第三章压缩空气系统

第三章压缩空气系统第一节水电站压缩空气的用途第二节空气压缩机及其他设备第三节机组制动供气第四节机组调相压水供气第五节风动工具、空气围带、防冻吹冰第六节油压装置供气第七节水电厂压缩空气综合系统图第八节空压机房及管道布置第一节水电站压缩空气的用途一、压缩空气系统的作用1）水轮机调节系统及进水阀操作系统的油压装置用气；2）机组停机时制动用气；3）机组调相运行时转轮室充气压水及补气；4）维护检修及吹污清扫用气；5）水轮机主轴检修密封及进水阀空气围带用气；6）机组轴承气封、发电机封闭母线正压用气；7）水轮机尾水管强迫补气用气；8）灯泡贯流式机组发电机舱密闭增压散热用气；9）水泵水轮机压水调相和水泵工况压水启动用气；10）配电装置、发电机空气断路器用气；11）在寒冷地区闸门、拦污栅等处防冻吹冰用气。二、设备用气压力压缩空气系统按照其最高工作压力，宜划分为高压、中压和低压3个压力范围：10MPa以上为高压；1.0MPa～10MPa为中压；1.0MPa以下为低压。1）供液压操作的油压装置压力油槽用气：额定工作压力一般为2.5MPa，大型机组选用4Mpa或6.3Mpa或10Mpa。目前国内调速器最高油压已达16Mpa；2）机组停机过程中的制动用气：额定压力0.7MPa；3）水轮发电机组调相运行时转轮室压水用气：额定压力0.7MPa；4）机组、设备在安装、检修中的风动工具及设备吹扫清污用气：额定压力0.7MPa；5）水轮机主轴检修围带密封充气、发电机封闭母线微正压用气：额定压力0.7MPa；6）蝴蝶阀止水围带充气：工作压力应比阀门承受的水压力高（0.2～0.4）MPa；7）灯泡贯流式机组发电机舱密闭增压散热用气：一般为0.7MPa；8）前池或压力管道进口拦污栅处防冻吹冰用气：额定压力0.7MPa；9）大中型机组水轮机强迫补气：一般为0.7MPa；10）气动配电装置中的空气断路器及气动隔离开关操作和灭弧用气：工作压力一般为2～2.5MPa。但为了设备空气干燥的需求，压缩空气的额定压力应为工作压力的3～4倍，甚至更高。三、压缩空气系统的任务和组成1、任务：及时、可靠地供给用气设备所需的气量，同时满足用气设备对气压、清洁和干燥的要求。2、组成（由四个部分组成）（1）空气压缩装置包括空气压缩机、电动机、储气罐和气水分离器。（2）供气管网由干管、支管和管件组成。管网将气源和用气设备联系起来，输送和分配压缩空气。（3）测量和控制元件包括各种类型的自动化元件，如压力继电器、温度信号器、电磁空气阀等。其主要作用是监测、控制，保证压缩空气系统的正常运行。（4）用气设备如油压装置的压力油罐、制动闸、风动工具等。第二节空气压缩机及其他设备一、活塞式空气压缩机1、特点活塞式空压机压力范围广、效率高、工作可靠，在水电厂广泛使用。主要缺点：机体大而笨重，结构复杂，易损件多，维修工作量大，工作时震动大等。2、工作原理1）吸气过程活塞向右移，吸气阀开启，空气被吸入气缸，其状态保持被吸入前的状态。2）压缩过程活塞向左移，吸气阀关闭，空气被压缩，体积减小，压力升高。3）排气过程活塞达到左端时，排气阀打开，压缩空气排出，其状态保持为压缩终了时的状态。单作用式空压机原理图1－活塞；2－气缸；3－吸气阀；4－排气阀3、多级压缩二级压缩原理图压缩比：也为外压力比或外压缩比，指压缩机出口排气压力（绝压）与进口吸气压力（绝压）的比值。单极压缩时当压缩比ε提高到一定程度时，达到压缩极限，单级压缩比为3.48～4.22。当ε大于5时，采用多级压缩。多级压缩的优点：（1）降低排气温度（2）节省功率消耗（3）提高气缸容积利用率（4）降低活塞上的最大气体作用力4、空压机选择根据用气设备要求的排气量和排气压力（1）排气量：单位时间内空压机最后一级排出的气体，换算到第一级吸气状态（压力、温度、湿度）下的数值，m3/min（2）排气压力MPa最终排出空压机的气体压力，即空压机的额定压力。与空压机的结构有关，与排气系统中的气体压力有关。如：排入大气时，排气压力为零（表计），相当于打开卸荷阀启动空压机；排入贮气罐，排气压力即与贮气罐压力相等。排气压力为变化值：从零逐步上升到额定压力注意：当空压机额定压力低于排气系统时，空压机可能出现超负荷工作而损坏空压机，应在每台空压机排气管道上或附属设备上装安全阀，当压力超过额定值时自动溢流减压而保护设备。活塞式低压空压机活塞式中高压空压机多级空压机V型、W型、L型二、其他设备1、气水分离器（又称油水分离器）功能：（1）分离压缩空气中的水分和油份作用原理：改变气流方向，分离密度较大的水和油（2）分离器底部的截止阀或电磁阀可以实现排污和减载启动，又称为启动卸荷阀分离器底部装设截止阀或电磁阀作为排污兼作空压机空载启动2、贮气罐作用（1）作为压力调节器（2）作为气能贮存器（3）分离水分和油份（4）装设的压力信号器可为自动操作空压机提供信号非标准件，钢板焊接而成附件：压力表、压力信号器、安全阀、排污阀3、冷却器作用:热交换器，用作多级空压机的级间（减少下级压缩的功耗）和机后冷却（降低排气的最终温度）冷却方式：风冷式水冷式第三节机组制动供气一、机组制动的目的和方法1、当发电机与电网解列，水轮机导水叶关闭之后，为了使机组尽快的停下来，通常采用强迫装置----制动闸来强迫制动，它作用的能源就是压缩空气。（防止惰转）1—上机架；2—冷却器；3—气窗；4—导轴承装配；5—密封盖；6—卡环；7—推力头；8—隔油板；9—镜板；10—挡油管；11—主轴；12—轴承座；13—抗重螺栓；14—托盘；15—推力瓦；16—绝缘垫2、制动的一般规定一般，额定转速下降到30%~40%，强迫制动制动时间：2~4min设计规程规定：容量大于250kVA的立式机组都应设制动装置。立式机组中，制动器通常布置在电机的下机架上，均匀分布4~36各，容量越大，制动器数目越多。3、制动器的结构及工作原理制动时，制动器的耐磨制动块与发电机转子下的制动环产生摩擦力矩实现制动。卧式机组制动器安装在飞轮下缘两侧。图1制动器外观图图2制动器结构图4、制动器的作用避免机组停机过程中长时间在低转速下运行，迅速制动（刹车）；在机组安装或检修期间，可用作千斤顶顶起转子；对于停运状态的机组，可防止其转动；长期停机时使机组重新建立起油膜。5、机械制动的缺点制动器磨损快；制动产生的粉尘进入转子磁轭和定子铁芯通风道，长期累计影响发电机冷却效果；粉尘与油雾结合，污染定子绕组，妨碍散热，降低绝缘水平改进：采用电气制动二、制动装置系统制动压力为0.5~0.7MPa制动装置中的压力信号器YX：监视制动闸的状态的，当制动闸内处于无压状态即制动闸活塞落下，其常闭接点闭合时，才具备开机条件1、自动操作机组停机，转速降低至规定值（通常为额定转速的35％）DKF自动动作，压缩空气经常开阀门1和2进人制动闸，对机组进行制动。经过一定时限，电磁空气阀DKF关闭（复归），制动闸内压缩空气与大气相通，压缩空气排出，制动完毕。排气管最好引到厂外或排水沟，以免排气时在主厂房内产生噪音和吹起灰尘以及排出污油2、手动操作①手动操作阀门3和4②将阀门1和2关闭，机组停机时，当转速降低至规定值，打开阀门3，使压缩空气进人制动闸对机组进行制动。③待机组转速降为零，再关闭阀门3，打开阀门4，使制动闸排气。④制动完毕，关闭阀门4，为下次手动操作做好准备三、顶转子1、顶转子机组长时间停机，再开机时，需顶起转子，以便推力轴承形成油膜机组安装或检修后第一次停机24h以上第二次停机36h以上第三次停机48h以上以后为停机72h以上需要顶起转子。2、操作过程切断制动系统与制动闸的联系，切换三通阀接通高压油泵，用手摇或电动油泵向制动闸打油，使发电机转子抬高10～20mm；油压为8~10MPa；三通阀至制动闸的管道需承受高压，均采用无缝钢管；开机前，打开阀门5，使制动闸中的油排至回油箱，再用压缩空气吹扫制动闸中的残油。四、制动供气设备选择计算1、制动耗气量计算式中：q制动过程耗气量，由电机厂提供，或参考同类型机组，l/s；t—制动时间，一般为2min；P—制动气压（绝对气压），一般为0.7MPa）P0大气压力，通常为0.1MPa300100060mPqtPQ估算公式式中：N：发电机额定出力，kW;K:经验系数，K=0.03~0.05，小机组取小值。301000mKNQ2、贮气罐容积计算式中：Q0—一台机组制动一次耗气量m3;Z—同时制动机组台数，取决于电气主接线，一般只考虑一台；△P制动前后允许贮气罐压力降0.1~0.2MPaP0大气压力，0.1MPa。300mPZPQVg贮气罐容积系列有0.5，1.0，1.5，2.0，2，3，4，5，6，8，10m3等3、空压机生产率空压机生产率按在规定时间内（10~15min）内回复贮气罐压力的要求确定。△T贮气罐压力恢复所需时间，10~15min。min30mTZQQk空压机选择：专供制动的，一般为两台，一台工作，一台备用；宜选用水冷式空压机。4、供气管道选择通常按经验选取：干管Ø20~Ø100；环管Ø15~Ø32；支管Ø15。第四节机组调相压水供气一、调相压水概述1、调相为了提高电力系统的功率因素和保持电压水平，需向系统输送无功功率,以补偿输电线路和异步电动机的感性容性电流。目前最广泛采用的作调相运行的方式是利用压缩空气强制压低转轮室水位，使转轮在空气中旋转。压缩空气通常是从专用的贮器罐中引来，强制压低尾水管中的水位。2、影响给气压水效果的因素（1）给气管径和给气压力给气管径和给气压力直接影响起始给气流量，供气支管直径不得小于Ø80。水轮机调相运行时（压水前）尾水管中的回流状态回流造成大量逸气（2）给气位置最好的给气位置是顶盖边缘，空气从导叶与转轮叶片之间进入转轮室，但此处开孔难；通常在顶盖上设置几个进气孔，空气从转轮上冠的减压孔进入转轮室。（3）导叶漏水导叶大量漏水，会促使水平回流连续不断，造成继续逸气，压水效果差。（4）转速转速越高，尾水管中回流越强烈，逸气大，压水效果差。二、调相压水设备选择1、充气容积计算（1）压水深度HL机组：转轮下环底面以下0.4~0.6D1，但不小于1.2米，转轮直径小，转速高机组取大值；ZZ机组：叶片中心线以下0.3~0.5D1，但不小于1米，转轮直径小，转速高机组取大值；（2）HL水轮机充气容积估算（3）转轮室充气压力转轮室充气压力必须平衡管内外的水压差，即0410PP下限尾水式中：——尾水位，m；——压水至下限水位，m；P0——当地大气压力，Pa。尾水下限（4）贮气罐容积贮气罐的容积满足首次压水过程中对转轮室的充气及压水过程中的漏气总耗气量要求。可按压缩空气的有效利用率计算。21PPPVKVtg（5）空压机生产率（6）管道选择计算按经验选取：干管在80~200mm之间选取，接入转轮室的支管在80~150mm之间选取。或经验计算公式：)(30mmtVdg式中：Vg——贮气罐容积，m3;t——充气过程延续时间，t=0.5~2min.三、调相压水供气网路及自动操作要求1、调相压水一般为自动控制2、控制补气元件：电极水位计、浮子水位计、接点压力表等3、调相压水用气引自全厂性供气干管，后分支管进入机组。如漏气量大，可设补气管4、转桨式转调相工况时，应将叶片角度关至最小位置，以减少有功损耗。第五节风动工具、空气围带、防冻吹冰一、维护检修用气1、对象及特点设备安装、检修：风铲、风钻、风砂轮等防堵塞与维护吹扫：技术供水取水口、供排水管路、量测管路等。供气压力：0.5~0.7MPa地点：主机室、安装场、转轮室、机修间等