Fornecer uma compreensão abrangente da estrutura, princípio de funcionamento, vantagens e desvantagens dos compressores de fluxo axial
Conhecimento sobre compressores axiais
Os compressores de fluxo axial e os compressores centrífugos pertencem aos compressores do tipo velocidade e são chamados de compressores de turbina;o significado dos compressores do tipo velocidade significa que seus princípios de funcionamento dependem das pás para realizar trabalho no gás e primeiro fazer o fluxo do gás. A velocidade do fluxo aumenta bastante antes de converter a energia cinética em energia de pressão.Comparado com o compressor centrífugo, uma vez que o fluxo de gás no compressor não ocorre ao longo da direção radial, mas ao longo da direção axial, a maior característica do compressor de fluxo axial é que a capacidade de fluxo de gás por unidade de área é grande, e o mesmo Sob a premissa de processar o volume de gás, a dimensão radial é pequena, especialmente adequada para ocasiões que requerem grande vazão.Além disso, o compressor de fluxo axial também tem as vantagens de estrutura simples, operação e manutenção convenientes.No entanto, é obviamente inferior aos compressores centrífugos em termos de perfil de lâmina complexo, altos requisitos de processo de fabricação, área de trabalho estreita e estável e pequena faixa de ajuste de fluxo em velocidade constante.
A figura a seguir é um diagrama esquemático da estrutura do compressor de fluxo axial da série AV:
1. Chassi
A carcaça do compressor de fluxo axial foi projetada para ser dividida horizontalmente e é feita de ferro fundido (aço).Possui características de boa rigidez, sem deformação, absorção de ruído e redução de vibração.Aperte com parafusos para conectar as metades superior e inferior em um todo muito rígido.
A caixa é apoiada na base em quatro pontos, e os quatro pontos de apoio são colocados em ambos os lados da caixa inferior, próximos à superfície intermediária da divisão, para que o suporte da unidade tenha boa estabilidade.Dois dos quatro pontos de apoio são pontos fixos e os outros dois são pontos deslizantes.A parte inferior da caixa também é dotada de duas chavetas guia ao longo da direção axial, que são utilizadas para a expansão térmica da unidade durante a operação.
Para unidades grandes, o ponto de suporte deslizante é apoiado por um suporte giratório e materiais especiais são usados para diminuir a expansão térmica e reduzir a alteração da altura central da unidade.Além disso, é instalado um suporte intermediário para aumentar a rigidez da unidade.
2. Cilindro de rolamento de palheta estática
O cilindro de rolamento de palhetas estacionárias é o cilindro de suporte para as palhetas estacionárias ajustáveis do compressor.Ele é projetado como uma divisão horizontal.O tamanho geométrico é determinado pelo projeto aerodinâmico, que é o conteúdo central do projeto da estrutura do compressor.O anel de entrada corresponde à extremidade de admissão do cilindro de rolamento de palhetas estacionárias e o difusor corresponde à extremidade de exaustão.Eles são conectados respectivamente ao invólucro e à luva de vedação para formar a passagem convergente da extremidade de admissão e a passagem de expansão da extremidade de exaustão.Um canal e o canal formado pelo rotor e pelo cilindro de rolamento de palhetas são combinados para formar um canal de fluxo de ar completo do compressor de fluxo axial.
O corpo do cilindro do rolamento de palhetas estacionárias é fundido em ferro dúctil e foi usinado com precisão.As duas extremidades são respectivamente apoiadas na carcaça, a extremidade próxima ao lado da exaustão é um suporte deslizante e a extremidade próxima ao lado da entrada de ar é um suporte fixo.
Existem palhetas-guia giratórias em vários níveis e rolamentos automáticos de palhetas, manivelas, controles deslizantes, etc. para cada palheta-guia no cilindro do rolamento da palheta.O rolamento de folha estacionário é um rolamento esférico de tinta com bom efeito autolubrificante e sua vida útil é de mais de 25 anos, o que é seguro e confiável.Um anel de vedação de silicone é instalado na haste da palheta para evitar vazamento de gás e entrada de poeira.Tiras de vedação de enchimento são fornecidas no círculo externo da extremidade de exaustão do cilindro do rolamento e no suporte da carcaça para evitar vazamentos.
3. Cilindro de ajuste e mecanismo de ajuste de palhetas
O cilindro de ajuste é soldado por placas de aço, divididas horizontalmente, e a superfície intermediária dividida é conectada por parafusos, que possuem alta rigidez.Ele é apoiado dentro da carcaça em quatro pontos, e os quatro mancais de suporte são feitos de metal “Du” não lubrificado.Os dois pontos de um lado são semifechados, permitindo movimentação axial;os dois pontos do outro lado são desenvolvidos. O tipo permite expansão térmica axial e radial, e anéis guia de vários estágios de palhetas são instalados dentro do cilindro de ajuste.
O mecanismo de ajuste da lâmina do estator é composto por um servo motor, uma placa de conexão, um cilindro de ajuste e um cilindro de suporte da lâmina.Sua função é ajustar o ângulo das pás do estator em todos os níveis do compressor para atender às variáveis condições de trabalho.Dois servo motores são instalados em ambos os lados do compressor e conectados ao cilindro de ajuste através da placa de conexão.O servo motor, a estação de óleo, o oleoduto e um conjunto de instrumentos de controle automático formam um servomecanismo hidráulico para ajustar o ângulo da palheta.Quando o óleo de alta pressão de 130 bar da estação de óleo de energia atua, o pistão do servo motor é empurrado para se mover, e a placa de conexão aciona o cilindro de ajuste para se mover sincronizadamente na direção axial, e o controle deslizante aciona a palheta do estator para girar através da manivela, de modo a atingir o objetivo de ajustar o ângulo da palheta do estator.Pode-se observar pelos requisitos do projeto aerodinâmico que a quantidade de ajuste do ângulo da palheta de cada estágio do compressor é diferente, e geralmente a quantidade de ajuste diminui sucessivamente do primeiro ao último estágio, o que pode ser realizado selecionando o comprimento da manivela, ou seja, do primeiro ao último estágio aumentando em comprimento.
O cilindro de ajuste também é chamado de “cilindro intermediário” porque é colocado entre a carcaça e o cilindro do rolamento da lâmina, enquanto a carcaça e o cilindro do rolamento da lâmina são chamados de “cilindro externo” e “cilindro interno”, respectivamente.Esta estrutura cilíndrica de três camadas reduz bastante a deformação e a concentração de tensão da unidade devido à expansão térmica e, ao mesmo tempo, evita que o mecanismo de ajuste fique protegido contra poeira e danos mecânicos causados por fatores externos.
4. rotor e pás
O rotor é composto pelo eixo principal, lâminas móveis em todos os níveis, blocos espaçadores, grupos de travamento de lâminas, lâminas de abelha, etc. O rotor tem uma estrutura de diâmetro interno igual, o que é conveniente para o processamento.
O fuso é forjado em aço de alta liga.A composição química do material do eixo principal precisa ser rigorosamente testada e analisada, e o índice de desempenho é verificado pelo bloco de teste.Após a usinagem em desbaste, é necessário um teste de funcionamento a quente para verificar sua estabilidade térmica e eliminar parte da tensão residual.Após a qualificação dos indicadores acima, ele pode ser colocado em usinagem de acabamento.Após o acabamento, é necessária inspeção de coloração ou inspeção de partículas magnéticas nos munhões em ambas as extremidades, não sendo permitidas trincas.
As lâminas móveis e fixas são feitas de peças forjadas de aço inoxidável, e as matérias-primas precisam ser inspecionadas quanto à composição química, propriedades mecânicas, inclusões de escória não metálica e rachaduras.Após o polimento da lâmina, é realizado um jato de areia úmido para aumentar a resistência à fadiga da superfície.A lâmina formadora precisa medir a frequência e, se necessário, reparar a frequência.
As lâminas móveis de cada estágio são instaladas na ranhura vertical giratória da raiz da lâmina em forma de árvore ao longo da direção circunferencial, e os blocos espaçadores são usados para posicionar as duas lâminas, e os blocos espaçadores de travamento são usados para posicionar e travar as duas lâminas móveis instalado no final de cada etapa.apertado.
Existem dois discos de equilíbrio processados em ambas as extremidades da roda e é fácil equilibrar os pesos em dois planos.A placa de equilíbrio e a luva de vedação formam um pistão de equilíbrio, que funciona através do tubo de equilíbrio para equilibrar parte da força axial gerada pelo pneumático, reduzir a carga no rolamento axial e tornar o rolamento em um ambiente mais seguro
5. Glândula
Existem mangas de vedação na extremidade do eixo no lado de admissão e no lado de exaustão do compressor, respectivamente, e as placas de vedação embutidas nas partes correspondentes do rotor formam uma vedação em labirinto para evitar vazamento de gás e infiltração interna.Para facilitar a instalação e manutenção, é ajustado através do bloco de ajuste no círculo externo da luva de vedação.
6. Caixa de rolamento
Os rolamentos radiais e os rolamentos axiais são dispostos na caixa de rolamentos, e o óleo para lubrificar os rolamentos é coletado da caixa de rolamentos e devolvido ao tanque de óleo.Normalmente, o fundo da caixa é equipado com um dispositivo guia (quando integrado), que coopera com a base para centralizar a unidade e expandir termicamente na direção axial.Para a caixa do mancal bipartido, três chavetas guia são instaladas na parte inferior da lateral para facilitar a expansão térmica da caixa.Uma chave guia axial também está disposta em um lado do invólucro para combinar com o invólucro.A caixa do rolamento é equipada com dispositivos de monitoramento, como medição da temperatura do rolamento, medição da vibração do rotor e medição do deslocamento do eixo.
7. rolamento
A maior parte do empuxo axial do rotor é suportada pela placa de equilíbrio, e o empuxo axial restante de cerca de 20 ~ 40kN é suportado pelo mancal de impulso.As almofadas de impulso podem ser ajustadas automaticamente de acordo com o tamanho da carga para garantir que a carga em cada almofada seja distribuída uniformemente.As almofadas de impulso são feitas de liga Babbitt fundida em aço carbono.
Existem dois tipos de rolamentos radiais.Compressores com alta potência e baixa velocidade utilizam rolamentos elípticos, e compressores com baixa potência e alta velocidade utilizam rolamentos de almofadas inclináveis.
Unidades de grande porte são geralmente equipadas com dispositivos de elevação de alta pressão para facilitar a partida.A bomba de alta pressão gera uma alta pressão de 80MPa em um curto espaço de tempo, e um reservatório de óleo de alta pressão é instalado sob o rolamento radial para levantar o rotor e reduzir a resistência inicial.Após a partida, a pressão do óleo cai para 5~15MPa.
O compressor de fluxo axial funciona nas condições de projeto.Quando as condições operacionais mudam, seu ponto operacional deixará o ponto de projeto e entrará na área de condições operacionais não projetadas.Neste momento, a situação real do fluxo de ar é diferente da condição operacional projetada., e sob certas condições, ocorre uma condição de fluxo instável.Do ponto de vista atual, existem várias condições de trabalho instáveis típicas: nomeadamente, condição de trabalho de estol rotativo, condição de trabalho de sobretensão e condição de trabalho de bloqueio, e estas três condições de trabalho pertencem a condições de trabalho aerodinâmicas instáveis.
Quando o compressor de fluxo axial funciona sob essas condições de trabalho instáveis, não apenas o desempenho de trabalho será muito deteriorado, mas às vezes ocorrerão fortes vibrações, de modo que a máquina não poderá funcionar normalmente e até mesmo ocorrerão acidentes com danos graves.
1. Parada rotativa do compressor de fluxo axial
A área entre o ângulo mínimo da palheta estacionária e a linha do ângulo mínimo de operação da curva característica do compressor de fluxo axial é chamada de área de estol rotativo, e o estol rotativo é dividido em dois tipos: estol progressivo e estol abrupto.Quando o volume de ar é menor que o limite da linha de bloqueio rotacional do ventilador principal de fluxo axial, o fluxo de ar na parte traseira da pá será interrompido e o fluxo de ar dentro da máquina formará um fluxo pulsante, o que fará com que a pá gerar estresse alternado e causar danos por fadiga.
Para evitar o travamento, o operador deve estar familiarizado com a curva característica do motor e passar rapidamente pela zona de travamento durante o processo de partida.Durante o processo de operação, o ângulo mínimo da pá do estator não deve ser inferior ao valor especificado de acordo com as regulamentações do fabricante.
2. Surto do Compressor Axial
Quando o compressor trabalha em conjunto com uma rede de tubulação com um determinado volume, quando o compressor opera com alta taxa de compressão e baixa vazão, uma vez que a vazão do compressor é inferior a um determinado valor, o fluxo de ar do arco traseiro das pás será seriamente separado até que a passagem seja bloqueada e o fluxo de ar pulsará fortemente.E formar uma oscilação com a capacidade e resistência do ar da rede de tubos de saída.Neste momento, os parâmetros de fluxo de ar do sistema de rede flutuam muito como um todo, ou seja, o volume e a pressão do ar mudam periodicamente com o tempo e a amplitude;a potência e o som do compressor mudam periodicamente..As alterações mencionadas acima são muito severas, fazendo com que a fuselagem vibre fortemente e até mesmo a máquina não consiga manter o funcionamento normal.Este fenômeno é chamado de surto.
Como o surto é um fenômeno que ocorre em toda a máquina e sistema de rede, ele não está apenas relacionado às características de vazão interna do compressor, mas também depende das características da rede de tubulação, e sua amplitude e frequência são dominadas pelo volume da rede de tubulações.
As consequências do surto são muitas vezes graves.Isso fará com que o rotor do compressor e os componentes do estator sofram tensões e fraturas alternadas, fazendo com que a anormalidade da pressão entre estágios cause forte vibração, resultando em danos às vedações e rolamentos axiais e causando a colisão do rotor e do estator., causando acidentes graves.Especialmente para compressores de fluxo axial de alta pressão, a sobretensão pode destruir a máquina em um curto espaço de tempo, portanto o compressor não pode operar sob condições de sobretensão.
A partir da análise preliminar acima, sabe-se que o surto é causado primeiramente pelo bloqueio de rotação causado pelo não ajuste dos parâmetros aerodinâmicos e geométricos na cascata das pás do compressor sob condições variáveis de trabalho.Mas nem todos os bloqueios rotativos levarão necessariamente a surtos, este último também está relacionado ao sistema de rede de tubulação, portanto a formação do fenômeno de surto inclui dois fatores: internamente, depende do compressor de fluxo axial Sob certas condições, ocorre um bloqueio repentino repentino ;externamente, está relacionado à capacidade e linha característica da rede de tubulação.A primeira é uma causa interna, enquanto a segunda é uma condição externa.A causa interna só promove o aumento com a cooperação das condições externas.
3. Bloqueio do compressor axial
A área da garganta da lâmina do compressor é fixa.Quando a vazão aumenta, devido ao aumento da velocidade axial do fluxo de ar, a velocidade relativa do fluxo de ar aumenta e o ângulo de ataque negativo (o ângulo de ataque é o ângulo entre a direção do fluxo de ar e o ângulo de instalação da entrada da lâmina) também aumenta.Neste momento, o fluxo de ar médio na secção mais pequena da entrada da cascata atingirá a velocidade do som, de modo que o fluxo através do compressor atingirá um valor crítico e não continuará a aumentar.Este fenômeno é chamado de bloqueio.Este bloqueio das palhetas primárias determina a vazão máxima do compressor.Quando a pressão de exaustão diminui, o gás no compressor aumentará a vazão devido ao aumento do volume de expansão, e o bloqueio também ocorrerá quando o fluxo de ar atingir a velocidade do som na cascata final.Como o fluxo de ar da pá final é bloqueado, a pressão do ar na frente da pá final aumenta e a pressão do ar atrás da pá final diminui, fazendo com que a diferença de pressão entre a frente e a traseira da pá final aumente, de modo que a força na parte frontal e traseira da lâmina final está desequilibrada e pode ser gerada tensão.causar danos à lâmina.
Quando o formato da lâmina e os parâmetros da cascata de um compressor de fluxo axial são determinados, suas características de bloqueio também são fixas.Os compressores axiais não podem funcionar durante muito tempo na área abaixo da linha de estrangulamento.
De modo geral, o controle anti-entupimento do compressor de fluxo axial não precisa ser tão rigoroso quanto o controle anti-surto, a ação de controle não precisa ser rápida e não há necessidade de definir um ponto de parada de desarme.Quanto a definir o controle anti-entupimento, cabe também ao próprio compressor tomar uma decisão.Alguns fabricantes levaram em consideração o reforço das pás no projeto, para que possam suportar o aumento da tensão de vibração, não sendo necessário configurar o controle de bloqueio.Se o fabricante não considerar que a resistência da lâmina precisa ser aumentada quando o fenômeno de bloqueio ocorre no projeto, devem ser fornecidos recursos de controle automático antibloqueio.
O esquema de controle anti-entupimento do compressor de fluxo axial é o seguinte: uma válvula borboleta anti-entupimento é instalada na tubulação de saída do compressor, e os dois sinais de detecção da vazão de entrada e da pressão de saída são inseridos simultaneamente para o regulador anti-entupimento.Quando a pressão de saída da máquina cai anormalmente e o ponto de trabalho da máquina cai abaixo da linha antibloqueio, o sinal de saída do regulador é enviado para a válvula antibloqueio para fazer a válvula fechar menor, então a pressão do ar aumenta , a vazão diminui e o ponto de trabalho entra na linha antibloqueio.Acima da linha de bloqueio, a máquina elimina a condição de bloqueio.
