《轴流式压缩机》课件2

轴流式压缩机高效气体压缩设备，气流沿轴向流动广泛应用于航空、发电和工业领域目录1轴流式压缩机概述2基本结构3工作原理4性能特性第一章：轴流式压缩机概述定义与应用历史发展类型比较1.1定义与应用定义气流沿轴向流动的连续流动压缩机特点高流量、多级压缩、效率高应用航空发动机、燃气轮机、工业过程1.2历史发展1早期阶段1900年代初步概念提出2成熟期二战期间推动喷气发动机发展3现代发展计算流体力学辅助设计优化1.3与其他压缩机类型的比较类型流量压比效率轴流式高中高离心式中高中容积式低高低第二章：轴流式压缩机的基本结构1进气导叶2动叶与静叶3转子与静子4机匣与轴承2.1主要组成部件转子系统动叶、轴、轮盘静子系统静叶、机匣、导向器支撑系统轴承、密封、进出口2.2转子结构鼓型结构轮盘通过中央轴连接整体式结构单体锻造成型，高强度盘环式结构轮盘与隔环交替安装2.3静子结构1机匣外壳支撑，承受内部压力2静叶支架固定静叶，导向气流3分离环分隔级间，控制气流4进出口装置引导气流进出压缩机2.4进气导叶功能调整进气角度，控制流量结构可调节叶片，控制机构特点可变几何设计，提高适应性2.5动叶形状设计复杂三维扭曲，优化气动安装方式榫头连接，防止松动材料制造钛合金、高温合金，精密加工2.6静叶静叶将动能转化为压力能，引导气流进入下一级根据位置不同，形状各异，材料要求高2.7出口导叶1减速作用降低气流速度2导向功能稳定出口气流3压力恢复提高总压回收第三章：工作原理气流进入经进气导叶调整1动叶加速增加气流动能2静叶扩压动能转为压力能3多级压缩压力逐级提高4气流排出达到设计压力53.1基本工作过程进气低压气体从入口进入加速动叶给气流增加动能扩压静叶将动能转化为压力能循环压缩多级串联提高压力排气高压气体从出口排出3.2气体流动路径1轴向主流沿轴向流动，是主要流动2二次流动包括泄漏流、间隙流等3叶尖泄漏影响压缩效率的关键因素4端壁流动在叶片根部和机匣处的复杂流动3.3能量转换过程机械能输入转子由外部驱动旋转动能增加动叶将机械能转为气流动能压力能转换静叶将动能转为压力能多级累积逐级提高气体压力和温度3.4压力上升原理动叶作用提高气体总压和动压转子做功于气体静叶作用将动压转化为静压气流扩散减速级效应动静叶组合形成一级多级串联提高总压比3.5速度三角形分析第四章：性能特性工作特性图压比-流量-转速关系效率曲线最佳工作点与效率变化稳定工作范围喘振边界与堵塞限制匹配特性与系统其他部件协调工作4.1压比与流量关系流量百分比压比4.2效率曲线流量百分比效率4.3喘振现象定义气流不稳定，周期性逆流特征压力脉动，振动，噪声增大危害可能导致叶片破坏，性能下降4.4堵塞现象1定义流道中气流达到声速，限制流量增加2位置通常发生在后级叶片通道3影响限制压缩机最大流量4防止措施合理设计流道面积分布4.5工作特性图流量90%转速100%转速110%转速第五章：设计考虑因素气动设计流道形状，叶型优化1结构设计强度，振动，重量2材料选择高温，抗疲劳，轻量化3制造工艺精密加工，装配精度4可靠性设计寿命预测，安全裕度55.1气动设计叶型设计三维造型，控制气流分布流道设计合理收缩，减少损失CFD分析预测性能，优化设计5.2结构设计1强度设计承受离心力，气动载荷，热载荷2振动设计避免共振，控制振型3轻量化设计减轻重量，优化材料分布4热膨胀考虑控制间隙，保证配合5.3材料选择部件材料特性前级叶片钛合金轻质高强中级叶片不锈钢耐腐蚀后级叶片高温合金耐高温机匣铝合金/钢轻质/高强5.4叶片设计叶型剖面气动外形，入出口角度榫头结构连接方式，减振设计强度分布厚度变化，应力控制5.5轴承设计类型选择滚动轴承，滑动轴承润滑系统油量控制，冷却支撑结构刚度要求，振动传递5.6密封设计迷宫密封无接触，多齿设计刷式密封柔性接触，适应性好蜂窝密封可磨损，控制间隙机械密封高压差，防泄漏第六章：制造与装配零部件制造精密加工，质量控制部件装配转子平衡，分组装配整机组装对中，间隙调整测试验证性能检测，质量验收6.1精密加工技术精密铣削、电火花、增材制造等技术确保高精度表面处理技术提高耐磨性和抗疲劳性能6.2叶片制造锻造工艺高强度，纤维流向控制精密铸造复杂形状，高效率数控加工高精度，柔性生产表面处理抛光，涂层，喷丸强化6.3转子平衡低速平衡单平面，静态不平衡高速平衡双平面，动态平衡整体平衡最终装配状态下平衡6.4装配流程1部件检验尺寸测量，外观检查2转子装配叶片安装，轮盘组合3静子组装静叶安装，机匣组合4转静组合装入机匣，调整间隙5辅助系统润滑，密封，仪表安装6最终检验旋转测试，密封检查6.5质量控制尺寸检测三坐标测量，激光扫描无损检测超声波，X射线，涡流材料验证化学成分，机械性能文档管理过程记录，追溯体系第七章：运行与维护启动程序预热，逐步升速运行监控参数记录，状态评估维护保养定期检修，状态维护故障处理诊断分析，应急措施7.1启动程序启动前检查润滑油，冷却水，阀门位置低速旋转检查振动和轴承温度逐步升速分段提速，监测参数达到工作状态调整流量，压力至目标值7.2正常运行监控监测参数正常范围报警值进出口压力设计值±5%±10%轴承温度＜80℃＞95℃振动值＜30μm＞50μm流量70%~105%＜65%7.3停机程序1减负荷逐步降低压缩机负荷2降速控制转速缓慢下降3关闭进气当转速降至安全值时4冷却保持润滑油循环一段时间7.4日常维护润滑系统油位检查，油质分析过滤系统滤芯更换，压差监测振动监测数据记录，趋势分析泄漏检查密封状况，连接处检查7.5故障诊断振动异常不平衡轴不对中叶片松动性能下降叶片污垢间隙增大叶片损伤异常噪声喘振机械摩擦轴承故障7.6检修与大修1A级检修外部检查，不解体，4000小时2B级检修部分解体，更换易损件，8000小时3C级检修全面解体，全面检查，16000小时4大修完全翻新，升级改造，40000小时第八章：优化与改进1气动优化提高效率，拓宽稳定工作范围2结构优化减轻重量，提高可靠性3系统集成智能控制，数字化诊断8.1效率提升方法三维叶片设计控制流动分离，减少二次流动间隙控制技术主动控制叶尖间隙表面处理降低粗糙度，减少摩擦进气控制可变导叶，优化流量分配8.2噪声控制1气动噪声优化叶片间距，减少干涉2机械噪声减振隔振，平衡优化3声学处理吸声材料，消声装置4管道设计避免共振，减少传播8.3振动抑制摩擦阻尼榫头接触面阻尼设计结构阻尼复合材料，减振结构主动控制传感器，执行器，控制算法8.4寿命延长技术材料升级高性能合金，复合材料1表面处理涂层技术，表面强化2结构优化应力分布，疲劳设计3预测维护健康监测，寿命预测48.5智能化控制数据采集传感器网络，实时监测数据分析模式识别，趋势预测决策制定专家系统，深度学习控制执行自适应控制，优化运行第九章：应用领域广泛应用于航空、电力、工业和制冷领域不同应用对压比、流量和效率要求各异9.1航空发动机20+压比现代高性能发动机压比超过2090%效率压缩机峰值效率可达90%以上15级数典型高压压缩机有9-15级35000转速高压轴转速可达35000转/分9.2工业用压缩机空气分离制氧、制氮、稀有气体提取管道输送天然气、合成气长距离输送冶金行业高炉鼓风，煤气回收利用石化工业工艺气体压缩，催化裂化9.3燃气轮机发电用大型电站，分布式能源机械驱动船舶推进，泵站驱动联合循环高效发电，热电联产9.4制冷系统1大型冷水机组大型公共建筑空调系统2工业冷冻食品加工，化工冷却3液化气体天然气液化，空气分离4热泵系统能量回收，余热利用第十章：未来发展趋势1智能化自诊断，自适应控制