压缩空气系统

滑片机主机
双螺杆机主机
单螺杆机主机
运动部件 运动速度 运动形式 加工装配
1个转子 1000-1500rpm 单纯回转运动 加工要求很高，但不需要专用设备 装配简单易行
1对阴阳转子
1个螺杆，2个星形轮
1500-3000rpm
阳转子驱动阴转子进行啮 螺杆驱动2个星形轮进行啮合
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
图3-6 机组制动装置系统原理图
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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。
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3.1.2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。
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。
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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。
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2、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
图3-5 机组制动过程曲线
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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。
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。
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图3-6 机组制动装置系统原理图 动画演示
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。
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。
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3、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。
图3-1 空气压缩装置结构原理图 9
(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
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图3-6 机组制动装置系统原理图
顶起转子
按规程规定，第一次停机
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3.2 空气压缩装置
3.2.1 空气压缩装置的基本结构 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
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3.2.1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。
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3 压缩空气系统
3 压缩空气系统
31 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 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
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3.1 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
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3.1.1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
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
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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。
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2．机组机械制动装置系统
机组顶起转子装置与机组源自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
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23护难度大，不易进行日常维护
3.3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35为机组在不同条件下的制动过程曲线。
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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。
材质寿命 受力种类
所有运动部件使用寿命都在10万小时 轴承寿命2-4万小时 以上
只受径向力
轴向力与径向力均存在
轴承寿命5万小时星形轮寿命 5百到2千小时
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
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
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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
3.2.3 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
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。
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3.1.3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。
图3-1 空气压缩装置结构原理图 8
速
轴流式
度
离心式
型
压
混流式
缩
滑片式
机
容
回转式 螺杆式
积 型
转子式
往复式 膜式
活塞式
(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。
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
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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。
图3-1 空气压缩装置结构原理图 10
3.2.2 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
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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 。
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3.2.4 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。
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2、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。
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3、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。
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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 。
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24万小时轴承寿命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325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