理论教育 微型燃气轮机常用的压缩机类型和优化措施

微型燃气轮机常用的压缩机类型和优化措施

时间:2023-06-28 理论教育 版权反馈
【摘要】:微型燃气轮机常用的压缩机有轴流式压缩机、离心式压缩机和混流式压缩机。工作轮是离心式压缩机最重要的部件。图3-4 某型号离心式压缩机的分解图离心式压缩机具有很高的单级压缩比。图3-5为某型号离心式压缩机实物图。目前在微型燃气轮机上使用的离心压缩机叶轮大多采用后弯式叶轮。提高单级压比可减少压缩机级数、质量、加工量和金属消耗量。加大单位面积流量,可以缩短压缩机进口叶片的高度和降低微型燃气轮机的质量比。

微型燃气轮机常用的压缩机类型和优化措施

压缩机是用来提高气体压力的机器。根据其工作原理的不同,一般分为容积式和速度式两大类。容积式压缩机是直接依靠改变气体容积的方法来提高气体的压力。速度式压缩机中先使气体获得一定的高速度并提高其压力,然后降低其速度,使气体动能转变为压力能,压力得到进一步的提高。速度式压缩机主要有离心式和轴流式两种。图3-2所示为离心式压缩机;图3-3所示为轴流式压缩机。

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图3-2 离心式压缩机

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图3-3 轴流式压缩机

微型燃气轮机压缩机是利用旋转的动叶对工质作功,把转子的机械能转为工质的压力能和热能。微型燃气轮机常用的压缩机有轴流式压缩机、离心式压缩机和混流式压缩机。和轴流式压缩机相比,离心式压缩机具有迎风面积尺寸大、效率低的缺点;但由于离心式压缩机机构简单、级增压比高、制造方便、成本低廉、工艺性好、而且特性平缓(一般无需专门的防喘措施),同时还有抗进口流场畸变能力强的优势,所以现有微型燃气轮机发电机组的压缩机,大多采用离心式压缩机,而很少采用轴流式和混流式压缩机。

离心式压缩机一般由进气道、工作轮、无叶扩压器(或有叶扩压器)、蜗壳组成。工作轮是离心式压缩机最重要的部件。气体在叶片的作用下,跟着工作轮一起高速旋转。这里离心力在转子中起很重要的作用,正是由于有离心力的作用,所以才能有高的增压比。

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图3-4 某型号离心式压缩机的分解图

离心式压缩机具有很高的单级压缩比。图3-4为某型号离心式压缩机的分解图。空气由左边的进气口进入压缩机,旋转的叶轮为空气提供动力,使其在压缩机里径向流动。扩压器将空气的动能转换成压能,从而提高空气的压力。图3-5为某型号离心式压缩机实物图。图3-6为某型号离心式压缩机叶轮。

根据叶片弯曲的型式,离心式压缩机的叶轮可分为前弯、径向及后弯叶片三种(见图3-7)。叶片的弯曲方向和旋转方向一致则称为前弯叶片,反之称为后弯叶片。叶片方向为径向则称为径向叶片。从叶轮对气体做功的大小来看,前弯叶片式叶轮做功最大,后弯叶片式叶轮做功最小,径向叶片式叶轮介于两者之间。目前在微型燃气轮机上使用的离心压缩机叶轮大多采用后弯式叶轮。在压比低于4.0时,叶轮材料可采用铸造铝合金,或者锻造铝合金;在压比高于4.0时,采用钢或铁合金材料。现在还发展了一种碳纤维作为叶轮材料。目前压缩机叶轮设计已经发展到了一个很高的水平,级压比可达到7,并有进一步提高的趋势,有的离心压缩机叶轮绝热效率已超过90%。

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图3-5 某型号离心式压缩机实物图(www.daowen.com)

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图3-6 某型号离心式压缩机叶轮

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图3-7 叶轮叶片的三种型式

微型燃气轮机对压缩机有如下要求:

1)效率高。压缩机效率的高低直接影响到微型燃气轮机的效率。在相同的压比下,提高压缩机效率可增加微型燃气轮机的功率输出。

2)单级压比高。提高单级压比可减少压缩机级数、质量、加工量和金属消耗量。应注意在提高级压比时,可能由于叶栅负荷加大,在非设计工况中容易发生叶片脱流现象。

3)单位面积流通能力大。加大单位面积流量,可以缩短压缩机进口叶片的高度和降低微型燃气轮机的质量比。

4)压缩机特性与涡轮机特性相匹配。要求压缩机的流量、功率、压比和转速等,在微型燃气轮机各工况下都能与涡轮机的特性相适应。

5)稳定工况区宽。这个要求在变转速的微型燃气轮机中尤为重要。微型燃气轮机运行工况应离压缩机的喘振线有一定的裕度。通常额定工况的喘振裕度大于10%~12%。

6)具有良好的防喘振措施。微型燃气轮机在起停过程和低转速运行时,如不采取措施会落在压缩机的不稳定工况区内。常采用的措施是压缩机级间放气、可调节导(静)叶,以得到压缩机工况与涡轮机工况较好的匹配。

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