【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的自由膨脹裕度。B支撐與滑銷系統(tǒng)目的是承受汽缸重量，并使汽缸在受熱狀況下按一定方向進(jìn)行膨脹。C噴嘴組和隔板噴嘴作用如前所述，它是將蒸汽熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的重要部件；隔板則使各組葉輪在單獨(dú)的蒸汽室中進(jìn)行，達(dá)到熱能的充分利用。D汽封裝置在汽缸兩端、葉輪和隔板處，為避免動(dòng)靜部件碰撞而留有間隙。由于這些間隙前后壓力差存在，主軸通過(guò)間隙處必然有漏氣，從而降低機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性并造成損失。汽封裝置作用就是減少漏氣，確保機(jī)組安全運(yùn)行。軸端漏氣不但造成部分蒸汽熱能的浪費(fèi)，影響汽輪機(jī)經(jīng)濟(jì)性，還會(huì)破壞潤(rùn)滑、造成油中帶水、軸承潤(rùn)滑不良等后果。另外，汽缸后側(cè)漏入空氣，對(duì)排氣溫度和凝汽設(shè)備的真空建立也有一定危害。汽輪機(jī)的汽封裝置有多種形式，最常用的是迷宮式汽封，通過(guò)蒸汽的節(jié)流降低密封齒前后的流動(dòng)壓差和流速，從而減少漏氣量，達(dá)到密封的目的。E軸承按其所起的作用可分為支持軸承（又叫徑向軸承）和推力軸承。支持軸承的作用是承受徑向力，保持主軸與汽缸中心線一致，確保轉(zhuǎn)子的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。推力軸承則用來(lái)承受轉(zhuǎn)子軸向力，限制轉(zhuǎn)子軸向串動(dòng)，保持轉(zhuǎn)子軸向位置。目前汽輪機(jī)和離心式壓縮機(jī)絕大多數(shù)采用的是油潤(rùn)滑動(dòng)壓軸承，通過(guò)建立油膜壓力承受載荷。汽輪機(jī)的功率和效率（1）汽輪機(jī)的功率我們知道，汽輪機(jī)的功是熱能轉(zhuǎn)換來(lái)的，而功率則表示單位時(shí)間的功。在汽輪機(jī)運(yùn)行管理工作中，將接觸到以下幾種功率：A理想功率表示不考慮任何損失，蒸汽在汽輪機(jī)中作理想膨脹，單位時(shí)間內(nèi)將全部熱能都轉(zhuǎn)換為功。1公斤蒸汽具有的能量可用熱量表示為：g=ioi排=GHt式中：io—在入口狀態(tài)參數(shù)下的新蒸汽的焓 i排—排氣壓力、溫度下的蒸汽的焓 Ht—理想焓降在理想的情況下，蒸汽能量都轉(zhuǎn)化為機(jī)械功應(yīng)為： L=427Q=427GHt在實(shí)際工作中，知道每小時(shí)的重量流量，就可相應(yīng)算出相應(yīng)的理想功率。B內(nèi)功率從理想功率中扣除內(nèi)部損失后得到的功率叫做內(nèi)功率。它表示汽輪機(jī)通流部分可以發(fā)出的功率。（所謂通流部分就是流經(jīng)汽輪機(jī)的蒸汽，經(jīng)過(guò)各級(jí)噴嘴和動(dòng)葉柵的流道完成二次能量轉(zhuǎn)換，這條汽道叫做通流部分）。C軸功率從內(nèi)功率中扣除外部損失消耗后的功率，叫做軸功率，它表示汽輪機(jī)軸端輸出功率，是可以被利用的功率，所以也叫有效功率。D汽輪機(jī)的效率效率是橫向經(jīng)濟(jì)性的重要指標(biāo)，由于汽輪機(jī)實(shí)際工作有各種損失，所以熱能并不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?。?shí)際發(fā)出的功率與理論上應(yīng)發(fā)出的功率之比，就是汽輪機(jī)的效率，叫做相對(duì)效率。相對(duì)內(nèi)效率：內(nèi)效率與理想功率之比叫做相對(duì)內(nèi)效率，它說(shuō)明內(nèi)部損失的大小。相對(duì)有效效率：汽輪機(jī)的軸功與理想功之比叫做相對(duì)有效效率。有效效率表明汽輪機(jī)內(nèi)部及外部損失的大小，表示汽輪機(jī)的綜合經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，汽輪機(jī)的功率越大，有效功率就越大，有效功率就越大。實(shí)際工作中還用實(shí)際有效汽耗率表示汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。汽耗率表示單位軸功率所消耗的蒸汽量。實(shí)際汽輪機(jī)汽耗率是用實(shí)驗(yàn)或計(jì)算的方法求得的。汽輪機(jī)的機(jī)械效率反映了汽輪機(jī)在機(jī)械方面的工作效能，它是軸功率和內(nèi)功率之比。第二節(jié) 離心式壓縮機(jī)、汽輪機(jī)運(yùn)行有關(guān)概念一、 臨界轉(zhuǎn)速我們知道，任何一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)都有自己固有的自振頻率，在一個(gè)初始干擾力作用以后就會(huì)以一種固有的振動(dòng)頻率產(chǎn)生振動(dòng)。如果一個(gè)周期性的干擾力是自始至終作用在系統(tǒng)上，就會(huì)迫使其作強(qiáng)迫振動(dòng)，振動(dòng)的頻率等于干擾力的頻率。如果干擾力的頻率恰好等于系統(tǒng)的自振頻率，那么振動(dòng)將隨時(shí)間的增加而迅速增加，在無(wú)阻尼的情況下，振幅會(huì)無(wú)限的增加下去，這種現(xiàn)象就是共振。壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子就是一個(gè)共振系統(tǒng)，本身有自己的固有自振頻率。在運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中總會(huì)受到一些干擾力的作用，如氣流力、增速器傳動(dòng)齒輪的作用力、相鄰汽缸轉(zhuǎn)子不對(duì)中時(shí)聯(lián)軸節(jié)傳來(lái)的作用力以及轉(zhuǎn)子本身殘余偏心產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)離心力等，這些力都是周期性的，并會(huì)以一定的頻率作用在轉(zhuǎn)子上。在這些干擾力中轉(zhuǎn)子殘余偏心產(chǎn)生的離心力對(duì)橫向振動(dòng)影響最大。這個(gè)離心力與轉(zhuǎn)速的平方成正比，使轉(zhuǎn)子做橫向強(qiáng)迫運(yùn)動(dòng)。其振動(dòng)頻率恰好等于щ。當(dāng)轉(zhuǎn)子達(dá)到某個(gè)轉(zhuǎn)速，這種強(qiáng)迫振動(dòng)頻率恰好等于轉(zhuǎn)子自振頻率或是其整數(shù)倍時(shí)，就發(fā)生共振，振幅就隨時(shí)間的增而迅速增加，這個(gè)轉(zhuǎn)速就是轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速在第一臨界和第二臨界轉(zhuǎn)速之間的轉(zhuǎn)子稱為柔性軸，工作轉(zhuǎn)速低于第一臨界轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)子為剛性軸。美國(guó)API標(biāo)準(zhǔn)對(duì)臨界轉(zhuǎn)速以及運(yùn)行轉(zhuǎn)速和臨界轉(zhuǎn)速之間的隔離裕度有嚴(yán)格的規(guī)定說(shuō)明。由于在臨界轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子振動(dòng)振幅很大，工作不穩(wěn)定，所以如果運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)引起軸和密封損壞及動(dòng)、靜部件相碰等嚴(yán)重事故。因此不允許轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速附近的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)運(yùn)行。對(duì)柔性軸來(lái)將，開車時(shí)必須迅速越過(guò)臨界轉(zhuǎn)速，這樣才不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)。二、 旋轉(zhuǎn)脫離、喘振離心壓縮機(jī)的運(yùn)行有一定的穩(wěn)定工作區(qū)。由于實(shí)際上常在變工況下運(yùn)行，有時(shí)就會(huì)偏離工作區(qū)運(yùn)行而出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，從而對(duì)機(jī)器設(shè)備造成危害。比如當(dāng)氣流小于一定值時(shí)，會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離，此時(shí)工況將是不穩(wěn)定的；如進(jìn)一步減少流量，則會(huì)發(fā)生喘振，這時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的氣流脈動(dòng)和周期性震蕩；當(dāng)流量增大到一定值時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)堵塞或滯止工況，這時(shí)流量不可能再增加。由于喘振在以后大機(jī)組運(yùn)行時(shí)是最重要的，我們將較多地介紹其有關(guān)內(nèi)容。下面就旋轉(zhuǎn)脫離、喘振分別予以介紹。1． 旋轉(zhuǎn)脫離離心壓縮機(jī)在設(shè)計(jì)工況運(yùn)行時(shí)，氣流的流動(dòng)方向與葉片的安裝角基本一致，無(wú)論是葉輪還是葉片擴(kuò)壓器，氣流均能順利地進(jìn)入流道，不出現(xiàn)（或略微產(chǎn)生）邊界層分離現(xiàn)象，如圖14所示。當(dāng)流量增大時(shí)，進(jìn)氣角增大，如圖所示，氣流射向吸力面，在工作面上將產(chǎn)生氣流邊界層分離現(xiàn)象。由于工作面出口處速度增加，壓力降低，使邊界層分離現(xiàn)象有些收縮，而不擴(kuò)大，在這種情況下，工況仍然是穩(wěn)定的。但當(dāng)流量見效時(shí)，進(jìn)氣角隨之減小，這時(shí)氣流射向壓力面，在吸力面上將產(chǎn)生邊界層分離現(xiàn)象；同時(shí)由于吸力面出口處，速度降低，壓力增加，存在逆向壓力差，從而使分離區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大，如圖所示。當(dāng)流量小于一定值時(shí)，分離區(qū)會(huì)很快擴(kuò)大，甚至充滿某幾個(gè)葉道，這時(shí)局部流通面積堵塞，氣流不能順利流過(guò)葉道，甚至局部出現(xiàn)倒流，工況將出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱作失速。由于氣流的不均勻性以及葉片幾何參數(shù)不可能完全相同（由于葉片型線加工情況和安裝情況不可能完全相同），當(dāng)流量小到一定值時(shí)，葉道中氣流邊界層的分離不可能在所有葉片表面上一下子同時(shí)發(fā)生，而總是在一個(gè)或幾個(gè)葉片上首先發(fā)生，形成了一個(gè)或幾個(gè)脫離團(tuán)。如圖15所示，假定葉道Ⅱ最先產(chǎn)生脫離團(tuán)，因而流入該葉道的氣流受到阻礙，因而相鄰葉道偏轉(zhuǎn)，使流如葉道Ⅰ的氣流角增大，流向葉道Ⅲ的氣流角減少，于是解除了葉道Ⅰ內(nèi)的氣流脫離，而使葉道Ⅲ內(nèi)出現(xiàn)脫離團(tuán)。流入葉道Ⅲ的氣流中又將發(fā)生偏轉(zhuǎn)；偏轉(zhuǎn)的氣流不斷使它前面的葉道解除脫離，而使后面的葉道形成脫離，出現(xiàn)脫離團(tuán)的傳播。脫離團(tuán)相對(duì)葉輪來(lái)說(shuō)，是和葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反的方向旋轉(zhuǎn)移動(dòng)，但由于旋轉(zhuǎn)移動(dòng)速度小于葉輪旋轉(zhuǎn)速度，所以在絕對(duì)運(yùn)動(dòng)中，分離團(tuán)移動(dòng)方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相同，這種現(xiàn)象稱作“旋轉(zhuǎn)脫離”。擴(kuò)壓器中也同樣存在旋轉(zhuǎn)脫離。帶葉片擴(kuò)壓器的壓縮機(jī)，一般是在葉片擴(kuò)壓器中最先發(fā)生旋轉(zhuǎn)脫離，如果是無(wú)葉擴(kuò)壓器，則在工作葉輪中先出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫離。旋轉(zhuǎn)脫離現(xiàn)象的出現(xiàn)，使級(jí)進(jìn)出口壓力、流量等參數(shù)產(chǎn)生強(qiáng)烈脈動(dòng)，且對(duì)葉片產(chǎn)生了周期性的交變作用力，導(dǎo)致葉片振動(dòng)。喘振（1）喘振的概念喘振是離心式壓縮機(jī)本身固有的特性，而造成喘振的唯一直接原因是進(jìn)氣量減小到一定值。從前面我們已經(jīng)知道，當(dāng)氣量減小到一定程度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)脫離，如這時(shí)進(jìn)一步減小流量，在葉片背面將形成很大的渦流區(qū)域，氣流分離層擴(kuò)及整個(gè)通道，以至充滿整個(gè)葉道，而把流道阻塞，氣流不能順利的流過(guò)，這時(shí)流動(dòng)嚴(yán)重惡化，壓縮機(jī)的出口壓力會(huì)突然大大下降，由于壓縮機(jī)總是和管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合工作，這時(shí)管網(wǎng)中的壓力不會(huì)馬上減低，于是管網(wǎng)中的氣體壓力就發(fā)大于壓縮機(jī)的出口處的壓力，因而管網(wǎng)中的氣體就倒流向壓縮機(jī)，一直到管網(wǎng)中的壓力下降到低于壓縮機(jī)的出口壓力為止，這時(shí)倒流停止，壓縮機(jī)又開始向管網(wǎng)供氣，經(jīng)過(guò)壓縮機(jī)的流量又增大，壓縮機(jī)又恢復(fù)到正常工作。但當(dāng)管網(wǎng)中的壓力恢復(fù)到原來(lái)壓力時(shí)，壓縮機(jī)的流量又減少，系統(tǒng)中的氣流又產(chǎn)生倒流，如此周而復(fù)始，就在整個(gè)系統(tǒng)中產(chǎn)生了周期性的氣流振蕩現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就稱作“喘振”。喘振現(xiàn)象不但和壓縮機(jī)中嚴(yán)重的旋轉(zhuǎn)脫離有關(guān)，還和管網(wǎng)系統(tǒng)有關(guān)。管網(wǎng)的容量越大，則喘振的振幅越大，頻率越低。喘振的頻率大致和管網(wǎng)容量的平方跟成反比。2 喘振的現(xiàn)象及判斷機(jī)組喘振時(shí)，壓縮機(jī)和其后的管道系統(tǒng)之間產(chǎn)生了一種低頻高振幅的壓力波動(dòng)，整個(gè)機(jī)組發(fā)生強(qiáng)力的振動(dòng)，發(fā)出嚴(yán)重的噪音，調(diào)節(jié)系統(tǒng)也大幅度的波動(dòng)。一般根據(jù)下列方法判斷是否進(jìn)入喘振工況。A監(jiān)測(cè)壓縮機(jī)出口管道氣流噪音。正常工況時(shí)出口的聲音是連續(xù)且較低的，而接近喘振時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的氣流產(chǎn)生周期性的振蕩，因而在出口管道處聲音是周期性的變化，喘振時(shí)，噪音加劇，甚至有爆音出現(xiàn)。B觀測(cè)壓縮機(jī)流量及出口壓力的變化。離心式壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)其出口壓力和進(jìn)口流量變化是不大的，是脈動(dòng)的：當(dāng)接近或進(jìn)入喘振工況時(shí)，二者的變化很大，發(fā)生周期性大幅度的脈動(dòng)。C觀測(cè)機(jī)體和軸振動(dòng)情況。當(dāng)接近或進(jìn)入喘振工況時(shí)，機(jī)體和軸振動(dòng)都發(fā)生強(qiáng)烈的振動(dòng)變化，其振幅要比平常運(yùn)行時(shí)大大增加。（3） 喘振的危害 喘振是離心式壓縮機(jī)性能反常的一種不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)生喘振時(shí)，表現(xiàn)為整個(gè)機(jī)組管網(wǎng)系統(tǒng)氣流周期性的振蕩。不但會(huì)使壓縮機(jī)的性能顯著惡化、氣流參數(shù)（壓力、流量）產(chǎn)生大幅度脈動(dòng)、大大加劇了整個(gè)壓縮機(jī)的振動(dòng)，還會(huì)使壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子及定子元件經(jīng)受交變動(dòng)應(yīng)力，級(jí)見壓力失調(diào)引起強(qiáng)烈的振動(dòng)，使密封及軸承損壞，甚至發(fā)生轉(zhuǎn)子及定子元件相碰、壓送氣體外泄、引起爆炸等惡性時(shí)間，因此在操作中必須避免在喘振工況下運(yùn)行。 ⑷喘振的基本原因?qū)嶋H運(yùn)行中引起壓縮機(jī)喘振的原因很多，但基本原因上不外乎下述兩種：第一種：實(shí)際運(yùn)行流量小于喘振流量，諸如生產(chǎn)減量過(guò)多、吸入氣源不足、入口過(guò)濾器堵塞、管道阻力大、葉輪通道或氣流通道堵塞等。第二種：壓縮機(jī)的出口壓力低于管網(wǎng)壓力。諸如管網(wǎng)阻力增大、進(jìn)氣壓力過(guò)低、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速變化等。壓縮機(jī)的出口壓力低于管網(wǎng)壓力，就會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)的運(yùn)行工作點(diǎn)向小流量區(qū)域移動(dòng)，從而進(jìn)入喘振工況。這與前面提高的“造成喘振的唯一直接原因是進(jìn)氣減小到一定值”并不矛盾。⑸喘振曲線和防喘振曲線由于對(duì)每一轉(zhuǎn)速，壓縮機(jī)都有對(duì)應(yīng)的喘振流量，小于喘振流量，壓縮機(jī)即發(fā)生喘振，我們將各轉(zhuǎn)速下所發(fā)生的喘振的點(diǎn)連接起來(lái)（特性曲線上的喘振點(diǎn)連接起來(lái)），即可以得到一曲線，即為壓縮機(jī)的喘振曲線，如圖16所示。因此，千萬(wàn)不要讓壓縮機(jī)在圖示的喘振區(qū)內(nèi)運(yùn)行。這將通過(guò)防喘振控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。后面介紹。喘振曲線通常呈拋物線形，而考慮了防喘振裕度后，就可以在其右邊畫出一條與啁振曲線相近的一條線，這就是保護(hù)曲線。保護(hù) 曲線 沒(méi)有必要與此同時(shí)振曲線完全相似，或由喘振曲線平移來(lái)獲得，而只要能保證壓縮機(jī)在正常運(yùn)轉(zhuǎn)范圍內(nèi)有合適的裕并即可。這就使得防喘振控制系統(tǒng)儀表的配置和選用變得極為簡(jiǎn)單，并更具合理性。 在某一轉(zhuǎn)速下，壓縮機(jī)的實(shí)際流量與該轉(zhuǎn)速下的喘振流量之比叫喘振裕度。裕度太大，則功率耗量增加，經(jīng)濟(jì)性差，太汪則離喘振點(diǎn)太近，安全性差。一般防喘振裕度在110%—125%左右，在決定裕度大小時(shí)，還應(yīng)把調(diào)節(jié)