3 压缩空气系统 (1)课件

LOGO3压缩空气系统23压缩空气系统31概述2空气压缩装置33机组制动供气4机组调相压水供气35风动工具、空气围带和防冻吹冰供气36油压装置供气37水电站压缩空气的综合系统33.1概述3.1.1压缩空气的用途3.1.2压缩空气系统的组成3.1.3压缩空气系统的分类43.1.1压缩空气的用途1、压缩空气的优点空气具有极好的弹性，可压缩性，是储存压能的良好介质，压力稳定。而且它既容易获得，又便于贮存和输送，并且使用方便，因此得到广泛应用。2、压缩空气的用途(1)油压装置压力油槽充气(2)机组停机制动装置用气(3)机组作调相运行时转轮室的充气压水(4)检修维护时风动工具及吹扫用气(5)水导轴承检修密封围带充气(6)进水阀围带充气(7)变电站配电装置的操作及灭弧用气(8)寒冷地区的水工闸门，拦污栅等的防冻吹冰53.1.2压缩空气系统的组成压缩空气系统，简称气系统，由空气压缩装置、供气管网、测量控制元件和用气设备等组成。气系统的任务是随时满足用户对气量、气压、清洁和干燥等方面的要求。空气压缩装置：将自由空气压缩后，获得具有一定压力的压缩空气。供气管网：将气源和用气设备联系起来，输送和分配压缩空气。测量和控制元件：用于保证设备的安全运行和向用气设备提供满足质量合格的压缩空气。用气设备：气系统用途中所提及的设备。气系统的任务是随时满足用户对气量、气压、清洁度和干燥度的要求。63.1.3压缩空气系统的分类水电厂将水轮机调速系统的油压装置用气称为厂内高压气系统；机组刹车制动、调相充气压水、风动工具、吹扫和空气围带等用气称为厂内低压气系统；而配电装置用气则称为厂外高压气系统；水工闸门、拦污栅、调压井等用气称厂外低压气系统。73.2空气压缩装置3.2.2往复活塞式空压机3.2.3回转螺杆式空压机3.2.4滑片式空压机3.2.5空压机比较3.2.1空气压缩装置的基本结构83.2.1空气压缩装置的基本结构1、结构空气压缩装置的结构原理如图所示，包括电动机、空气压缩机、空气过滤器、贮气罐、气液分离器、冷却器和冷干机等。(1)电动机：为空气压缩机提供原动力。(2)空气压缩机：简称为空压机，是以电动机为动力，将自由空气加以压缩的机械。按工作原理可分为速度型和容积型两大类。目前水电厂所采用的空气压缩机多为容积型。图3-1空气压缩装置结构原理图压缩机速度型轴流式离心式混流式容积型回转式滑片式螺杆式转子式往复式膜式活塞式9(3)空气过滤器：用来过滤空气中所含的尘埃。(4)气液分离器：用来分离压缩空气中所含的油和水分，使压缩空气得到净化，以减少污染，降低管道及用户设备的腐蚀。(5)冷却器：用来冷却压缩后的高温气体和空压机油，以减少功耗、降低压缩空气的温度以及延长空压机油的使用寿命。图3-1空气压缩装置结构原理图10(6)储气罐：作为压力调节器和气能储存器。可用来减弱空压机排出的气流脉动和断续动作所产生的压力波动，提高输出气流的连续性及压力稳定性；在设备耗气量大于空压机排气量时保证连续供给足够的气量；进一步沉淀分离压缩空气中的油和水分。(7)冷干机：将压缩空气冷却降温，使其中的水份凝结成液滴。(8)汽水分离器：把水分、油、尘埃从压缩空气中分离出来，使用户能获得干燥、清洁的压缩空气图3-1空气压缩装置结构原理图113.2.2活塞式空压机1、结构S75型空压机，为往复活塞式压缩机，属容积型，其外型结构如图所示。1-排气阀2-接头3-接管螺母4-电机轮5-单向阀6-压缩机主机7-三角皮带8-钢丝网防护罩9-电机10-气压开关11-压力表12-储气罐13-橡胶轮14-排水阀15-安全阀122、工作原理吸气过程：当活塞向右移动时，气缸左腔容积增大，压力降低，形成真空，吸气阀克服弹簧阻力自行打开，空气在大气压力的作用下进入气缸左腔压缩过程：当活塞返行时，气缸左腔压力增高，吸气阀自动关闭，吸人的空气在气缸内被活塞压缩排气过程：当活塞继续向左移动，气缸内的气体压力增高到排气管中的压力时，排气阀自动打开，压缩空气被排出至此，就完成了一个工作循环。活塞继续运动，则上述工作循环将周而复始地进行，以完成压缩气体的任务。单作用式空压机的工作原理图l―活塞；2―气缸；3―进气阀；4―排气阀133、特点优点：压力范围广、热效率高、可维修性强、对材料要求低、技术较为成熟和适应性强——广泛应用。缺点：转速不高、机器大而重且结构复杂，另外因其排气不连续而造成气流脉动，导致运转时有较大的振动——应用受限，有被其他形式取代的趋势。4、说明为了获得高压力的压缩空气，可将几个气缸串联起来工作，连续对空气进行多次压缩，这种空压机称为二级、三级或多级空压机。两级单作用式空气压缩机工作原理图1―曲轴；2―连杆；3―一级气缸；4―二级气缸；5―空气过滤器；6―冷却器143.2.3螺杆式空压机1、分类螺杆空气压缩机按螺杆的数目分为双螺杆空压机和单螺杆空压机。在欧、美、日等西方经济发达地区的占有率已经接近100％，几乎完全取代活塞式空气压缩机，而其中的99％以上是双螺杆空气压缩机。152、双螺杆式压缩机结构双螺杆空压机无进气与排气阀组，由一对平行布置、相互啮合的转子组成。工作时，一个转子按顺时针转动，一个转子按逆时针转动，在相互啮合的过程中，空气被压缩到所需要的压力。双螺杆压缩机具有极高的机械可靠性和优良的动力平衡性，运行效率高，操作及维修也十分方便，是目前市场中的主导产品。双螺杆式空压机的工作原理如图所示。螺杆式压缩机结构示意图1―同步齿轮；2―气缸；3―阳转子；4―阴转子；5―轴密封；6―轴承163、双螺杆式压缩机工作原理螺杆式压缩机工作分如下四个过程：吸气过程：当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口的自由空气相通。外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内。封闭及输送过程：吸气结束时，转子的进气侧端面转离了进气口，空气充满整个齿沟，并被主副转子的齿峰与机壳封闭。两转子继续转动，其齿峰与齿沟的啮合面逐渐向排气端移动。173、双螺杆式压缩机工作原理压缩过程：啮合面逐渐向排气端移动，使封闭空间不断减小，封闭空间中的气体逐渐被压缩，压力得到提高。排气过程：当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，气体的压力达到最高。被压缩的气体开始排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口之间的空间为零，即完成排气过程。184、特点优点：结构简单、工作可靠、动力平衡好、适应性强、操作方便。缺点：造价高，不能制成微型和压缩空气的压力受到限制。193.2.4滑片式空压机1、结构滑片式压缩机的结构如图所示，主要由定子外壳、转子和滑片等组成。滑片式压缩机的转子以偏心方式放置于定子中,转子径向开有滑槽，滑片可以在滑槽中做往复运动。202、工作原理随着转子的旋转，安装在转子槽中的滑片，在离心力作用下被推至气缸壁，通过油膜与定子紧密接触，形成了一系列体积不同的压缩腔。随着转子的转动，压缩机转子的滑片与气缸之间压缩腔的容积不断减少，空气被压缩压力不断提高。压缩后的油气混合气经机械分离和过滤分离，将压缩空气中含油量降低到规定值。212、工作原理经净化后的压缩空气进入后冷却器中进行冷却，冷却后被输送到用户系统。冷却中所形成的凝结水经由一排水电磁阀而排出。在空压机运转中需不断地注入空压机油，以便在气缸壁上形成的一层薄薄的油膜防止滑片与气缸壁的直接接触而造成磨损。空压机油的注入，还具有冷却散热和气室密封的作用。223、特点滑片式空压机技术含量较高，在全球领域具备生产能力的厂家较少，因此进入国内市场较晚，仍然处在概念传播的阶段。但由于其超长的寿命、良好的可靠性、优异的排气质量、最高的效率和最少的维护正在迅速赶超其它同类产品，必将成为新型压缩机的市场主流。23滑片机主机双螺杆机主机单螺杆机主机运动部件1个转子1对阴阳转子1个螺杆，2个星形轮运动速度1000-1500rpm1500-3000rpm运动形式单纯回转运动阳转子驱动阴转子进行啮螺杆驱动2个星形轮进行啮合加工装配加工要求很高，但不需要专用设备装配简单易行必须使用专用设备加工，要求十分严格；装配复杂，要求十分严格材质寿命所有运动部件使用寿命都在10万小时以上轴承寿命2-4万小时轴承寿命5万小时星形轮寿命5百到2千小时受力种类只受径向力轴向力与径向力均存在效率基本消除各种内泄漏，容积效率高传动效率最高效率永不下降各种内泄漏普遍存在，容积效率低下皮带传动或齿轮传动效率低下随磨损量增加效率下降，单螺杆尤其明显维护主机终生免维护轴承终生免维护油气管路内置，基本免维护日常维护量最少维护容易进行单螺杆主机需定期更换星型轮轴承需定期更换油气管路外置，维护量很大日常维护量较大维护难度大，不易进行日常维护3.2.5空压机比较目前活塞式正逐渐淡出市场，螺杆式为市场的主旋律，滑片式正越来越多地受到重视。243.3机组制动供气1．机组制动概述机组在低速运转时，会引起推力轴承及导轴承中润滑油膜变薄或遭受破坏，使润滑条件出现恶化，致使轴瓦磨损，严重时会烧坏轴瓦。因此，在机组停机过程中当转速下降到一定程度时必须进行强迫制动，以便机组能在很短的一段时间内停下来。图3-5为机组在不同条件下的制动过程曲线。图3-5机组制动过程曲线251自由制动：机组运转时的动能全部消耗在克服自由制动力矩（即机组的推力轴承和导轴承的摩擦力矩、发电机转子对空气的摩擦力矩与水轮机转轮对水或空气的摩擦力矩）上，根据这种动能的消耗程度，机组转速逐渐下降，经过一段时间后机组停止转动。采用这种方式时，机组停机时间较长，可能长达30分钟至1个小时。这对机组是非常不利的。2强迫制动（有如下几种）：风闸制动：该方式采用压缩空气作为强迫制动的能源来推动制动闸，一般用于立式水轮发电机组的制动；水力制动：用于冲击式机组，即停机时打开专用的制动喷嘴，将水流射到水斗的背面，从而在机组轴上产生制动力矩进行制动；电气制动：即停机时通过专设的开关将与系统解列的发电机接入制动用的三相短路电阻上实现电气制动。该方式需要设置机械制动作为备用。262．机组机械制动装置系统机组顶起转子装置与机组制动装置采用同一设备布置在发电机风洞内。机组在解列需要制动时，千斤顶用气操作以强制机组停转；机组长时间不运转或检修推力轴承时，千斤顶用油操作以顶起转子。图3-6为机组制动装置系统原理图。另外，机组顶起转子装置与机组制动装置也可分开设置。转子顶起装置用油压操作，其动力源布置在发电机风洞内，机组制动装置用气压操作，气源布置在发电机顶部。图3-6机组制动装置系统原理图动画演示27机械制动的自动操作机组解列后，当转速降至额定转速的35%左右时，由转速继电器控制的电磁空气阀DKF自动开启，压缩空气经常开阀1和2进入制动闸，对机组进行制动。经过一定时限（由时间继电器整定的时间）后，使电磁空气阀DKF关闭，制动闸内的压缩空气与大气相通，压缩空气排出，制动过程结束，制动装置自动退出。图3-6机组制动装置系统原理图28机械制动的手动操作当水轮发电机组在停机过程中出现机械制动装置失灵时或机组停机检修时，需手动投入机械制动。即先将常开阀门1和2关闭，在机组停机时，当机组转速下降到规定值时，打开阀门3，使压缩空气进入制动闸对机组进行制动。待机组转速下降到零时，再关闭阀门3，打开阀门4，使制动闸排气，制动完毕后，关闭阀门4，为下次手动操作做好准备。图3-6机组制动装置系统原理图29顶起转子按规程规定，第一次停机24小时，第二次停机36小时，第三次停机48小时，以后为72小时以上需要顶转子。当然有时为了检修的需要也需要顶转子。切断制动系统与制动闸的联系，切换三通阀接通高压油泵，向制动闸打油，使发电机转子抬高8~12mm。开机前排出制动闸中的油，此时需打开阀门5，使制动闸中的油排至回油箱，最后用压缩空气吹扫制动闸中的残油。图3-6机组制动装置系统原理图303、机组电气制动装置系统（1）机械制动缺点制动功率与机组转速成正比，导致投制动的转速较低；大容量机组制动块磨损快，更换频繁；制动措施的大量粉尘对机