Fornirvi una comprensione completa della struttura, del principio di funzionamento, dei vantaggi e degli svantaggi dei compressori a flusso assiale
Conoscenza dei compressori assiali
I compressori a flusso assiale e i compressori centrifughi appartengono entrambi ai compressori di tipo veloce ed entrambi sono chiamati compressori a turbina;il significato dei compressori di tipo veloce significa che i loro principi di funzionamento si basano sulle pale che eseguono lavoro sul gas e prima fanno fluire il gas. La velocità del flusso viene notevolmente aumentata prima di convertire l'energia cinetica in energia di pressione.Rispetto al compressore centrifugo, poiché il flusso di gas nel compressore non avviene lungo la direzione radiale, ma lungo la direzione assiale, la caratteristica più importante del compressore a flusso assiale è che la capacità del flusso di gas per unità di area è elevata e la stessa Con la premessa di elaborare il volume del gas, la dimensione radiale è piccola, particolarmente adatta per le occasioni che richiedono un flusso elevato.Inoltre, il compressore a flusso assiale presenta anche i vantaggi di una struttura semplice, di un funzionamento e di una manutenzione convenienti.Tuttavia, è ovviamente inferiore ai compressori centrifughi in termini di profilo complesso delle pale, elevati requisiti del processo di produzione, area di lavoro ristretta e stabile e intervallo ridotto di regolazione del flusso a velocità costante.
La figura seguente è un diagramma schematico della struttura del compressore a flusso assiale della serie AV:
1. Telaio
L'involucro del compressore a flusso assiale è progettato per essere diviso orizzontalmente ed è realizzato in ghisa (acciaio).Ha le caratteristiche di buona rigidità, nessuna deformazione, assorbimento del rumore e riduzione delle vibrazioni.Stringere con bulloni per collegare le metà superiore e inferiore in un insieme molto rigido.
L'involucro è sostenuto sulla base in quattro punti, e i quattro punti di supporto sono posizionati su entrambi i lati dell'involucro inferiore vicino alla superficie divisa centrale, in modo che il supporto dell'unità abbia una buona stabilità.Due dei quattro punti di supporto sono punti fissi e gli altri due sono punti scorrevoli.La parte inferiore dell'involucro è inoltre provvista di due chiavette di guida lungo la direzione assiale, che vengono utilizzate per la dilatazione termica dell'unità durante il funzionamento.
Per le unità di grandi dimensioni, il punto di supporto scorrevole è supportato da una staffa oscillante e vengono utilizzati materiali speciali per ridurre l'espansione termica e ridurre la variazione dell'altezza centrale dell'unità.Inoltre, è previsto un supporto intermedio per aumentare la rigidità dell'unità.
2. Cilindro con cuscinetto a palette statiche
Il cilindro portante a palette fisse è il cilindro di supporto per le palette fisse regolabili del compressore.È progettato come una divisione orizzontale.La dimensione geometrica è determinata dal design aerodinamico, che è il contenuto principale del progetto della struttura del compressore.L'anello di ingresso corrisponde all'estremità di aspirazione del cilindro con cuscinetto a palette fisse e il diffusore corrisponde all'estremità di scarico.Essi sono rispettivamente collegati all'involucro ed al manicotto di tenuta per formare il passaggio convergente dell'estremità di aspirazione ed il passaggio di espansione dell'estremità di scarico.Un canale e il canale formato dal rotore e dal cilindro del cuscinetto a palette sono combinati per formare un canale di flusso d'aria completo del compressore a flusso assiale.
Il corpo del cilindro con cuscinetto a palette stazionario è realizzato in ghisa duttile ed è stato lavorato con precisione.Le due estremità sono rispettivamente appoggiate sul mantello, l'estremità vicino al lato scarico è un supporto scorrevole, e l'estremità vicino al lato aspirazione aria è un supporto fisso.
Sono presenti palette di guida girevoli a vari livelli e cuscinetti, manovelle, cursori, ecc. automatici per ciascuna pala di guida sul cilindro del cuscinetto delle palette.Il cuscinetto a foglia stazionario è un cuscinetto a inchiostro sferico con un buon effetto autolubrificante e la sua durata è di oltre 25 anni, il che è sicuro e affidabile.Un anello di tenuta in silicone è installato sullo stelo della pala per impedire perdite di gas e ingresso di polvere.Sul cerchio esterno dell'estremità di scarico del cilindro del cuscinetto e sul supporto dell'involucro sono previste strisce di tenuta di riempimento per evitare perdite.
3. Cilindro di regolazione e meccanismo di regolazione delle palette
Il cilindro di regolazione è saldato da piastre di acciaio, divise orizzontalmente, e la superficie divisa centrale è collegata da bulloni, che hanno un'elevata rigidità.È supportato all'interno dell'involucro in quattro punti e i quattro cuscinetti di supporto sono realizzati in metallo “Du” non lubrificato.I due punti da un lato sono semichiusi consentendo il movimento assiale;i due punti dall'altro lato sono sviluppati. La tipologia consente la dilatazione termica assiale e radiale, e all'interno del cilindro di regolazione sono installati anelli di guida dei vari stadi di palette.
Il meccanismo di regolazione della lama dello statore è composto da un servomotore, una piastra di collegamento, un cilindro di regolazione e un cilindro di supporto della lama.La sua funzione è quella di regolare l'angolo delle pale dello statore a tutti i livelli del compressore per soddisfare le variabili condizioni di lavoro.Due servomotori sono installati su entrambi i lati del compressore e collegati al cilindro di regolazione tramite la piastra di collegamento.Il servomotore, la stazione dell'olio, l'oleodotto e una serie di strumenti di controllo automatico formano un servomeccanismo idraulico per la regolazione dell'angolo della pala.Quando agisce l'olio ad alta pressione da 130 bar proveniente dalla centrale petrolifera, il pistone del servomotore viene spinto a muoversi e la piastra di collegamento guida il cilindro di regolazione a muoversi in modo sincrono nella direzione assiale e il cursore guida la pala dello statore a ruotare attraverso la manovella, in modo da raggiungere lo scopo di regolare l'angolo della pala dello statore.Dai requisiti di progettazione aerodinamica si può vedere che la quantità di regolazione dell'angolo delle pale di ciascuno stadio del compressore è diversa e generalmente la quantità di regolazione diminuisce successivamente dal primo stadio all'ultimo stadio, cosa che può essere realizzata selezionando la lunghezza della pedivella, cioè dal primo stadio all'ultimo stadio aumentando di lunghezza.
Il cilindro di regolazione è detto anche “cilindro intermedio” perché è posto tra il carter ed il cilindro porta lame, mentre il carter ed il cilindro porta lame sono chiamati rispettivamente “cilindro esterno” e “cilindro interno”.Questa struttura del cilindro a tre strati riduce notevolmente la deformazione e la concentrazione delle sollecitazioni dell'unità dovute all'espansione termica e allo stesso tempo impedisce al meccanismo di regolazione di polvere e danni meccanici causati da fattori esterni.
4. rotore e pale
Il rotore è composto dall'albero principale, dalle lame mobili a tutti i livelli, dai blocchi distanziatori, dai gruppi di bloccaggio delle lame, dalle lame delle api, ecc. Il rotore ha una struttura di uguale diametro interno, che è conveniente per la lavorazione.
Il mandrino è forgiato in acciaio ad alta lega.La composizione chimica del materiale dell'albero principale deve essere rigorosamente testata e analizzata e l'indice di prestazione viene controllato dal blocco di prova.Dopo la lavorazione di sgrossatura è necessaria una prova di funzionamento a caldo per verificarne la stabilità termica ed eliminare parte delle tensioni residue.Dopo che gli indicatori di cui sopra sono stati qualificati, è possibile inserirlo nella lavorazione di finitura.Dopo aver terminato la finitura, è richiesta l'ispezione della colorazione o l'ispezione delle particelle magnetiche sui perni su entrambe le estremità e non sono consentite crepe.
Le lame mobili e le lame fisse sono realizzate con pezzi grezzi di forgiatura in acciaio inossidabile e le materie prime devono essere ispezionate per verificarne la composizione chimica, le proprietà meccaniche, le inclusioni di scorie non metalliche e le crepe.Dopo che la lama è stata lucidata, viene eseguita la sabbiatura a umido per migliorare la resistenza alla fatica della superficie.La lama formatrice deve misurare la frequenza e, se necessario, riparare la frequenza.
Le lame mobili di ciascuna fase sono installate nella scanalatura della radice della lama rotante verticale a forma di albero lungo la direzione circonferenziale e i blocchi distanziatori vengono utilizzati per posizionare le due lame e i blocchi distanziatori di bloccaggio vengono utilizzati per posizionare e bloccare le due lame mobili installato alla fine di ogni fase.stretto.
Ci sono due dischi di bilanciamento su entrambe le estremità della ruota ed è facile bilanciare i pesi su due piani.Il piatto di bilanciamento e il manicotto di tenuta formano un pistone di bilanciamento, che funziona attraverso il tubo di bilanciamento per bilanciare parte della forza assiale generata dal pneumatico, ridurre il carico sul cuscinetto reggispinta e rendere il cuscinetto in un ambiente più sicuro
5. Ghiandola
Sono presenti manicotti di tenuta dell'estremità dell'albero rispettivamente sul lato di aspirazione e sul lato di scarico del compressore e le piastre di tenuta incorporate nelle parti corrispondenti del rotore formano una tenuta a labirinto per evitare perdite di gas e infiltrazioni interne.Per facilitare l'installazione e la manutenzione, viene regolato tramite il blocco di regolazione sul cerchio esterno del manicotto di tenuta.
6. Scatola dei cuscinetti
I cuscinetti radiali e reggispinta sono disposti nella scatola dei cuscinetti e l'olio per la lubrificazione dei cuscinetti viene raccolto dalla scatola dei cuscinetti e restituito al serbatoio dell'olio.Solitamente il fondo della scatola è dotato di un dispositivo di guida (quando integrato), che coopera con la base per centrare l'unità e dilatarsi termicamente in direzione assiale.Per l'alloggiamento dei cuscinetti in due metà, tre chiavi di guida sono installate nella parte inferiore del lato per facilitare la dilatazione termica dell'alloggiamento.Su un lato della custodia è inoltre disposta una chiavetta di guida assiale adattata alla custodia.La scatola dei cuscinetti è dotata di dispositivi di monitoraggio come la misurazione della temperatura dei cuscinetti, la misurazione delle vibrazioni del rotore e la misurazione dello spostamento dell'albero.
7. cuscinetto
La maggior parte della spinta assiale del rotore è sostenuta dal piatto di bilanciamento, mentre la restante spinta assiale, pari a circa 20~40 kN, è sostenuta dal cuscinetto reggispinta.I cuscinetti di spinta possono essere regolati automaticamente in base alle dimensioni del carico per garantire che il carico su ciascun cuscinetto sia distribuito uniformemente.I cuscinetti reggispinta sono realizzati in lega Babbitt fusa in acciaio al carbonio.
Esistono due tipi di cuscinetti radiali.I compressori ad alta potenza e bassa velocità utilizzano cuscinetti ellittici, mentre i compressori a bassa potenza e alta velocità utilizzano cuscinetti a piastre inclinabili.
Le unità di grandi dimensioni sono generalmente dotate di dispositivi di sollevamento ad alta pressione per facilitare l'avviamento.La pompa ad alta pressione genera un'alta pressione di 80 MPa in breve tempo e sotto il cuscinetto radiale è installato un pool di olio ad alta pressione per sollevare il rotore e ridurre la resistenza all'avviamento.Dopo l'avvio, la pressione dell'olio scende a 5~15MPa.
Il compressore a flusso assiale funziona nelle condizioni di progettazione.Quando le condizioni operative cambiano, il suo punto operativo lascerà il punto di progettazione ed entrerà nell'area delle condizioni operative non di progettazione.In questo momento, la situazione effettiva del flusso d'aria è diversa dalla condizione operativa di progetto.e in determinate condizioni si verifica una condizione di flusso instabile.Dal punto di vista attuale, ci sono diverse tipiche condizioni di lavoro instabili: vale a dire, la condizione di lavoro di stallo rotante, la condizione di lavoro di picco e la condizione di lavoro di blocco, e queste tre condizioni di lavoro appartengono alle condizioni di lavoro instabili aerodinamiche.
Quando il compressore a flusso assiale funziona in queste condizioni di lavoro instabili, non solo le prestazioni di lavoro saranno notevolmente peggiorate, ma a volte si verificheranno forti vibrazioni, per cui la macchina non potrà funzionare normalmente e si verificheranno anche gravi danni.
1. Stallo rotante del compressore a flusso assiale
L'area tra l'angolo minimo della pala stazionaria e la linea dell'angolo operativo minimo della curva caratteristica del compressore a flusso assiale è chiamata area di stallo rotante e lo stallo rotante è diviso in due tipi: stallo progressivo e stallo improvviso.Quando il volume dell'aria è inferiore al limite della linea di stallo rotazionale della ventola principale a flusso assiale, il flusso d'aria sul retro della pala si interromperà e il flusso d'aria all'interno della macchina formerà un flusso pulsante, che farà sì che la pala si muova generare sollecitazioni alternate e causare danni da fatica.
Per evitare lo stallo, l'operatore deve avere familiarità con la curva caratteristica del motore e attraversare rapidamente la zona di stallo durante il processo di avviamento.Durante il processo operativo, l'angolo minimo della pala dello statore non deve essere inferiore al valore specificato secondo le normative del produttore.
2. Picco del compressore assiale
Quando il compressore funziona insieme a una rete di tubazioni con un certo volume, quando il compressore funziona con un rapporto di compressione elevato e una portata bassa, una volta che la portata del compressore è inferiore a un determinato valore, il flusso d'aria dell'arco di ritorno delle pale sarà seriamente separati finché il passaggio non viene bloccato e il flusso d'aria pulsa fortemente.E forma un'oscillazione con la portata d'aria e la resistenza dell'aria della rete di tubi di scarico.In questo momento, i parametri del flusso d'aria del sistema di rete fluttuano notevolmente nel loro complesso, cioè il volume dell'aria e la pressione cambiano periodicamente con il tempo e l'ampiezza;sia la potenza che il suono del compressore cambiano periodicamente..I cambiamenti sopra menzionati sono molto gravi, causano forti vibrazioni alla fusoliera e persino la macchina non riesce a mantenere il normale funzionamento.Questo fenomeno è chiamato surge.
Poiché il picco è un fenomeno che si verifica nell'intera macchina e nel sistema di rete, non è solo correlato alle caratteristiche del flusso interno del compressore, ma dipende anche dalle caratteristiche della rete di tubazioni e la sua ampiezza e frequenza sono dominate dal volume della rete di tubazioni.
Le conseguenze dell'impennata sono spesso gravi.Ciò farà sì che i componenti del rotore e dello statore del compressore siano sottoposti a sollecitazioni e fratture alternate, causando anomalie della pressione interstadio che provocano forti vibrazioni, con conseguenti danni alle guarnizioni e ai cuscinetti reggispinta e causando la collisione del rotore e dello statore., provocando gravi incidenti.Soprattutto per i compressori a flusso assiale ad alta pressione, i picchi possono distruggere la macchina in breve tempo, pertanto il compressore non può funzionare in condizioni di picco.
Dall'analisi preliminare di cui sopra, è noto che il surge è causato in primo luogo dallo stallo di rotazione causato dalla mancata regolazione dei parametri aerodinamici e geometrici nella cascata di pale del compressore in condizioni di lavoro variabili.Ma non tutti gli stalli rotanti portano necessariamente a picchi, quest'ultimo è legato anche al sistema di tubazioni, quindi la formazione del fenomeno dei picchi comprende due fattori: internamente, dipende dal compressore a flusso assiale In determinate condizioni, si verifica uno stallo improvviso improvviso ;esternamente è relativo alla portata e alla linea caratteristica della rete di tubazioni.La prima è una causa interna, mentre la seconda è una condizione esterna.La causa interna promuove l’aumento solo con la cooperazione di condizioni esterne.
3. Blocco del compressore assiale
L'area della gola della pala del compressore è fissa.Quando la portata aumenta, a causa dell'aumento della velocità assiale del flusso d'aria, aumenta la velocità relativa del flusso d'aria e l'angolo di attacco negativo (l'angolo di attacco è l'angolo tra la direzione del flusso d'aria e l'angolo di installazione dell'ingresso della lama) aumenta anche.In questo momento, il flusso d'aria medio sulla sezione più piccola dell'ingresso della cascata raggiungerà la velocità del suono, in modo che il flusso attraverso il compressore raggiungerà un valore critico e non continuerà ad aumentare.Questo fenomeno è chiamato blocco.Questo bloccaggio delle palette primarie determina la portata massima del compressore.Quando la pressione di scarico diminuisce, il gas nel compressore aumenterà la portata a causa dell'aumento del volume di espansione e si verificherà un blocco anche quando il flusso d'aria raggiunge la velocità del suono nella cascata finale.Poiché il flusso d'aria della pala finale è bloccato, la pressione dell'aria davanti alla pala finale aumenta e la pressione dell'aria dietro la pala finale diminuisce, provocando un aumento della differenza di pressione tra la parte anteriore e quella posteriore della pala finale, in modo che la forza sulla parte anteriore e posteriore della lama finale è sbilanciata e si potrebbero generare sollecitazioni.causare danni alla lama.
Quando vengono determinati la forma della pala e i parametri di cascata di un compressore a flusso assiale, vengono fissate anche le sue caratteristiche di bloccaggio.I compressori assiali non devono funzionare troppo a lungo nella zona al di sotto della linea dell'aria.
In generale, il controllo anti-intasamento del compressore a flusso assiale non deve essere rigoroso quanto il controllo anti-pompaggio, non è necessario che l'azione di controllo sia rapida e non è necessario impostare un punto di arresto dell'intervento.Per quanto riguarda l'impostazione o meno del controllo anti-intasamento, spetta anche al compressore stesso. Chiedi una decisione.Alcuni produttori hanno preso in considerazione il rafforzamento delle lame nella progettazione, in modo che possano sopportare l'aumento dello stress da vibrazione e non abbiano bisogno di impostare un controllo di bloccaggio.Se il produttore non ritiene che la resistenza della lama debba essere aumentata quando si verifica il fenomeno del bloccaggio nella progettazione, devono essere previste apparecchiature di controllo automatico antibloccaggio.
Lo schema di controllo anti-intasamento del compressore a flusso assiale è il seguente: una valvola anti-intasamento a farfalla è installata sulla tubazione di uscita del compressore e i due segnali di rilevamento della portata in ingresso e della pressione in uscita vengono immessi contemporaneamente nel regolatore anti-intasamento.Quando la pressione di uscita della macchina scende in modo anomalo e il punto di lavoro della macchina scende al di sotto della linea antibloccaggio, il segnale di uscita del regolatore viene inviato alla valvola antibloccaggio per ridurre la chiusura della valvola, quindi la pressione dell'aria aumenta , la portata diminuisce e il punto di lavoro entra nella linea antibloccaggio.Al di sopra della linea di blocco, la macchina elimina la condizione di blocco.
