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本教程为通用教材,各发电厂在实际使用过程中可根据自身设备特点做适当增减修改。
2系统KKS编码及英文缩写和图例
3相关专业理论基础知识
1、压力
某一单位面积的力,如平方米上受1牛顿力度压力单位为1帕斯卡:
即:
1Pa=1N/m2
1Kpa=1,000Pa=0.01kg/cm2
1Mpa=106Pa=10kg/cm2
2、绝对压力
绝对压力是考虑到与完全真空或绝对零值相比,我们所居住的环境大气具有0.1Mpa的绝对压力。
在海平面上,仪表压力加上0.1MPa的大气压力可得出绝对压力。
高度越高大气压力就越低。
3、大气压力
气压表是用于衡量大气的压力。
当加上仪表压力上就可得出绝对压力。
绝对压力=压力计压力+大气压力
4、温度
温度是指衡量某一物质在某一时间能量水平的方法。
(或更简单的说,某一事物有多少热或多少冷)。
5、常态空气
规定压力为0.1MPa、温度为20℃、相对湿度为36%状态下的空气为常态空气。
常态空气与标准空气不同在于温度并含有水分。
当空气中有水气,一旦把水气分离掉,气量将有所降低。
6、容积流量
容积流量是指在单位时间内压缩机吸入标准状态下空气的流量。
用单位:
M3/min(立方米/分)表示。
标方用NM3/min表示。
7、压缩空气
指绝对压力大于0.1Mpa的空气
8、空压机排气压力
指在空压机标准排气位置测得的压力空压机排气温度指在空压机标准排气位置测得的温度
9、空压机排气量
经空压机压缩并排出的压缩空气,在标准确排气位置的实际容积流量。
10、空压机噪声
指在宽广的户外场院地,反射平面大于测量表面在其上的投影的环境中所测得的噪声声压级数值。
11、空压机常用的压力单位换算
1MPa(兆帕)=1000kPa(千帕)=1000000Pa(帕斯卡)
1bar(巴)=0.1MPa
1atm(标准大气压)=0.1013MPa=1.013bar=760mmHg=10.33mH2O
1kgf/cm2(工程公斤力)=0.981bar=0.0981Mpa
1psi(Lb/in2)=0.07031kgf/cm2=0.06893bar=6.893kpa
1MPa=145psi Psi(lb/in2)磅/平方英寸,常用在欧美等英语区国家的产品参数上;
通常在空压机行业说的“公斤”是指“bar”。
1、压缩
绝热压缩是一种在压缩过程中气体热量不产生明显传入或传出的压缩过程。
在一个完全隔热的气缸内上述过程可成为现实。
等温压缩是一种在压缩过程中气体保持温度不变的压缩过程。
2、压缩比(压力比、压比)
①内压缩比(即内压力比)
气体经内压缩后的终了压力(绝压)与起始压力(绝压)的比值。
②外压缩比(即外压力比)
压缩机的出口排气压力(绝压)与进口吸气压力(绝压)的比值。
对于螺杆空压机来说,内压缩比指的是螺杆主机吸、排气口的压力比(绝压),外压缩比指的是空压机吸、排气口的压力比(绝压)。
一般说到空压机的压缩比指的是外压缩比,吸气压力就是指当地大气压,排气压力是指空压机的额定工作压力,比例:
在海平面时进气绝对压力为0.1MPa,排气压力为绝对压力0.8MPa。
则压缩比:
P20.8
R=---------=---------=8
P10.1
对于多级压缩机来说,压力比也称总压力比,是指末级排气管接管处测得的排气压力与首级进气接管处测得的吸气压力之比。
相应各级名义吸、排气压力之比称为级的压力比。
3、干燥机
干燥机是用于干燥空气的装置。
用我们的术语,就是用其干燥的压缩空气。
离开后冷却器的空气通常是完全饱和的,就是说任何降温都会产生冷凝水。
冷冻式干燥机是通过降低压缩空气的温度,析去水分,然后将空气再加热到接近原来的温度。
4、水气分离器
水气分离器是用于收集和除去在冷却过程中从空气或气体中冷凝出来水的器件。
5、标准状态
标准状态的定义是:
空气吸入压力为0.1MPa,温度为15.6℃(国内行业定义是0℃)的状态下提供给用户系统的空气的容积。
6、容积比能
容积比能是指压缩机在单位时间内吸入单位气量所消耗的功率,通常用Kw/M3/min表示,在相同的排气压力下容积比能越小。
7、压缩空气含油量
单位体积的压缩空气中所含油(包括油滴、悬浮粒子、油蒸汽)的质量。
8、用气量(需气量)
对应某一工况,所有的用气设备所需压缩空气流量的总和。
9、压力露点
对应于某一压力,压缩空气中水蒸气开始凝结成液态时的温度。
1、多级压缩的优点:
(1)、节省压缩功;
(2)、降低排气温度;
(3)、提高容积系数;
(4)、对活塞压缩机来说,降低气体对活塞的推力。
2、海拔高度对压缩机的影响:
(1)、海拔越高,空气越稀薄,绝压越低,压比越高,Nd越大;
(2)、海拔越高,冷却效果越差,电机温升越大;
(3)、海拔越高,空气越稀薄,柴油机的油气比越大,N越小。
3、余隙容积
余隙容积是指正排量容积式(往复或螺杆)压缩机冲程终端留下的容积,此容积的压缩空气经膨胀后返回到吸入口,并对容积系数产生巨大的影响。
4、负载系数
负载系数是指某一段时间内压缩机的平均输出与压缩机的最大额定输出之比。
不明智的做法就是卖给用户的压缩机,正好满足用户的最大的需求,增加一个或几个工具或有泄漏会导致工厂的压力下降。
为了避免这种情况,英格索兰多年来一直建议采用负载系数:
取用户系统所需气量的极大值,并除以0.9或0.8的负载系数。
(或任何用户认为是个安全系数)
5、压缩机的种类压缩机的种类
凸轮式,膜片式和扩散泵等压缩机没有列入其中,是因为它们用途特殊而尺寸相对较小。
容积式压缩机--是将一定量的连续气流限制于一个封闭的空间里,使压力升高。
往复式压缩机--是容积式压缩机,其压缩元件是一个活塞,在气缸内作往复运动。
回转式压缩机--是容积式压缩机,压缩是由旋转元件的强制运动实现的。
滑片式压缩机--是回转式变容压缩机,其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动。
截留于滑片之间的空气被压缩后排出。
液体-活塞式压缩机--是回转容积式压缩机,在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体,然后将气体排出。
罗茨双转子式压缩机--属回转容积式压缩机,在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住,并将其从进气口送到排气口。
没有内部压缩。
螺杆压缩机--是回转容积式压缩机,在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合,从而将气体压缩并排出。
速度型压缩机--是回转式连续气流压缩机,在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速,从而将速度能转化为压力。
这种转化部分发生在旋转叶片上,部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。
离心式压缩机--属速度型压缩机,在其中有一个或多个旋转叶轮(叶片通常在侧面)使气体加速。
主气流是径向的。
轴流式压缩机--属速度型压缩机,在其中气体由装有叶片的转子加速。
主气流是轴向的。
混合流式压缩机--也属速度型压缩机,其转子的形状结合了离心式和轴流式两者的一些特点。
喷射式压缩机--利用高速气体或蒸汽喷射流带走吸入的气体,然后在扩压器上将混合气体的速度转化为压力。
6、气体压缩的方法压缩方法
压缩气体的办法有4种:
2种是断续气流法,另2种是连续气流法(这是说明性的分类术语,而不是按热力学或功能分类)。
这些方法要:
a.将一定量的连续气体截留于某种容器内,减小其体积从而使压力升高,然后将压缩气体推出容器。
b.将一定量的连续气体截留于某种容器内,把气体带到排气口但不改变其体积,通过排气系统的逆流来压缩气体,然后将压缩空气推出容器。
c.通过快速旋转的转子的机械运动来压缩气体。
转子把速度和压力传给流动的气体(在固定的扩压器或挡板上速度进一步转化为压力)。
d.将气体送入同种或另一种气体(通常是,但不一定是蒸汽)的高速喷嘴里,并在扩压器上将混合气体的高速度转化为压力。
采用方法a和b的压缩机属于断续气流类,称为变容压缩机;
采用方法c的称为速度型压缩机;
采用方法d的称为喷射压缩机,其进气压力一般低于大气压力。
4系统的任务及作用
4.1压缩空气系统任务
及时给用户供气,并满足压缩空气的质量(气压、干燥、清洁)要求。
4.2压缩空气系统作用
电厂用压缩空气分仪用压缩空气和杂用压缩空气两种。
(1)一般阀门用气、仪表用气以及驱动用气所要求的压缩空气品质较高,对压缩空气中的水份、油份以及杂质很敏感,所以这部分设备需求的压缩空气必须经过净化处理,经净化处理后的压缩空气称为仪用压缩空气。
如锅炉燃油系统、制粉系统气动阀利用仪用压缩空气进行阀门快速开关,切断燃料;
汽机各抽气逆止阀,在正常条件下,利用气缸下部进口提供的压缩空气,推动活塞压缩弹簧,使连杆处于伸出位置,这时阀瓣可以自由开关,当气缸压缩空气消失,弹簧使活塞和杠臂向下运动,让阀瓣先关闭一定角度,有助于逆止阀快速关闭。
(2)电厂中另外需要用一部分压缩空气进行管道吹扫、强制冷却、卫生清扫等,对压缩空气的品质要求不高,经空气压缩装置压缩后就可以直接使用,这部分压缩空气称为杂用压缩空气。
5系统构成及流程
5.1压缩空气系统构成
压缩空气系统主要由空气压缩装置(空压机及附属设备)、干燥机、管道系统、测量控制元件和用气设备四部分构成。
5.2压缩空气系统流程
5.2.1仪用压缩空气系统流程:
空气压缩机→过滤器→干燥机→储气罐→输气管道→用气端口
5.2.2杂用压缩空气系统流程
空气压缩机→过滤器→储气罐→输气管道→用气端口
6设备规范及运行参数
6.1空压机相关参数
型式
喷油螺杆式、集装箱式
额定排气量
m3/min
65.6
额定排气压力
Mpa
0.7
排气温度
℃
进水温度+8
压缩级数
单级
传动方式
直联(挠性联轴器)
冷却方式:
水冷
7空压机类型及工作原理
空压机按压缩方式分为容积式和离心式。
容积式空压机是以容积的减小达到压缩目的。
离心式空压机是以运动能源转换成压缩能源达到压缩目的。
7.1活塞式空压机
活塞式的传动机构是曲轴连杆往复运动结构,与蜗杆式的旋转运动结构相比较,在技术上存在振动大,机械性噪音大、可靠性低。
7.2螺杆式空压机
螺杆空气压缩机分为单螺杆式空气压缩机及双螺杆式空气压缩机。
就压缩原理而言螺杆式与活塞式的压缩机相同,属于容积式;
就运动形式而言螺杆式又与透平式一样做高速旋转运动;
所以螺杆式压缩机兼有二者的特点。
①转速高、结构紧凑;
单位排气量的体积、重量、占地面积均远比活塞机小。
②没有气阀、活塞环等易损件,因而运转可靠、寿命长并易于实现远距离监控。
③进排气均匀,无压力脉冲,加上没有不平衡惯性力矩,安装无需基础。
④喷油螺杆压缩机可获得高的单级压比及低的排气温度。
⑤具有强制排气的特点,即排气量不受排气压力的影响。
⑥工作点在较大范围内变化时,机器效率变化不大,没有速度型压缩机在小排气量时出现的喘振现象。
当前电力生产中多采用双螺杆式空压机,本章节中将着重介绍。
7.2.1双螺杆式空压机工作原理
在压缩机的机体内有一对经精密加工的相互啮合的转子,其中阳转子有四个齿,阴转子有六个齿。
电机通过弹性联轴器带动阳转子,再由阳转子带动阴转子一起高速旋转。
随着齿间容积的不断缩小,从空气滤清器中被吸入的空气不断被压缩而升高压力,当齿间容积与压缩机的排气口相通时,压缩空气便从排气口排出,进入油气分离器进行油气分离。
经油气分离后的气体依次通过最小压力阀、后冷却器和疏水阀而排出机外,供客户使用。
分离出来的润滑油沉降到油气分离器的底部,在压差作用下,经冷却后再回到主机工作腔而循环使用。
(1)空压机吸气过程
转子旋转时,阳转子的一个齿连续地脱离阴转子的一个齿槽,齿间容积逐渐扩大,并和吸气孔口连通,气体经吸气孔口进齿间容积,直到齿间容积达到最大值时,与吸气孔口断开,齿间容积封闭,吸气过程结束,如图所示。
值得注意的是,此时阳和阴转子的齿间容积彼此并不连通。
(2)空压机压缩过程
转子继续旋转,在阴、阳转子齿间容积连通之前,阳转子齿间容积中的气体,受阴转子齿的侵入先行压缩;
经某一转角后,阴、阳转子齿间容积连通,形成"
V"
字形的齿间容积对(基元容积),随两转子齿的互相挤入,基元容积被逐渐推移,容积也逐渐缩小,实现气体的压缩过程,如图所示。
压缩过程直到基元容积与排气孔口相连通时为止,此刻排气过程开始。
(3)空压机排气过程
由于转子旋转时基元容积不断缩小,将压缩后气体送到排气管,此过程一直延续到该容积最小时为止。
7.3离心式空压机
离心式空气压缩机是由叶轮带动气体做高速旋转,使气体产生离心力,由于气体在叶轮里的扩压流动,从而使气体通过叶轮后的流速和压力得到提高,连续地生产出压缩空气。
离心式空气压缩机属于速度式压缩机,在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作稳定、可靠。
当前市场上的离心空压机主要特点是:
①转速高、结构紧凑,排气量范围大;
②制造、操作和维护的要求较高,难度大;
③排气量的变化对机械效率影响很大;
④启动和停车过程中容易出现喘振现象;
⑤齿轮箱噪声大并不易防治;
⑥压缩空气无润滑油冷却,空气品质高。
由于受当前离心式空压机的各种因素制约,在电力生产中较少采用。
但随着生产制造工艺的提高,具有高效节能的离心空压机会得到越来越多的推广应用。
8双螺杆式空压机结构
空压机主要由主机、电动机、油气分离器、油冷却器、后冷却器和机组底座等零部件组成。
8.1主机转子
在压缩机的机体中,平行的配置着一对相互啮合的螺旋形转子。
阳转子:
节圆具有凸齿的转子(主动转子)。
阴转子:
节圆具有凹齿的转子(从动转子)。
8.2吸气系统
吸气系统主要由空气滤清器、进气阀、压缩机主机以及弯头、接管等组成。
吸气系统的工作过程:
机组正常运行时,空气滤清器进气口吸入空气,经过滤后由打开的进气阀进入压缩机工作腔,被高速旋转的阴、阳转子压缩而升高压力,当齿间容积与排气口相通时,便从压缩机的排气口排出。
8.2.1空气滤清器
其作用是将吸入的空气加以过滤,保证进入压缩机的空气清洁干净。
如果吸入的空气中混有杂质,会引起转子型面的磨损,并污染润滑油。
8.2.2进气阀
其功能是控制进气量。
机组满负荷运行时,进气阀处于全开状态。
当用户所需用气量减小时,由气量调节装置向进气阀输入压缩空气,使进气阀开度减小,从而减少压缩机的进气量。
当用户停止用气时,进气阀关闭,停止进气,压缩机进入空载运行状态。
当用户恢复用气时,调节装置又会调节进气阀使之重新打开。
进气阀图
8.3排气系统
排气系统由压缩机、油气分离器、最小压力阀、安全阀、放空阀、后冷却器、气水分离器和连接管路组成。
排气系统的工作过程:
经压缩机压缩后的油气混合物,通过压缩机排口进入油气分离器,把润滑油从压缩空气中分离出来,从而获得洁净的压缩空气。
经油气分离后的压缩空气通过最小压力阀后,依次进入后冷却器和气水分离器,将高温气体冷却至常温及将压缩空气中的冷凝水分离出来,最后排出机外供用户使用。
8.3.1最小压力阀
位于油气分离器的侧上方,其作用是确保油气分离器中的压力不低,从而保证润滑油在油管路中正常运行,还可降低油耗。
因此只有当分离器中的压力增大同时高于管线压力,最小压力阀才会打开。
其次,在压缩机联网使用时,最小压力阀还可起单向阀的作用,当压缩机卸载时,阻止管网中的压缩空气倒流到分离器及主机中去。
8.3.2自动放空阀
最小压力阀的旁边设有一个自动放空阀。
当压缩机卸载或停机时,放空阀自动打开,使油气分离器与大气接通,放气卸压。
放空阀带有一个消声器,用来降低排气产生的噪声。
8.3.3气水分离器
其作用是将冷凝水从压缩空气中分离出来。
风冷机组气水分离器的底部装有浮球式自动
排水装置,水冷机组配备可靠的电子排水阀。
同时,机器还配有手动排水阀,如果电子排水阀出现故障,可以通过手动排水阀进行临时排水。
操作人员应定时观察,是否有水排出。
一般来说,夏天气温高,湿度大,排出的水就多。
冬天气温低,湿度小,排出的水也就少。
如果没有水排出,说明疏水阀已被堵塞,应拆开清洗,疏通排水管道。
8.3.4安全阀
油气分离器上设有安全阀。
当分离器内的压力超过设定压力时,安全阀会自动打开,迅速放气卸压,从而确保机组的安全。
8.4油路系统
油路系统由压缩机、油气分离器、热力阀(仅水冷机组)、油冷却器、油过滤器及相应的连接管路组成。
油路系统的工作过程:
油气分离器中的润滑油经热力阀(仅水冷机组)进入油冷却器,冷却后的润滑油经三通、油过滤器而进入主机工作腔,与吸入的空气一起被压缩,然后排出机体,进入油气分离器,完成一个循环。
在这里,润滑油的作用体现在三个方面:
1)冷却。
喷入机体内的润滑油能吸收大量的空气在压缩过程中产生的热量,从而起到冷却的作用。
2)润滑。
润滑油在两转子之间形成一层油膜,避免阴、阳转子直接接触,从而,避免转子型面的磨损。
此外,经内部油路到达各个润滑点,润滑轴承和齿轮。
3)密封。
具有一定粘度的润滑油可填补转子与转子之间,转子与机壳之间的间隙,从而减少机体内部的泄漏损失,提高压缩机的容积效率。
8.4.1热力阀(仅水冷机组)
其作用是调整喷油温度,在低温环境下避免水份析出而造成油质变化。
热力阀内腔有一个旁通阀门,此门是常开的。
当油温低时,热力阀不动作,润滑油经旁通阀门、旁通油管、三通、油过滤器而未经冷却直接进入主机工作腔。
当油温升高后,热力阀打开并逐步关闭旁通阀门,润滑油进入油冷却器,进行降温。
然后经三通、油过滤器而进入主机工作腔。
8.4.2油过滤器
用来滤去润滑油中的杂质,以保证洁净的润滑油进入主机工作腔和各润滑点。
如果润滑油中含有杂质,就会引起转子型面、齿轮啮合面和轴承的磨损,减少压缩机的寿命。
油气分离器顶盖上设有两路回油管,分别将初级滤芯和二级滤芯底部的少许润滑油回收到压缩机的机体内。
回油管上设有视油镜、供操作人员观察回油情况。
压缩机满载时,应有较大流量。
卸载时,流量很小,甚至没有。
若满载时断流或流量很少,应停机卸压后清洗回油过滤器。
8.5油气分离器
油气分离器由罐体和滤芯两部分组成,滤芯有两个,包括初级滤芯和二级滤芯。
油气分离器的功能体现在四个方面:
1)作为初级分离器
来自主机的油气混合物进入油气分离器后,沿着滤芯外面的圆筒外壁高速旋转,进行机械离心式分离并撞击分离器内设置的壁面挡板,降低其流速,形成较大的油滴。
由于油滴自身的重量,它们大部分沉降到分离器的底部。
2)作为压缩机的储油罐,储存润滑油。
3)进行精分离。
罐体内装有双层嵌套式滤芯——初级滤芯和二级滤芯。
进入罐体内的油气混合物经离心分离、撞击分离后,再通过这两道滤芯,作精细分离,把残留在压缩空气中的少量润滑油分离出来,并积聚在滤芯的底部。
然后分别通过两根回油管,回到主机进气口,吸入工作腔。
4)稳压作用。
由于油气分离器罐本身储存一定量的气体,可有效地避免用户管路中的压力波动,从而起到稳定压力的作用。
油气分离器向外的一端设有加油管和视油镜。
因为排出压缩空气中或多或少含有压缩机油,所以压缩机运行一段时间后分离器中油位会降低,需要补充。
当压缩机不运行时的正常油位应在上视油镜的中心偏下位置。
8.6风冷系统(仅风冷机组)
风冷机组冷却系统包括油冷却器、后冷却器、冷却风扇和风扇电机和连接部件。
冷却系统工作过程:
风冷机型配备2台风扇,分别冷却油冷却器和后冷却器。
其中正对油冷却器的风扇电机是由一个变频器驱动,另一台风扇和电机由工频电源驱动。
变频器的工作原理如下,设定压缩机排气温度需求值,因为环境温度和负载等的变化必然引起排气温度的变化,变频器根据该温度的变化自动调整频率输出值,改变电机的转速即改变冷却风量,从而减少排气温度的变动,最终效果是该排气温度在原始的设定值附近窄幅波动。
压缩机在各种环境和负载的工况下稳定运行,变频器在其中起重要作用,在风扇和电机低速运行时变频器还起降噪和节能的作用。
8.6.1后冷却器
后冷却器为翅片换热器,其功能是冷却压缩空气。
从最小压力阀出来的高温高压气体进入后冷却器后,把大部分热量传给冷却空气,从而,获得较低温度的压缩空气。
8.6.2油冷却器
油冷却器为翅片换热器,其功能是冷却润滑油。
从油气分离器出来的润滑油,进入油冷却器后,把一部份热量传给冷却空气,然后进入压缩机工作腔。
8.7水路系统(仅水冷机组)
水路系统包括油冷却器、后冷却器、支撑部件和连接管路。
水路系统的工作过程:
冷却水首先进入后冷却器,再进入油冷却器,最后排出机外。
8.7.1后冷却器
后冷却器为管壳式换热器,其功能是冷却压缩空气。
从最小压力阀出来的高温高压气体进入后冷却器后,把大部分热量传给冷却水,从而,获得常温的压缩空气。
8.7.2油冷却器
油冷却器也是管壳式换热器,其功能是冷却润滑油。
从油气分离器出来的润滑油,经热力阀进入油冷却器后,把一部份热量传给冷却水,然后进入压缩机工作腔。
为使冷却器长期保持良好的换热效果,延长冷却器的使用寿命,必须使用洁净的冷却水。
在冬季,为防冷却器被冻裂,停机后应将冷却器中的积水放掉。
机组长期不用,也应将积水放掉。
8.8气量调节系统
气量调节系统的功能是根据客户用气量的大小,自动调节压缩机的进气量,以便达到供需平衡,稳定供气压力,节省能源。
对带螺旋阀的机组,当客户的用气量等于机组的额定排气量时,机组将在满负荷状态下运行,此时,控制进气量
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- 压缩空气 系统