燃气轮机11.ppt

1、3-7 压气机喘振及防止方法,一、在压气机中发生喘振的原因 1、喘振现象 声调低而沉闷；非常强烈的机械振动； 压气机出口总压和流量出现大幅度波动； 转速不稳定；推力突然下降并大幅度波动； 有时还出现“熄火”； 有时进口处有明显的气流吞吐现象（包括燃气倒流“吐火”现象）； 有时伴有放炮声等。俗称“气喘”。,正常工况与喘振工况下压力与流速变化的波形图 a压气机在正常工况下 b在喘振工况时,压力与速度脉动的振幅大大增加。说明气流流动的规律性已完全破坏了。,压力与速度的平均值高，两者的脉动振幅都很小，说明气流流动是有规律的。,在机组实际运行时， 绝对不允许压气机出现喘振工况。 因为当压气机发生严重喘振

2、时，往往会引起压气机叶片断裂现象的发生，从而会进一步导致灾难性事故的发生。,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， 工作正常稳定。 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）,通常认为：,喘振现象的发生，总是与压气机通流部分中出现严重的气流脱离现象有密切关系。,设计流量,大流量,小流量,转速不变,u,动叶,讨论： 一个压气机级 （转速n不变，流量q发生变化时的变工况）,a、设计流量 1=1A 1A叶片进气角； 1气流进气角。 i = 1A-1 = 0 零冲角,w1,w2,c1x,wu,

3、1,u,动叶,b、大流量 11A 出现 i0负冲角,w1,w2,c1z,wu,1,堵塞,连续性方程：q=Ac1z q，A，则c1z； w1、1，此时i 0。 w2基本不变 ， 故wu减小； 加功量L降低，级压比减小。,若过分加大负冲角，叶腹上的边界层会出现局部脱离，但不会继续发展。最多导致叶片通道堵塞。,u,动叶,c、小流量 10正冲角,w1,w2,c1z,wu,1,q，A，则c1z； w1、1，此时i 0。 2基本不变 ，则wu； 加功量L，级压比增高。,2,u,当冲角增大到一定程度， 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，出现气流脱离。 一旦出现，脱离区

4、就有不断发展扩大的趋势。,旋涡,出现旋转脱离后，压气机压比和效率都要下降，而且由于气流参数的周向不均匀分布而引起脉动。 级的稳定工作界限：开始发生旋转脱离时那个流量。 出现旋转脱离还不等于喘振。,压气机叶栅中的旋转脱离现象,脱离区并不是固定不动的，会依次沿着与叶轮旋转方向相反的方向转移。又称旋转脱离。,通过初步分析可知： 气流脱离现象是压气机工作过程中有可能出现的一种特殊的内部流动形态。 这种旋转脱离现象，无论在单级压气机中，或是在多级压气机中都会产生。 在压气机中发生旋转脱离现象的危害性是很严重的。 （阅读P107中）,当转速不变、气体流量进一步减小，则c1z亦减小到一定程度，此时正冲角i

5、已变得太大，甚至超过临界冲角，气流在叶栅内发生严重的旋转脱离，以致气流已无法维持原来的性质，旋涡使一部分气体倒流，此时气体已不可能顺利转折和压缩，气流参数出现强烈的脉动。这就是压气机喘振。,3、多级轴流式压气机的喘振,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。 绝对不允许运行中出现喘振工况。,多级轴流式压气机出现喘振的次序 （1）恒速n0运行，流量q减少,第一级：c1z减小，冲角i10，出口压力提高； 流入第二级：因增大，c2z更要减小，冲角比第一级还要大， i2 i1 ； 这样一级一级地积累，到最后一级，轴向分速cZz最小，冲角iz达到最大值，

6、偏离设计值最远。 因此，当转速不变时，流量减少到一定程度，便在末级首先发生气体脱离和喘振。 若继续减小流量，则喘振会一直从后面向前面级传递，同时喘振强度也越来越大，形成强烈振动。,（2）转速低于设计转速,压气机的压比要下降，cZz/c1z增加。 前级、后级偏离设计工况较远，中间级变化较小。 后级中空气压力和密度降低，cz较大，增加，i 0。 即第一级中气流轴向分速c1z最小、正冲角最大。 则低转速运行时，往往第一级首先可能发生气体脱离和喘振。,转速n低于设计转速no时，各类级冲角的变化,u减小；流量q减少，cz下降； 但是cZz/c1z增加,（3）转速高于设计转速（超速过程）,压气机的压比要增

7、大，cZz/c1z减小。 前级、后级偏离设计工况较远，中间级变化较小。 前级中空气压力和密度较小，cz较大，增加，i 0。 最末级中气流轴向分速最小、正冲角最大。 则超速过程中，往往是最末级首先发生喘振。,多级轴流式压气机出现喘振的次序,（1）设计速度恒定运行时 流量q减少到一定程度，末级首先发生喘振。 若继续减小流量，则喘振会一直从后面向前面级传递，同时喘振强度也越来越大，形成强烈振动。 （2）转速低于设计转速时 往往第一级首先发生气体脱离和喘振。 （3）转速高于设计转速时 往往最末级首先发生气体脱离和喘振。,【很少发生】,【启动或低速工况】,对压气机的喘振现象再归纳几点,（1）级压比越高的

8、压气机，或者是总压比越高和级数越多的压气机，就越容易发生喘振现象。 （2）多级轴流式压气机的喘振边界线不一定是一条平滑的曲线，而往往可能是一条折线。 （3）在多级轴流式压气机中，发生在最后几级的喘振现象，要比在最前几级中发生的更加危险。 （4）进、排气口的流动情况越不均匀的压气机，就越容易发生喘振现象。,二、压气机中防止喘振的方法,两条途径： 一是从气动设计着手； 二是增设运行调节机构。 具体措施有四条： （1）在设计压气机时，应该合理地选择各级之间的流量系数=cz/u的分配关系，力求扩大压气机的稳定工作范围。,（2）采用可转的进口导叶和静叶的防喘措施。,在轴流式压气机的第一级前装设可转导叶；

9、 或者 在前面若干级中装设可转静叶。,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。,压气机进口气流速度三角形的变化情况 a进口导叶不调 b进口导叶可调,安装角,改变导叶安装角 与压气机特性线的变化关系,关小,开大,二、压气机中防止喘振的方法,（3）在压气机通流部分的某一个或若干个截面上，安装防喘放气阀的措施。 A、压气机工作不稳定时，放气系统打开。 B、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（95%n0)关闭。,放气防喘的原理机组在启动或低转速工况时，,压气机前几级的流量系数将低于设计值，并出现大的正冲角，易发生气体脱流导致喘

10、振； 后几级的流量系数将可能大于设计值，并出现大的负冲角，易发生阻塞。,放气系统打开后， 放气阀前的各级流量将相对增加，而放气阀后的各级流量将相对减小， 从而调节气流的冲角变化趋势，使冲角都减小到接近各自的设计值， 消除前几级的喘振危险和后几级的阻塞。,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，则透平前的气体温度升高约100K以上，需密切注意。,图3-58 多级轴流压气机中间级的防喘放气阀示意图,不安装在最前几级（效果不好）； 不安装在最后几级（放气能损很大）。,第6、12级,应用： 运输用的燃气轮机 （航空、舰船、机车）,第7级中,3、双转子发动机,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103