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楼主:发表于:2022/9/22 17:04:38,查看7次

防止喘振和抑制喘振的方法归纳起来分为两类:一是在压缩机本体设计时采取的,以扩大稳定工况范围为目的;二是针对压缩机运行条件即从压缩与管网联合运行上采取的。

第一类方法中,轴流式压缩机设计时,除采用一些变工况性能好的叶型如大圆头叶型、相关的叶型和叶栅参数、从保持变工况性能好出发选择相关的级的气动和结构参数(如反动度、流量系数、轮毂比等)等外,还应根据压缩机用途带来的工况特点而选择合理的设计参数。例如对运输式燃气轮机装置的多级轴流式压气机,转速降低时压气机流量也减少,于是前几级的φ1z就减小,正冲角i增加,工况点向喘振边界靠近,一般来说,低速时,会先出现喘振。而对最后几级来说,情况则相反,因为前面级由于转速降低而压比降低,致使气流密度迅速降低,因此流量系数反而增加,冲角减小,工况点移向阻塞限。由于后面级的阻塞更加重了前面级的气流脱离现象。针对如上情况在设计时,在分配加功量时很有必要减轻前面级和后面级的加功量,而加大工况变化较小的中间级负载。

近年来,抑喘技术发展迅速,设计时如在航空发动机压气机上采用的机匣(机壳)处理技术,在机匣上与动叶对应的部位开设不同形式的沟槽或带有气室的孔的处理,机匣较实壁型机匣能延缓旋转失速的发生,对提高失速裕度有一定作用。在运行上抑喘,如在结构上采用较多的是静叶部分或全部可调,实践证明很有效,在固定式轴流式压缩机中普遍采用。

离心式压缩机设计上采取的措施与轴流式相类似,一是在气动参数和结构参数选择上,如采用后弯式叶轮,无叶扩压器,出口宽度减窄的无叶扩压器,叶轮叶片进口边适当加厚等;二是在设计时采用导叶可调机构或者增设专用喷嘴,以便运行需要时,将部分气流从叶轮出口引喷入到叶轮入口,改变叶轮入口气流的预旋,抑制喘振发生。在轴流式压缩机上行之有效的机匣处理技术,也可以应用到离心式压气机,如对半开式离心式叶轮,在轮盖侧靠近叶轮入口处机壳上开设轴向斜槽和在叶轮出口无叶过渡段机壳上开设环形缝隙与一容积腔相连等。

第二类方法中除了已提到的轴流式压缩机静叶可调和离心式压缩机的导叶可调外,比较普遍的是采用防喘装置。一方面设法在管网流量减少过多时增加压缩机本身的流量,始终保持压缩机在大于喘振流量下运转;另一方面就是控制管网的压力比和压缩机的进、出口压比相适应,而不至高出喘振工况下的压比。图1示意表明,当管网需要的流量Ga减少到压缩机喘振流量时,旁通阀打开,让一部分气体回流到入口[图1(b)]或放空[图1(a)],使实际通过压缩机的流量为G,大于喘振流量,防止喘振发生,它常应用于工业离心式压缩机。


图1 防喘原理示意


对轴流式压缩机来说,除了在连接管上采取放气措施外,还常采用级间放气和双转子等防喘方法。级间放气如图2所示,放气孔用放气钢带或阀门控制。打开放气孔,使放气孔前级的流量加大,防止前几级的喘振发生,改善流动条件,提高前几级的效率和压比。在低转速时压缩机的压比低,通过末级的体积流量比较大,打开中间级放气孔,减小后面几级的体积流量,还可以防止后面几级的气流阻塞。当然这种防喘方法和管网放气法一样,把一部分气体放掉,显然是不经济的。不过这种方法结构简单,使用方便,在低转速、小流量的情况下能有效地防止喘振,故常被采用。


图2 级间放气


一般轴流式压缩机压比不超过4~4.5时不需要在压缩机上设专门防喘装置,当压比为6~7时就需要采用中间级放气。当压比更高,仅采用上述措施,已无法有效防止喘振发生而必须采用双转子法(图3)。压缩机转子分为高压和低压两部分,分别与驱动机转子相连,具有不同转速。这样每部分的压比降低,可以得到较好的级间协调关系。另外,通过改变转速来改变圆周速度,减小进气冲角,改善流动条件。例如低转速、小流量时,低压部分转子容易发生喘振,可相对减小低压转子的转速以减小圆周速度u,使正冲角减小[图3(b)],防止喘振发生,而高压转子相对适当提高转速,加大u,使负冲角不过大[图3(c)],避免高压级的阻塞现象。由于这个方法比较有效,在多级高压比轴流式压缩机中已广泛采用。

图3 双转子示意图及速度三角形



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