电站燃气轮机轴流式压气机的结构与性能要求1

电站燃气轮机轴流式压气机的结构与性能要求在本章第3节中我们已提到：压气机基元级的性能可以用空气流量、压缩比ε*和等熵压缩效率η*y这些参数来表示。而压气机的级则是一系列基元级叠置而成的，因而压气机级的性能也可以用、ε*和η*y这些参数来描写。同理，由许多个级串联而成的多级压气机的性能也可以用以上三个参数的综合值来表示。图3-24单级轴流式压气机的特性曲线在转速恒定的条件下，ε*和η*y图3-24单级轴流式压气机的特性曲线图3-24中给出了一个单级轴流式压气机的特性曲线。图中空气的流量是以体积流量GV(m3/s)来表示的。图3-24的上半部分曲线描绘了：在转速ny恒定不变的情况下，压气机的效率η*y随空气体积流量GV的改变而变化的关系；其下半部分曲线则反映出：当转速ny也是恒定不变时，压气机的级压缩比ε*随GV的改变而变化的关系。当然，每一条曲线都对应于某一个固定不变的转速ny。从这些特性曲线上可以看出：在最初阶段，ε*是随GV的减小而逐渐增高的，到某一个流量时，它能达到最大值；此后，随着GV的进一步减小，它将朝着ε*不断降低的方向发展。也就是说，压气机级的每一条特性曲线都有一个最高点，它把特性曲线分为左右两个侧支。在右侧支上，ε*将随GV的减小而增高；在左侧支上，情况恰恰相反。此外，在压气机的效率η*y随GV而变化的关系曲线上，也有类似的趋势。但是应该注意：当流进压气机的GV减少到某一数值后，压气机就不能稳定地工作了。那时，在压气机中空气流量会强烈的脉动，压缩比也会随之上下波动；同时还伴随有低频的吼声，使压气机产生比较剧烈的振动。这种现象叫做“喘振”。图3-25多级轴流式压气机的特性曲线实验表明：当机组的转速ny不同时，压气机发生喘振现象时所对应的最小体积流量的数值也是不同的。假如把不同转速下的这些喘振点连成一条虚线(如图3-24所示)，那么，这条线就是压气机能否进行稳定工作的边界线，通常称之为喘振边界线。它表示：位于喘振边界线右侧的任何工况点都是可以稳定工作的，反之则否。显然，在机组运行时，因该绝对防止在压气机中发生喘振现象。图3-25多级轴流式压气机的特性曲线在图3-25上给出了一台多级轴流式压气机的特性曲线。它与单级压气机的特性曲线相比，具有以下两个比较明显的区别，即：在同一转速情况下，当多级压气机的GV增大时ε*和η*y的下降程度要比单级压气机厉害得多，也就是说，特性曲线的变化趋势很陡峭。这个特点在高转速工况时更为明显，那时特性曲线已几乎成为一条垂直于横坐标的直线了。因而，对于转速恒定不变的多级轴流式压气机来说，空气流量的变化范围是相当狭窄的，通常其变化范围为式中:GV·max——流进压气机入口处空气的最大体积流量；GV·min——在同一转速情况下，压气机即将发生喘振时，流进压气机入口处空气的最小体积流量多级轴流式压气机的特性曲线，通常不象单级压气机那样，有一个把特性曲线划分为左右两个侧支的、以流量为参数的ε*或η*y的最高转折点。一般来说，随着GV的减小，在压气机的ε*尚无下降趋势之前，也就是说，压气机的工作点还处于特性曲线的右侧支张时，压气机就会发生喘振现象。因此，在多级轴流式压气机中，左侧支特性曲线实际上是不存在的。应该指出：以图3-24和图3-25那样形式表示的压气机的特性曲线，都是在大气温度和压力恒定于某个具体数值的情况下测定的。对于同一台压气机来说，当大气参数恒定时，压气机进口处的空气质量流量与体积流量GV之间，必然存在一个完全确定的对应关系，因而可以用取代GV。由此可见，在图3-24和图3-25中，压气机的特性曲线是可以改用以下形式来表示，即(3-26)这种形式的压气机特性曲线，在工程实践中，也经常会遇到，它的形状与图3-24和图3-25所示者相似。图3-26多级轴流式压气机的通用特性曲线图3-26多级轴流式压气机的通用特性曲线为了排除大气温度和压力的变化对于同一台压气机特性曲线的影响，人们研究得知：应该用以下关系来表示压气机的通用特性曲线，即(3-27)式中的p1