空分機組培訓

丁凱

空分機組培訓新疆廣匯新能源汽輪機的基本概念

汽輪機是用具有一定溫度和壓力的蒸汽來做功的回轉式原動機。

依其做功的原理不同，可分為沖動式汽輪機和反動式汽輪機兩種類型。

沖動式汽輪機：蒸汽的熱能轉變?yōu)閯幽艿倪^程，僅在噴嘴中發(fā)生，而工作葉片只是把蒸汽的動

能轉變成機械能的汽輪機。即蒸汽僅在噴嘴中產(chǎn)生壓力降，而在葉片中不產(chǎn)生壓力降低。反動式汽輪機：蒸汽的熱能轉變?yōu)閯幽艿倪^程，不僅在噴嘴中發(fā)生，而且在葉片中葉同樣發(fā)生的汽輪機。即蒸汽不僅在噴嘴中進行膨脹，產(chǎn)生壓力降，而且在葉片中也膨脹，產(chǎn)生壓力降。沖動式與反動式在構造上的主要區(qū)別在于：沖動式：動葉片出、入口側的橫截面相對比較均勻，氣流通道從入口到出口其面積基本不變。反動式：動葉片出、入口側的橫截面不對稱，葉形入口較肥大，而出口側較薄，其流通到從入口到出口呈漸縮狀。

最簡單的汽輪機單級工作原理為：

具有一定壓力和溫度的蒸汽通入噴嘴膨脹加速，此時蒸汽壓力、溫度降低，速度增加，蒸汽熱能轉變?yōu)閯幽?，然后具有較高速度的蒸汽由噴嘴流出，進入動葉片流道，在彎曲的動葉片流道內，改變氣流方向，給動葉片以沖動力，產(chǎn)生了使葉輪旋轉的力矩，帶動主軸旋轉，輸出機械功，完成動能到機械能的轉換。

熱能→動能→機械能，這樣一個能量轉換的過程，便構成了汽輪機做功的基本單元，通常稱這個做功單元成為汽輪機的級，它是有一列噴嘴葉柵和其后緊鄰的一列動葉柵所構成。

由于單級汽輪機的功率較小，且損失大，故使汽輪機發(fā)出更大的功率，需要將許多級串聯(lián)起來，制成多級汽輪機。多級汽輪機的第一級又稱調節(jié)級，該級在機組負荷變化時，是通過改變部分進氣量來調節(jié)機組負荷，而其他級任何情況下都為全周進氣，稱為非調節(jié)級。汽輪機按熱力過程可分為：

凝氣式汽輪機：進入汽輪機做功的蒸汽，除少量漏氣外，全部或大部分排入凝汽器，形成凝結水。

背壓式汽輪機：蒸汽在汽輪機內做工后，以高于大氣壓力排入排氣室，以供熱用戶采暖和工業(yè)用氣。

調整抽氣式汽輪機：將部分做過功的蒸汽以某種壓力下抽出，供工業(yè)用或采暖用。

中間再熱式汽輪機：將在汽輪機高壓剛做完功的蒸汽，在送回鍋爐過熱器加熱到新蒸汽溫度，回中低壓缸繼續(xù)做工。

壓縮機的基本概念

壓縮機：輸送氣體和提高氣體壓力的一種從動的流體機械。

壓縮機按其原理可分為離心式壓縮機、往復式壓縮機、回轉式壓縮機、軸流式壓縮機四大類。離心式壓縮機：依靠葉輪對氣體作功使氣體的壓力和速度增加，而后又在擴壓器中將速度能轉變?yōu)閴毫δ?，氣體沿徑向流過葉輪的壓縮機。

往復式壓縮機：靠一個或幾個作往復運動的活塞來改變壓縮腔內部容積的容積式壓縮機。

回轉式壓縮機：通過一個或幾個部件的旋轉運動來完成壓縮腔內部容積變化的容積式壓縮機。包括滑片式、滾動活塞式、螺桿式和渦旋式壓縮機。

軸流式壓縮機：離心式壓縮機的基本概念

依靠葉輪對氣體作功使氣體的壓力和速度增加，而后又在擴壓器中將速度能轉變?yōu)閴毫δ?，氣體沿徑向流過葉輪的壓縮機。離心式壓縮機是一種葉片旋轉式壓縮機（即透平式壓縮機）。工作原理：汽輪機（或電動機）帶動壓縮機主軸葉輪轉動，在離心力作用下，氣體被甩到工作輪后面的擴壓器中去。而在工作輪中間形成稀薄地帶，前面的氣體從工作輪中間的進汽部份進入葉輪，由于工作輪不斷旋轉，氣體能連續(xù)不斷地被甩出去，從而保持了氣壓機中氣體的連續(xù)流動。氣體因離心作用增加了壓力，還可以很大的速度離開工作輪，氣體經(jīng)擴壓器逐漸降低了速度，動能轉變?yōu)殪o壓能，進一步增加了壓力。如果一個工作葉輪得到的壓力還不夠，可通過使多級葉輪串聯(lián)起來工作的辦法來達到對出口壓力的要求。級間的串聯(lián)通過彎通，回流器來實現(xiàn)。這就是離心式壓縮機的工作原理。離心泵的工作原理

離心泵的工作原理是：離心泵之所以能把水送出去是由于離心力的作用。水泵在工作前，泵體和進水管必須罐滿水形成真空狀態(tài)，當葉輪快速轉動時，葉片促使水快速旋轉，旋轉著的水在離心力的作用下從葉輪中飛去，泵內的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。水源的水在大氣壓力（或水壓）的作用下通過管網(wǎng)壓到了進水管內。這樣循環(huán)不已，就可以實現(xiàn)連續(xù)抽水。在此值得一提的是：離心泵啟動前一定要向泵殼內充滿水以后，方可啟動，否則泵體將不能完成吸液，造成泵體發(fā)熱，震動，不出水，產(chǎn)生“空轉”，對水泵造成損壞。螺桿泵的工作原理

螺桿泵的工作原理是：螺桿泵工作時，液體被吸入后就進入螺紋與泵殼所圍的密封空間，當主動螺桿旋轉時，螺桿泵密封容積在螺牙的擠壓下提高螺桿泵壓力，并沿軸向移動。由于螺桿是等速旋轉，所以液體出流流量也是均勻的。汽輪機的基本參數(shù)功率：46418KW工作轉速：4870rpm第一臨界轉速：2558rpm第二臨界轉速：6815rpm最高工作轉速：4967rpm跳車轉速：5464rpm進氣壓力：89.3--93.7bar(A)進氣溫度：535--545℃排氣壓力：0.23--0.366bar(A)汽輪機的配套設施

汽輪機通常在高溫高壓及高轉速的條件下工作，是一種較為精密的重型機械，一般須與鍋爐（或其他蒸汽發(fā)生器）、從動機、以及凝汽器、加熱器、泵等組成成套設備，一起協(xié)調配合工作。新疆廣匯新能源有限公司空分車間汽輪機為凝氣式汽輪機，主要附屬部件為：油系統(tǒng)、冷凝系統(tǒng)，抽真空系統(tǒng)組成。油系統(tǒng)

油系統(tǒng)由油箱、潤滑油泵、控制油泵、事故油泵、排油煙風機、油冷卻器、油過濾器、油加熱器、高位油箱、頂軸油泵以及各附屬管道，儀表測點，閥門構成。

油箱：汽輪機調節(jié)油系統(tǒng)及潤滑油系統(tǒng)中儲存一定油量的容器。頂軸油泵：正常情況下，潤滑油在轉子軸頸與軸承之間形成了連續(xù)的潤滑油膜；當轉速較低時，這層油膜會被破壞，從而發(fā)生干摩擦，頂軸油泵就是為了在這種情況下形成連續(xù)保護油膜而設立的。

冷凝系統(tǒng)冷凝系統(tǒng)由：凝汽器，疏水膨脹箱，冷凝液泵以及各儀表、閥門、管道構成。凝汽器：將汽輪機排汽冷凝成水的一種換熱器，又稱復水器/表冷器。凝汽器主要用于汽輪機動力裝置中，分為水冷凝汽器和空冷凝汽器兩種。凝汽器除將汽輪機的排汽冷凝成水供鍋爐重新使用外，還能在汽輪機排汽處建立真空和維持真空。熱井：凝汽器下部收集凝結水的集水井。作用：1、收集凝結水。2、給凝結水泵提供一定的靜壓頭。疏水膨脹箱：疏水膨脹箱回收疏水用的，開停機時要排放蒸汽管道內介質，升溫或者降壓，這部分介質通過疏水膨脹箱減壓回收工質。冷凝液泵：抽真空系統(tǒng)

設置抽氣器的原因：保持表冷器的高度真空，使得在汽輪機做完功后的乏汽能夠暢通的進入表冷器并冷凝。抽氣器的原理：具有一定壓力的蒸汽經(jīng)過噴嘴膨脹加速，由于速度很高，在混合室形成負壓，低于表冷器的壓力，表冷器內的氣體被抽到混合室，高速氣流帶著氣體進入擴壓管，速度降低壓力升高，在擴壓管出口略大于大氣壓被排出。軸封抽氣器：開工抽氣器：一級/二級抽氣器：抽氣冷卻器：抽氣器工作圖

汽輪機本體主要由哪幾個部分組成

⑴轉動部分：由主軸、葉輪、軸封和安裝在葉輪上的動葉片及聯(lián)軸器等組成。

⑵固定部分：由噴嘴室汽缸、隔板、靜葉片、汽封等組成。

⑶控制部分：由調節(jié)系統(tǒng)、保護裝置和油系統(tǒng)等組成。離心式壓縮機的組成

離心式壓縮機由轉子及定子兩大部分組成，轉子包括轉軸，固定在軸上的葉輪、軸套、平衡盤、推力盤及聯(lián)軸節(jié)等零部件。定子則有氣缸，定位于缸體上的各種隔板以及軸承等零部件。在轉子與定子之間需要密封氣體之處還設有密封元件。各個部件的作用介紹如下。葉輪與主軸

葉輪：葉輪是離心式壓縮機中最重要的一個部件，驅動機的機械功即通過此高速回轉的葉輪對氣體作功而使氣體獲得能量，它是壓縮機中唯一的作功部件，亦稱工作輪。葉輪一般是由輪蓋、輪盤和葉片組成的閉式葉輪，也有沒有輪蓋的半開式葉輪。

主軸：主軸是起支持旋轉零件及傳遞扭矩作用的。根據(jù)其結構形式。有階梯軸及光軸兩種，光軸有形狀簡單，加工方便的特點。平衡盤

平衡盤：在多級離心式壓縮機中因每級葉輪兩側的氣體作用力大小不等，使轉子受到一個指向低壓端的合力，這個合力即稱為軸向力。軸向力對于壓縮機的正常運行是有害的，容易引起止推軸承損壞，使轉子向一端竄動，導致動件偏移與固定元件之間失去正確的相對位置，情況嚴重時，轉子可能與固定部件碰撞造成事故。平衡盤是利用它兩邊氣體壓力差來平衡軸向力的零件。它的一側壓力是末級葉輪盤側間隙中的壓力，另一側通向大氣或進氣管，通常平衡盤只平衡一部分軸向力，剩余軸向力由止推軸承承受，在平衡盤的外緣需安裝氣封，用來防止氣體漏出，保持兩側的差壓。軸向力的平衡也可以通過葉輪的兩面進氣和葉輪反向安裝來平衡。推力盤與聯(lián)軸器

推力盤：由于平衡盤只平衡部分軸向力，其余軸向力通過推力盤傳給止推軸承上的止推塊，構成力的平衡，推力盤與推力塊的接觸表面，應做得很光滑，在兩者的間隙內要充滿合適的潤滑油，在正常操作下推力塊不致磨損，在離心壓縮機起動時，轉子會向另一端竄動，為保證轉子應有的正常位置，轉子需要兩面止推定位，其原因是壓縮機起動時，各級的氣體還未建立，平衡盤二側的壓差還不存在，只要氣體流動，轉子便會沿著與正常軸向力相反的方向竄動，因此要求轉子雙面止推，以防止造成事故。聯(lián)軸器：由于離心壓縮機具有高速回轉、大功率以及運轉時難免有一定振動的特點，所用的聯(lián)軸器既要能夠傳遞大扭矩，又要允許徑向及軸向有少許位移，聯(lián)軸器分齒型聯(lián)軸器和膜片聯(lián)軸器，目前常用的都是膜片式聯(lián)軸器，該聯(lián)軸器不需要潤滑劑，制造容易。機殼與擴壓器機殼：機殼也稱氣缸，對中低壓離心式壓縮機，一般采用水平中分面機殼，利于裝配，上下機殼由定位銷定位，即用螺栓連接。對于高壓離心式壓縮機，則采用圓筒形鍛鋼機殼，以承受高壓。這種結構的端蓋是用螺栓和筒型機殼連接的。

擴壓器：氣體從葉輪流出時，它仍具有較高的流動速度。為了充分利用這部分速度能，以提高氣體的壓力，在葉輪后面設置了流通面積逐漸擴大的擴壓器。擴壓器一般有無葉、葉片、直壁形擴壓器等多種形式。彎道、回流器、蝸殼

彎道：在多級離心式壓縮機中級與級之間，氣體必須拐彎，就采用彎道，彎道是由機殼和隔板構成的彎環(huán)形空間。

回流器：在彎道后面連接的通道就是回流器，回流器的作用是使氣流按所需的方向均勻地進入下一級，它由隔板和導流葉片組成。導流葉片通常是圓弧的，可以和氣缸鑄成一體也可以分開制造，然后用螺栓連接

蝸殼：蝸殼的主要目的，是把擴壓器后，或葉輪后流出的氣體匯集起來引出機器，蝸殼的截面形狀有圓形、犁形、梯形和矩形。喘振

壓縮機運行中一個特殊現(xiàn)象就是喘振。防止喘振是壓縮機運行中極其重要的問題。許多事實證明，壓縮機大量事故都與喘振有關。喘振所以能造成極大的危害，是因為在喘振時氣流產(chǎn)生強烈的往復脈沖，來回沖擊壓縮機轉子及其他部件；氣流強烈的無規(guī)律的震蕩引起機組強烈振動，從而造成各種嚴重后果。喘振曾經(jīng)造成轉子大軸彎曲；密封損壞，造成嚴重的漏氣，漏油；喘振使軸向推力增大，燒壞止推軸瓦；破壞對中與安裝質量，使振動加劇；強烈的振動可造成儀表失靈；嚴重持久的喘振可使轉子與靜止部分相撞，主軸和隔板斷裂，甚至整個壓縮機報廢，這在國內外已經(jīng)發(fā)生過了。喘振在運行中是必須時刻提防的問題。在運行時，喘振的跡象一般是首先流量大幅度下降，壓縮機排量顯著降低，出口壓力波動，壓力表的指針來回擺動，機組發(fā)生強烈振動并伴有間斷低沉的吼聲，好像人在于咳一般。判斷喘振除了憑人的感覺外，還可以根據(jù)儀表和運行參數(shù)配合性能曲線查出。喘振發(fā)生的條件

喘振發(fā)生的條件:根據(jù)喘振原理可知，喘振在下述條件下發(fā)生：

1在流量小時，流量降到該轉速下的喘振流量時發(fā)生

壓縮機特性決定，在轉速一定的條件下，一定的流量對應于一定的出口壓力或升壓比，并在一定的轉速下存在一個極限流量——喘振流量。當流量低于這個喘振流量時壓縮機便不能穩(wěn)定運行，發(fā)生喘振。上述流量，出口壓力，轉速和喘振流量綜合關系構成壓縮機的特性線，也叫性能曲線。在一定轉速下使流量大于喘振流量就不會發(fā)生喘振。

2管網(wǎng)系統(tǒng)內氣體的壓力，大于一定轉速下對應的最高壓力是發(fā)生喘振

如果壓縮機與管網(wǎng)系統(tǒng)聯(lián)合運行，當系統(tǒng)壓力大大高出壓縮機該轉速下運行對應的極限壓力時，系統(tǒng)內高壓氣體便在壓縮機出口形成恒高的“背壓”，使壓縮機出口阻塞，流量減少，甚至管網(wǎng)氣體倒流，造成壓縮機喘振。在運行中可能造成喘振的各種原因

在運行中可能造成喘振的各種原因有：

1

系統(tǒng)壓力超高

造成這種情況有：壓縮機緊急停機，氣體為此進行放空或回流；出口管路上的單向逆止閥門動作不靈活關閉不嚴；或者單向閥距壓縮機出口太遠，閥前氣體容量很大，系統(tǒng)突然減量，壓縮機來不及調節(jié)，防喘系統(tǒng)未投自動等等。2吸入流量不足

由于外界原因使吸入量減少到喘振流量以下，而轉速，使壓縮機進入喘振區(qū)引起喘振。如下圖1。這種情況的原因有：壓縮機入口濾器阻塞，阻力太大，而壓縮機轉速未能調節(jié)造成喘振；濾芯太臟，或冬天結冰都可能發(fā)生這種情況；入口氣源減少或切斷，如壓縮機供氣不足，壓縮機沒有補充氣源等等。所有這些情況如不及時發(fā)現(xiàn)及時調節(jié)。壓縮機都可能發(fā)生喘振。在運行中可能造成喘振的各種原因

3

機械部件損壞脫落

機械密封，平衡盤密封，O型環(huán)等部件安裝不全，安裝位置不準或者脫落，會形成各級之間，各段之間串氣，可能引起喘振；過濾器阻力太大，逆止閥失效或破損也都可以引起喘振。

4操作中，升速升壓過快，降速之前未能首先降壓

升速、升壓要緩慢均勻，降速之前應先采取卸壓措施：如放空，回流等；以免轉速降低后，氣流倒灌。

5工況改變，運行點落入喘振區(qū)

工況變化，如改變轉速，流量，壓力之前，未查看特性曲線，使壓縮機運行點落入喘振區(qū)。在運行中可能造成喘振的各種原因

6正常運行時，防喘振系統(tǒng)未投自動

當外界因素變化時，如蒸汽壓力下降或氣量波動；汽輪機轉速下降而防喘振系統(tǒng)來不及手動調節(jié)；或來氣中斷等；由于未用自動防喘振裝置可能造成喘振。

7介質狀態(tài)變化造成喘振

喘振發(fā)生的可能與氣體介質狀態(tài)有很大關系。因為氣體的狀態(tài)影響流量，從而也影響喘振流量，當然影響喘振。如進氣溫度，進氣壓力，氣體成分即分子量等對喘振都有影響。當轉速不變，出口壓力不變時，氣體入口穩(wěn)度增加容易發(fā)生喘振；當轉速一定，進氣壓力越高則喘振流量值也越大；當進氣壓力一定，轉速不變，氣體分子量減少很多時，容易發(fā)生喘振。防止與消除喘振的方法

1防止與消除喘振的根本措施是設法增加壓縮機的入口氣體流量

對一般無毒，不危險氣體如空氣，CO2等可采用放空；對合成氣，天然氣，氨等氣體可采取回循環(huán)。采用上述方法后可使流經(jīng)壓縮機的氣體流量增加，消除喘振；但壓力隨之降低，浪費功率，經(jīng)濟性下降。如果系統(tǒng)需要維持等壓的話，放空或回流之后應提升轉速，使排出壓力達到原有水平。在升壓前和降速，停機之前，應當將放空閥或回流閥預先打開，以降低背壓，增加流量，防止喘振。防止與消除喘振的方法

2根據(jù)壓縮機性能曲線，控制防喘裕度

防喘系統(tǒng)在正常運行時應投入自動。

升速，升壓之前一定要事先查好性能曲線，選好下一步的運行工況點，根據(jù)防喘振安全裕度來控制升壓，升速。防喘振安全裕度就是在一定工作轉速下，正常工作流量與該轉速下喘振流量之比值，一般正常工作流量應比喘振流量大1.05～1.3倍，即：喘振裕度=該工作轉速下的正常流量/同轉速的喘振流量≥1.05~1.3

裕度太大，雖不易喘振，但壓力下降很多，浪費很大，經(jīng)性下降。

在實際運行中，最好將防喘閥門的整定值，根據(jù)防喘裕度來整定。太大則不太經(jīng)濟，太小又不安全。防喘系統(tǒng)根據(jù)安全裕度下整定好以后，在正常運行時防喘閥門應當關閉，并投入自動，這樣既安全又經(jīng)濟。有的單位防喘振裝置不投自動，而用手動，恐怕發(fā)生喘振而不敢關嚴防喘閥門，正常運行時有大量氣體回流或放空，這既不經(jīng)濟又不安全；因為發(fā)生喘振時用手動操作是來不及的，結果不能防止喘振。防止與消除喘振的方法

3在升壓和變速時，強調“升壓必先升速，降速必先降壓”的原則

壓縮機升壓應當在汽輪機調速器投入工作后進行；升壓之前查好性能曲線，確定應該到達的轉速，升到該轉速后再提升壓力；壓縮機降速應當在防喘閥門安排妥當后再開始；升速，升壓不能過猛過快；降速