Vermitteln Sie ein umfassendes Verständnis des Aufbaus, des Funktionsprinzips sowie der Vor- und Nachteile von Axialkompressoren
Kenntnisse über Axialkompressoren
Axialkompressoren und Radialkompressoren gehören beide zu den Drehzahlkompressoren und werden beide als Turbinenkompressoren bezeichnet.Die Bedeutung von Geschwindigkeitskompressoren bedeutet, dass ihre Arbeitsprinzipien darauf beruhen, dass die Schaufeln Arbeit am Gas verrichten und das Gas zunächst strömen lassen. Die Strömungsgeschwindigkeit wird stark erhöht, bevor kinetische Energie in Druckenergie umgewandelt wird.Da der Gasfluss im Kompressor im Vergleich zum Radialkompressor nicht in radialer, sondern in axialer Richtung verläuft, besteht das größte Merkmal des Axialkompressors darin, dass die Gasflusskapazität pro Flächeneinheit groß und gleich ist Unter der Voraussetzung, dass das Gasvolumen verarbeitet wird, ist die radiale Abmessung klein und eignet sich besonders für Fälle, in denen ein großer Durchfluss erforderlich ist.Darüber hinaus bietet der Axialkompressor die Vorteile eines einfachen Aufbaus sowie einer bequemen Bedienung und Wartung.Allerdings ist er Zentrifugalkompressoren hinsichtlich des komplexen Schaufelprofils, der hohen Anforderungen an den Herstellungsprozess, des engen, stabilen Arbeitsbereichs und des kleinen Durchflusseinstellbereichs bei konstanter Geschwindigkeit offensichtlich unterlegen.
Die folgende Abbildung ist ein schematisches Diagramm der Struktur des Axialkompressors der AV-Serie:
1. Fahrgestell
Das Gehäuse des Axialverdichters ist horizontal geteilt ausgeführt und besteht aus Gusseisen (Stahl).Es zeichnet sich durch gute Steifigkeit, keine Verformung, Geräuschabsorption und Vibrationsreduzierung aus.Mit Schrauben festziehen, um die obere und untere Hälfte zu einem sehr steifen Ganzen zu verbinden.
Das Gehäuse wird an vier Punkten auf der Basis abgestützt, und die vier Stützpunkte sind auf beiden Seiten des unteren Gehäuses nahe der mittleren Spaltfläche angebracht, so dass die Abstützung des Geräts eine gute Stabilität aufweist.Zwei der vier Stützpunkte sind Fixpunkte, die anderen beiden sind Gleitpunkte.Im unteren Teil des Gehäuses sind außerdem zwei Führungskeile entlang der axialen Richtung vorgesehen, die der thermischen Ausdehnung des Geräts während des Betriebs dienen.
Bei großen Einheiten wird der verschiebbare Stützpunkt durch eine Schwenkhalterung gestützt, und es werden spezielle Materialien verwendet, um die Wärmeausdehnung gering zu halten und die Änderung der Mittenhöhe der Einheit zu verringern.Zusätzlich ist eine Zwischenstütze angebracht, um die Steifigkeit des Gerätes zu erhöhen.
2. Statischer Flügellagerzylinder
Der stationäre Schaufellagerzylinder ist der Stützzylinder für die verstellbaren stationären Schaufeln des Kompressors.Es ist als horizontaler Split konzipiert.Die geometrische Größe wird durch das aerodynamische Design bestimmt, das den Kerninhalt des Kompressorstrukturdesigns darstellt.Der Einlassring passt zum Einlassende des stationären Flügellagerzylinders und der Diffusor passt zum Auslassende.Sie sind jeweils mit dem Gehäuse und der Dichtungshülse verbunden, um den konvergierenden Durchgang am Einlassende und den Expansionsdurchgang am Auslassende zu bilden.Ein Kanal und der durch den Rotor und den Flügellagerzylinder gebildete Kanal werden zu einem vollständigen Luftströmungskanal des Axialverdichters kombiniert.
Der Zylinderkörper des stationären Flügellagerzylinders ist aus Sphäroguss gegossen und präzisionsbearbeitet.Die beiden Enden werden jeweils am Gehäuse abgestützt, das Ende in der Nähe der Auslassseite ist eine verschiebbare Halterung und das Ende in der Nähe der Lufteinlassseite ist eine feste Halterung.
Es gibt drehbare Leitschaufeln auf verschiedenen Ebenen und automatische Schaufellager, Kurbeln, Schieber usw. für jede Leitschaufel am Schaufellagerzylinder.Das stationäre Blattlager ist ein kugelförmiges Tintenlager mit guter Selbstschmierwirkung und einer Lebensdauer von mehr als 25 Jahren, was sicher und zuverlässig ist.Am Schaufelstiel ist ein Silikondichtring angebracht, um Gasaustritt und Staubeintritt zu verhindern.Am äußeren Kreis des Auslassendes des Lagerzylinders und an der Halterung des Gehäuses sind Fülldichtstreifen vorgesehen, um Leckagen zu verhindern.
3. Einstellzylinder und Flügeleinstellmechanismus
Der Einstellzylinder ist aus horizontal geteilten Stahlplatten geschweißt und die mittlere Spaltfläche ist durch Bolzen verbunden, was eine hohe Steifigkeit aufweist.Es wird an vier Punkten im Gehäuse abgestützt und die vier Stützlager bestehen aus ungeschmiertem „Du“-Metall.Die beiden Spitzen auf einer Seite sind halbgeschlossen und ermöglichen eine axiale Bewegung;Die beiden Punkte auf der anderen Seite sind entwickelt. Der Typ ermöglicht eine axiale und radiale Wärmeausdehnung, und im Verstellzylinder sind Führungsringe verschiedener Schaufelstufen installiert.
Der Statorblatt-Einstellmechanismus besteht aus einem Servomotor, einer Verbindungsplatte, einem Einstellzylinder und einem Blattstützzylinder.Seine Funktion besteht darin, den Winkel der Statorschaufeln auf allen Ebenen des Kompressors anzupassen, um den variablen Arbeitsbedingungen gerecht zu werden.Auf beiden Seiten des Kompressors sind zwei Servomotoren installiert und über die Verbindungsplatte mit dem Verstellzylinder verbunden.Der Servomotor, die Antriebsölstation, die Ölleitung und eine Reihe automatischer Steuerinstrumente bilden einen hydraulischen Servomechanismus zur Einstellung des Flügelwinkels.Wenn das 130-bar-Hochdrucköl von der Kraftölstation wirkt, wird der Kolben des Servomotors gedrückt, um sich zu bewegen, und die Verbindungsplatte treibt den Einstellzylinder an, um sich synchron in axialer Richtung zu bewegen, und der Schieber treibt die Statorschaufel an, um sich zu drehen durch die Kurbel, um den Zweck der Einstellung des Winkels der Statorschaufel zu erreichen.Aus den aerodynamischen Designanforderungen ist ersichtlich, dass der Einstellbetrag des Flügelwinkels jeder Stufe des Kompressors unterschiedlich ist und im Allgemeinen der Einstellbetrag von der ersten zur letzten Stufe sukzessive abnimmt, was durch Auswahl der Länge realisiert werden kann der Kurbel, d. h. von der ersten zur letzten Stufe zunehmend länger.
Der Verstellzylinder wird auch „mittlerer Zylinder“ genannt, da er zwischen dem Gehäuse und dem Blattlagerzylinder platziert ist, während das Gehäuse und der Blattlagerzylinder „äußerer Zylinder“ bzw. „innerer Zylinder“ genannt werden.Diese dreischichtige Zylinderstruktur reduziert die Verformung und Spannungskonzentration der Einheit aufgrund der Wärmeausdehnung erheblich und schützt gleichzeitig den Einstellmechanismus vor Staub und mechanischen Schäden durch äußere Faktoren.
4. Rotor und Blätter
Der Rotor besteht aus der Hauptwelle, beweglichen Klingen auf allen Ebenen, Abstandsblöcken, Klingenverriegelungsgruppen, Bienenklingen usw. Der Rotor hat eine Struktur mit gleichem Innendurchmesser, was für die Verarbeitung praktisch ist.
Die Spindel ist aus hochlegiertem Stahl geschmiedet.Die chemische Zusammensetzung des Hauptwellenmaterials muss streng geprüft und analysiert werden, und der Leistungsindex wird durch den Testblock überprüft.Nach der Grobbearbeitung ist ein Warmlauftest erforderlich, um die thermische Stabilität zu überprüfen und einen Teil der Restspannung zu beseitigen.Nachdem die oben genannten Indikatoren qualifiziert sind, kann die Endbearbeitung durchgeführt werden.Nach der Endbearbeitung ist eine Farbprüfung oder Magnetpartikelprüfung an den Zapfen an beiden Enden erforderlich, und Risse sind nicht zulässig.
Die Lauf- und Leitschaufeln bestehen aus Schmiederohlingen aus rostfreiem Stahl und die Rohmaterialien müssen auf chemische Zusammensetzung, mechanische Eigenschaften, nichtmetallische Schlackeneinschlüsse und Risse untersucht werden.Nach dem Polieren der Klinge wird ein Nasssandstrahlen durchgeführt, um die Ermüdungsbeständigkeit der Oberfläche zu verbessern.Das Formmesser muss die Frequenz messen und bei Bedarf reparieren.
Die Laufschaufeln jeder Stufe sind entlang der Umfangsrichtung in der rotierenden, vertikalen, baumförmigen Schaufelwurzelnut installiert, und die Distanzblöcke dienen zur Positionierung der beiden Schaufeln und die Verriegelungsdistanzblöcke dienen zur Positionierung und Verriegelung der beiden Laufschaufeln am Ende jeder Etappe installiert.eng.
An beiden Enden des Rades sind zwei Ausgleichsscheiben verarbeitet, und es ist einfach, die Gewichte in zwei Ebenen auszubalancieren.Die Ausgleichsplatte und die Dichtungshülse bilden einen Ausgleichskolben, der über das Ausgleichsrohr einen Teil der durch die Pneumatik erzeugten Axialkraft ausgleicht, die Belastung des Drucklagers verringert und das Lager in eine sicherere Umgebung bringt
5. Drüse
Auf der Einlass- und Auslassseite des Kompressors befinden sich Wellenenddichtungshülsen, und die in die entsprechenden Teile des Rotors eingebetteten Dichtungsplatten bilden eine Labyrinthdichtung, um Gaslecks und internes Eindringen zu verhindern.Um die Installation und Wartung zu erleichtern, erfolgt die Einstellung über den Einstellblock am Außenkreis der Dichtungshülse.
6. Lagerkasten
Radiallager und Axiallager sind im Lagerkasten angeordnet und das Öl zur Schmierung der Lager wird aus dem Lagerkasten gesammelt und in den Öltank zurückgeführt.Normalerweise ist der Boden des Kastens mit einer Führungsvorrichtung ausgestattet (sofern integriert), die mit dem Boden zusammenwirkt, um die Einheit zu zentrieren und sich in axialer Richtung thermisch auszudehnen.Beim geteilten Lagergehäuse sind unten an der Seite drei Führungskeile angebracht, um die Wärmeausdehnung des Gehäuses zu erleichtern.Passend zum Gehäuse ist außerdem auf einer Seite des Gehäuses eine Axialführungskeil angeordnet.Das Lagergehäuse ist mit Überwachungsgeräten wie Lagertemperaturmessung, Rotorvibrationsmessung und Wellenverschiebungsmessung ausgestattet.
7. Lager
Der größte Teil des Axialschubs des Rotors wird von der Ausgleichsplatte getragen, und der verbleibende Axialschub von etwa 20 bis 40 kN wird vom Axiallager getragen.Die Druckpolster können automatisch an die Größe der Last angepasst werden, um sicherzustellen, dass die Last auf jedem Polster gleichmäßig verteilt wird.Die Druckstücke bestehen aus einer Babbitt-Gusslegierung aus Kohlenstoffstahl.
Es gibt zwei Arten von Radiallagern.Kompressoren mit hoher Leistung und niedriger Drehzahl verwenden elliptische Lager, Kompressoren mit geringer Leistung und hoher Drehzahl verwenden Kippsegmentlager.
Großanlagen sind für den Startkomfort in der Regel mit Hochdruck-Vortriebsgeräten ausgestattet.Die Hochdruckpumpe erzeugt in kurzer Zeit einen Hochdruck von 80 MPa. Unter dem Radiallager ist ein Hochdruckölbecken installiert, um den Rotor anzuheben und den Startwiderstand zu verringern.Nach dem Start sinkt der Öldruck auf 5 bis 15 MPa.
Der Axialkompressor arbeitet unter den Auslegungsbedingungen.Wenn sich die Betriebsbedingungen ändern, verlässt sein Betriebspunkt den Auslegungspunkt und gelangt in den Bereich der nicht ausgelegten Betriebsbedingungen.Zu diesem Zeitpunkt weicht die tatsächliche Luftströmungssituation von der Auslegungsbetriebsbedingung ab., und unter bestimmten Bedingungen tritt ein instabiler Strömungszustand auf.Aus heutiger Sicht gibt es mehrere typische instabile Arbeitsbedingungen: nämlich rotierende Strömungsabriss-Arbeitsbedingungen, Stoßbetriebsbedingungen und blockierende Arbeitsbedingungen, und diese drei Arbeitsbedingungen gehören zu den aerodynamisch instabilen Arbeitsbedingungen.
Wenn der Axialkompressor unter diesen instabilen Arbeitsbedingungen arbeitet, verschlechtert sich nicht nur die Arbeitsleistung erheblich, sondern es treten manchmal auch starke Vibrationen auf, so dass die Maschine nicht normal arbeiten kann und es sogar zu schweren Unfällen kommen kann.
1. Rotierender Strömungsabriss des Axialkompressors
Der Bereich zwischen dem minimalen Winkel der stationären Leitschaufel und der Linie des minimalen Betriebswinkels der Kennlinie des Axialkompressors wird als rotierender Strömungsabrissbereich bezeichnet, und der rotierende Strömungsabriss wird in zwei Typen unterteilt: progressiver Strömungsabriss und abrupter Strömungsabriss.Wenn das Luftvolumen unter der Grenze der Rotationsabrisslinie des Hauptventilators mit axialer Strömung liegt, reißt der Luftstrom auf der Rückseite des Flügels ab und der Luftstrom im Inneren der Maschine bildet einen pulsierenden Strom, der dazu führt, dass der Flügel rotiert erzeugen Wechselbeanspruchungen und verursachen Ermüdungsschäden.
Um ein Abwürgen zu verhindern, ist es erforderlich, dass der Bediener die Kennlinie des Motors kennt und beim Startvorgang die Abwürgezone zügig durchfährt.Während des Betriebes sollte der minimale Statorschaufelwinkel den angegebenen Wert gemäß den Herstellervorschriften nicht unterschreiten.
2. Axialer Kompressorstoß
Wenn der Kompressor in Verbindung mit einem Rohrnetz mit einem bestimmten Volumen arbeitet, wenn der Kompressor mit einem hohen Verdichtungsverhältnis und einer niedrigen Durchflussrate arbeitet, wird der Luftstrom der Schaufeln im Rückbogen verringert, sobald die Durchflussrate des Kompressors unter einem bestimmten Wert liegt stark getrennt, bis der Durchgang verstopft ist und der Luftstrom stark pulsiert.Und mit der Luftkapazität und dem Luftwiderstand des Auslassrohrnetzes eine Schwingung bilden.Zu diesem Zeitpunkt schwanken die Luftstromparameter des Netzwerksystems insgesamt stark, das heißt, das Luftvolumen und der Luftdruck ändern sich periodisch mit der Zeit und der Amplitude;Sowohl die Leistung als auch der Klang des Kompressors ändern sich periodisch..Die oben genannten Veränderungen sind sehr schwerwiegend und führen zu starken Vibrationen des Rumpfes, sodass selbst die Maschine den normalen Betrieb nicht aufrechterhalten kann.Dieses Phänomen wird als Surge bezeichnet.
Da es sich bei Pumpen um ein Phänomen handelt, das im gesamten Maschinen- und Netzwerksystem auftritt, hängt es nicht nur von den internen Strömungseigenschaften des Kompressors ab, sondern hängt auch von den Eigenschaften des Rohrnetzes ab, und seine Amplitude und Frequenz werden vom Volumen dominiert des Rohrnetzes.
Die Folgen eines Spannungsanstiegs sind oft schwerwiegend.Dies führt dazu, dass die Rotor- und Statorkomponenten des Verdichters wechselnden Belastungen ausgesetzt sind und brechen, wodurch eine Druckanomalie zwischen den Stufen starke Vibrationen verursacht, die zu Schäden an Dichtungen und Drucklagern führen und eine Kollision von Rotor und Stator zur Folge haben., was zu schweren Unfällen führte.Insbesondere bei Hochdruck-Axialkompressoren kann ein Druckstoß die Maschine in kurzer Zeit zerstören, sodass der Kompressor nicht unter Druckstoßbedingungen betrieben werden darf.
Aus der obigen vorläufigen Analyse ist bekannt, dass der Druckstoß zunächst durch den Rotationsabriss verursacht wird, der durch die Nichtanpassung der aerodynamischen Parameter und geometrischen Parameter in der Verdichterschaufelkaskade unter variablen Arbeitsbedingungen verursacht wird.Aber nicht alle rotierenden Strömungsabrisse führen zwangsläufig zu einem Druckstoß. Letzterer hängt auch mit dem Rohrnetzsystem zusammen, sodass die Bildung des Druckstoßphänomens zwei Faktoren umfasst: Intern hängt es vom Axialströmungskompressor ab. Unter bestimmten Bedingungen kommt es zu einem plötzlichen plötzlichen Strömungsabriss ;Äußerlich hängt es mit der Kapazität und Kennlinie des Rohrnetzes zusammen.Ersteres ist eine innere Ursache, während letzteres eine äußere Bedingung ist.Die innere Ursache fördert den Aufschwung nur im Zusammenwirken äußerer Bedingungen.
3. Blockierung des Axialkompressors
Der Schaufelhalsbereich des Kompressors ist feststehend.Wenn die Strömungsgeschwindigkeit aufgrund der Erhöhung der Axialgeschwindigkeit des Luftstroms zunimmt, erhöht sich die relative Geschwindigkeit des Luftstroms und der negative Anstellwinkel (der Anstellwinkel ist der Winkel zwischen der Richtung des Luftstroms und dem Installationswinkel). des Schaufeleinlaufs) erhöht sich ebenfalls.Zu diesem Zeitpunkt erreicht der durchschnittliche Luftstrom im kleinsten Abschnitt des Kaskadeneinlasses Schallgeschwindigkeit, sodass der Durchfluss durch den Kompressor einen kritischen Wert erreicht und nicht weiter ansteigt.Dieses Phänomen wird als Blockierung bezeichnet.Diese Blockierung der Primärschaufeln bestimmt den maximalen Durchfluss des Kompressors.Wenn der Abgasdruck sinkt, erhöht das Gas im Kompressor aufgrund der Vergrößerung des Expansionsvolumens die Strömungsgeschwindigkeit, und es kommt auch zu Verstopfungen, wenn der Luftstrom in der letzten Kaskade Schallgeschwindigkeit erreicht.Da der Luftstrom der letzten Schaufel blockiert ist, erhöht sich der Luftdruck vor der letzten Schaufel und der Luftdruck hinter der letzten Schaufel nimmt ab, wodurch der Druckunterschied zwischen der Vorder- und Rückseite der letzten Schaufel zunimmt Die Kraft auf der Vorder- und Rückseite des endgültigen Blattes ist unausgeglichen und es kann zu Spannungen kommen.kann zu Klingenschäden führen.
Wenn die Schaufelform und die Kaskadenparameter eines Axialverdichters bestimmt werden, werden auch dessen Sperreigenschaften festgelegt.Axialkompressoren dürfen im Bereich unterhalb der Drossellinie nicht zu lange laufen.
Im Allgemeinen muss die Anti-Verstopfungssteuerung des Axialkompressors nicht so streng sein wie die Anti-Pump-Steuerung, die Steuerung muss nicht schnell sein und es besteht keine Notwendigkeit, einen Auslösepunkt festzulegen.Auch die Einstellung der Verstopfungsschutzregelung obliegt dem Kompressor selbst. Bitten Sie um eine Entscheidung.Einige Hersteller haben bei der Konstruktion die Verstärkung der Rotorblätter berücksichtigt, damit diese der zunehmenden Flatterbeanspruchung standhalten und keine Blockierungskontrolle einrichten müssen.Wenn der Hersteller nicht der Ansicht ist, dass die Klingenstärke erhöht werden muss, wenn das Blockierungsphänomen in der Konstruktion auftritt, müssen automatische Antiblockier-Kontrolleinrichtungen vorgesehen werden.
Das Verstopfungsschutz-Steuerschema des Axialkompressors sieht wie folgt aus: An der Auslassleitung des Kompressors ist ein verstopfungssicheres Drosselklappenventil installiert, und die beiden Erkennungssignale der Einlassdurchflussrate und des Auslassdrucks werden gleichzeitig in das eingegeben Anti-Verstopfungs-Regler.Wenn der Ausgangsdruck der Maschine ungewöhnlich abfällt und der Arbeitspunkt der Maschine unter die Antiblockierlinie fällt, wird das Ausgangssignal des Reglers an das Antiblockierventil gesendet, um das Ventil kleiner zu schließen und so den Luftdruck zu erhöhen , der Durchfluss nimmt ab und der Arbeitspunkt erreicht die Antiblockierlinie.Oberhalb der Blockierlinie wird die Maschine den Blockierzustand aufheben.
