Brindarle una comprensión integral de la estructura, el principio de funcionamiento, las ventajas y desventajas de los compresores de flujo axial.
Conocimiento sobre compresores axiales.
Los compresores de flujo axial y los compresores centrífugos pertenecen a los compresores de velocidad y ambos se denominan compresores de turbina;El significado de compresores de velocidad significa que sus principios de funcionamiento dependen de que las palas realicen trabajo sobre el gas y primero hagan que el gas fluya. La velocidad del flujo aumenta considerablemente antes de convertir la energía cinética en energía de presión.En comparación con el compresor centrífugo, dado que el flujo de gas en el compresor no es en dirección radial, sino en dirección axial, la característica más importante del compresor de flujo axial es que la capacidad de flujo de gas por unidad de área es grande, y la misma Bajo la premisa de procesar el volumen de gas, la dimensión radial es pequeña, especialmente adecuada para ocasiones que requieren un gran flujo.Además, el compresor de flujo axial también tiene las ventajas de una estructura simple y una operación y mantenimiento convenientes.Sin embargo, es obviamente inferior a los compresores centrífugos en términos de perfil de paleta complejo, altos requisitos de proceso de fabricación, área de trabajo estrecha y estable y rango de ajuste de flujo pequeño a velocidad constante.
La siguiente figura es un diagrama esquemático de la estructura del compresor de flujo axial serie AV:
1. Chasis
La carcasa del compresor de flujo axial está diseñada para dividirse horizontalmente y está hecha de hierro fundido (acero).Tiene las características de buena rigidez, ninguna deformación, absorción de ruido y reducción de vibraciones.Apriete con pernos para conectar las mitades superior e inferior en un todo muy rígido.
La carcasa está soportada sobre la base en cuatro puntos, y los cuatro puntos de soporte están colocados en ambos lados de la carcasa inferior cerca de la superficie dividida media, de modo que el soporte de la unidad tenga buena estabilidad.Dos de los cuatro puntos de apoyo son puntos fijos y los otros dos son puntos deslizantes.La parte inferior de la carcasa también está provista de dos chavetas guía a lo largo de la dirección axial, que se utilizan para la expansión térmica de la unidad durante el funcionamiento.
Para unidades grandes, el punto de soporte deslizante está sostenido por un soporte oscilante y se utilizan materiales especiales para reducir la expansión térmica y reducir el cambio de la altura central de la unidad.Además, se dispone de un soporte intermedio para aumentar la rigidez de la unidad.
2. Cilindro de rodamiento de paletas estático
El cilindro con cojinete de paletas estacionarias es el cilindro de soporte para las paletas estacionarias ajustables del compresor.Está diseñado como una división horizontal.El tamaño geométrico está determinado por el diseño aerodinámico, que es el contenido central del diseño de la estructura del compresor.El anillo de entrada coincide con el extremo de admisión del cilindro con cojinete de paletas estacionario y el difusor coincide con el extremo de escape.Están conectados respectivamente con la carcasa y el manguito de sellado para formar el paso convergente del extremo de admisión y el paso de expansión del extremo de escape.Un canal y el canal formado por el rotor y el cilindro de cojinete de paletas se combinan para formar un canal de flujo de aire completo del compresor de flujo axial.
El cuerpo del cilindro del cojinete de paletas estacionario está fundido en hierro dúctil y mecanizado con precisión.Los dos extremos están apoyados respectivamente en la carcasa, el extremo cerca del lado de escape es un soporte deslizante y el extremo cerca del lado de entrada de aire es un soporte fijo.
Hay paletas guía giratorias en varios niveles y cojinetes de paletas automáticos, manivelas, deslizadores, etc. para cada paleta guía en el cilindro del cojinete de paletas.El cojinete de láminas estacionario es un cojinete de tinta esférico con buen efecto autolubricante y su vida útil es de más de 25 años, lo cual es seguro y confiable.Se instala un anillo de sellado de silicona en el vástago de la paleta para evitar fugas de gas y entrada de polvo.Se proporcionan tiras de sellado de llenado en el círculo exterior del extremo de escape del cilindro de rodamiento y el soporte de la carcasa para evitar fugas.
3. Cilindro de ajuste y mecanismo de ajuste de paletas.
El cilindro de ajuste está soldado mediante placas de acero divididas horizontalmente y la superficie dividida intermedia está conectada mediante pernos, lo que tiene una gran rigidez.Se apoya en el interior de la carcasa en cuatro puntos y los cuatro cojinetes de soporte son de metal “Du” no lubricado.Los dos puntos de un lado están semicerrados, lo que permite el movimiento axial;los dos puntos en el otro lado están desarrollados. El tipo permite la expansión térmica axial y radial, y los anillos guía de varias etapas de paletas están instalados dentro del cilindro de ajuste.
El mecanismo de ajuste de las palas del estator se compone de un servomotor, una placa de conexión, un cilindro de ajuste y un cilindro de soporte de las palas.Su función es ajustar el ángulo de las palas del estator en todos los niveles del compresor para satisfacer las condiciones de trabajo variables.Se instalan dos servomotores a ambos lados del compresor y se conectan con el cilindro de ajuste a través de la placa de conexión.El servomotor, la estación de energía, el oleoducto y un conjunto de instrumentos de control automático forman un servomecanismo hidráulico para ajustar el ángulo de la paleta.Cuando actúa el aceite de alta presión de 130 bar de la estación de aceite de potencia, el pistón del servomotor se empuja para moverse, y la placa de conexión impulsa el cilindro de ajuste para que se mueva sincrónicamente en la dirección axial, y el control deslizante impulsa la rotación de la paleta del estator. a través de la manivela, para lograr el propósito de ajustar el ángulo de la paleta del estator.Se puede ver a partir de los requisitos de diseño aerodinámico que la cantidad de ajuste del ángulo de las paletas de cada etapa del compresor es diferente y, en general, la cantidad de ajuste disminuye sucesivamente desde la primera etapa hasta la última etapa, lo que se puede lograr seleccionando la longitud. de la manivela, es decir, desde la primera etapa hasta la última etapa aumentando en longitud.
El cilindro de ajuste también se denomina "cilindro medio" porque está colocado entre la carcasa y el cilindro portador de cuchillas, mientras que la carcasa y el cilindro portador de cuchillas se denominan "cilindro exterior" y "cilindro interior" respectivamente.Esta estructura cilíndrica de tres capas reduce en gran medida la deformación y la concentración de tensión de la unidad debido a la expansión térmica y, al mismo tiempo, evita que el mecanismo de ajuste sufra polvo y daños mecánicos causados por factores externos.
4. rotor y palas
El rotor se compone del eje principal, cuchillas móviles en todos los niveles, bloques espaciadores, grupos de bloqueo de cuchillas, cuchillas de abeja, etc. El rotor tiene una estructura de igual diámetro interior, lo cual es conveniente para el procesamiento.
El husillo está forjado con acero de alta aleación.La composición química del material del eje principal debe probarse y analizarse estrictamente, y el bloque de prueba verifica el índice de rendimiento.Después del mecanizado de desbaste, se requiere una prueba de funcionamiento en caliente para verificar su estabilidad térmica y eliminar parte de la tensión residual.Una vez calificados los indicadores anteriores, se puede poner en mecanizado de acabado.Después del acabado, se requiere inspección de color o inspección de partículas magnéticas en los muñones en ambos extremos, y no se permiten grietas.
Las cuchillas móviles y las cuchillas estacionarias están hechas de piezas forjadas de acero inoxidable y las materias primas deben inspeccionarse para determinar su composición química, propiedades mecánicas, inclusiones de escoria no metálica y grietas.Después de pulir la hoja, se realiza un chorro de arena húmedo para mejorar la resistencia a la fatiga de la superficie.La cuchilla formadora necesita medir la frecuencia y, si es necesario, reparar la frecuencia.
Las cuchillas móviles de cada etapa se instalan en la ranura de raíz de la cuchilla vertical giratoria en forma de árbol a lo largo de la dirección circunferencial, y los bloques espaciadores se usan para colocar las dos cuchillas, y los bloques espaciadores de bloqueo se usan para posicionar y bloquear las dos cuchillas móviles. instalado al final de cada etapa.ajustado.
Hay dos discos de equilibrio procesados en ambos extremos de la rueda y es fácil equilibrar los pesos en dos planos.La placa de equilibrio y el manguito de sellado forman un pistón de equilibrio, que funciona a través del tubo de equilibrio para equilibrar parte de la fuerza axial generada por el neumático, reducir la carga sobre el cojinete de empuje y hacer que el cojinete esté en un entorno más seguro.
5. Glándula
Hay manguitos de sellado del extremo del eje en el lado de admisión y en el lado de escape del compresor respectivamente, y las placas de sellado incrustadas en las partes correspondientes del rotor forman un sello laberíntico para evitar fugas de gas y filtraciones internas.Para facilitar la instalación y el mantenimiento, se ajusta a través del bloque de ajuste en el círculo exterior del manguito de sellado.
6. Caja de rodamientos
Los cojinetes radiales y los cojinetes de empuje están dispuestos en la caja de cojinetes, y el aceite para lubricar los cojinetes se recoge de la caja de cojinetes y se devuelve al tanque de aceite.Por lo general, la parte inferior de la caja está equipada con un dispositivo guía (cuando está integrado), que coopera con la base para hacer que la unidad se centre y se expanda térmicamente en la dirección axial.Para la carcasa de rodamiento dividida, se instalan tres chavetas guía en la parte inferior del lateral para facilitar la expansión térmica de la carcasa.También está dispuesta una chaveta de guía axial en un lado de la carcasa para que coincida con la carcasa.La caja de rodamientos está equipada con dispositivos de monitoreo como medición de la temperatura del rodamiento, medición de la vibración del rotor y medición del desplazamiento del eje.
7. rodamiento
La mayor parte del empuje axial del rotor lo soporta la placa de equilibrio, y el empuje axial restante de aproximadamente 20 ~ 40 kN lo soporta el cojinete de empuje.Las almohadillas de empuje se pueden ajustar automáticamente según el tamaño de la carga para garantizar que la carga en cada almohadilla se distribuya uniformemente.Las almohadillas de empuje están hechas de aleación Babbitt fundida de acero al carbono.
Hay dos tipos de rodamientos radiales.Los compresores de alta potencia y baja velocidad utilizan cojinetes elípticos, y los compresores de baja potencia y alta velocidad utilizan cojinetes de almohadilla basculante.
Las unidades de gran escala generalmente están equipadas con dispositivos de elevación de alta presión para facilitar el arranque.La bomba de alta presión genera una alta presión de 80 MPa en poco tiempo y se instala una piscina de aceite de alta presión debajo del cojinete radial para levantar el rotor y reducir la resistencia de arranque.Después del arranque, la presión del aceite cae a 5~15MPa.
El compresor de flujo axial funciona bajo las condiciones de diseño.Cuando las condiciones de operación cambian, su punto de operación abandonará el punto de diseño y entrará al área de condiciones de operación que no son de diseño.En este momento, la situación real del flujo de aire es diferente de la condición operativa de diseño.y bajo ciertas condiciones, se produce una condición de flujo inestable.Desde el punto de vista actual, existen varias condiciones de trabajo inestables típicas: a saber, condición de trabajo de pérdida giratoria, condición de trabajo de sobretensión y condición de trabajo de bloqueo, y estas tres condiciones de trabajo pertenecen a condiciones de trabajo inestables aerodinámicas.
Cuando el compresor de flujo axial funciona en estas condiciones de trabajo inestables, no solo el rendimiento de trabajo se deteriorará enormemente, sino que a veces se producirán fuertes vibraciones, de modo que la máquina no podrá funcionar normalmente e incluso se producirán accidentes con daños graves.
1. Puesto giratorio del compresor de flujo axial
El área entre el ángulo mínimo de la paleta estacionaria y la línea del ángulo mínimo de operación de la curva característica del compresor de flujo axial se llama área de pérdida giratoria, y la pérdida giratoria se divide en dos tipos: pérdida progresiva y pérdida abrupta.Cuando el volumen de aire es menor que el límite de la línea de pérdida de rotación del ventilador principal de flujo axial, el flujo de aire en la parte posterior de la paleta se separará y el flujo de aire dentro de la máquina formará un flujo pulsante, lo que hará que la paleta se generar tensiones alternas y provocar daños por fatiga.
Para evitar que se cale, se requiere que el operador esté familiarizado con la curva característica del motor y que pase rápidamente por la zona de calado durante el proceso de arranque.Durante el proceso de operación, el ángulo mínimo de la pala del estator no debe ser inferior al valor especificado según las normas del fabricante.
2. Sobretensión del compresor axial
Cuando el compresor funciona junto con una red de tuberías con un cierto volumen, cuando el compresor funciona con una relación de compresión alta y un caudal bajo, una vez que el caudal del compresor es inferior a un cierto valor, el flujo de aire del arco posterior de las palas será menor. seriamente separados hasta que el paso se bloquee y el flujo de aire pulsará fuertemente.Y forme una oscilación con la capacidad del aire y la resistencia del aire de la red de tuberías de salida.En este momento, los parámetros del flujo de aire del sistema de red fluctúan mucho en su conjunto, es decir, el volumen y la presión del aire cambian periódicamente con el tiempo y la amplitud;la potencia y el sonido del compresor cambian periódicamente..Los cambios mencionados anteriormente son muy severos, hacen que el fuselaje vibre fuertemente e incluso la máquina no puede mantener su funcionamiento normal.Este fenómeno se llama oleada.
Dado que el aumento repentino es un fenómeno que ocurre en toda la máquina y el sistema de red, no solo está relacionado con las características de flujo interno del compresor, sino que también depende de las características de la red de tuberías, y su amplitud y frecuencia están dominadas por el volumen. de la red de tuberías.
Las consecuencias del aumento repentino suelen ser graves.Hará que los componentes del rotor y del estator del compresor sufran tensiones alternas y fracturas, lo que provocará una anormalidad en la presión entre etapas que provocará una fuerte vibración, lo que provocará daños a los sellos y cojinetes de empuje y provocará que el rotor y el estator colisionen., provocando graves accidentes.Especialmente para los compresores de flujo axial de alta presión, el aumento repentino puede destruir la máquina en poco tiempo, por lo que no se permite que el compresor funcione en condiciones de aumento repentino.
A partir del análisis preliminar anterior, se sabe que el aumento repentino se debe en primer lugar a la parada de rotación provocada por la falta de ajuste de los parámetros aerodinámicos y los parámetros geométricos en la cascada de álabes del compresor en condiciones de trabajo variables.Pero no todas las paradas rotativas necesariamente conducirán a una oleada, esta última también está relacionada con el sistema de red de tuberías, por lo que la formación del fenómeno de oleada incluye dos factores: Internamente, depende del compresor de flujo axial. Bajo ciertas condiciones, se produce una parada repentina. ;externamente se relaciona con la capacidad y línea característica de la red de tuberías.La primera es una causa interna, mientras que la segunda es una condición externa.La causa interna sólo promueve el surgimiento con la cooperación de condiciones externas.
3. Bloqueo del compresor axial.
El área de la garganta de las palas del compresor es fija.Cuando aumenta el caudal, debido al aumento de la velocidad axial del flujo de aire, la velocidad relativa del flujo de aire aumenta y el ángulo de ataque negativo (el ángulo de ataque es el ángulo entre la dirección del flujo de aire y el ángulo de instalación). de la entrada de la pala) también aumenta.En este momento, el flujo de aire promedio en la sección más pequeña de la entrada de la cascada alcanzará la velocidad del sonido, de modo que el flujo a través del compresor alcanzará un valor crítico y no seguirá aumentando.Este fenómeno se llama bloqueo.Este bloqueo de las paletas primarias determina el caudal máximo del compresor.Cuando la presión de escape disminuye, el gas en el compresor aumentará el caudal debido al aumento en el volumen de expansión, y también se producirá un bloqueo cuando el flujo de aire alcance la velocidad del sonido en la cascada final.Debido a que el flujo de aire de la pala final está bloqueado, la presión del aire delante de la pala final aumenta y la presión del aire detrás de la pala final disminuye, lo que hace que la diferencia de presión entre la parte delantera y trasera de la pala final aumente, de modo que la fuerza en la parte delantera y trasera de la pala final está desequilibrada y se puede generar tensión.causar daños a la hoja.
Cuando se determinan la forma de las palas y los parámetros de cascada de un compresor de flujo axial, también se fijan sus características de bloqueo.No se permite que los compresores axiales funcionen durante demasiado tiempo en el área debajo de la línea de estrangulación.
En términos generales, el control antiobstrucción del compresor de flujo axial no necesita ser tan estricto como el control antisobretensión, no es necesario que la acción de control sea rápida y no es necesario establecer un punto de parada de disparo.En cuanto a configurar el control antiobstrucción, también depende del propio compresor. Solicite una decisión.Algunos fabricantes han tenido en cuenta el refuerzo de las palas en el diseño, para que puedan soportar el aumento de la tensión de aleteo, por lo que no necesitan configurar un control de bloqueo.Si el fabricante no considera que sea necesario aumentar la resistencia de la pala cuando se produce el fenómeno de bloqueo en el diseño, se deberán proporcionar medios de control automático antibloqueo.
El esquema de control antiobstrucción del compresor de flujo axial es el siguiente: se instala una válvula antiobstrucción de mariposa en la tubería de salida del compresor, y las dos señales de detección del caudal de entrada y la presión de salida se ingresan simultáneamente al regulador antiobstrucción.Cuando la presión de salida de la máquina cae anormalmente y el punto de trabajo de la máquina cae por debajo de la línea antibloqueo, la señal de salida del regulador se envía a la válvula antibloqueo para hacer que la válvula se cierre menos, por lo que la presión del aire aumenta. , el caudal disminuye y el punto de trabajo ingresa a la línea antibloqueo.Por encima de la línea de bloqueo, la máquina elimina la condición de bloqueo.
