按壓縮氣體的方式不同,壓縮機(jī)通常分為兩類:
容積式壓縮機(jī)宜用于中小流量的場(chǎng)合;透平式壓縮機(jī)宜用于大流量的場(chǎng)合。
從能量觀點(diǎn)來看:壓縮機(jī)是把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w能量的一種機(jī)械。
容積式壓縮機(jī)氣體壓力的提高是利用氣體容積的縮小來達(dá)到;
透平式壓縮機(jī)氣體壓力的提高是利用葉輪和氣體的相互作用來達(dá)到。
按氣體壓縮方式:
按氣流運(yùn)動(dòng)方向:
離心式—?dú)怏w在壓縮機(jī)中的流動(dòng)方向大致與旋轉(zhuǎn)軸相垂直。
軸流式—?dú)怏w在壓縮機(jī)中的流動(dòng)方向大致與旋轉(zhuǎn)軸相平行。
復(fù)合式—在同一臺(tái)壓縮機(jī)內(nèi),同時(shí)具有軸流式與離心式工作葉輪,一般軸流在前,離心在后。
按壓力高低分類:
通風(fēng)機(jī):指大氣壓在101.325Kpa,溫度為20℃,出口全壓值小于15 Kpa(表壓)的風(fēng)機(jī)。
鼓風(fēng)機(jī):指升壓在15 Kpa~200Kpa(表壓)之間或壓比大于1.15小于3的風(fēng)機(jī)。
壓縮機(jī):指升壓大于200 Kpa(表壓)或壓比大于3的風(fēng)機(jī)。
工作原理:氣體由吸氣室吸入,通過葉輪對(duì)氣體做功,使氣體壓力、速度、溫度提高。然后流入擴(kuò)壓器,使速度降低,壓力提高。彎道和回流器主要起導(dǎo)向作用,使氣體流入下一級(jí)繼續(xù)壓縮。最后,由末級(jí)出來的高壓氣體經(jīng)渦室和出氣管輸出。
離心式壓縮機(jī)零件很多,這些零件又根據(jù)它們的作用組成各種部件。我們把離心式壓縮機(jī)中可以轉(zhuǎn)動(dòng)的零部件統(tǒng)稱為轉(zhuǎn)子,不能轉(zhuǎn)動(dòng)的零、部件稱為靜子。
結(jié)構(gòu)及部件:
主軸:主軸上安裝所有的旋轉(zhuǎn)零件,它的作用就是支持旋轉(zhuǎn)零件及傳遞轉(zhuǎn)矩,因此主軸應(yīng)該具有一定強(qiáng)度與剛度。主軸的軸線也就確定了各旋轉(zhuǎn)零件的幾何軸線。
葉輪:葉輪也稱為工作輪,它是壓縮機(jī)中最重要的一個(gè)部件。氣體在葉輪葉片的作用下,跟著葉輪做高速的旋轉(zhuǎn)。而氣體由于受旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及在葉輪里的擴(kuò)壓流動(dòng),使氣體通過葉輪后的壓力得到了提高。此外,氣體的速度能也同樣在葉輪里得到了提高。因此可以認(rèn)為葉輪是使氣體提高能量的唯一途徑。
隔套:隔套熱裝在軸上,它們把葉輪固定在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?,而且能保護(hù)沒裝葉輪部分的軸,使軸避免與氣體相接觸,同時(shí)也起到導(dǎo)流的作用。
平衡盤:平衡盤就是利用它的兩邊氣體壓力差來平衡軸向力的零件。它位于高壓端,它的一側(cè)壓力約為末級(jí)出口壓力(高壓),另一側(cè)連通進(jìn)氣管(低壓)由于平衡盤也是用熱套法套在主軸上。上述兩側(cè)壓力差就使轉(zhuǎn)子受到一個(gè)與軸向力反向的力。其大小決定于平衡盤的受力面積。通常,平衡盤只平衡一部分軸向力。剩余的軸向力由止推盤(止推軸承)承受。
機(jī)殼:機(jī)殼也稱為氣缸、機(jī)殼是靜子中最大的零件。通常是用鑄鐵或鑄鋼澆鑄出來的。機(jī)殼一般有水平中分面,以便于裝配、檢修。
吸氣室、蝸殼也是機(jī)殼的一部分,它的作用是把氣體均勻地引入葉輪,然后順暢地導(dǎo)出機(jī)殼。
擴(kuò)壓器:氣體從葉輪流出時(shí),它具有較高的流動(dòng)速度,為了充分利用這部分速度能,常常在葉輪后面設(shè)置了流通面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器,用以把速度能轉(zhuǎn)化為壓力能,以提高氣體的壓力。
擴(kuò)壓器一般有無葉型、葉片型、直壁型擴(kuò)壓器等多種形式。
彎道及回流器:多級(jí)離心式壓縮機(jī)中,氣體欲進(jìn)入下一級(jí)就必須拐彎,為此要采用彎道。彎道是由機(jī)殼和隔板構(gòu)成的彎環(huán)形通道空間?;亓髌鞯淖饔檬鞘箽饬靼此枰姆较蚓鶆虻剡M(jìn)入下一級(jí)。它由隔板和導(dǎo)流葉片組成。
蝸室:蝸室的主要目的是把擴(kuò)壓器后面或葉輪后面的氣體匯集起來,把氣體引導(dǎo)到壓縮機(jī)外面去,使它流到氣體輸送管線或流到冷卻器去進(jìn)行冷卻。此外,在匯集氣體的過程中,在大多數(shù)情況下,由于蝸室外徑的逐漸增大和通流截面的漸漸擴(kuò)大,也對(duì)氣流起到一定的降速擴(kuò)壓作用。
具有自動(dòng)調(diào)心平衡外載和抑制油膜自激渦動(dòng),抗振性能好,不易產(chǎn)生油膜振蕩。
壓縮機(jī)輔助系統(tǒng):
潤(rùn)滑油系統(tǒng):壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)在壓縮機(jī)安全運(yùn)行的過程中起著重要的作用。它不僅僅使壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)各摩擦部位得到充分的潤(rùn)滑,而且降低了各部件接觸面的負(fù)荷,還使得壓縮機(jī)運(yùn)行摩擦產(chǎn)生的熱量有效地?cái)U(kuò)散。還能減少設(shè)備的腐蝕,降低設(shè)備的故障率,從而使壓縮機(jī)的使用壽命得以延長(zhǎng)。
潤(rùn)滑油作用:密封、潤(rùn)滑、沖洗、冷卻、減震、卸荷、保護(hù)。
密封系統(tǒng):
內(nèi)密封:
迷宮密封:是一種由一系列節(jié)流齒隙和膨脹空腔構(gòu)成的非接觸密封形式,主要用于密封氣體介質(zhì)。
結(jié)構(gòu)形式:在固定部件與輪蓋、隔板與軸套、軸的端部設(shè)置密封件,采用梳齒式(迷宮式)密封。
特點(diǎn):
適應(yīng)高溫、高壓、高轉(zhuǎn)速場(chǎng)合。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性能穩(wěn)定可靠。
廣泛用作為蒸汽透平、燃?xì)馔钙健㈦x心式壓縮機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)等熱力機(jī)械的軸端密封或級(jí)間密封。
缺點(diǎn)是泄漏大。
工作原理:利用節(jié)流原理,減小通流截面積,經(jīng)多次節(jié)流減壓,使在壓差作用下的漏氣量盡量減小。即通過產(chǎn)生的壓力降來平衡密封裝置前后的壓力差。
減小齒逢間隙;增加密封齒數(shù);
加大齒片間的空腔和流道的曲折程度。
干氣密封:
氣膜密封:依靠幾微米的氣體薄膜潤(rùn)滑的機(jī)械密封,也稱為干氣密封。
與其它密封相比,氣膜密封可省去密封油系統(tǒng)。
泄漏量少、磨損小、壽命長(zhǎng)、能耗低,操作簡(jiǎn)單可靠,被密封的流體不受油污染。
結(jié)構(gòu):和傳統(tǒng)上的液相用機(jī)械密封有相似的剖面外形,特別之處在于動(dòng)環(huán)表面加工出一系列溝槽(深度一般為0.0025~0.01mm),這些溝槽在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)可對(duì)氣體的溢出有抑制作用,當(dāng)氣體壓力與彈簧力平衡后,在動(dòng)靜環(huán)間形成氣膜使動(dòng)靜環(huán)互不接觸。
工作原理:密封氣體注入密封裝置后,動(dòng)靜環(huán)均受到流體的靜壓力作用。當(dāng)動(dòng)環(huán)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),螺旋槽里的氣體被剪切,產(chǎn)生動(dòng)壓力,氣體從外緣流向中心,而密封壩抑制氣體流動(dòng),氣體壓力升高,動(dòng)靜環(huán)分開,當(dāng)氣體壓力與彈簧恢復(fù)平衡后,維持一最小間隙,形成氣膜,密封工藝氣體。
雙端面干氣密封:
適用于不允許工藝氣泄漏到大氣中,但允許密封氣(例如氮?dú)猓┻M(jìn)入機(jī)內(nèi)的工況 。
串聯(lián)干氣密封:
適用于不允許工藝氣泄漏到大氣中,也不允許密封氣進(jìn)入機(jī)內(nèi)的工況。
盤車系統(tǒng):
沖擊式盤車裝置:
盤車裝置的作用:如果機(jī)組在熱態(tài)停機(jī),轉(zhuǎn)子不再轉(zhuǎn)動(dòng),在冷卻過程中,會(huì)因受力不均出現(xiàn)轉(zhuǎn)子彎曲,這種彎曲導(dǎo)致轉(zhuǎn)子偏心,動(dòng)平衡被破壞,再重新啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成明顯震動(dòng),引起葉片、氣封的嚴(yán)重?fù)p壞,同時(shí)震動(dòng)也會(huì)使滑動(dòng)軸承過早的磨損。
如果停車?yán)鋮s階段中,讓轉(zhuǎn)子連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)均勻冷卻,就會(huì)避免上述情況,沖擊式盤車裝置就是在每個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)周期使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定的角度,滿足這個(gè)條件。
利用電磁閥改變液壓油的流向,使之按照一定時(shí)間間隔注入油缸活塞上部與下部,帶動(dòng)活塞上下移動(dòng),通過棘輪系統(tǒng)將活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成主軸的旋轉(zhuǎn),達(dá)到盤車目的。
喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性,當(dāng)離心式壓縮機(jī)的進(jìn)口流量小到某一值(喘振值)時(shí),就會(huì)在整個(gè)擴(kuò)壓器流道中產(chǎn)生嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)失速,壓縮機(jī)的進(jìn)出口壓力和流量會(huì)發(fā)生周期性的大幅度波動(dòng),引起壓縮機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)并發(fā)出風(fēng)的吼叫聲,這種現(xiàn)象叫做壓縮機(jī)的喘振。
喘振的特征:
喘振時(shí)壓縮機(jī)工作極不穩(wěn)定 ,氣動(dòng)參數(shù)會(huì)出現(xiàn)周期性的波動(dòng),振幅大,頻率低,同時(shí)平均排氣壓力值下降。喘振時(shí)有強(qiáng)烈的周期性氣流噪聲,出現(xiàn)氣流吼叫聲。喘振時(shí)機(jī)器強(qiáng)烈振動(dòng),機(jī)體、軸承等振幅急劇增加。
喘振的危害:
喘振原因:
系統(tǒng)壓力升高:系統(tǒng)壓力大于壓縮機(jī)出口壓力,使壓縮機(jī)出口流量降低至喘振流量以下,氣體倒流回壓縮機(jī),形成喘振。
介質(zhì)密度改變:
壓縮介質(zhì)密度突然發(fā)生大幅變化,在一定壓力下,引起出口壓力流量下降,造成喘振。
喘振的防治:
防喘振控制系統(tǒng):
喘振控制策略:
安全裕度:喘振線與控制線的差稱為安全裕度;
工作裕度:工作點(diǎn)與喘振點(diǎn)的差稱為工作裕度。
如果系統(tǒng)檢測(cè)到工作點(diǎn)越過喘振線,表示喘振已經(jīng)發(fā)生,喘振控制線將被右移一個(gè)校準(zhǔn)量,一般為2~4%,用以提高安全裕度。
當(dāng)工作點(diǎn)在喘振控制線右方時(shí),防喘振控制器的設(shè)定點(diǎn)(盤旋點(diǎn))按照一定速率跟蹤當(dāng)前工作點(diǎn)(2%/s),二者偏離距離可設(shè)置,一般為5%左右,當(dāng)工作點(diǎn)向左側(cè)喘振區(qū)移動(dòng)越過跟蹤區(qū)間(越過盤旋點(diǎn))則防喘振閥打開,起到預(yù)防喘振的作用。
臨界轉(zhuǎn)速:
臨界轉(zhuǎn)速:轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)中都會(huì)發(fā)生振動(dòng),轉(zhuǎn)子的振幅隨轉(zhuǎn)速的增大而增大,到某一轉(zhuǎn)速時(shí)振幅達(dá)到最大值(也就是平常所說的共振),超過這一轉(zhuǎn)速后振幅隨轉(zhuǎn)速增大逐漸減少,且穩(wěn)定于某一范圍內(nèi),這一轉(zhuǎn)子振幅最大的轉(zhuǎn)速稱為轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。這個(gè)轉(zhuǎn)速等于轉(zhuǎn)子的固有頻率,當(dāng)轉(zhuǎn)速繼續(xù)增大,接近2倍固有頻率時(shí)振幅又會(huì)增大,當(dāng)轉(zhuǎn)速等于2倍固有頻率時(shí)稱為二階(級(jí))臨界轉(zhuǎn)速 ,依次類推有三階、四階…
離心壓縮機(jī)軸的額定工作轉(zhuǎn)速高于或者低于轉(zhuǎn)子的一階臨界轉(zhuǎn)速,n1,或者介于一階臨界轉(zhuǎn)速n1與二階臨界轉(zhuǎn)速n2之間。前者稱作剛性軸,后者稱作柔性軸。
剛性軸要求: n ≤ 0.7n1
柔性軸要求: 1.3nl≤n≤0.7n2
對(duì)于柔性軸,機(jī)組升速過程需要快速通過臨界轉(zhuǎn)速區(qū)間。