离心式空气压缩机的调试及故障排除

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空压机在航空发动机的零部件试验中起着至关重要的保障作用,所有的仪表工艺用气和零部件的试验环境建立都需要压缩机提供的压缩空气,因此,为了给科研试验保障提供高质量稳定的压缩空气,动力所空压站相关方面不断进行换代改造,增加供风能力和提高供气质量,已经将原来流量小,使用年限久远的老设备更新换代为体积小、流量大的英格索兰离心式空压机,因为离心式压缩机是速度式压缩机的一种,具有排气量大、效率高、结构简单、体积小、气流不受油污染以及正常工况下运行平稳、压缩气流无脉动等特点,对我们的航空发动机零部件和整机试车有着更好的保障。

1 机组简介
近年来,动力所新增多台英格索兰公
司生产的C E N T A C 离心式空压机,它在压
缩机体积小、流量大、重量轻、运行效率高、易损件少、供气均匀、运转平稳、经济性好等一系列特点基础上,采用先进的控制系统使空压机在动力消耗节省,防止喘振,易操作,低故障率方面表现优秀,从而在最低成本下达到最佳工作状态及最高的效率。

CE NTA C压缩机是一种速度型三级离心式压缩机。

如图1所示,空气通过安装在机组上的进气调节阀进入压缩机的第一级,首先通过叶轮的旋转使空气获得较高的速度;然后气体进入静止的扩压器部分,将速度转化成压力;然后内置于机组中的中间冷却器去掉压缩过程中所产生的热量,从而提高压缩效率;最后气体通过不锈钢水气分离器除去冷凝水。

当气体被强制通过不锈钢水气分离器后,气体所带的水分降低了。

这样的过程在每一个接续的阶段重复,直到压缩机达到的了所要求的工作压力。

C E N T A C 离心式空压机采用C M C 监控系统,它们监测和控制所有压力以及控制如主电机启动柜、油加热器、预油泵等辅助设备,利用先进的性能控制和喘振控制方法来控制和保护空压机。

CMC调谐程序执行过程如图2所示。

该型空压机组的主要参数如下:进气压力0.1M P a ,额定排气压力1.0MPa,进气流量680Nm 3/m i n ,主电机功率为6500HP,冷却循环水耗水量2800l /min,水压大于0.25MPa且小于0.55MPa,润滑油压力大于0.16M P a 且小于0.21MP a等。

2 调试及故障排除
在机组安装,主电机测试和机组联轴器连接完成以后,便是机组的各项性能测试调节工作,在整个的调试过程中,进行了机组的机械性能、喘振点和节流电流等的测试和设置,同时对每一台新的机组做了24h的考核试车运行,在这期间无论是机组、软启动器方面,还是其他相关的辅助设备方面都或多或少的出现过代表性的问题,例如机组的电流和压力等参数波动较大、机组的预润滑油泵工作异常、启动器故障以及供气阀门带压不能动作等问题。

下面我们详细介绍下离心式空压机在调试过程中出现的常见故障及排除方法。

2.1机组的运行参数波动大
正如前面所述,C E N T A C 离心式空压
离心式空气压缩机的调试及故障排除
章剑林
(中航工业沈阳发动机设计研究所能源动力保障中心 辽宁沈阳 11
0015)
摘 要:介绍了英格索兰CENTAC离心式空压机组的设备原理和相关控制原理,探讨了离心机组在整个调试过程中遇到了主要故障和问题,以及故障的分析及排除方法。

关键词:离心式空压机 控制原理
故障分析及排除中图分类号
:TH 452文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2014)05(a)-0101-02
图1 C E N T A C 机组组成结构和工作原理图
图2机组调整控制原理图图3 机组的P I D 控制响应曲线
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机采用CMC监控系统,它是建立在微处理器基础上的离心机控制和监视系统,CMC面板含有一个称作基本控制模块(BCM)的自定义计算机板,该板有微控制器和存储芯片,并控制其他模块对各种输入压力、温度和振动等的采集和分析。

CMC利用性能及喘振保护来满足各种压缩空气的系统要求,其中性能控制用于分组控制模式,它是通过控制进气阀和排气阀运动影响空压机耗电量等来实现机组的稳定运行,在控制模式的选择上,该机组选用的是调整控制,其原理如图3所示;喘振保护则是在机组达到喘振点前打开旁通阀,实现喘振保护,旁通阀的打开点为最小负荷,它将一部分空气排入大气,从而使压缩空气系统获得其要求的空气,仍然产生最小空气量,实现了空压机喘振的避免。

实际上在实现这些控制的基本内容则是我们常用的PID控制,PID控制就是比例-积分-微分控制。

比例控制将发送至阀门的信号改变为对系统压力和系统压力设定点之间差的线性响应,也就是说如果空气系统压力频繁波动,需要将比例带Pb设置一个较低的值,从而与系统变化一致,而且随着Pb降低,阀门寿命相应的降低,周期性变化增加。

积分控制也称作重新设置控制,它自动重新设置用户所要求的系统压力设定点。

对于CMC 来说,控制器重新设置系统压力设置的比率称作积分时间It,并以每秒重复单位表示。

而对于微分控制是通过查看受控变量的变化时间变率,微分作用预测过程的开始点,其特性是微分作用;与P和I不同,微分作用取决于误差坡度,如果误差恒定,微分作用无效。

图3给出了该机组PID控制的响应曲线。

在整个的调试过程中,有一台机组不论系统压力是0.8MPa,还是系统压力是1.0MPa 的两种状态,机组的电机电流、进气阀开度、系统的出口压力都出现了较大的波动,电机电流的波动有40A左右的电流,系统压力的波动范围有80kPa,进气阀开度在37%～40%之间波动。

针对出现的这种现象,我们将控制参数中的P、I两个参数进行了优化设置,首先是将机组的最大负荷和最小负荷的积分时间It调低,然后将最大负荷的比例带Pb参数调高;通过不断地尝试,更改两种负荷状态的PI参数,最后得到的是在It大约在0.01rep/sec左右,Pb大概在45左右时,机组的系统参数值的波动消失,各项的值与其他的机组基本相同并稳定运行。

2.2机组预润滑油泵异常工作
预润滑油泵是实现润滑油在机组开机前和机组停机后,在整个机组内部循环的设备。

预润滑油泵在正常运行期间及空压机停机或跳闸后的所有动作都受CM C面板的控制,在接通控制面板电源并有密封空气的前提下,启动预润滑油泵,此时,机组的油箱内的润滑油将在预润滑油泵的作用下循环,并润
滑机组的各个相关部件。

按下空压机启动按
钮,可编程定时器的启动时间完成后,预润滑
油泵停止工作,按下停止按钮后泵才能再次运
转,并保持直至切断电源或密封空气失去。

以
上所述为机组预润滑油泵的正常工作状态,但
是在调试过程中,预润滑油泵在空压机运转过
程中自动启动,而且机组的油压没有出现增大
等异常的压力值。

针对此次故障,首先到现场
确认预润滑油泵的电机是否运转,排除控制信
号指示异常的可能,然后检查相关的控制接线
和油泵是否反转,在这些可能性排除以后,最
后将注意力转移到润滑油系统管线上的油压
感应阀,经排查确认,之所以会出现主油泵和
预润滑油泵同时运转的情况,是因为在调节好
机组油压后,压力感应阀的调整螺母没有拧紧
固定,之后将其锁紧,机组工作正常。

2.3启动器故障
新增离心式空压机的启动器选用的是
软启动器启动,同时启动完成以后,软启动
器还一直投入使用监视机组电流电压的变
化情况,提供全时段的工作保护。

软起动器
(软启动器)是一种集电机软起动、软停车、
轻载节能和多种保护功能于一体的新颖电
机控制装置,国外称为Soft Starter。

软启动
器采用三相反并联晶闸管作为调压器,将
其接入电源和电动机定子之间。

使用软启
动器启动电动机时,晶闸管的输出电压逐
渐增加,电动机逐渐加速,直到晶闸管全导
通,电动机工作在额定电压的机械特性上,
实现平滑启动,降低启动电流,避免启动过
流跳闸。

待电机达到额定转数时,启动过程
结束,软启动器自动用旁路接触器取代已
完成任务的晶闸管,为电动机正常运转提
供额定电压,以降低晶闸管的热损耗,延长
软启动器的使用寿命,提高其工作效率,又
使电网避免了谐波污染。

虽然软启动器在
机组的运行中有着重要的作用,但是它的
问题也是不容忽视的,在整个调试过程中,
软启动器出现了如下故障:电流缺相保护
动作、软启动器过热保护动作等导致机组
无法正常工作。

缺相保护是工作时,软起动
器随时检测三相线电流的变化,一旦发生
断流,即可做出缺相保护反应。

调试中曾有
电机因为电流缺项引起电机振动,首先我
们通过查找排除自身供电站供电缺项的可
能,然后通过查找软启动器晶闸管功率单
元,逐项进行检查,确认缺相是由于晶闸管
单元损坏造成,随后更换功率单元,机组电
机启动正常,软启动器运行正常。

另外,软
启动器的过热保护是通过软起动器内部热
继电器检测晶闸管散热器的温度,一旦散热器
温度超过允许值后自动关断晶闸管,并发出报
警信号。

在机组调试运行期间,有一台机组在
运行过程中,突然因为软启动器报温度过高故
障引起机组停止运转。

随后我们根据可能的
故障原因查找排除晶闸管散热器的散热情况,
检查晶闸管散热器是否完好,通过逐项排查确
认为软启动器微控制器故障引起的误报警,更
换控制器后,一切运行正常。

通过以上关于启动器故障的分析,我们得
出在设备出现故障时,首先应该根据设备常见
故障的外部原因进行排查,如果逐项进行排查
后仍未找到原因,再从设备内部故障着手排
查,这样能更好更快的排除设备故障,使设备
更好的安全运行。

2.4供气阀门故障
在气源站中所有的供气阀门都采用的
电动金属硬密封蝶阀,蝶阀具有启闭方便
快捷、省力、流体阻力较小,结构简单,调节
性能好等特点。

但是在我们的调节过程中,
仍然遇到了些许问题,例如阀门在某个开
度值是带压不能动作、阀门卡死、阀门无法
远程控制等问题。

关于阀门在某个开度带压情况下无法
动作的故障,引起这个问题的主要原因有
阀门电机的转矩不够、点动控制阀门的控
制信号有时滞后或精度不太高等,针对这
个问题我们对有问题的阀门适当的增大转
矩,同时在操作过程中尽量以匀速调整阀
门的开闭。

对于阀门卡死的问题,主要原因
包括阀门的蜗轮蜗杆机构卡死造成阀门不
能动作、电机控制板损坏或保险损坏等,如
果出现此类问题逐项检查排除并更换故障
部件即可解决排除故障。

阀门无法远程操
作,可能的故障原因包括阀门设置未在远
程控制位置、阀门电机控制板损坏、I/O通
讯中断等。

因此在运行操作过程中,我们一
定要根据设备操作维护手册使用设备,如
有问题由现场实际情况逐一排查。

3 结论
C E NT A C离心式空压机在我们的供气
保障中属于首次接触,因此,在机组的调试
过程中也让我们更加细致深入的了解了机
组的特性和操作运行的注意事项,并对机
组的各个辅助设备的相关问题也有了深刻
的了解,为我们的运行维护工作提供了坚
实的基础和丰富的经验。

在论文中所提到
的相关问题,如有不妥或有误之处,还请大
家指正。

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