第三章压缩空气系统

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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。





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)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;




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Ø 80。

回流 造成 大量 逸气
水轮机调相运行时(压水前) 尾水管中的回流状态
(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。
估算公式
KN Q0 1000
m
3
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。

2、贮气罐容积计算
Q0 ZP0 Vg P


m
3
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。
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
四、制动供气设备选择计算

1、制动耗气量计算
qtP 60 Q0 1000 P0
m
3


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




(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。

3、多级压缩
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

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。


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。
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;

贮气罐容积系列有0.5,1.0,1.5,2.0,2,3,4,5,6,8, 10 m3等
3、空压机生产率

Q0 Z Qk T

m min
3

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。


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。



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。
4、供气管道选择


通常按经验选取: 干管Ø 20~Ø 100; 环管Ø 15~Ø 32; 支管Ø 15。
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。

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
P 尾水 下限 10 P0
4
式中:
尾水 下限
P0
——尾水位,m; ——压水至下限水位,m;
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

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
——当地大气压力,Pa。

(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。
K t PV Vg P 1P 2

(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:
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
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)水轮机来自百度文库水管强迫补气用气;


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;
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。
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。
二级压缩原理图
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。
活塞式中高压空压机 活塞式低压空压机
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)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。
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