軸流コンプレッサーの構造、動作原理、メリット・デメリットを総合的に理解します。
軸流コンプレッサーに関する知識
軸流圧縮機と遠心圧縮機はどちらも速度型圧縮機に属し、両方ともタービン圧縮機と呼ばれます。スピードタイプコンプレッサーの意味は、その動作原理がブレードに依存してガスに作用し、まずガスを流すことです。運動エネルギーを圧力エネルギーに変換する前に、流速が大幅に増加します。遠心圧縮機と比較して、圧縮機内のガスの流れが径方向ではなく軸方向であるため、単位面積当たりのガス流量が大きく、同じ流量が得られるのが軸流圧縮機の最大の特徴です。処理ガス量を前提に径寸法を小さくしており、特に大流量を必要とする場合に適しています。さらに、軸流圧縮機は構造が簡単で、操作やメンテナンスが容易であるという利点もあります。ただし、複雑なブレード形状、高い製造プロセス要件、狭い安定した作業領域、一定速度での流量調整範囲が狭いという点で、遠心圧縮機よりも明らかに劣っています。
次の図は、AV シリーズ軸流圧縮機の構造の概略図です。
1.シャーシ
軸流圧縮機のケーシングは水平分割構造となっており、鋳鉄（鋼）製です。剛性が高く、変形がなく、騒音を吸収し、振動を軽減するという特徴があります。上半分と下半分をボルトで締めて、非常に剛性の高い全体に接続します。
筐体はベース上で４点で支持されており、その４点の支持点は下筐体の中間分割面に近い両側に設定されているため、ユニットの支持は安定している。4 つの支持点のうち 2 つは固定点で、残りの 2 つはスライド点です。また、ケーシング下部には軸方向に2本のガイドキーが設けられており、動作時のユニットの熱膨張を吸収します。
大型ユニットではスライド支点をスイングブラケットで支持し、特殊材質を使用することで熱膨張を小さくし、ユニット中心高さの変化を軽減します。さらに中間サポートを設けてユニットの剛性を高めています。
2.静翼軸受シリンダ
静翼ベアリング シリンダは、圧縮機の調整可能な静翼のサポート シリンダです。水平分割として設計されています。幾何学的サイズは、コンプレッサー構造設計の中核となる空力設計によって決まります。インレットリングは固定ベーンベアリングシリンダーの吸気端と一致し、ディフューザーは排気端と一致します。それらはそれぞれケーシングとシールスリーブに接続され、吸気端の収束通路と排気端の膨張通路を形成する。チャネルと、ロータおよびベーンベアリングシリンダによって形成されるチャネルとが組み合わされて、軸流圧縮機の完全な空気流チャネルが形成される。
静翼軸受シリンダのシリンダ本体はダクタイル鋳鉄で精密加工されています。両端はそれぞれケーシングに支持されており、排気側に近い端は摺動支持、吸気側に近い端は固定支持となっている。
ベーンベアリングシリンダー上の各ガイドベーンには、さまざまなレベルの回転可能なガイドベーンと自動ベーンベアリング、クランク、スライダーなどが存在します。固定リーフベアリングは、優れた自己潤滑効果を備えた球面インクベアリングであり、その耐用年数は25年以上で、安全で信頼性があります。ガス漏れや塵埃の侵入を防ぐために、シリコン製シールリングがベーン茎に取り付けられています。漏れを防ぐために、ベアリングシリンダーの排気端の外周とケーシングのサポートに充填シールストリップが設けられています。
3. アジャストシリンダーとベーン調整機構
アジャストシリンダーは鋼板を溶接し、水平に分割し、中間の分割面をボルトで結合しているため剛性が高くなります。ケーシング内で4点支持されており、4つの支持軸受には無潤滑のDu金属が使用されています。片側の 2 つの点は半閉じており、軸方向の移動が可能です。反対側の2点を展開。アキシアル方向とラジアル方向の熱膨張を許容するタイプで、調整シリンダー内に各段のベーンのガイドリングが組み込まれています。
ステータブレード調整機構は、サーボモータ、連結プレート、調整シリンダ、ブレード支持シリンダから構成されます。その機能は、変化する作動条件に合わせてコンプレッサーのすべてのレベルでステーター ブレードの角度を調整することです。サーボモーターはコンプレッサーの両側に2台設置されており、接続プレートを介して調整シリンダーと接続されています。サーボ モーター、パワー オイル ステーション、オイル パイプライン、および一連の自動制御機器により、ベーンの角度を調整するための油圧サーボ機構が形成されます。パワーオイルステーションからの130barの高圧オイルが作用すると、サーボモーターのピストンが押されて移動し、連結プレートが調整シリンダーを駆動して軸方向に同期して移動し、スライダーが静翼を回転駆動します。ステータベーンの角度を調整するという目的を達成するために、クランクを通して。空力設計要件からわかるように、圧縮機の各段のベーン角度の調整量は異なり、一般に初段から最終段に向かって調整量が連続的に減少しており、これは長さを選択することで実現できます。クランクの長さ、つまり初段から最終段にかけて長さが増加します。
調整筒はケーシングと羽根受け筒の間にあるため「中筒」とも呼ばれ、ケーシングと羽根受け筒をそれぞれ「外筒」、「内筒」と呼びます。この3層シリンダー構造により、熱膨張によるユニットの変形や応力集中を大幅に軽減するとともに、調整機構への塵埃や外的要因による機械的損傷を防止します。
4. ローターとブレード
ローターは主軸、各段の動翼、スペーサーブロック、刃固定群、蜂刃などで構成されています。ローターは加工に便利な等内径構造です。
スピンドルは高合金鋼から鍛造されています。主軸材料の化学組成は厳密に試験および分析される必要があり、性能指数はテストブロックによってチェックされます。荒加工後、熱安定性を確認し、残留応力の一部を除去するために熱間走行試験が必要です。上記の指標を満たした後、仕上げ加工に入ることができます。仕上げ仕上げ後、両端ジャーナル部の着色検査または磁粉検査が必要であり、クラックは認められません。
動翼と静翼はステンレス鋼の鍛造ブランクで作られており、原材料の化学組成、機械的特性、非金属スラグの介在物や亀裂を検査する必要があります。刃を研磨した後、湿式サンドブラスト処理を施し、耐表面疲労性を高めます。成形ブレードは周波数を測定する必要があり、必要に応じて周波数を修復する必要があります。
各段の動翼は回転する垂直樹形翼根元溝に周方向に沿って設置され、スペーサーブロックは2枚の動翼の位置決めに使用され、ロックスペーサーブロックは2枚の動翼の位置決めとロックに使用されます。各ステージの最後に設置されています。きつい。
ホイールの両端にはバランスディスクが2枚加工されており、2面での重量バランスが取りやすくなっています。バランスプレートとシールスリーブはバランスピストンを形成し、バランスパイプを介して空気圧によって発生する軸力の一部をバランスさせ、スラストベアリングの負荷を軽減し、ベアリングをより安全な環境にします。
5. グランド
圧縮機の吸気側と排気側にはそれぞれ軸端シールスリーブがあり、ロータの対応する部分に埋め込まれたシールプレートがラビリンスシールを形成し、ガス漏れや内部浸透を防ぎます。取り付けとメンテナンスを容易にするために、シールスリーブの外周にある調整ブロックを通じて調整します。
6. ベアリングボックス
軸受箱内にはラジアル軸受とスラスト軸受が配置されており、軸受を潤滑するための油は軸受箱から回収されて油タンクに戻されます。通常、ボックスの底部にはガイド装置が装備されており（一体化されている場合）、ベースと協働してユニットを中心にし、軸方向に熱膨張します。分割軸受箱は側面下部に3本のガイドキーを設け、箱の熱膨張を促進します。ケーシングの片側には、ケーシングに合わせて軸方向のガイドキーも配置されています。軸受箱には軸受温度測定、ロータ振動測定、軸変位測定などの監視装置が設置されています。
7.ベアリング
ローターのアキシアル推力の大部分はバランスプレートで負担され、残りの約20～40kNのアキシアル推力はスラストベアリングで負担されます。スラストパッドは荷重の大きさに応じて自動的に調整され、各パッドにかかる荷重が均等に分散されるようにします。スラストパッドは炭素鋼鋳造バビット合金製です。
ラジアルベアリングには2種類あります。高出力かつ低速のコンプレッサーは楕円ベアリングを使用し、低出力かつ高速のコンプレッサーはティルティングパッドベアリングを使用します。
大型ユニットには、始動の便宜のために高圧ジャッキ装置が装備されているのが一般的です。高圧ポンプは短時間で80MPaの高圧を発生し、ラジアル軸受の下に高圧油溜まりを設けることでローターを持ち上げ、始動抵抗を低減します。始動後は油圧が5～15MPaまで下がります。
軸流圧縮機は設計条件下で動作します。動作条件が変化すると、その動作点は設計点を離れ、非設計動作条件領域に入ります。このとき、実際の風量状況は設計上の運転条件とは異なります。、特定の条件下では、不安定な流動状態が発生します。現在の観点から見ると、典型的な不安定作動状態には旋回失速作動状態、サージ作動状態、ブロッキング作動状態があり、これら 3 つの作動状態は空力学的不安定作動状態に属します。
このような不安定な作動条件下で軸流圧縮機が作動すると、作動性能が著しく低下するだけでなく、場合によっては強い振動が発生して機械が正常に作動できなくなり、重大な破損事故が発生することもあります。
1. 軸流圧縮機の回転失速
静翼の最小角度と軸流圧縮機の特性曲線の最小作動角線との間の領域を回転失速領域と呼び、回転失速は進行失速と急失速の２種類に分けられる。風量が軸流メインファンの回転失速線限界を下回ると、翼背面の気流がはがれ、機内の気流が脈流となり、翼の破損の原因となります。交互応力を生成し、疲労損傷を引き起こします。
エンストを防ぐために、オペレーターはエンジンの特性曲線を熟知し、始動プロセス中にエンストゾーンを素早く通過する必要があります。動作プロセス中、ステータブレードの最小角度は、メーカーの規制に従って指定された値よりも低くなってはなりません。
2. 軸流コンプレッサーのサージ
コンプレッサーが一定の体積のパイプネットワークと連携して動作する場合、コンプレッサーが高圧縮比かつ低流量で動作する場合、コンプレッサーの流量が一定の値を下回ると、ブレードのバックアーク気流が減少します。通路が遮断されるまで大きく分離され、空気流が強く脈動します。そして、出口パイプネットワークの空気容量と空気抵抗によって振動を形成します。このとき、ネットワークシステムの気流パラメータは全体として大きく変動する。つまり、風量と圧力は時間と振幅とともに周期的に変化する。コンプレッサーの出力と音は両方とも定期的に変化します。。上記の変化は非常に激しく、機体が激しく振動し、機体も正常な動作を維持できなくなります。この現象をサージといいます。
サージは機械およびネットワークシステム全体で発生する現象であるため、コンプレッサーの内部流量特性に関係するだけでなく、配管ネットワークの特性にも依存し、その振幅と周波数は体積によって支配されます。パイプネットワークの。
サージの影響は多くの場合深刻です。圧縮機のロータとステータの部品に交互応力と破壊が発生し、段間の圧力異常により強い振動が発生し、シールやスラストベアリングが損傷し、ロータとステータが衝突する恐れがあります。、重大な事故を引き起こします。特に高圧軸流圧縮機の場合、サージにより短時間で機械が破壊される可能性があるため、サージ条件下での運転は禁止されています。
上記の予備分析から、サージはまず、変動する作動条件下で圧縮機ブレードカスケードの空力パラメータと幾何学的パラメータが調整されていないことによって引き起こされる回転失速によって引き起こされることが知られています。しかし、すべての回転失速が必ずしもサージを引き起こすわけではありません。後者はパイプネットワークシステムにも関係しているため、サージ現象の形成には 2 つの要因が含まれます。内部的には、軸流圧縮機に依存します。特定の条件下で、突然の突然失速が発生します。 ;外部的には、パイプネットワークの容量と特性線に関係します。前者は内部的な原因であり、後者は外部的な条件です。内部原因は外部条件の協力によってサージを促進するだけです。
3. 軸流圧縮機の詰まり
コンプレッサーのブレードスロート領域は固定されています。流量が増加すると、空気流の軸速度の増加により、空気流の相対速度が増加し、負の迎え角（迎え角とは、空気流の方向と設置角度との間の角度）が増加します。ブレード入口の）も増加します。このとき、カスケード入口の最小部分の平均空気流量は音速に達するため、コンプレッサーを通る流量は臨界値に達し、それ以上増加しなくなります。この現象をブロッキングといいます。この一次ベーンのブロックにより、コンプレッサーの最大流量が決まります。排気圧力が低下すると、コンプレッサー内のガスは膨張容積の増加により流量が増加し、最終カスケードで空気の流れが音速に達すると詰まりが発生します。最終翼の空気の流れが遮断されるため、最終翼の前方の気圧が上昇し、最終翼後方の気圧が低下し、最終翼の前後の圧力差が大きくなり、最終ブレードの前後にかかる力のバランスが崩れ、応力が発生する可能性があります。刃傷の原因となります。
軸流圧縮機のブレード形状とカスケードパラメータが決まると、その阻止特性も決まります。アキシャルコンプレッサーは、チョークラインより下の領域で長時間運転することはできません。
一般に、軸流圧縮機の詰まり防止制御は、サージ防止制御ほど厳密である必要はなく、制御動作も高速である必要はなく、トリップ停止点を設定する必要もありません。目詰まり防止制御を設定するか否かについては、コンプレッサー自体の判断にもよりますのでご相談ください。一部のメーカーは、フラッター応力の増加に耐えられるようにブレードの強化を設計に考慮しており、ブロッキング制御を設定する必要はありません。メーカーがブロッキング現象が発生した場合にブレードの強度を高める必要がないことを設計上考慮していない場合は、ブロッキング防止自動制御設備を設ける必要があります。
軸流圧縮機の詰まり防止制御方式は、圧縮機の出口配管にバタフライ式詰まり防止弁を設置し、入口流量と出口圧力の2つの検出信号を同時に入力します。目詰まり防止レギュレーター。機械の出口圧力が異常に低下し、機械の作動点がアンチブロッキングラインを下回ると、レギュレーターの出力信号がアンチブロッキングバルブに送られ、バルブの閉まりが小さくなり、空気圧が上昇します。 、流量が減少し、動作点がアンチブロッキングラインに入ります。ブロッキングラインを超えると、マシンはブロッキング状態を解除します。
