面都有一列靜葉柵。由各列葉柵的通道組成的壓氣機(jī)軸向通道就是空氣的流動(dòng)通道，稱為壓氣機(jī)的通流部分。一列動(dòng)葉柵與它下游方向的一列靜葉柵共同組成軸流式壓氣機(jī)的一個(gè)級(jí)。通常，軸流式壓氣機(jī)都是由若干個(gè)級(jí)組合在一起，成為一個(gè)多級(jí)壓氣機(jī)。對(duì)于軸流式壓氣機(jī)來(lái)說(shuō)，一個(gè)級(jí)的增壓比只有1.15~1.35左右，而整臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)的總壓比ε*卻要高得多，因而在燃?xì)廨啓C(jī)中軸流式壓氣機(jī)必然是多級(jí)的。對(duì)于離心式壓氣機(jī)來(lái)說(shuō)，在工作葉輪中流動(dòng)的氣體，由于能夠得到離心力的幫助，因而一個(gè)級(jí)的壓比就有可能達(dá)到3~4.5，甚至更加高一些。但是其氣流流動(dòng)的路線卻比較曲折，因此，其壓縮效率要比軸流式壓氣機(jī)的低。當(dāng)然，多級(jí)離心式壓氣機(jī)的效率會(huì)更低一些。通常，軸流式壓氣機(jī)的效率可以達(dá)到87%以上，而離心式壓氣機(jī)效率只有84%~85%左右，甚至在80%以下。在離心式壓氣機(jī)中，由于受材料強(qiáng)度的制約，工作葉輪的尺寸不能做的太大，因而進(jìn)入這種壓氣機(jī)的空氣流量就會(huì)受到限制，即使把工作葉輪設(shè)計(jì)成為雙面進(jìn)氣的型式，如圖3-2b所示，其空氣流量仍然不能做得很大。軸流式壓氣機(jī)的情況則不然，它的空氣流量可以做得很大，而且多級(jí)軸流式壓氣機(jī)的效率又比較高，因而，在近代大功率的燃?xì)廨啓C(jī)中，幾乎毫無(wú)例外地都采用軸流式壓氣機(jī)作為壓縮空氣的基本設(shè)備。通常，離心式壓氣機(jī)只在中小型燃?xì)廨啓C(jī)中有所應(yīng)用。壓氣機(jī)的級(jí)是軸流式壓氣機(jī)中能量交換的基本單位，所以級(jí)的工作原理就成為研究整臺(tái)多級(jí)壓氣機(jī)的理論基礎(chǔ)。對(duì)軸流式壓氣機(jī)的性能要求為了適應(yīng)高效、大功率燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展需要，必須要求軸流式壓氣機(jī)的性能按以下方向發(fā)展，即：增大壓氣機(jī)的空氣流量，它將受限于壓氣機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度和高速氣動(dòng)特性的影響。目前，大功率燃?xì)廨啓C(jī)中，軸流式壓氣機(jī)的空氣流量已經(jīng)做到670kg/s。為了進(jìn)一步增加燃?xì)廨啓C(jī)的單機(jī)容量，壓氣機(jī)的空氣流量尚需進(jìn)一步增大。提高單轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)的壓縮比，適應(yīng)高溫、高效率燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)展的需要。目前，單轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)的壓縮比已達(dá)到23-30，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超脫了以往長(zhǎng)期徘徊于12~15之間的局面。為此，必須提高壓氣機(jī)的級(jí)壓縮比，改善級(jí)與級(jí)之間氣流流動(dòng)的匹配特性。改善壓氣機(jī)的效率。如第2章所述，可以用等商壓縮效率η*y來(lái)描寫(xiě)壓氣機(jī)效率之高低。由于軸流壓氣機(jī)一般要消耗燃?xì)馔钙剿l(fā)功率的60%左右，因而改善壓氣機(jī)的效率，以減少燃?xì)廨啓C(jī)中空氣壓縮的自身消耗，是至關(guān)重要的