1、冷凍站（丙烯壓縮機）培訓教材第一節(jié) 壓縮機概述一、壓縮機的定義和分類 工業(yè)生產(chǎn)中常需要具有一定的壓力的氣體用于各種用途， 而壓縮機是輸送和 提高氣體壓力的機器。 我們知道， 氣體的壓強取決于單位時間內(nèi)氣體分子撞擊單 位面積的次數(shù)與強烈程度。 增加容積內(nèi)氣體的溫度， 使氣體分子運動的速度增加， 增加撞擊程度可以使氣體壓力提高。但當溫度減下來后，氣體壓力又隨之降低。 而一般要求被壓縮氣體應具有不太高的溫度。 因此提高氣體壓力的主要方法是通 過增加單位面積內(nèi)氣體分子數(shù)目（也就是縮短分子間距）實現(xiàn)的， 這就要通過壓 縮機完成。目前使用最廣泛的壓縮機通常分為兩類： 一類是容積式壓縮機， 它是通過縮 小氣

2、體的容積的來提高壓力（諸如活塞式、滑片式、羅茨式、螺桿式）；另一類 是透平式壓縮機，它是利用旋轉(zhuǎn)葉片對氣流的作功、通過氣流的不斷加速、 減速 因慣性而彼此被擠壓進而縮短分子間距來提高壓力。透平壓縮機一般分為離心式和軸流式：1、離心式壓縮機：被壓縮的氣體在離心式壓縮機中的運動是沿著垂直與壓 縮機軸的徑向進行的。 離心式壓縮機中氣體壓力的提高是當氣流流經(jīng)葉輪時， 由 于葉輪旋轉(zhuǎn)使氣體受到離心力的作用而使其速度升高， 當氣體流經(jīng)擴壓器等截面 積擴張的通道時，流速逐漸降低， 從而是速度能轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ埽?氣體的壓力得到2、軸流式壓縮機：氣體在軸流式壓縮機中的運動是沿著平行于壓縮機軸的 方向進行的。在軸流

3、式壓縮機中，同樣由于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)是氣體產(chǎn)生很高的速度， 當氣體流經(jīng)與動葉片間隔排列的靜葉柵時， 氣體的速度逐漸減慢， 從而速度能轉(zhuǎn) 變?yōu)閴毫δ?。在使用上，一般容積式壓縮機宜用于高壓比，中、小流量的場合；透平壓縮 機則用于低中壓比、大流量的場合， 其中軸流式的流量比離心式的更大， 壓力則 比離心式的低些。二、汽輪機的定義和分類 汽輪機，又叫透平，是用蒸氣來做功的旋轉(zhuǎn)式原動機。 來自鍋爐或其它汽源的蒸汽通過調(diào)速閥進入汽輪機， 依次高速流過一系列環(huán) 形配置的噴嘴（或靜葉柵）和動葉柵而膨脹作功， 推動汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)（將蒸汽的 動能轉(zhuǎn)換成機械功），汽輪機又則帶動電機或壓縮機，泵等負荷機旋轉(zhuǎn)。汽輪機按照熱力

4、過程分為:1、凝汽式汽輪機 蒸汽在汽輪汽機中作功后全部排入凝汽器冷凝，凝汽器內(nèi)部壓力比大氣壓低。2、抽氣凝汽式汽輪機 蒸汽在汽輪機膨脹至某級時， 將其中一部分蒸汽從汽輪機中抽出來， 供給其 它的蒸汽用戶； 其余蒸氣在后面級中作功后排入凝汽器。 雙甲車間的空氣壓縮機/增壓機及發(fā)電機驅(qū)動透平就是抽氣凝汽式的。3、背壓式汽輪機 蒸汽進入汽輪機膨脹作功后， 在大于1個大氣壓的壓力下排出氣缸， 其排氣 供其它低壓用戶。4、多壓式(注入式)汽輪機 若工藝過程中有某一壓力的蒸汽用不完時， 就把這些多余的蒸汽用管道注入 汽輪機中的某個中間級內(nèi)并同原來的蒸汽一起在透平內(nèi)膨脹作功，從而回收能 量。汽輪機也可按蒸汽

5、壓力分為低壓(2.0 Mpa以下)、中壓(2.05.0Mpa)、高壓(5.010.0Mpa)、超高壓(12.014.0Mpa)及超臨界(22.5Mpa以上)的汽輪機。此外，也可按工作原理分為：沖動式、反動式、沖動式與反動式的組合式汽 輪機等。第二節(jié) 離心式壓縮機及汽輪機的基本原理和結(jié)構(gòu)一、離心式壓縮機工作原理及基本結(jié)構(gòu)1、結(jié)構(gòu)從外觀上首先看到的是機殼， 它又稱氣缸，通常用鑄鐵或鑄鋼澆鑄而成。一 臺壓縮機常常有兩個或兩個以上的氣缸， 按壓力高低稱低壓缸、 中壓缸、高壓缸。壓縮機本體結(jié)構(gòu)可分兩大部分：(1)、轉(zhuǎn)動部分(轉(zhuǎn)子)，它由主軸、葉輪、平衡盤、推力盤及聯(lián)軸用的半聯(lián) 軸節(jié)等零部件組成，又稱為轉(zhuǎn)

6、子。(2)、定部分，是由氣缸、隔板、徑向軸承、推力軸承、軸端密封等零部件 組成，常稱為定子。在壓縮機理論中常常順著氣體流動線路， 將壓縮機分成若干個級， 所謂級就 是由一個葉輪和與之相配合的固定元件結(jié)構(gòu)的基本單元。 如圖一所示，在壓縮機 中間的級，它包括葉輪、擴壓器、彎道和回流器幾個元件。壓縮機每段進口處的級稱為首級， 它除了上述的元件外還應包括進氣室； 在 壓縮機的排氣口的級稱為末級，它沒有彎道和回流器，而代之以排氣室。 有的壓 縮機甚至連擴壓器也沒有，氣體從葉輪出來直接進入排氣室。在離心式壓縮機中， 氣體流過一級之后，壓力的提高是有限的，要想壓縮到 較高壓力時，就需要通過若干個級來完成，

7、幾個級可以裝在一個缸內(nèi)。 一個缸最多能裝10級左右，更多的級需要采用多缸。氣體經(jīng)壓縮后溫度就要升高，當要 求壓力比較高時，常將氣體壓縮到一定壓力時就從缸內(nèi)引出，在冷卻器內(nèi)降溫， 然后再進入下級繼續(xù)壓縮。根據(jù)冷卻次數(shù)的多少，可將壓縮機分為幾個段。一個段可以是一個級也可以是幾個級。一缸可分為一個段或多段。在多級離心壓縮機中，由于每級葉輪兩側(cè)氣體作用在其上的力大小不同，因此，使轉(zhuǎn)子受到一個指向低壓端的合力， 這個合力稱為軸向力。平衡盤是用自身 兩側(cè)的壓力差來平衡軸向力的零件。 它位于壓縮機的高壓側(cè)，用來平衡大部分軸 向力的，剩下的軸向力作用于止推軸承上。 有的壓縮機葉輪采用背靠背的方法排 列來平衡軸

8、向力。聯(lián)軸節(jié)又叫靠背輪，它是汽輪機(或驅(qū)動電機)和壓縮機以及 壓縮機高低壓缸間的連接件，現(xiàn)在通常采用撓性聯(lián)軸節(jié)。它允許較大的平行不對 中、角度不對中和綜合不對中。定子包括機殼和殼內(nèi)的固定元件， 機殼有水平分和垂直剖分兩種型式。 水平 剖分便于拆裝機制造，但密封面大，且強度差；對于壓力較高的情況，采用垂直圖1壓縮機中間級剖分形式，殼體實際上是兩缸，內(nèi)缸仍是水平剖分，轉(zhuǎn)子及固定元件都裝在內(nèi)缸 中，然后再裝入外缸，外缸為整個圓筒，在一端或兩端有端蓋，打開后即可把內(nèi) 缸拉出。機殼內(nèi)有各種隔板，在機殼和隔板之間，隔板與隔板子之間構(gòu)成了吸氣室、 擴壓器、彎道和回流器等固定元件。2、通流部分各主要部件的作用

9、氣體在壓縮機中流經(jīng)的主要通道部件是進氣室、葉輪、擴壓器、彎道、回流 器和蝸殼。這些部件我們稱之為通流部件。下面分述這些部件的作用。(1)進氣室：這是將進氣室或中間冷卻器的氣體均勻地吸入葉輪去進行增 壓的通道，因此在壓縮機中每一段進口都設置進氣室。(2)葉輪：葉輪也稱為工作輪，它是壓縮機的心臟部件，氣體在葉輪葉片的 作用下，跟著葉輪作高速旋轉(zhuǎn)，氣體由于受到旋轉(zhuǎn)離心力的作用以及在葉輪里的 擴壓流動，使氣體壓力得到提高，速度也得到提高。所以葉輪使氣體提高能量的 關(guān)鍵部件。(3)擴壓器： 氣體被從葉輪甩出后，就有較高的流動速度，在葉輪出口后設 置流道截面逐漸擴大的部件稱為擴壓器。 其目的是進一步將氣體

10、的流動速度轉(zhuǎn)化 為壓力。(4)彎道：為了把擴壓器后的氣體引入到下一級葉輪的進口， 就必須改變氣 體流動的方向， 使其由離心方向的流動改為向心方向的流動， 所以在擴壓器的后 面設置了彎道與其相連接。(5)回流器：其作用是將彎道來的氣體均勻的分布到下一級葉輪的進口。(6)蝸殼：蝸殼的主要目的是把擴壓器或葉輪后面的氣體匯集起來， 引到壓 縮機外面去，流向氣體輸送管道或氣體冷卻器， 此外在匯集氣體的過程中， 一般 由于蝸殼外徑的逐漸增大通流截面也漸漸擴大，因此也起到一定的降速增壓作 用。3、作原理 離心壓縮的工作原理與輸送液體的離心泵相似。當驅(qū)動機(如汽輪機、電動機等)帶動壓縮機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，葉輪流道中

11、的氣體受葉輪作用隨葉輪一起旋轉(zhuǎn)， 在離心力的作用下， 氣體被甩到葉輪外的擴壓器中去。 因而在葉輪中形成了稀薄 地帶，入口氣體從而進入葉輪填補這一地帶。 由于葉輪不斷旋轉(zhuǎn)， 氣體就被不斷 地甩出， 入口氣體就不斷地進入葉輪， 沿徑向流動離開葉輪的氣體不但壓力有所 增加，還提高了速度， 這部分速度就在后接元件擴壓器中轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫Γ?然后通過 彎道導入下級。導流器再把從彎道來的氣體按一定方向均勻的導入下級葉輪繼續(xù) 壓縮。4、心式壓縮機的功耗及效率(1)概述：壓縮機氣體需要消耗的能， 大型離心壓縮機由原動機 (如汽輪機.燃動機等)驅(qū)動， 原動機軸端所傳遞的功率包括壓縮機軸承、 齒輪箱及聯(lián)軸節(jié)等 傳動部分

12、的機械損失以及壓縮機內(nèi)功率。 內(nèi)功率指的是壓縮機轉(zhuǎn)子對氣體所消耗 的功率。壓縮機轉(zhuǎn)子是通過葉輪向氣體傳遞能量的。 葉輪除對氣體作功外， 葉輪的輪 盤、輪蓋的外側(cè)面及輪緣與周圍氣體的摩擦所產(chǎn)生的輪阻損失、 葉輪出口高壓氣 體漏回到葉輪低壓端的漏氣損失也都要消耗功。對整個壓縮機來說，葉輪對氣體作功轉(zhuǎn)換成下列三個部分：a提高氣體的靜壓能(壓縮功) ，使氣體從進口壓力提高到出口壓力。b提高氣體的動能。在一般情況下，動能的提高不大，常?？梢院雎圆挥?。c克服氣流在級中的流動損失。 這部分流動損失， 是指氣流在葉輪內(nèi)和級的 固定元件(如吸氣室、擴壓器、彎道、回流器、蝸殼等)內(nèi)的流動損失?？傊?，壓縮機級的中功

13、耗有五部分組成，即靜壓能提高、動能的變化、流動的損失、輪阻損失和漏氣損失組成的， 只有靜壓能的提高對氣體的升壓是有用的。(2)氣體的壓縮過程 靜壓能的提高與氣體的壓縮過程有關(guān)。 熱力學把氣體的壓縮過程分為： 等溫 壓縮過程、絕熱壓縮過程、 多變壓縮過程。 壓縮機中氣體的實際壓縮過程是多變 壓縮程，但可忽略與外界的熱交換。現(xiàn)分析各壓縮過程中的靜壓能提高(壓縮功) 。設壓縮機進出口參數(shù)分別為Pi、VTi和P2、VT2,壓縮氣體的所需能量的 單位Kg.m/Kg表示，它表示壓縮1kg氣體所需的能量。A等溫壓縮T=Const(恒定) 等溫壓縮功為His=RTiLn(P2/Pi) (Kg.m/Kg)B絕熱

14、壓縮 氣體在壓縮過程中與外界無熱交換且無氣體流動失和摩擦損失。 絕熱壓縮后氣體 溫度：T2/Ti=(P2/Pi)K-i/K絕熱壓縮功為：Had=K/(K-i)RTi(P2/Pi)K-i /K-i) (Kg.m/Kg)C多變壓縮過程： 過程存在流動損失和磨擦損失， 外界可以有熱交換或者無 熱交換。多邊變過程氣體溫度計算式為：多變壓縮功為：Hpol=(M-i)RTi(P2/Pi)M-i/M-i)(Kg.m/Kg)以上式中R為氣體常數(shù)，被壓縮氣體組份越輕則R越大。多變過程和理論絕熱過程的公式具有同樣形式，只是絕熱指數(shù)K代以多變指 數(shù)多變指數(shù)和絕熱指數(shù)不同，它不僅和氣體的種類而變化，而且與設備結(jié)構(gòu) 有

15、關(guān)系。對于離心式壓縮機來說，多變指數(shù)m大于絕熱指數(shù)K。機器設計和控制 的愈合理，則m愈接近K值。(3)壓縮機過程分析討論A三種典型壓縮過程，如氣體溫度和壓比相同，則等溫壓縮過程需要的壓 縮功最小，排氣溫度最低,等于進氣溫度。這是一種理想情況， 實際上只能接近 而不能達到。多變壓縮過程需要的能量頭最大，所以多級壓縮機常做成多段，增加段間冷卻器從而使壓縮過程向等溫壓縮過程靠近，對于具有中間冷卻器的 壓縮機常用等溫效率來衡量機器的完善程度。B同質(zhì)量流量的同種氣體來說，如初溫度相同，當壓縮比相同，其功耗也 相同。例如把氣體從10個大氣壓壓縮到100個大氣壓，與從1個大氣壓壓縮 到i0個大氣壓所需要的功

16、耗相同。C氣體所需的壓縮功與氣體的性質(zhì)有關(guān)，對輕氣體，因為氣體R大，所以在相同壓力下需要的壓縮功就比壓縮重氣體大（從壓縮表達式可以看出），但由于同一壓縮機及壓縮同一體積流量的不同氣體，所提供的葉片功是相同的， 也即H葉片T2/Ti=(P2/Pi)M-i/M與氣體性質(zhì)無關(guān)，所以在同一壓力比要求下，壓縮輕氣體需要的級數(shù) 比重氣體多。D變過程是具有損失的過程，多變指數(shù)m反映多變壓縮過程所需功的大小。損失使氣體得到附加熱量，采用中間冷卻器，目的是為了向等溫壓縮過程靠近。 各個不同壓縮過程在P-V圖和T-S圖上的表示如下圖2圖3所示。各個過程 的壓縮功就是各壓縮過程線縱坐標及P=P1 P=P2兩條等壓線

17、所包括的面積。圖2 T-S圖上各種不同壓縮過程圖3P-V圖上上各種不同壓縮過程4）壓縮機的效率壓縮機或級的效率主要是用來說明傳給氣體的機械能的利用程度。 由于有三 種壓縮過程，則相應的把壓縮機效率分為多變效率npoi、絕熱效率nad和等溫效 率n is o多變效率指由壓力P1增加到P2所需要的多變壓縮功與實際消耗的功之比。 目前離心式壓縮機的多變效率為0.70.84左右。絕熱效率指由壓力P1增加到P2時絕熱壓縮功與實際所需消耗的功之比。等溫效率指由壓力P1增加到P2時等溫壓縮功與實際所需消耗的功之比。實際的壓縮機不可能實現(xiàn)沒有損失的絕熱壓縮過程，但它可以作為比較標 準。由于多變壓縮功絕熱壓縮功

18、等溫壓縮功，故有npoinadnis，故要注意機 器效率使用哪一種表示方法。二汽輪機基本原理、結(jié)構(gòu)汽輪機是用蒸汽來作功的旋轉(zhuǎn)式原動機。來自鍋爐或熱網(wǎng)的蒸汽，經(jīng)脫扣節(jié) 流法閥或事故切斷閥、調(diào)速閥進入汽輪機，依次高速流經(jīng)一系列環(huán)形配置的噴嘴（或靜葉柵）和動葉柵而膨脹作功推動汽輪機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將蒸汽的動能轉(zhuǎn)換成機械功。這便是汽輪機簡單的工作原理。汽輪機可按工作原理分為：沖動式、反動式、 沖動式與反動式的組合式汽輪機。首先，我們對這幾類汽輪機的工作原理作一下介紹。1汽輪機的工作原理(1)沖動式汽輪機沖動式汽輪機的最簡單的結(jié)構(gòu)如圖4所示。 葉輪上裝配一圈動葉片與噴嘴配 合在一起，構(gòu)成一個做功的簡單機械。我

19、們把由噴嘴和與其配合的動葉片構(gòu)成的 汽輪機作功的單元稱級。圖4單級沖動式汽輪機示意圖由一個級組成的汽輪機叫單級汽輪機。噴嘴又叫靜葉片。它是一個截面形狀特殊且不斷變化的通道。 蒸汽進入噴嘴 后發(fā)生膨脹、消耗了蒸汽的壓力能，即消耗了蒸汽的熱能，蒸汽的壓力及溫度都 下降了，而蒸汽的流速卻增加了，獲得了高速氣流。噴嘴的作用就是將蒸汽的熱 能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。動葉片又稱工作葉片。在葉輪的外圓周上裝滿的一整圈葉片，常叫動葉柵。 由噴嘴流出的高速氣流流至動葉片時， 其速度的大小及方向是一定的，之后氣流 由于受到動葉片的阻礙(作用力)，改變其原來的速度的大小及方向，這時候氣 流必然給動葉片一個反作用力，推動葉片運動

20、，將一部分動能轉(zhuǎn)換成葉輪旋轉(zhuǎn)的 機械功。由上述可知，在汽輪機連續(xù)工作過程中有兩次能量轉(zhuǎn)換，即：熱能蒸汽動能一轉(zhuǎn)子機械能。為了更好的理解汽輪機的工作原理，下面分析一下沖動式汽輪機的動葉片型 式。如果我們用一個直立的平板，讓高速氣流沖擊到它的表面上，平板由于受到 氣流的沖擊作用而發(fā)生運動。但因在平板的表面附近產(chǎn)生了很大的擾動和渦流損 失，如圖5-a所示，使蒸汽中大量的有用能量不能得到很好的利用以至造成浪費。所以經(jīng)過大量的實踐改進，現(xiàn)在汽輪機的動葉片做成彎曲形。 如果要產(chǎn)生最大的作用力，就要使蒸氣的噴射方向與動葉片的運動方向一致，然后再轉(zhuǎn)一個180而離開動葉片，如圖5-b所示，這時動葉片受到的沖擊力

21、如圖6所示。圖5沖動式汽輪機動葉片的分析圖圖6蒸汽微團作用在葉片上的離心力氣流以C1的速度流向曲面，它相當于汽輪機的動葉片，并能沿平行于氣流 的方向移動。氣流進入彎曲流道內(nèi)弧所構(gòu)成的汽道后，便沿著內(nèi)弧逐步改變其流動方向，最后流出汽道時的速度為C2方向恰與C1方向相反。當氣流流過曲面時，實際上作圓周運動，因此組成氣流的每一個蒸汽微團都受到葉片所作用給它的一 個向心力，同時葉片受到汽流給它一個大小相等、方向相反的反作用力。假如氣流微團的離心力用向量表示。在1點處的離心力P1可分解成軸向分力Piz及運動 方向上的分力Piu、在2點處的離心力P2也可以分解成渝P2z和P2U。軸向分離Piz和P2Z恰好

22、相互抵消，因為此二力大小相等、方向相反，且共同作用在一個葉片 的同一條支線上。同樣，其它點的軸向分離也相互抵消，因此氣流的離心力在軸 向上的分力之和為零，即Piz+P2z+, .=0在彎曲面運動方向上的分力之和等于P，即Piu+Ru+, .=0在這個P力的作用下，彎曲面（葉片）向右運動，通過葉輪及軸產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運 動。若帶動壓縮機和泵、風機等機械，就可以輸出機械功。這就是沖動式汽輪機 的工作原理。實際上，由于機械結(jié)構(gòu)等方面的限制，從噴嘴流出來的氣流不能與動葉片的 運動方向完全相同，而成一個夾角。動葉片也不是一個半圓弧，而是由好幾段曲 線組成，一般是圓弧和拋物線弧。如圖所示7所示。前面已經(jīng)介紹級的概

23、念，從結(jié)構(gòu)上看，汽輪機的一個級是有噴嘴（幾個或整 個圓周布置的噴嘴）和一列動葉片組合起來的裝置，從動作原理來看，就是能造成高速氣流、能將速度能轉(zhuǎn)換成機械能， 并產(chǎn)生推力對外做功的基本單元。 級可 以分成壓力級和速度級，簡單介紹如下。A壓力級在可以利用的蒸汽能量很大的情況下，只有一個級不能充分利用這些能量。這時， 我們把由噴嘴和動葉片組成的級串聯(lián)在同一根軸上， 將蒸汽的能量分別在若干個 級中加以利用。從結(jié)構(gòu)來看，就是一列噴嘴和一列動葉片，其后又是一列噴嘴和 一列動葉片，這樣逐次排列下去。在第一列噴嘴進口處的蒸汽壓力最高， 以后逐 級降低，這就是常見的多級汽輪機的結(jié)構(gòu)形式，其中的每個級，都叫做壓力

24、級。B速度級壓力級外，在有些汽輪機上還設有速度級。 速度級又叫復速度級或寇蒂斯級。 速 度級比壓力級在結(jié)構(gòu)上復雜一點。圖8是具有雙列速度級的單級沖動式汽輪機示意圖， 它比單級沖動式汽輪機 對蒸汽能量的利用更充分一點，由軸1葉輪2、雙列動葉片3及6構(gòu)成轉(zhuǎn)子； 由噴嘴4、導向葉片7、氣缸5、排氣氣管8等組成的靜子部分。圖8具有雙列速度級的單級沖動式汽輪機示意圖如果沖動式級在工作時，離開動葉片的速度仍很大，這就說明還沒有充分利 用蒸汽的動能來作功。為了利用這部分能量，在同一葉輪的輪緣上在要裝置第二 動葉柵，使蒸汽流過兩列轉(zhuǎn)動的葉柵，第一列動葉柵通道中蒸氣能量中的一部分 轉(zhuǎn)換為機械能，而其余的蒸汽能則

25、由第二列動葉柵繼續(xù)將能量轉(zhuǎn)換為機械能。為了使蒸汽流以一定的方向流入第二動葉柵， 在第一、二列動葉柵之間裝一列固定 的葉片，起導向作用，稱之為導向葉片，它是裝在氣缸上的。速度級與沖動式壓力級的工作原理是一樣的，不同的就是蒸汽的速度在第 一、二列動葉柵中分別加以利用。除雙列速度級以外，還有三列速度級，但常用的是雙列速度級。經(jīng)常用它做 成小功率的汽輪機，帶動風機及其它各種泵等，也可以用它做多級汽輪機的頭一 級。(3)反動式汽輪機反動式汽輪機是利用反作用力與沖擊力將蒸汽的速度能轉(zhuǎn)換為機械能的。反動式汽輪機的工作原理同樣是基于慣性定律和作用力與反作用力定律的。圖9是反動式汽輪機的結(jié)構(gòu)示意圖。動葉片安裝在

26、轉(zhuǎn)鼓上，軸、平衡活塞及 轉(zhuǎn)鼓組成了轉(zhuǎn)子。靜葉片安裝在氣缸上，與進、排氣管等組成靜子。反動式的級仍然是由一列靜葉柵和一列動葉柵組成。它的工作原理是：在靜 葉柵中氣流與經(jīng)過噴嘴時相似，壓力降低，容積膨脹，速度增加；而它的動葉柵 也做成截面漸收縮的汽道，氣流在動葉柵中進一步降壓，膨脹加速。根據(jù)慣性定律可知，運動的物體如果不受外力的作用的話， 則一定按照它原來的速度大小及方向運動下去。氣流既然在動葉柵之中獲得了加速度，那必然有外力作用在其氣 流上，這個力是由于在動葉柵中降低了氣流的壓力和溫度，即氣流的熱能轉(zhuǎn)換為動能所獲得的。在動葉柵中進一步使氣流降壓、 增速并以高速離開，這時氣流必 然給動葉柵一個大小

27、相等、方向相反的作用力，使動葉柵轉(zhuǎn)動帶動軸旋轉(zhuǎn)的對外 做功。這就是反動式汽輪機的工作原理。反動原理在汽輪機中的實際應用，如圖10所示。這是反動式汽輪機中的一 個級的斷面示意圖。蒸汽在靜葉柵中膨脹后達到較高的速度，蒸汽離開靜葉柵后， 進入動葉柵氣道，沿著氣道壁的內(nèi)弧改變方向，因此動葉片就受到由于沖動原理 產(chǎn)生的沖擊力，記為P沖；又由于氣流在動葉柵氣道內(nèi)從P1膨脹降壓至P2,因 而動葉片上又受到由于反動原理而引起的反作用力P反的作用。P沖與P反的合力為Pu。此外，動葉片前后有壓差也引起一個軸向力P軸。Pu與P軸的合力為P總, 這就是作用在動葉片上的力。沿動葉片運動方向的分力，使動葉片向右移動，并做

28、機械功，因此，作用在反動式汽輪機的級的動葉片上的力，既有沖動力，也有 反作用力。圖9單級反動式汽輪機示意圖圖10反動式汽輪機的級實用的反動式汽輪機，都采用多級型式，其工作原理與前面分析的單級反動 式汽輪機的工作原理基本一樣。為了分析方便，前述沖動式級，實際上是指在動葉柵中沒有膨脹發(fā)生的情況, 有人把它叫做純沖動式級。近代常用的汽輪機，實際上用的是帶反動度的沖動式汽輪機。在這種汽輪機 中，動葉柵中也有汽流膨脹，但比噴嘴中的膨脹程度小些。所謂反動度，就是在動葉柵中蒸氣膨脹的程度占級中總的應該膨脹程度的比例數(shù)，或是在動葉柵中的理想焓降之比，常用p表示反動度3丹純沖動式級的p =0;反動級的p =0.

29、5;帶反動度的沖動式級的0 p 0.5。帶 有不大反動度的沖動級使用最廣泛，它可以提高沖動式汽輪機的效率。(4)沖動反動組合式汽輪機 這類汽輪機的前一級或前幾級為沖動式，后面的即為反動式。2汽輪機的結(jié)構(gòu)及用途 汽輪機實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，主要是通過噴嘴把熱能轉(zhuǎn)換為動能，通過動葉柵把動 能轉(zhuǎn)換為機械能。因此， 噴嘴一般做成靜止零件， 用各種不同的方法固定在氣缸 上， 形成汽輪機的靜止部分；而動葉柵則安裝在轉(zhuǎn)動軸上，形成汽輪機的轉(zhuǎn)子部 分。所以汽輪機的主要是有轉(zhuǎn)子、靜子兩大部分組成。(1)轉(zhuǎn)子部分 也就是汽輪機的轉(zhuǎn)動部件，靠固定于汽缸上的前后兩個軸承支撐，由主軸、 葉輪、葉片組成，并通過聯(lián)軸器與被驅(qū)動機械

30、相連。轉(zhuǎn)子做高速旋轉(zhuǎn)，把蒸汽作 用到葉片上力矩傳動給驅(qū)動機械，達到對外做功的目的。轉(zhuǎn)子的性能要求為使轉(zhuǎn)子能安全可靠的運行，必然滿足下列條件：A必然有一定的強度，以滿足支持自身重量和傳動轉(zhuǎn)矩的要求。B必須經(jīng)過嚴格的動平衡， 以免高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生過大的離心力引起汽輪機振 動和損壞C必須使汽輪機的臨界轉(zhuǎn)速和運行轉(zhuǎn)速避開一定距離，以免發(fā)生共振。D必須安裝平衡盤、 推力盤和軸套， 用以平衡轉(zhuǎn)子的軸向推力和并使轉(zhuǎn)子在 軸向定位。轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)形式，一般有整鍛式、套裝式、組合式、焊接式、轉(zhuǎn)鼓式等。 轉(zhuǎn)子的軸向推力及其平衡蒸汽在汽輪機的通流部分膨脹做功時， 轉(zhuǎn)子上受兩部分力， 一部分叫做輪周 力，是產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩對外做功

31、的有益力； 另一部分沿葉輪軸從高壓端指向低壓端， 企 圖推動轉(zhuǎn)子向汽流方向運動， 所有葉輪軸向力之代數(shù)和， 就是整個轉(zhuǎn)子的軸向推 力。轉(zhuǎn)子的軸向推力一般要采取措施平衡掉大部分， 剩余的部分由推力軸承承擔。 如果推力過大，就會影響軸承壽命， 嚴重時會燒壞軸瓦， 引起轉(zhuǎn)子上動靜部分碰 撞，以致?lián)p壞機器，因此，在運行中必須嚴密監(jiān)視轉(zhuǎn)子軸向推力變化，確保機組 安全運行。一般來說，作用與汽輪機轉(zhuǎn)子的軸向推力來源于以下幾種因素：a葉輪兩側(cè)的壓力差.b動葉片上的軸向力.c軸上各處直徑不同引起的受力.汽輪機轉(zhuǎn)子所受軸向推力很大，高壓汽輪機(反動式)可達到幾百噸，為確 保機組的安全運行，一般采取下列措施平衡軸向

32、力.a使用推力軸承。目的是固定轉(zhuǎn)子在氣缸中的位置， 承受轉(zhuǎn)子上的少部分軸 向推力.b使用平衡活塞或平衡盤。如圖11所示，在轉(zhuǎn)子通流部分對側(cè)，將轉(zhuǎn)子做 成階梯形，以產(chǎn)生相反的軸向推力，此階梯凸臺就叫平衡活塞。其右側(cè)為高壓 蒸汽，左側(cè)與汽室相同，受低壓蒸汽作用，因而產(chǎn)生向左的軸向力，以平衡部 分軸向力。對沖動式汽輪機因其總的軸向推力不大，一般將高壓汽封套直徑做 大些，也可以起到類似的作用.c開平衡孔。由于汽輪機葉片兩側(cè)存在壓力差， 在輪盤上開有貫通兩側(cè)的小 孔，即平衡孔，可減少輪盤上的軸向推力。平衡孔一般開5-7個奇數(shù)孔，以免在葉輪同一直徑上形成對稱孔，影響葉輪強度。另外開奇數(shù)孔對減輕葉輪震動 也

33、有好處。但此法會使汽輪機效率有所降低。圖11平衡活塞d采用相反流量布置。如圖12所示，使蒸汽在高低壓缸或各區(qū)域內(nèi)流向 相反，而產(chǎn)生反方向的軸向推力，以相互抵消而達平衡。(2)靜子部分即汽輪機的靜止部分，包括汽缸、前后支承軸承、推力軸承、噴嘴組、隔 板、支撐與滑銷系統(tǒng)、汽封系統(tǒng)和機座等。圖12相反流動的布置方案A汽缸（機殼）其缸的作用是支撐轉(zhuǎn)子、容納并通過蒸汽，將汽輪機通流部分（噴嘴、轉(zhuǎn)子、隔板等）與大氣隔開，保證蒸汽在機內(nèi)完成其做功過程。在運行中，氣缸會承受蒸汽與大氣壓力差、軸向拉應力、部件重量、振動及 熱應力等多種作用，一般作為薄殼雙層， 既要可靠的固定在機座上，又要有一定 的自由膨脹裕度。

34、B支撐與滑銷系統(tǒng)：目的是承受汽缸重力，并使汽缸在受熱狀況下的熱膨脹有一定方向。C噴嘴組和隔板：噴嘴作用如前所述，它是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為動能的重要部件；隔板則使各組葉輪在單獨的蒸汽室中運行，達到熱能的充分利用。D汽封裝置：在汽缸兩端、葉輪和隔板處，為避免動靜部件碰撞而留有間隙。由于這些間 隙前后壓力差存在，主軸通過間隙處必然有漏氣，從而降低機組運行的經(jīng)濟性并 造成損失。汽封裝置作用就是減少漏氣，確保機組安全運行。軸端漏氣不但造成部分蒸汽熱能的浪費，影響汽輪機經(jīng)濟性，還會破壞潤滑、 造成油中帶水、軸承潤滑不良等后果。另外，汽缸后側(cè)漏入空氣，對排氣溫度和 凝汽設備的真空建立也有一定危害。汽輪機的汽封裝

35、置有多種形式，最常用的是迷宮式汽封，通過蒸汽的節(jié)流流 動降低密封齒前后的流動壓差和流速，從而減少漏氣量，達到密封的目的。E軸承：按其所起的作用可分為支持軸承（又叫徑向軸承）和推力軸承。支持軸承的 作用是承受徑向力，保持主軸與汽缸中心線一致，確保轉(zhuǎn)子的正常運轉(zhuǎn)。推 力 軸承則用來承受轉(zhuǎn)子軸向力，限制轉(zhuǎn)子軸向串動， 保持轉(zhuǎn)子軸向位置。 目前汽輪機 和離心式壓縮機絕大多數(shù)采用的是油潤滑動壓軸承，通過建立油膜壓力承受載 荷。3汽輪機的功率和效率（1）汽輪機的功率我們知道， 汽輪機的功是熱能轉(zhuǎn)換來的，而功率則表示單位時間的功。在汽 輪機運行管理工作中，將接觸到以下幾種功率：A理想功率表示不考慮任何損失，

36、 蒸汽在汽輪機中作理想膨脹， 單位時間內(nèi)將全部熱能 都轉(zhuǎn)換為功。1公斤蒸汽具有的能量可用熱量表示為：g=io-i排=HtG公斤蒸汽具有的能量表示為熱量：Q=G（io-i排）=GHt式中：io-在入口狀態(tài)參數(shù)下的新蒸汽的焓i排-排氣壓力、溫度下的蒸汽的焓Ht-理想焓降在理想的情況下，蒸汽能量都轉(zhuǎn)化為機械功應為：L=427Q=427 GHt在實際工作中，知道每小時的重量流量，就可相應算出相應的理想功率。B內(nèi)功率 從理想功率中扣除內(nèi)部損失后得到的功率叫做內(nèi)功率。 它表示汽輪機通流部 分可以發(fā)出的功率。（所謂通流部分就是流經(jīng)汽輪機的蒸汽經(jīng)過各級噴嘴和動葉 柵的流道完成二次能量轉(zhuǎn)換，這條汽道叫做通流部分

37、） 。C軸功率 從內(nèi)功率中扣除外部損失消耗后的功率，叫做軸功率，它表示汽輪機軸端輸出功率，是可以被利用的功率，所以也叫有效功率。D汽輪機的效率效率是衡量經(jīng)濟性的重要指標， 由于汽輪機實際工作有各種損失， 所以熱能 并不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Α?實際發(fā)出的功率與理論上應發(fā)出的功率之比， 就是汽輪機 的效率，叫做相對效率。相對內(nèi)效率： 內(nèi)效率與理想功率之比叫做相對內(nèi)效率， 它說明內(nèi)部損失的大 小。相對有效效率：汽輪機的軸功與理想功之比叫做相對有效效率。 有效效率明汽輪機內(nèi)部及外部損失的大小， 表示汽輪機的綜合經(jīng)濟指標， 汽 輪機的功率越大，有效功率就越大， 有效效率就越大。 實際工作中還用實際有效 汽耗率

38、表示汽輪機的經(jīng)濟性汽耗率，它表示單位軸功率所消耗的蒸汽量。實際上用的汽輪機汽耗率是用實驗或計算的方法求得。汽輪機的機械效率反映了汽輪機在機械方面的工作效能，它是軸功率和內(nèi)功率之比，一般為0.960.995。第三節(jié)離心式壓縮機、汽輪機運行有關(guān)概念一臨界轉(zhuǎn)速我們知道，任何一個振動系統(tǒng)都有自己固有的自振頻率，在一個初始干擾力作用以后就會以一種固有的振動頻率產(chǎn)生振動。 如果一個周期性的干擾力是自始 至終作用在系統(tǒng)上，就會迫使其作強迫振動， 振動的頻率等于干擾力的頻率。如 果干擾力的頻率恰好等于系統(tǒng)的自振頻率，那么振動將隨時間的增加而迅速增 加，在無阻尼的情況下，振幅會無限的增加下去，這種現(xiàn)象就是共振。

39、壓縮機轉(zhuǎn) 子就是一個共振系統(tǒng)，本身有自己的固有自振頻率。在運轉(zhuǎn)的過程中總會受到一 些干擾力的作用，如氣流力、增速器傳動齒輪的作用力、相鄰氣缸轉(zhuǎn)子不對中時 聯(lián)軸節(jié)傳來的作用力以及轉(zhuǎn)子本身殘余偏心產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)離心力等，這些力都是周期性的，并會以一定的頻率作用在轉(zhuǎn)子上。在這些干擾力中轉(zhuǎn)子殘余偏心產(chǎn)生的 離心力對橫向振動影響最大。這個離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比， 使轉(zhuǎn)子做橫向強 迫運動。其振動頻率恰好等于。當轉(zhuǎn)子達到某個轉(zhuǎn)速，這種強迫振動頻率恰好 等于轉(zhuǎn)子自振頻率或是其整倍數(shù)時， 就發(fā)生共振，振幅就隨時間的增加而迅速增 加，這個轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速在第一臨界和第二臨界轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)子稱為柔性軸，工作

40、轉(zhuǎn)速低于低于 第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子為剛性軸。美國API標準對臨界轉(zhuǎn)速以及運行轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn) 速之間的隔離裕度有嚴格的規(guī)定說明。由于在臨界轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子振動振幅很大，工作不穩(wěn)定，所以如果運行時 間較長，會引起軸和密封損壞及動、靜部件相碰等嚴重事故。因此不允許轉(zhuǎn)子在 臨界轉(zhuǎn)速附近的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運行。對柔性軸來講，開車時必須迅速越過臨界轉(zhuǎn)速， 這樣才不會發(fā)生危險。旋轉(zhuǎn)脫離、喘振離心壓縮機的運行有一定的穩(wěn)定工作區(qū)。 由于實際上常在變工況下運行，有 時就會偏離工作區(qū)運行而出現(xiàn)異?，F(xiàn)象， 從而對機器設備造成危害。比如當氣流 小于一定值時，會發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離，此時工況將是不穩(wěn)定的；如進一步減少流量， 則會發(fā)生喘振，

41、這時會產(chǎn)生強烈的氣流脈動和周期性震蕩； 當流量增大到一定值 時，又會出現(xiàn)堵塞或滯止工況，這時流量不可能再增加。由于喘振在以后大機組 運行時最重要的，我們將較多地介紹其有關(guān)內(nèi)容。下面就對旋轉(zhuǎn)脫離、喘振分別予以介紹。1旋轉(zhuǎn)脫離離心壓縮機在設計工況運行時，氣流的流動方向與葉片的安裝角基本一致， 無論是葉輪還是葉片擴壓器，氣流均能順利地進入流道，不出現(xiàn)（或略微產(chǎn)生） 邊界層分離現(xiàn)象，如圖6-14所示。當流量增大時，進氣角增大，如圖所示，氣 流射向吸力面，在工作面上將產(chǎn)生氣流邊界層分離現(xiàn)象。 由于工作面出口處速度 增加，壓力降低，使邊界層分離現(xiàn)象有些收縮，而不擴大，在這種情況下，工況 仍然是穩(wěn)定的。但當

42、流量減小時，進氣角隨之減小，這時氣流射向壓力面，在吸力面上將產(chǎn) 生邊界層分離現(xiàn)象；同時由于吸力面出口處，速度降低，壓力增加，存在逆向壓 力差，從而使分離區(qū)進一步擴大，如圖所示。當流量小于一定值時，分離區(qū)會很 快擴大，甚至充滿某幾個葉道，這時局部流通面積堵塞，氣流不能順利流過葉道， 甚至局部出現(xiàn)倒流，工況將出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱作失速。圖14變工況時流道中的分離現(xiàn)象由于氣流的不均勻性以及葉片幾何參數(shù)不可能完全相同（由于葉片型線加工情 況和安裝情況不可能完全相同），當流量小到一定值時，葉道中氣流邊界層的分 離不可能在所有葉片表面上一下子同時發(fā)生，而總是在一個或幾個葉片上首先 發(fā)生，形成了一個或

43、幾個脫離團。如圖15所示，假定葉道U最先產(chǎn)生脫離團， 因而流入該葉道的氣流受到阻礙，而向相鄰葉道偏轉(zhuǎn)，使流入葉道I的氣流角 增大，流向葉道川的氣流角減少，于是解除了葉道I內(nèi)的氣流脫離，而使葉道 川內(nèi)出現(xiàn)脫離團。流入葉道川的氣流中又將發(fā)生偏轉(zhuǎn)；偏轉(zhuǎn)的氣流不斷使它前 面的葉道解除脫離，而使后面的葉道形成脫離，出現(xiàn)脫離團的傳播。脫離團相 對葉輪來說，是和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)移動，但由于旋轉(zhuǎn)移動速度小 于葉輪旋轉(zhuǎn)速度， 所以在絕對運動中， 分離團移動方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同，這種現(xiàn)象稱作“旋轉(zhuǎn)脫離”。圖15旋轉(zhuǎn)脫離的形成擴壓器中也同樣存在旋轉(zhuǎn)脫離。帶葉片擴壓器的壓縮機，一般是在葉片擴壓器中 最先發(fā)

44、生旋轉(zhuǎn)脫離，如果是無葉擴壓器，則在工作葉輪中先出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫離。 旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象的出現(xiàn)，使級進出口壓力、流量等參數(shù)產(chǎn)生強烈脈動，且對葉片產(chǎn) 生了周期性的交變作用力，導致葉片振動。2喘振(1)喘振的概念喘振是離心式壓縮機本身固有的特性，而造成喘振的唯一直接原因是進氣量 減小到一定值。從前面我們已經(jīng)知道，當氣量減小到一定程度時，就會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫離，如 這時進一步減小流量，在葉片背面將形成很得的渦流區(qū)域，氣流分離層擴及整 個通道，以至充滿整個葉道，而把流道阻塞，氣流不能順利的流過，這時流動 嚴重惡化，壓縮機的出口壓力會突然大大下降，由于壓縮機總是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián) 合工作的，這時管網(wǎng)中的壓力不是馬上減低，于是管網(wǎng)

45、中的氣體壓力就反大于 壓縮機的出口處的壓力，因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向壓縮機，一直到管網(wǎng)中的 壓力下降到低于壓縮機出口壓力為止，這時倒流停止，壓縮機又開始向管網(wǎng)供 氣，經(jīng)過壓縮機的流量又增大，壓縮機又恢復到正常工作。但當管網(wǎng)中的壓力 恢復到原來壓力時，壓縮機的流量又減少，系統(tǒng)中的氣流又產(chǎn)生倒流，如此周 而復始，就在整個系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就稱作“喘 振”。喘振現(xiàn)象不但和壓縮機中嚴重的旋轉(zhuǎn)脫離有關(guān)，還和管網(wǎng)系統(tǒng)有關(guān)。管網(wǎng) 的容量越大，貝U喘振的振幅越大，頻率越低。喘振的頻率大致和管網(wǎng)容量的平方根成反比。(2)喘振的現(xiàn)象及判斷 機組喘振時，壓縮機和其后的管道系統(tǒng)之間產(chǎn)生一種低頻

46、高振幅的壓力波 動，整個機組發(fā)生強力的振動，發(fā)出嚴重的噪音，調(diào)節(jié)系統(tǒng)也大幅度的波動。一般根據(jù)下列方法判斷否進入喘振工況.A監(jiān)測壓縮機出口管道氣流噪音。正常工況時出口的聲音是連續(xù)且較低的， 而接近喘振時，整個系統(tǒng)的氣流產(chǎn)生周期性的振蕩，因而在出口管道處聲音是 周期性的變化，喘振時，噪音加劇，甚至有爆音出現(xiàn)。B觀測壓縮機流量及出口壓力的變化。離心式壓縮機穩(wěn)定運行時其出口壓 力和進口流量變化是不大的，是脈動的：當接近或進入喘振工況時，二者的變 化很大，發(fā)生周期性大幅度的脈動。C觀測機體和軸振動情況。當接近或進入喘振工況時，機體和軸振動都發(fā) 生強烈的振動變化，其振幅要比平常運行時大大增加。(3)喘振的

47、危害喘振是離心式壓縮機性能反常的一種不穩(wěn)定運行狀態(tài)。 發(fā)生喘振時， 表現(xiàn)為 整個機組管網(wǎng)系統(tǒng)氣流周期性的振蕩。 不但會使壓縮機的性能顯著惡化、 氣流參 數(shù)(壓力、流量)產(chǎn)生大幅度脈動、大大加劇了整個壓縮機的振動，還會使壓縮 機的轉(zhuǎn)子及定子元件經(jīng)受交變動應力， 級間壓力失調(diào)引起強烈的振動， 使密封及 軸承損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子及定子元件相碰、 壓送氣體外泄、 引起爆炸等惡性事件， 因此在操作中必須避免在喘振工況下運行。(4)喘振的基本原因 實際運行中引起壓縮機喘振的原因很多，但基本原因上不外乎下屬兩種： 第一種：運行流量小于喘振流量，諸如生產(chǎn)減量過多、吸入氣源不足、入口 過濾器堵塞、管道阻力大、葉輪

48、通道或氣流通道堵塞等。第二種： 壓縮機的出口壓力低于管網(wǎng)壓力。 諸如管網(wǎng)阻力增大、 進氣壓力過 低、壓縮機轉(zhuǎn)速變化等。 壓縮機的出口壓力低于管網(wǎng)壓力， 就會導致壓縮機的運 行工作點向小流量區(qū)域移動， 從而進入喘振工況。 這與前面提到的 “造成喘振的 唯一直接原因是進氣量減小到一定值”并不矛盾。(5)喘振曲線和防喘振曲線由于對每一轉(zhuǎn)速， 壓縮機都有對應的喘振流量，小于喘振流量，壓縮機即發(fā) 生喘振，我們將各轉(zhuǎn)速下所有的喘振點連接起來(特性曲線上的喘振點連接起 來)，既可以得到一曲線，即為壓縮機的喘振曲線，如圖16所示。圖16喘振曲線和保護曲線示意圖因此，千萬不要讓壓縮機在圖示的喘振區(qū)內(nèi)運行。 這將

49、通過防喘振控制系統(tǒng) 來實現(xiàn)。后面介紹。喘振曲線通常呈拋物線形，而考慮了防喘振裕度后，就可以在其右邊畫出一 條與喘振曲線相近的一條線，這就是保護曲線， 或叫防喘振曲線。保護曲線沒有 必要與喘振曲線完全相似，或由喘振曲線平移來獲得，而只要能保證壓縮機在正 常運轉(zhuǎn)范圍內(nèi)有合適的裕度即可。這就使得防喘振控制系統(tǒng)儀表的配置和選用變 得極為簡單，并更具靈活性。在某一轉(zhuǎn)速下，壓縮機的實際流量與該轉(zhuǎn)速下的喘振流量之比叫防喘振裕 度。裕度太大，則功率耗量增加，經(jīng)濟性差，太小是則離喘振點太近，安全性差。一般防喘振裕度控制在110125%左右。在決定裕度大小時，還應把調(diào)節(jié)儀表的 誤差和滯后因素考慮進去。三離心式壓縮

50、機的性能曲線、壓縮機與管網(wǎng)聯(lián)合工作1離心式壓縮機的性能曲線壓縮機在運行時工況不斷變化，壓縮機必須改變流量、壓力等參數(shù)以滿足要 求。在一定轉(zhuǎn)速下，把不同流量時的排氣壓力（或壓力比）、功率和效率用曲線表示出來，這些曲線就稱為壓縮機的性能曲線。圖17所示的是壓縮機性能曲線示意圖，該圖表示的僅為某一轉(zhuǎn)速下的壓縮機性能曲線。在不同的轉(zhuǎn)速時，可以得到不同的性能曲線，如下圖18所示Q圖17某一轉(zhuǎn)速下的壓縮機性能曲線圖18不同轉(zhuǎn)速下的壓縮機性能曲線性能曲線的特點：A每個轉(zhuǎn)速下都有一條對應的性能曲線。當轉(zhuǎn)速一定時，流量增加，出口壓 力減少；流量減少，出口壓力增加。流量一定下，轉(zhuǎn)速越高，排氣壓力越高； 轉(zhuǎn)速增加，

51、性能曲線向右上方移動。B隨著轉(zhuǎn)速增加，性能曲線變得越來越徒。C有最大和最小流量限制。2壓縮機穩(wěn)定工作區(qū)我們知道壓縮機在流量上有最大和最小流量限制；壓力方面有最大壓力限 制；轉(zhuǎn)速方面有最大轉(zhuǎn)速限制；一般壓縮機允許短期超速到設計轉(zhuǎn)速的105%-110%撓性轉(zhuǎn)子必須越過一階臨界轉(zhuǎn)速。因 此，壓縮機穩(wěn)定工作區(qū)就是由最大壓 力限、最大流量限和防喘振邊界線（防護曲線）以及最低運行轉(zhuǎn)速所圍成的工況 運行區(qū)，如圖19所示。進汽流量圖19壓縮機穩(wěn)定工作區(qū)3離心式壓縮機管網(wǎng)系統(tǒng)實際運行時，壓縮機并不總是在設計點工作，這是由于壓縮機總是和管網(wǎng)系 統(tǒng)一起聯(lián)合工作的，管網(wǎng)系統(tǒng)的參數(shù)及外界條件是可能變化的， 這就要求壓縮

52、機 適應管網(wǎng)特性的要求改變自己的參數(shù)。下面首先介紹管網(wǎng)系統(tǒng)。所謂管網(wǎng)系統(tǒng)是指壓縮機后面壓縮氣體所需經(jīng)過的全部裝置的總稱， 如化工 用的壓縮機就和化工設備的各種管道與容器聯(lián)合工作。 當氣流通過管網(wǎng)時，要克 服一系列的壓力損失，這些損失主要是沿管道的速度損失與局部阻力之和。每一種管網(wǎng)系統(tǒng)都有自己的性能曲線， 它是指通過管網(wǎng)的氣體與保證這個流 量通過管網(wǎng)所需的壓力之間的關(guān)系曲線，即P=f(Q)。由連接管道和壓力容 器組成的管網(wǎng)，它的管網(wǎng)特性曲線可近似用下式表示：2P=Pr+AQPr、Q、A、P分別為容器中的壓力、管網(wǎng)的容積流量、管網(wǎng)的阻力系數(shù) 和管網(wǎng)的入口壓力(等于壓縮機的排氣壓力)。上式表明，管網(wǎng)

53、阻力是由容器壓 力和管道阻力兩部分組成。如果接管很短， 容器壓力高，則管網(wǎng)阻力主要有容器 壓力確定，管網(wǎng)入口壓力P=Pr為一水平線； 如果無壓力容器，壓縮氣體通過 管道和閥門又排往大氣，壓力下降到大氣壓力Pa則上式變?yōu)镻=Pa+AQ2。4離心壓縮機與管網(wǎng)的聯(lián)合運行如果將壓縮機性能曲線與管網(wǎng)性能曲線按同樣的比例畫在一起，貝U兩個性能 曲線的交點恰好滿足二者平衡條件，即穩(wěn)定運行點，亦即壓縮機與管網(wǎng)的聯(lián)合運 行點，如下圖20所示。這時通過壓縮機的流量與管網(wǎng)流量向等，壓縮機產(chǎn)生的 壓力也正好等于管網(wǎng)的阻力，整個系統(tǒng)保持平衡。如果調(diào)整管網(wǎng)閥門的開度，則改變了管道阻力系數(shù)A,管網(wǎng)性能曲線便移動； 如閥門關(guān)

54、小，A增加，曲線向上移動。調(diào)整閥門開度，移動管網(wǎng)特性曲線，使壓 縮機和管網(wǎng)的聯(lián)合排氣壓力運行點改變，進而使流量和壓力發(fā)生變化。管網(wǎng)曲線向上不斷 移動時，流量不斷減少，減少到一定的程度時，即發(fā)生喘振。壓縮機和管網(wǎng)聯(lián)合工作，在管網(wǎng)中儲有一定量氣體，因此當壓縮機出口壓力 突然下降時，管網(wǎng)中壓力會大于壓縮機出口壓力，氣流會從管網(wǎng)流向壓縮機，很容易造成喘振。圖20壓縮機與管網(wǎng)的聯(lián)合運行點第四節(jié)離心式壓縮機組輔助系統(tǒng)離心式壓縮機組的運行只有離心式壓縮機及汽輪機本體是不夠的，必須還有 一些輔助系統(tǒng)。這些輔助系統(tǒng)主要有：壓縮機的段間冷卻系統(tǒng)、汽輪機的凝汽系 統(tǒng)、機組油系統(tǒng)、壓縮機密封系統(tǒng)、機組負荷調(diào)節(jié)及保護系

55、統(tǒng)、壓縮機防喘振系 統(tǒng)等。機組運行中發(fā)生的一些事故很多就是由于輔助系統(tǒng)的設計和操作維護不當 引起的。下面就對這些系統(tǒng)做一簡介。一壓縮機的段間冷卻系統(tǒng)我們知道，等溫壓縮所消耗的功最小。為降低能耗使實際的壓縮過程接近等 溫壓縮，常把氣體從壓縮機中引出來進行冷卻， 冷卻到一定的溫度后再送回壓縮 機繼續(xù)壓縮。對壓縮比較大的壓縮機尤其如此， 這就設置了中間冷卻器。確定具 體壓縮機的冷卻次數(shù)應考慮到省功、被壓縮介質(zhì)的特性、以及用戶的具體使用條 件要求等因素。二汽輪機的凝汽系統(tǒng)1凝汽系統(tǒng)的作用和組成凝汽系統(tǒng)的作用是建立和維持給定有利的排氣壓力，增大蒸汽的可用焓降， 并將排汽凝結(jié)成水，作為鍋爐給水循環(huán)利用。

56、凝汽系統(tǒng)一般由表面凝汽器、循環(huán) 水回路、凝結(jié)水泵和抽氣器等組成。凝汽系統(tǒng)的簡圖如21所示。2抽氣器作用：是將蒸汽中帶入的空氣或由于處在真空系統(tǒng)下工作的設備及其工作管線、法蘭等處結(jié)合不嚴密而漏入的空氣從凝汽器中抽出， 以維持凝汽器 的經(jīng)濟真空。當然除抽氣器外，還有抽氣冷卻器。其作用是將抽氣器抽出的蒸汽 與空氣混合物中的蒸汽凝結(jié)成水，回收再利用。三機組油系統(tǒng)1概述：機組油系統(tǒng)包括油箱、油泵、管路和閥門、冷卻器、過濾器等。油 系統(tǒng)對設備潤滑、驅(qū)動調(diào)節(jié)系統(tǒng)、冷卻軸承和保證聯(lián)鎖裝置的可靠動作等起著十 分重要的作用，是機組安全運行的保障。供油系統(tǒng)如果不正常，機組就不能啟動， 如果出現(xiàn)故障，就會造成壓縮機組

57、停車。2任務和作用油系統(tǒng)在機組運行中擔負著二個任務： 一是向壓縮機、汽輪機軸承及齒輪箱 等部位提供潤滑油；二是向汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)提供調(diào)節(jié)油。此外， 對于采用油膜浮 環(huán)密封的壓縮機還提供密封油。潤滑油的主要作用：一是其潤滑支撐作用，潤滑油形成的油膜附著機器的摩 擦付的滑動間隙中，支撐轉(zhuǎn)子并潤滑， 使其不致發(fā)生干摩擦，從而大大減少摩擦 力。二是其冷卻作用，潤滑油川流不息的流入流出，可以把零件由于相對滑動而 產(chǎn)生的的熱量帶出壓縮機軸承，以防止軸承及機件因溫度過高而發(fā)生“咬合” 。采用油膜浮環(huán)密封的壓縮機的密封油的作用是通過壓力油注入軸與浮環(huán)之 間的間隙內(nèi)，達到用油密封高壓氣體的目的。調(diào)節(jié)油的主要作用是

58、供給調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行信號轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)油，同時供給信號放大機構(gòu)用的動力油。油系統(tǒng)設置蓄壓器的作用是保證油泵在切換過程中的油壓穩(wěn) 定，以免油壓波動引起聯(lián)鎖跳車。蓄壓器中有一氮氣囊，當油壓降低時，氣囊擴 張，將蓄壓器中的油壓出，維持總管油壓，以免油壓波動大引起聯(lián)鎖跳車。四防喘振控制系統(tǒng)離心式壓縮機常用的防喘振控制系統(tǒng)方案有兩種:1固定極限流量防喘振控制固定極限流量防喘振控制系統(tǒng)的原理是使壓縮機的負荷永遠高于某一固定 流量，也叫極限流量，如圖22所示。圖22固定極限流量防喘振系統(tǒng)原理圖極限流量是最高轉(zhuǎn)速下的特性曲線上喘振點所對應的流量。這樣，壓縮機無 論在哪一轉(zhuǎn)速下運行，只要能滿足負荷不低于Qmax（考慮到

59、控制系統(tǒng)的超調(diào)和安全，一般來說極限控制點須大于QmaX的5%-8%見圖中Q maX，就能防止 喘振的發(fā)生。固定極限流量防喘振控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，實施比較方便，尤其是對于經(jīng)常處于高負荷狀態(tài)運行的機組來說，這種控制方式是適用的。但是在機組負荷變化較大的情況下，特別當機組在低轉(zhuǎn)速運行時，從節(jié)能的角度來看， 往往有很大一部分氣體被回流和放空， 這樣就造成了浪費，所以說這種情況下該 控制方式又不太適宜。圖22是固定極限流量防喘振系統(tǒng)原理圖。FY是開方器， 壓縮機入口流量Q入經(jīng)孔板FE、 差壓變送器FT及開方器FY后， 輸出一個與入 口流量成一定比例的信號作為調(diào)節(jié)器FC的輸入信號，F(xiàn)C的給定值為Q m

60、ax正 常操作時，Q入Q max調(diào)節(jié)器存在正偏差，F(xiàn)CV關(guān)閉。當壓縮機的負荷降低而 使Q入Q max時，調(diào)節(jié)閥打開使部分氣體回流或放空，以維持打氣量大于或等 于Q max這樣就保證了壓縮機不會在低于極限流量下運行，也就防止了喘振 的發(fā)生。2可變極限流量防喘振控制若機組的負荷變化較大，為節(jié)約能量一般采用可變極限流量防喘振控制。 其 原理是以與喘振線有一定距離的一條曲線作為控制線。這樣在任何轉(zhuǎn)速下都會有一個不同的流量來控制壓縮機，也就克服了固定極限流量防喘振控制的缺點。圖23是不同轉(zhuǎn)速下壓縮機工作特性曲線與控制線的關(guān)系圖。0；但壬立圖23不同轉(zhuǎn)速下壓縮機工作特性曲線與控制線的關(guān)系圖在實際情況下，如在工藝生