Vous donner une compréhension complète de la structure, du principe de fonctionnement, des avantages et des inconvénients des compresseurs axiaux
Connaissance des compresseurs axiaux
Les compresseurs axiaux et les compresseurs centrifuges appartiennent tous deux aux compresseurs à vitesse et sont tous deux appelés compresseurs à turbine ;la signification des compresseurs à vitesse signifie que leurs principes de fonctionnement reposent sur les pales pour travailler sur le gaz et faire d'abord circuler le gaz. La vitesse d'écoulement est considérablement augmentée avant de convertir l'énergie cinétique en énergie de pression.Comparé au compresseur centrifuge, étant donné que le flux de gaz dans le compresseur ne se fait pas dans la direction radiale, mais dans la direction axiale, la plus grande caractéristique du compresseur à flux axial est que la capacité de débit de gaz par unité de surface est grande, et la même En fonction du volume de gaz de traitement, la dimension radiale est petite, particulièrement adaptée aux occasions nécessitant un débit important.De plus, le compresseur à flux axial présente également les avantages d’une structure simple, d’un fonctionnement et d’une maintenance pratiques.Cependant, il est évidemment inférieur aux compresseurs centrifuges en termes de profil de pale complexe, d'exigences élevées en matière de processus de fabrication, de zone de travail étroite et stable et de petite plage de réglage du débit à vitesse constante.
La figure suivante est un diagramme schématique de la structure du compresseur à flux axial de la série AV :
1. Châssis
Le carter du compresseur à flux axial est conçu pour être fendu horizontalement et est en fonte (acier).Il présente les caractéristiques d'une bonne rigidité, d'aucune déformation, d'une absorption du bruit et d'une réduction des vibrations.Serrez avec des boulons pour relier les moitiés supérieure et inférieure en un tout très rigide.
Le boîtier repose sur la base en quatre points, et les quatre points d'appui sont placés des deux côtés du boîtier inférieur à proximité de la surface médiane fendue, de sorte que le support de l'unité présente une bonne stabilité.Deux des quatre points d'appui sont des points fixes et les deux autres sont des points coulissants.La partie inférieure du boîtier est également dotée de deux clavettes de guidage dans la direction axiale, qui sont utilisées pour la dilatation thermique de l'unité pendant le fonctionnement.
Pour les grandes unités, le point de support coulissant est soutenu par un support pivotant et des matériaux spéciaux sont utilisés pour réduire la dilatation thermique et réduire le changement de hauteur centrale de l'unité.De plus, un support intermédiaire est prévu pour augmenter la rigidité de l'ensemble.
2. Cylindre de roulement à palettes statique
Le cylindre de roulement d'aubes fixes est le cylindre de support pour les aubes fixes réglables du compresseur.Il est conçu comme une division horizontale.La taille géométrique est déterminée par la conception aérodynamique, qui constitue le contenu essentiel de la conception de la structure du compresseur.La bague d'admission correspond à l'extrémité d'admission du cylindre de roulement à aubes fixe, et le diffuseur correspond à l'extrémité d'échappement.Ils sont respectivement reliés au carter et au manchon d'étanchéité pour former le passage convergent de l'extrémité d'admission et le passage d'expansion de l'extrémité d'échappement.Un canal et le canal formé par le rotor et le cylindre de roulement à aubes sont combinés pour former un canal d'écoulement d'air complet du compresseur à écoulement axial.
Le corps du cylindre du roulement à palettes stationnaire est moulé en fonte ductile et a été usiné avec précision.Les deux extrémités prennent respectivement appui sur le boîtier, l'extrémité proche du côté échappement est un support coulissant, et l'extrémité proche du côté entrée d'air est un support fixe.
Il existe des aubes directrices rotatives à différents niveaux et des roulements à aubes automatiques, des manivelles, des curseurs, etc. pour chaque aube directrice sur le cylindre de roulement d'aube.Le roulement à feuilles stationnaire est un roulement à encre sphérique avec un bon effet autolubrifiant et sa durée de vie est de plus de 25 ans, ce qui est sûr et fiable.Une bague d'étanchéité en silicone est installée sur la tige de la palette pour empêcher les fuites de gaz et l'entrée de poussière.Des bandes d'étanchéité de remplissage sont prévues sur le cercle extérieur de l'extrémité d'échappement du cylindre de roulement et sur le support du carter pour éviter les fuites.
3. Cylindre de réglage et mécanisme de réglage des palettes
Le cylindre de réglage est soudé par des plaques d'acier, fendues horizontalement, et la surface médiane fendue est reliée par des boulons, qui ont une grande rigidité.Il est supporté à l'intérieur du boîtier en quatre points et les quatre paliers de support sont en métal « Du » non lubrifié.Les deux pointes d'un côté sont semi-fermées, permettant un mouvement axial ;les deux points de l'autre côté sont développés. Le type permet une dilatation thermique axiale et radiale, et des anneaux de guidage de différents étages d'aubes sont installés à l'intérieur du cylindre de réglage.
Le mécanisme de réglage des pales du stator est composé d'un servomoteur, d'une plaque de connexion, d'un cylindre de réglage et d'un cylindre de support de pale.Sa fonction est d'ajuster l'angle des aubes du stator à tous les niveaux du compresseur pour répondre aux conditions de travail variables.Deux servomoteurs sont installés des deux côtés du compresseur et connectés au cylindre de réglage via la plaque de connexion.Le servomoteur, la centrale pétrolière, l'oléoduc et un ensemble d'instruments de contrôle automatique forment un servomécanisme hydraulique permettant de régler l'angle de la palette.Lorsque l'huile haute pression de 130 bars de la station d'huile électrique agit, le piston du servomoteur est poussé pour se déplacer, et la plaque de connexion entraîne le cylindre de réglage à se déplacer de manière synchrone dans la direction axiale, et le curseur entraîne la rotation de l'aube du stator. à travers la manivelle, de manière à atteindre l'objectif d'ajuster l'angle de l'aube du stator.Il ressort des exigences de conception aérodynamique que la quantité de réglage de l'angle des aubes de chaque étage du compresseur est différente, et généralement la quantité de réglage diminue successivement du premier étage au dernier étage, ce qui peut être réalisé en sélectionnant la longueur de la manivelle, c'est-à-dire du premier étage au dernier étage augmentant en longueur.
Le cylindre de réglage est également appelé « cylindre central » car il est placé entre le carter et le cylindre porte-lame, tandis que le carter et le cylindre porte-lame sont appelés respectivement « cylindre extérieur » et « cylindre intérieur ».Cette structure cylindrique à trois couches réduit considérablement la déformation et la concentration de contraintes de l'unité dues à la dilatation thermique, et empêche en même temps le mécanisme de réglage de la poussière et des dommages mécaniques causés par des facteurs externes.
4. rotor et pales
Le rotor est composé de l'arbre principal, de pales mobiles à tous les niveaux, de blocs d'espacement, de groupes de verrouillage de pales, de pales d'abeille, etc. Le rotor a une structure de diamètre intérieur égal, ce qui est pratique pour le traitement.
La broche est forgée en acier fortement allié.La composition chimique du matériau de l'arbre principal doit être strictement testée et analysée, et l'indice de performance est vérifié par le bloc de test.Après un usinage grossier, un essai de marche à chaud est nécessaire pour vérifier sa stabilité thermique et éliminer une partie des contraintes résiduelles.Une fois les indicateurs ci-dessus qualifiés, il peut être mis en usinage de finition.Une fois la finition terminée, une inspection par coloration ou une inspection par particules magnétiques est requise au niveau des tourillons aux deux extrémités, et les fissures ne sont pas autorisées.
Les lames mobiles et les lames fixes sont constituées d'ébauches de forgeage en acier inoxydable, et les matières premières doivent être inspectées pour vérifier leur composition chimique, leurs propriétés mécaniques, les inclusions de scories non métalliques et les fissures.Une fois la lame polie, un sablage humide est effectué pour améliorer la résistance à la fatigue de la surface.La lame de formage doit mesurer la fréquence et, si nécessaire, réparer la fréquence.
Les pales mobiles de chaque étage sont installées dans la rainure verticale rotative de racine de pale en forme d'arbre le long de la direction circonférentielle, et les blocs d'espacement sont utilisés pour positionner les deux pales, et les blocs d'espacement de verrouillage sont utilisés pour positionner et verrouiller les deux pales mobiles. installés à la fin de chaque étape.serré.
Il y a deux disques d'équilibrage traités aux deux extrémités de la roue, et il est facile d'équilibrer les poids sur deux plans.Le plateau d'équilibrage et le manchon d'étanchéité forment un piston d'équilibrage, qui fonctionne à travers le tuyau d'équilibrage pour équilibrer une partie de la force axiale générée par le pneumatique, réduire la charge sur le palier de butée et rendre le roulement dans un environnement plus sûr.
5. Glande
Il y a des manchons d'étanchéité d'extrémité d'arbre respectivement du côté admission et du côté échappement du compresseur, et les plaques d'étanchéité intégrées dans les parties correspondantes du rotor forment un joint labyrinthe pour empêcher les fuites de gaz et les infiltrations internes.Afin de faciliter l'installation et la maintenance, il est ajusté grâce au bloc de réglage situé sur le cercle extérieur du manchon d'étanchéité.
6. Boîte de roulement
Des roulements radiaux et des butées sont disposés dans le boîtier de roulements, et l'huile destinée à lubrifier les roulements est collectée dans le boîtier de roulements et renvoyée au réservoir d'huile.Habituellement, le fond de la boîte est équipé d'un dispositif de guidage (lorsqu'il est intégré), qui coopère avec la base pour centrer l'unité et se dilater thermiquement dans la direction axiale.Pour le boîtier de roulement divisé, trois clés de guidage sont installées au bas du côté pour faciliter la dilatation thermique du boîtier.Une clé de guidage axial est également disposée sur un côté du boîtier pour correspondre au boîtier.Le boîtier de roulements est équipé de dispositifs de surveillance tels que la mesure de la température des roulements, la mesure des vibrations du rotor et la mesure du déplacement de l'arbre.
7. roulement
La majeure partie de la poussée axiale du rotor est supportée par le plateau d'équilibrage, et la poussée axiale restante d'environ 20 ~ 40 kN est supportée par le palier de butée.Les patins de poussée peuvent être automatiquement ajustés en fonction de la taille de la charge pour garantir que la charge sur chaque patin est uniformément répartie.Les patins de poussée sont en alliage Babbitt moulé en acier au carbone.
Il existe deux types de roulements radiaux.Les compresseurs à haute puissance et à faible vitesse utilisent des roulements elliptiques, et les compresseurs à faible puissance et à grande vitesse utilisent des roulements à patins inclinables.
Les unités à grande échelle sont généralement équipées de dispositifs de vérin à haute pression pour faciliter le démarrage.La pompe haute pression génère une haute pression de 80 MPa en peu de temps, et un pool d'huile haute pression est installé sous le roulement radial pour soulever le rotor et réduire la résistance au démarrage.Après le démarrage, la pression d'huile chute à 5~15MPa.
Le compresseur à flux axial fonctionne dans les conditions de conception.Lorsque les conditions de fonctionnement changent, son point de fonctionnement quittera le point de conception et entrera dans la zone des conditions de fonctionnement non conçues.À l’heure actuelle, la situation réelle du débit d’air est différente des conditions de fonctionnement de conception., et dans certaines conditions, une condition d'écoulement instable se produit.Du point de vue actuel, il existe plusieurs conditions de travail instables typiques : à savoir les conditions de travail en décrochage rotatif, les conditions de travail en surtension et les conditions de travail bloquantes, et ces trois conditions de travail appartiennent aux conditions de travail aérodynamiques instables.
Lorsque le compresseur à flux axial fonctionne dans ces conditions de travail instables, non seulement les performances de travail seront considérablement détériorées, mais parfois de fortes vibrations se produiront, de sorte que la machine ne pourra pas fonctionner normalement, et même de graves accidents de dommages se produiront.
1. Décrochage rotatif du compresseur à flux axial
La zone située entre l'angle minimum de l'aube fixe et la ligne d'angle de fonctionnement minimum de la courbe caractéristique du compresseur à flux axial est appelée zone de décrochage rotatif, et le décrochage rotatif est divisé en deux types : décrochage progressif et décrochage brusque.Lorsque le volume d'air est inférieur à la limite de la ligne de décrochage rotatif du ventilateur principal à flux axial, le flux d'air à l'arrière de la pale se détachera et le flux d'air à l'intérieur de la machine formera un flux pulsé, ce qui entraînera la pale à générer des contraintes alternées et provoquer des dommages dus à la fatigue.
Afin d'éviter le calage, l'opérateur doit se familiariser avec la courbe caractéristique du moteur et traverser rapidement la zone de calage pendant le processus de démarrage.Pendant le processus de fonctionnement, l'angle minimum des pales du stator ne doit pas être inférieur à la valeur spécifiée conformément aux réglementations du fabricant.
2. Surtension du compresseur axial
Lorsque le compresseur fonctionne conjointement avec un réseau de canalisations d'un certain volume, lorsque le compresseur fonctionne à un taux de compression élevé et un faible débit, une fois que le débit du compresseur est inférieur à une certaine valeur, le flux d'air d'arc arrière des pales sera sérieusement séparé jusqu'à ce que le passage soit bloqué, et le flux d'air pulsera fortement.Et formez une oscillation avec la capacité d'air et la résistance de l'air du réseau de tuyaux de sortie.À ce stade, les paramètres de débit d'air du système de réseau fluctuent considérablement dans leur ensemble, c'est-à-dire que le volume et la pression de l'air changent périodiquement avec le temps et l'amplitude ;la puissance et le son du compresseur changent périodiquement..Les changements mentionnés ci-dessus sont très graves, provoquant de fortes vibrations du fuselage et même la machine ne peut pas maintenir un fonctionnement normal.Ce phénomène est appelé surtension.
Étant donné que la surtension est un phénomène qui se produit dans l'ensemble de la machine et du système de réseau, elle n'est pas seulement liée aux caractéristiques de débit interne du compresseur, mais dépend également des caractéristiques du réseau de canalisations, et son amplitude et sa fréquence sont dominées par le volume. du réseau de canalisations.
Les conséquences d’une surtension sont souvent graves.Cela entraînerait des contraintes et des fractures alternées sur les composants du rotor et du stator du compresseur, provoquant une anomalie de pression entre les étages, provoquant de fortes vibrations, entraînant des dommages aux joints et aux paliers de butée et provoquant la collision du rotor et du stator., provoquant de graves accidents.En particulier pour les compresseurs à flux axial haute pression, les surtensions peuvent détruire la machine en peu de temps, de sorte que le compresseur n'est pas autorisé à fonctionner dans des conditions de surtension.
D'après l'analyse préliminaire ci-dessus, il est connu que le pic est d'abord provoqué par le décrochage de rotation provoqué par le non-ajustement des paramètres aérodynamiques et des paramètres géométriques dans la cascade d'aubes du compresseur dans des conditions de travail variables.Mais tous les décrochages en rotation n'entraîneront pas nécessairement un surtension, cette dernière étant également liée au système de canalisations, la formation du phénomène de surtension comprend donc deux facteurs : en interne, cela dépend du compresseur à flux axial. Dans certaines conditions, un décrochage soudain se produit ;extérieurement, elle est liée à la capacité et à la ligne caractéristique du réseau de canalisations.La première est une cause interne, tandis que la seconde est une condition externe.La cause interne ne favorise la montée en puissance qu’avec la coopération de conditions externes.
3. Blocage du compresseur axial
La zone de la gorge des pales du compresseur est fixe.Lorsque le débit augmente, en raison de l'augmentation de la vitesse axiale du flux d'air, la vitesse relative du flux d'air augmente et l'angle d'attaque négatif (l'angle d'attaque est l'angle entre la direction du flux d'air et l'angle d'installation de l'entrée de la lame) augmente également.A ce moment, le débit d'air moyen sur la plus petite section de l'entrée de la cascade atteindra la vitesse du son, de sorte que le débit à travers le compresseur atteindra une valeur critique et ne continuera pas à augmenter.Ce phénomène est appelé blocage.Ce blocage des aubes primaires détermine le débit maximum du compresseur.Lorsque la pression d'échappement diminue, le gaz dans le compresseur augmentera le débit en raison de l'augmentation du volume d'expansion, et un blocage se produira également lorsque le flux d'air atteindra la vitesse du son dans la cascade finale.Étant donné que le flux d'air de la pale finale est bloqué, la pression de l'air devant la pale finale augmente et la pression de l'air derrière la pale finale diminue, provoquant une augmentation de la différence de pression entre l'avant et l'arrière de la pale finale, de sorte que la force sur l'avant et l'arrière de la lame finale est déséquilibrée et des contraintes peuvent être générées.causer des dommages à la lame.
Lorsque la forme des pales et les paramètres de cascade d'un compresseur à flux axial sont déterminés, ses caractéristiques de blocage sont également fixées.Les compresseurs axiaux ne doivent pas fonctionner trop longtemps dans la zone située sous la conduite d'étranglement.
D'une manière générale, le contrôle anti-colmatage du compresseur à flux axial n'a pas besoin d'être aussi strict que le contrôle anti-surtension, l'action de contrôle n'a pas besoin d'être rapide et il n'est pas nécessaire de définir un point d'arrêt de déclenchement.Quant à savoir s'il faut régler le contrôle anti-colmatage, c'est également au compresseur lui-même de demander une décision.Certains fabricants ont pris en compte le renforcement des pales dans la conception, afin qu'elles puissent résister à l'augmentation des contraintes de flottement et n'aient donc pas besoin de mettre en place un contrôle de blocage.Si le fabricant ne considère pas que la résistance de la lame doit être augmentée lorsque le phénomène de blocage se produit dans la conception, des dispositifs de contrôle automatique antiblocage doivent être prévus.
Le schéma de contrôle anti-colmatage du compresseur à flux axial est le suivant : une vanne papillon anti-colmatage est installée sur la canalisation de sortie du compresseur, et les deux signaux de détection du débit d'entrée et de la pression de sortie sont simultanément entrés dans le régulateur anti-colmatage.Lorsque la pression de sortie de la machine chute anormalement et que le point de fonctionnement de la machine tombe en dessous de la ligne antiblocage, le signal de sortie du régulateur est envoyé à la vanne antiblocage pour rendre la vanne plus petite, de sorte que la pression de l'air augmente. , le débit diminue et le point de travail entre dans la ligne antiblocage.Au-dessus de la ligne de blocage, la machine élimine la condition de blocage.
