壓氣機(jī)的喘振及防喘PPT課件

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壓氣機(jī)的喘振及防喘措施1.在壓氣機(jī)中發(fā)生喘振的原因2.壓氣機(jī)中防止喘振的措施1.

1在壓氣機(jī)中發(fā)生喘振現(xiàn)象我們在研究壓氣機(jī)特性線時已經(jīng)指出：在壓氣機(jī)特性線當(dāng)?shù)淖髠?cè)，有條喘振邊界線。假如流經(jīng)壓氣的空氣流量減小到一定程度，而使運(yùn)行工況進(jìn)入到喘振邊界線的左側(cè)，那么，整臺壓氣機(jī)就不能穩(wěn)定工作。那時，空流量就會出現(xiàn)波動，忽大忽??；壓力出現(xiàn)脈動，時高時低；到嚴(yán)重時，甚至?xí)霈F(xiàn)氣流從壓氣的進(jìn)口處倒流出來的現(xiàn)象；同時還會伴隨著低頻的怒吼聲響；這時還會使機(jī)組產(chǎn)生強(qiáng)烈地振動。這種現(xiàn)象通稱為喘振現(xiàn)象。在機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行中，我們決不能容許壓氣機(jī)在進(jìn)入喘振工況。2.

2在壓氣機(jī)中發(fā)生喘振的原因喘振現(xiàn)象究竟是怎樣產(chǎn)生的呢？通常認(rèn)為：喘振現(xiàn)象的發(fā)生總是與壓氣機(jī)通流部分中出現(xiàn)了嚴(yán)重的氣流脫離現(xiàn)象有密切關(guān)系。當(dāng)壓氣機(jī)在偏離設(shè)計工況的條件下運(yùn)行時，在壓氣機(jī)工作葉柵的進(jìn)口處，必然會出現(xiàn)氣流的正沖角或負(fù)沖角。當(dāng)這種沖角增大到某種程度時，粘附在葉型表面上的氣流附面層在逆流動方向的的壓力梯度下就會出現(xiàn)局部逆流區(qū)，形成渦流，造成附面層的分離，以致發(fā)生氣流的脫離現(xiàn)象。3.

3流量變化時，在葉柵的流道中出現(xiàn)的氣流脫離現(xiàn)象4.

4壓氣機(jī)葉柵中的旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象試驗(yàn)表明：在葉片較長的壓氣機(jī)級中，氣流的脫離現(xiàn)象多半發(fā)生在沿葉高方向的局部范圍內(nèi)（例如在葉片的頂部）。但是，在葉片較短的級中，氣流的脫離現(xiàn)象卻有可能在整個葉片的高度上同時發(fā)生。此外還必須指出：上述那種氣流脫離現(xiàn)象，往往并不是在壓氣機(jī)工作葉柵沿圓周整圈范圍內(nèi)同時發(fā)生的。試驗(yàn)研究表明：一般來說，由于葉柵中葉片形狀和分布不均勻性和氣流沿周向分布的不均勻性，在小流量大沖角的工況下，氣流的脫離往往總是在某一個或幾個葉片上發(fā)生的。一般情況，在整個環(huán)形葉柵沿圓周方向范圍內(nèi)，可以同時產(chǎn)生幾個比較大脫離區(qū)，而這些脫離區(qū)的寬度只不過涉及到一個或幾個葉片通道而已。同時還應(yīng)該指出：這些脫離區(qū)并不是固定不動的，這些脫離區(qū)會依次沿著與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向轉(zhuǎn)移。因而，這種脫離現(xiàn)象稱為旋轉(zhuǎn)脫離。5.

5旋轉(zhuǎn)脫離的現(xiàn)象是怎樣產(chǎn)生的6.

6正常工況下與喘振工況下壓力與氣流速度變化的波形示意圖7.

7壓氣機(jī)的工作系統(tǒng)圖8.

8多級軸流式壓氣機(jī)在非設(shè)計狀態(tài)下的工作特點(diǎn)會出現(xiàn)工作不協(xié)調(diào)現(xiàn)象9.

9多級軸流式壓氣機(jī)在非設(shè)計狀態(tài)下的工作特點(diǎn)(1)壓氣機(jī)中壓比的變化必然會引起第一級與末級入口處軸向分速比的相應(yīng)變化，而且，當(dāng)壓氣機(jī)的設(shè)計壓比越大，這種變化也越大。而壓氣機(jī)的壓比會隨轉(zhuǎn)速或進(jìn)口溫度的變化而改變的。10.

10當(dāng)實(shí)際工作轉(zhuǎn)速比設(shè)計轉(zhuǎn)速低時這時壓氣機(jī)的壓比要下降。這時末幾級中的空氣壓力和密度降低了。而在前幾級中，與設(shè)計工況相比較，其壓力和密度反而卻均有所提高。因?yàn)樵诖髿鈮毫愣ú蛔兊那疤嵯?，隨著空氣流量的減小，這時，氣流在壓氣機(jī)進(jìn)口收斂器中的降壓加速效應(yīng)減弱了。同時，由于進(jìn)氣流道中（空氣過濾器、消聲器）的氣流速度的降低，流動的壓力損耗又略有所下降，因而，在壓氣機(jī)的第一級入口處，氣流的壓力和密度，反而比設(shè)計工況下的數(shù)值要高。這樣就使軸向分速比增加了。比值的增加意味著，當(dāng)轉(zhuǎn)速下降時，軸向分速CZZ下降得比軸向分速C1Z慢些。在軸流式壓氣機(jī)中，由于各級的直徑變化不大，可以近似地認(rèn)為各級圓周速度相等。由于cz和u的變化不協(xié)調(diào)，結(jié)果使各級中的流量系數(shù)發(fā)生變化，流入各級的氣流方向就發(fā)生變化。經(jīng)驗(yàn)指出：與設(shè)計工況偏離最遠(yuǎn)的是前幾級和末幾級，而中間各級相對于設(shè)計工況的變化較小。這時，在前幾級中的流量系數(shù)減小，而在最后幾級中會增加。在中間級中，流量系數(shù)變化很小。11.

11當(dāng)壓氣機(jī)在高于設(shè)計轉(zhuǎn)速的情況下工作時這時壓比增大，軸向分速比減小。在前幾級中，流量系數(shù)增加，沖角減小。而在末幾級中，流量系數(shù)減小，沖角加大。當(dāng)其正沖角增加得太甚時，也可能就可能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離和進(jìn)入喘振工況。但一般在燃?xì)廨啓C(jī)中，高于設(shè)計轉(zhuǎn)速下運(yùn)行是不希望的。因而，后一種喘振工況不會經(jīng)常遇到；可是，在燃?xì)廨啓C(jī)的啟動、停機(jī)過程中，或是在變轉(zhuǎn)速的工況下運(yùn)行時，壓氣機(jī)卻會經(jīng)常處在低于設(shè)計轉(zhuǎn)速的情況下工作。那時，壓氣機(jī)就很有可能由于在前幾級中發(fā)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象而進(jìn)入喘振工況。為了保證機(jī)組啟動、停機(jī)過程和低轉(zhuǎn)速工況下能夠正常運(yùn)行，就必須采取相應(yīng)的防喘振措施。12.

12轉(zhuǎn)速低于設(shè)計轉(zhuǎn)速時各類級沖角的變化13.

13對壓氣機(jī)的喘振現(xiàn)象可以歸納出以下幾點(diǎn)看法1.?壓比越高的壓氣機(jī)，或者是總壓比越高和級數(shù)越多的壓氣機(jī)，就越容易發(fā)生喘振現(xiàn)象。這是由于在這種壓氣機(jī)的葉柵中，氣流的擴(kuò)壓程度比較大，因而也就容易使氣流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象。.2.??多級軸流式壓氣機(jī)的喘振邊界線不一定是一條平滑的曲線，而往往可能是一條折線。據(jù)分析認(rèn)為：其原因可能是由于在不同的轉(zhuǎn)速工況下，進(jìn)入喘振工況的級并不相同的緣故。3.???在多級軸流式壓氣機(jī)中，發(fā)生在最后幾級的喘振現(xiàn)象，要比在最前幾級中發(fā)生的喘振現(xiàn)象更加危險。因?yàn)樵趬簹鈾C(jī)的最后幾級中發(fā)生喘振現(xiàn)象時，機(jī)組的負(fù)荷一定很高，而這些級的葉片又比較短，氣流的脫離現(xiàn)象很可能在整個葉高范圍內(nèi)發(fā)生，再加上該處的壓力又很高，壓強(qiáng)的波動就比較厲害，因而氣流的大幅度脈動就會對機(jī)組產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。4.進(jìn)、排氣口的流動情況很不均勻的壓氣機(jī)，就越容易發(fā)生喘振現(xiàn)象。14.

14壓氣機(jī)中防止喘振的措施在大致了解了發(fā)生喘振現(xiàn)象的基本原因之后，就有條件來討論壓氣機(jī)中防止喘振的措施。概括起來說，目前有以下的措施：1.?設(shè)計壓氣機(jī)時，應(yīng)該合理地選擇各級之間的流量系數(shù)的分配關(guān)系，力求擴(kuò)大壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。2.采用可轉(zhuǎn)的進(jìn)口導(dǎo)葉和靜葉的防喘措施。3.在壓氣機(jī)通流部分的某一個或若干個截面上，安裝防喘放氣閥的措施。4.??用雙轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)措施。15.

15設(shè)計壓氣機(jī)時，應(yīng)該合理地選擇各級之間的流量系數(shù)在低轉(zhuǎn)速下，不穩(wěn)定工況產(chǎn)生的原因是低壓級流量系數(shù)（Cz/u)會減小，正沖角會增大，隨著流量系數(shù)值的減小，氣流正沖角的增大，氣流在葉型背弧處出現(xiàn)脫離現(xiàn)象，再進(jìn)一步出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫離之后，低壓級就會逐漸趨近于喘振工況。當(dāng)達(dá)到某個極限值時，在低壓級中就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流脫離現(xiàn)象，以致進(jìn)入到喘振工況。因而設(shè)計時就應(yīng)該把壓氣機(jī)前幾級的流量系數(shù)選得大些。此外，這些級的作功量也應(yīng)該取得小些，這樣就能保證壓氣機(jī)前幾級不容易進(jìn)入喘振工況。而這時高壓級中則流量系數(shù)會增大，負(fù)沖角增大，氣流在葉型內(nèi)弧處出現(xiàn)脫離現(xiàn)象。因而設(shè)計時就應(yīng)該把壓氣機(jī)后幾級的流量系得較小些，其加功量也應(yīng)選得小些。而增加中間各級的加工量，以提高全臺壓氣機(jī)的效率。16.

16壓氣機(jī)進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的示意圖17.

17逐步開關(guān)式的進(jìn)口導(dǎo)葉逐步開關(guān)式即通常所說的全程調(diào)節(jié)，當(dāng)轉(zhuǎn)速升至某動作轉(zhuǎn)速時，進(jìn)口導(dǎo)葉開始從“關(guān)”（34o)的位置隨著轉(zhuǎn)速的升高逐漸開大到“開”(84o)的位置，此后不再隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步升高而開大。當(dāng)轉(zhuǎn)速下降到一定轉(zhuǎn)速后，進(jìn)口導(dǎo)葉開始關(guān)小，隨著轉(zhuǎn)速的降低逐漸關(guān)小至“關(guān)”(34o)的位置，此后不再隨著轉(zhuǎn)速的進(jìn)一步降低而關(guān)小。逐步開關(guān)式更有利于對壓氣機(jī)性能的改善。18.

18采用進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉還能帶來一些其他好處采用了進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的措施，不僅可以防止壓氣機(jī)的第一級進(jìn)入到喘振工況，而且還能使其后各級的流動情況也得到改善。因?yàn)?，?dāng)壓氣機(jī)第一級動葉柵中氣流的正沖角減小時,級的作功量就會減小。也就是說，在第一級出口處,空氣的壓力會減小，這樣就可以增大流到其后各級中去的空氣容積流量，使這些級的氣流的正沖角也適當(dāng)減小，因而也有利于改善這些級的穩(wěn)定工作特性。靜葉的轉(zhuǎn)動，其道理和進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉一樣。考慮到中間級在低速時，偏離設(shè)計情況不大，一般就不必轉(zhuǎn)動靜葉了。根據(jù)實(shí)踐，對高壓比的壓氣機(jī)，一般轉(zhuǎn)動前面一、二級的靜葉已效果明顯，只有在壓比很高時，才需要轉(zhuǎn)動更多的靜葉。既然，改變壓氣機(jī)的進(jìn)口可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉的安裝角的措施能夠改善壓氣機(jī)的喘振特性，其效果就可以在壓氣機(jī)的特性線上得到反映。很明顯，減小導(dǎo)葉按裝角時，級特性線就向左下方移動，這就意著壓氣機(jī)的喘振邊界線朝著流量減小方向移動。顯然，這就擴(kuò)大了壓氣機(jī)的穩(wěn)定工作范圍。在這里還應(yīng)指出，在燃?xì)廨啓C(jī)起動時，關(guān)小壓氣機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉安裝角的措施，對減小機(jī)組的起其動功率也是有好處的，這是由于在這種情況下，流進(jìn)壓氣機(jī)的空氣流量將會大大減小的緣故。19.

19可轉(zhuǎn)的進(jìn)口導(dǎo)葉的另一種用途壓氣機(jī)采用可轉(zhuǎn)的進(jìn)口導(dǎo)葉后可有效地擴(kuò)大壓氣機(jī)的運(yùn)行區(qū)域，同時還能改善燃?xì)廨啓C(jī)其他的一些性。為了更好滿足燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的需要，目前一些機(jī)組直到全速空載時，進(jìn)口導(dǎo)葉才開到57o角，隨著并網(wǎng)后負(fù)荷的增加，才逐漸開到全開時的84o角，使得進(jìn)口導(dǎo)葉角度的控制更為靈活。20.

20安裝防喘放氣閥的措施。21.

21用雙轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)措施22.

22防喘措施的共同目的防喘措施的目的，就是設(shè)法改變?nèi)~柵進(jìn)口的沖角i，這可通過：1.改變氣流進(jìn)入葉柵的方向，即改變?nèi)~柵進(jìn)口切向分速度c1u,具體辦法就是采用可轉(zhuǎn)的進(jìn)口導(dǎo)葉。2.改變?nèi)~柵進(jìn)口軸向分速cz，就是改變進(jìn)入葉柵的流量，具體辦法就是安裝防喘放氣閥。3.改變圓周速度u，讓它能與cz協(xié)調(diào)一致地變化，使流量系數(shù)Cz/u等于或接近于設(shè)計值。具體辦法就是采用雙轉(zhuǎn)子壓氣機(jī)。23.