第四章 压缩空气系统

2）储气罐
空压机储气罐，又名压缩空气储存罐，是一 种专门用于储存压缩空气的压力容器，作用 是用于存气缓冲，避免空压机频繁加卸载和 除掉大部分的液态水，主要与空压机，冷冻 式干燥机，过滤器等设备配套使用，组成工 业生产上的动力源----压缩空气站.
• 3）冷却器
风冷式 水冷式：套管式、蛇管式、管壳式
4.1.1 压缩空气的用途
• 1、油压装置压力油罐充气； （1）30%—40%的油，60%—70%的压缩空气。（2 ）工作压力一般为2.5MPa，大型机组为4.0MPa。（ 3）便于布置，易漏油（对工艺水平要求高），有干 燥度要求。
• 2、配电装置中空气QF和气动隔离开关用气； （1）作为灭弧或操作能源。（2）空气QF用气的工 作压力为2.0-2.5MPa，气动隔离开关工作压力 0.7MPa。（3）有干燥度要求。
机组制动过程曲线
3.3 机组制动供气
1. 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。
4.1.3 气系统分类
• 高压：大于0.7MPa；低压：小于等于0.7MPa。 • 厂内高压气系统：水轮机调节系统和机组控制系统的油
压装置。 • 厂外高压气系统：空气QF. • 厂内低压气系统：机组制动、调相压水、空气围带、风
动工具及吹扫等。 • 厂外低压气系统：水工闸门、拦污栅。
4.1.3 气系统分类
4.2.1 空气压缩装置的基本结构
• 空气压缩机，简称为空压机，是以原动机为动力，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。速度型压缩机 在高速轮叶的作用下，获得巨大的动能，随后在扩压器中急剧降速， 使气体的动能转变为势能(压力能容积型压缩机以便汽缸容积缩小而提 高气体压力，目前水电厂所采用的空气压缩机多为容积型。
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.额 定转速的40%-60%时投入。
• 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：当转子的附合端面转到与机壳排气相 通， 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.
2. 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.
4 、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.
4.2.4 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.滑片式压缩机的整机看起来比较简 捷，几乎看不到什么零配件。它把空气过滤器、进气阀、油气分离器 、安全阀、最小压力阀、油过滤器、温控旁通阀、回油阀等部件以模 块形式全部浓缩在主机内。
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，吸入的空气在气缸内被 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，吸气阀活 塞排气阀自动打开，压缩空气被排出。
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.
机组电气制动装置系统
电气制动装置系统原理图
4 、设备选择计算
1> 机组制动耗气量计算
制动耗气量取决于发电机所需要的制动力矩，由电机制造 厂提供，在设计制动供气系统时可根据制动耗气流量来计算 ，也可按充气容积来计算.相对来说按充气容积来计算更为合 理.因为制动过程并非持续耗气过程.
双螺杆式空压机工作原理图
3 、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 自由空气相遇。 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 ，转子的边气侧端面转离了进 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.
• 管道系统由干管、支管和管件组成，将气源和用气设备联系起来，输送 和分配压缩空气。
3）测量控制元件
• 测量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，其主要作用是监测与控制，保证压缩空气系统的正常 运行。
4）用气设备
• 用气设备主要有油压装置压力油罐、制动闸、风动工具等。
• 高压：大于0.7MPa；低压：小于等于0.7MPa。 • 厂内高压气系统：水轮机调节系统和机组控制系统的油
压装置。 • 厂外高压气系统：空气QF. • 厂内低压气系统：机组制动、调相压水、空气围带、风
动工具及吹扫等。 • 厂外低压气系统：水工闸门、拦污栅。
4.2 空气压缩装置
4.2.1 空2.3 回旋螺杆式空压机 4.2.4 滑片式空压机 4.2.5 空压机比较
复合管FL风冷却器
4.3 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 度时必须强行强迫制动，以便机组能在很短的段时间内停下 来.图为机组在不同条件下的制动过程曲线.
第四章 压缩空气系统
辅助设备－气系统
① 概述 ② 空气压缩装置 ③ 机组制动供气 ④ 机组调相压水供气 ⑤ 风动工具、空气围带和防冻吹冰供气 ⑥ 低压气系统 ⑦ 油压装置供气 ⑧ 配电装置供气 ⑨ 水电站压缩空气的综合系统
4.1 概述
4.1.1 压缩空气的用途 4.1.2 压缩空气系统的组成 4.1.3 压缩空气系统的分类
4.2.2 往复活塞式空压机
l 、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 电机枪
5 单向阀 6 压缩机主机 7 三角皮带
8 钢丝网防护 9 电机 10气压开关
11 压力表 12 储气罐 13 像胶箱
14 排水阀 15 安全阀
• 2 、工作原理 吸气过程：当活塞向右移动时，气缸左腔容积
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。
• 3 、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。
2、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。
4.1.2 压缩空气系统的组成
• 压缩空气系统的任务是及时给用户供气，并满足压缩空气的质量(气压、 干燥、清洁)要求。压缩空气系统由空气压缩装置(空压机及附属设备)、 管道系统、测量控制元件和用气设备四部分组成。
1）空气压缩装置
• 空气压缩装置由空气压缩机、电动机、储气罐和油水分离器等组成。 2）管道系统
4.2.4 三种空压机比较
4.2.5 空气压缩装置的其他设备
• 1）气水分离器（油水分离器）
通过五级分离—降速、离心、碰撞、变向、 凝聚等原理，除去压缩空气（气体）中的 液态水份和固体颗粒，达到净化的作用。 湿气在冷却过程中冷凝后，在分离器中的 挡板迫使气体改变方向二次，并以设计好 的速度旋转，产生离心力高效地分离出液 体和颗粒，排水器应及时排放出冷凝液。
• 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.
• 3 特点
• 滑片式空压机技术含量较高，在全球领城具备生产能力的厂 家极少，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.
• 3、机组停机时制动用气； • 工作压力为0.7MPa。 • 4、机组调相用气 • 工作压力为0.7MPa • 5、蝶阀止水围带用气 • 工作压力：0.1-0.3MPa • 6、风动工具、吹污清扫用气 • 工作压力：0.7MPa • 7、水轮机导轴承检修密封围带； • 8、防冻吹冰用气，水工闸门、拦污栅
• 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 发电机转子偏离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 压缩空气吹扫制动网中的残 油.
• 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 .
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关闭在机组停机时当机组转速下降到规定值时打开阀门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使制动闸排气制动完毕后关闭阀门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
• 2 、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 下被推至气缸璧，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。
• 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。排气量 较大而气压在7×105Pa以上的空压机大多进行多级压缩。
4.2.3 回旋螺杆式空压机
• 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己经接近 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。