燃气轮机9储运.ppt

第二章 压气机,压气机的特点及应用； 轴流式压气机级、基元级的工作原理； 轴流式压气机中的能量损失； 多级压气机； 压气机变工况工作特性； 压气机喘振及防止方法。,一、单级压气机的特性曲线 （压气机级） 压比曲线 当转速nc一定时，压比曲线可分为左、右两侧支。 在特性线上某点o处的压比最高。,效率曲线 在转速nc一定时，有一个流量使效率最高，此时流阻最小。 当流量Gc增加或减少时，都使流阻增大，效率下降。,压气机只能在喘振边界线的右侧工作。,等效率线,压气机变工况工作特性,二、多级压气机的特性曲线,（轴流式） 主要区别： 多级压气机的压比曲线，一般不存在左侧支，喘振在右侧支上出现。 （喘振点的压比为该转速的最高压比） 在相同转速下，多级压气机的压比、效率的变化比单级的更剧烈，即特性曲线变得更陡峭。 （在转速不变时，正常工作范围较小） 压气机的转速愈高，多级压气机的特性曲线显得愈陡峭。,三、压气机的通用特性曲线,折合流量 折合转速,压比,效率,本次课主讲,压气机喘振及其防止方法 燃气涡轮概述,2-6 压气机喘振及防止方法,一、压气机喘振 1、喘振现象 气流呈现不稳定现象，气流参数出现大幅度波动，压力时高时低、流量时大时小，甚至会出现倒流，机器伴随强烈的机械振动，同时发出特有的噪声。 俗称“气喘”,压气机绝对不允许出现喘振工况。,2、喘振产生的原因,设计工况： 压气机通流部分和叶片形状，均与设计工况的气流参数相适应 工作稳定，不会出现喘振。 非设计工况： 压气机结构形式不再改变，但气流参数发生变化，二者不相适应 工作性能变化（产生不稳定工况）,u,动叶,讨论：一个压气机级 （转速不变、流量发生变化时的变工况）,a）设计流量 1=1c 1c叶片进气角； 1气流进气角。 冲角i = 1c-1 = 0,w1,w2,c1x,wu,1,1c,2,u,动叶,b）大流量 11c 出现负冲角 i 0,w1,w2,c1x,wu,1,堵塞,连续性方程：Gc=Ac1x Gc，A，则c1x； w1、1，此时i 0。 2基本不变 ， ，wu减小； 加功量L降低，压比下降。,若过分加大负冲角，叶腹上的边界层会出现分离， 严重时可导致叶片通道堵塞。,2,u,动叶,c）小流量 10,w1,w2,c1x,wu,1,Gc，A，则c1x； w1、1，此时i 0。 2基本不变 ，则wu； 加功量L，压比增加。,2,u,当冲角增大到一定程度后，气流撞击叶腹前缘，并在叶背产生旋涡，使气流不再沿着叶栅中设计好的路线流动，这种现象称为气体脱流（或气体脱离）。,旋涡,当气体流量进一步减小，则c1x亦减小到一定程度，此时正冲角i 已变得太大，甚至超过临界冲角，气流在叶背发生严重的气体脱离，以致叶栅内气流已无法维持原来的性质，旋涡使一部分气体倒流，此时气体顺利转折和压缩已不可能，气流参数出现强烈的脉动。这就是压气机喘振。,压气机级喘振的原因：,在恒速运行工况下，由于气体流量减小，正冲角增加到使气流严重地从叶片背部脱离造成的。,3、多级压气机的喘振,气体脱离现象具有逐级放大的作用。 喘振能造成强烈的气流脉动和机械振动，严重时立即损坏机器。,多级压气机出现喘振的次序 （1）恒速运行,Gc，第一级气体冲角i1，出口压力提高； 当气流进入第二级中，其密度增大，则其cx更要减小，则冲角比第一级时还要大， i2 i1 ； 这样一级一级地积累，在最后一级z，气流轴向分速cx最小，正冲角iZ达到最大值，偏离设计值最远。 故转速不变时，当流量减少到一定程度时，在末级首先发生气体脱离和喘振。 若继续减小流量，则喘振会从后面一直向前面级传递，同时喘振强度也越来越大，形成强烈振动，伴有气喘声。,（2）启动过程,转速nc从0逐步上升到工作转速。 当转速小于工作转速时，各级压比均小于设计值。 此时第二级的轴向分速相对于第一级要大些，即第一级中气流轴向分速最小、正冲角最大。 启动过程中往往是第一级首先发生喘振。,二、防止喘振的方法,恒速运行时，通过限制运行工况来防喘。 压气机启动过程中的防喘方法 主要讨论 1、放 气装置 从压气机通流部分的一个或几个截面上引出空气，放到大气中或重新引回压气机进口。 A、当压气机达到喘振状态时，迅速打开放气系统。 B、在压气机的启动过程中，放气系统一直打开，直到转速上升到消除喘振出现的危险时关闭。,放气防喘的原理 压气机转速降低时，,压气机前几级的流量将低于设计值，并出现大的正冲角，易发生气体脱流导致喘振；后几级的流量将可能大于设计值，并出现大的负冲角，易发生堵塞。 放气系统打开后，放气口截面前的各级流量将相对增加（不致引起喘振）；而放气口截面后的各级流量将相对减小（不致引起堵塞）。 放气系统可以调节气流的冲角变化趋势，使冲角都变化到接近各自的设计值，可消除前几级喘振和后几级堵塞的危险。,对于首先第一级出现喘振的压气机比较有效。 应用： 运输用的燃气轮机 （航空、舰船、机车）,放气防喘的特点,优点：结构简单，压比低于10时效果好。 缺点： （1）将有10%25%的压缩气体被排放掉，不经济。 （2）为保持同一转速，放气时必须加大燃油量，则涡轮前的气体温度升高约100K以上，需密切注意。,2、旋转导片,改变叶片的安装角，以改变压气机气流入口的冲角 通常只旋转一列或两列静叶，大多数将进口导流器做成可旋转的 优点：可降低压气机耗功，便于启动。 缺点：结构和操作系统都比较复杂，重量增加。,3、分轴压气机,在非设计工况时，压气机前几级和后几级偏离设计点的程度，随压气机的设计压比的增高而变得严重。 当压比小于45时，一般不会出现喘振； 当压比提高到6以上时，必须采取放气或同时采用放气和旋转导叶的方法来防喘； 当压比在1012以上时，则采取分轴的方法来防喘。 分轴就是将压气机分成两个转子，甚至三个转子，分别由相应的涡轮带动。,分轴压气机的特点,优点： 转子可在非设计工况下自动调整转速，使进出口的流量都接近设计值，减少冲角的变化，消除前几级喘振和后几级堵塞的危险。 缺点：需要套轴、结构较复杂。,第三章 燃气涡轮,概述（功能、分类、基本结构等）； 轴流式燃气涡轮的工作原理； 轮周功、轮周效率、速度比； 多级涡轮； 涡轮特性； 燃气涡轮的冷却。,3-0 概述,燃气涡轮又称燃气透平、透平膨胀机，是燃气轮机装置中向外输出机械功的部件。 一、功能 将高温高压燃气中的热能转换为机械功 其中，约2/33/5的机械功用以带动压气机，其余的机械功则作为燃气轮机的输出功率用以带动负荷。,二、分类、特点及应用,主要介绍轴流式涡轮。,轴流式涡轮,径流式涡轮 （又称向心式）,结构轻巧， 但流量小，效率较低。,小型燃机装置,流量大、功率大、效率高 但相对笨重,大量应用,三、与蒸汽轮机的比较,空气压缩比水蒸气困难得多,相同点,工作原理及结构形式是完全一样,不同点,工质 进口压力 级数,蒸汽轮机,水蒸气,较高 （已高达24MPa以上）,多 （几十级）,燃气轮机,燃 气,较低 （约0.53.0MPa）,很少 （15级）,四、基本构造简介,涡轮主要是由一些静止的静叶片和旋转的动叶组成的。 装有动叶的工作叶轮，通过转动轴与压气机轴、外界负荷相连接。,教材P104-107,箭头表明冷却空气的分配和流向,1、涡轮的静叶,又称喷嘴，其作用： 使高温的燃气在静叶中膨胀加速，把燃气的热能转化为动能，然后推动转子旋转做功。 具有单片静叶、静叶组和静叶环。 通常把静叶直接固定在气缸上。 在静叶后安装一圈护环来形成动叶顶部的流道 护环与汽缸壁之间有较大的空隙，这样气缸与高温燃气完全隔绝，并通以冷却空气来降低气缸温度。,静叶,动叶,2、涡轮的动叶,把高温燃气的能量转变为转子机械功的关键零件之一。 工作条件恶劣，是决定机组寿命的主要零件之一。 被高温燃气包围； 承受巨大离心力； 承受气流动力； 振动； 腐蚀和侵蚀,3、多级涡轮的通流部分,在膨胀过程中，气体压力降低、密度不断减小，则气体容积逐级增大； 涡轮的通流部分应逐级扩张，即沿气流流动的轴向方向上，叶片的高度是不断增加的。,3-1 轴流式燃气涡轮的工作原理,一、涡轮级的概念 一列静叶栅（或称喷嘴环）和其后面的一列动叶栅共同构成的轴流式涡轮的一个级。 单级涡轮：整台涡轮只有一个“级” 多级涡轮：整台涡轮包含有几个“级” 一般轴流式燃气涡轮采用多级。,三个特征截面： 0-0喷嘴进口； 1-1喷嘴出口； 2-2工作叶轮的出口。,二、工作原理,涡轮中的能量转换过程主要 在动叶栅中依靠气流的转向来实现。,亚音速气流,涡轮级中燃气参数的变化,喷嘴 叶轮,