空分机组培训

丁凯

空分机组培训新疆广汇新能源汽轮机的基本概念

汽轮机是用具有一定温度和压力的蒸汽来做功的回转式原动机。

依其做功的原理不同，可分为冲动式汽轮机和反动式汽轮机两种类型。

冲动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，仅在喷嘴中发生，而工作叶片只是把蒸汽的动

能转变成机械能的汽轮机。即蒸汽仅在喷嘴中产生压力降，而在叶片中不产生压力降低。反动式汽轮机：蒸汽的热能转变为动能的过程，不仅在喷嘴中发生，而且在叶片中叶同样发生的汽轮机。即蒸汽不仅在喷嘴中进行膨胀，产生压力降，而且在叶片中也膨胀，产生压力降。冲动式与反动式在构造上的主要区别在于：冲动式：动叶片出、入口侧的横截面相对比较均匀，气流通道从入口到出口其面积基本不变。反动式：动叶片出、入口侧的横截面不对称，叶形入口较肥大，而出口侧较薄，其流通到从入口到出口呈渐缩状。

最简单的汽轮机单级工作原理为：

具有一定压力和温度的蒸汽通入喷嘴膨胀加速，此时蒸汽压力、温度降低，速度增加，蒸汽热能转变为动能，然后具有较高速度的蒸汽由喷嘴流出，进入动叶片流道，在弯曲的动叶片流道内，改变气流方向，给动叶片以冲动力，产生了使叶轮旋转的力矩，带动主轴旋转，输出机械功，完成动能到机械能的转换。

热能→动能→机械能，这样一个能量转换的过程，便构成了汽轮机做功的基本单元，通常称这个做功单元成为汽轮机的级，它是有一列喷嘴叶栅和其后紧邻的一列动叶栅所构成。

由于单级汽轮机的功率较小，且损失大，故使汽轮机发出更大的功率，需要将许多级串联起来，制成多级汽轮机。多级汽轮机的第一级又称调节级，该级在机组负荷变化时，是通过改变部分进气量来调节机组负荷，而其他级任何情况下都为全周进气，称为非调节级。汽轮机按热力过程可分为：

凝气式汽轮机：进入汽轮机做功的蒸汽，除少量漏气外，全部或大部分排入凝汽器，形成凝结水。

背压式汽轮机：蒸汽在汽轮机内做工后，以高于大气压力排入排气室，以供热用户采暖和工业用气。

调整抽气式汽轮机：将部分做过功的蒸汽以某种压力下抽出，供工业用或采暖用。

中间再热式汽轮机：将在汽轮机高压刚做完功的蒸汽，在送回锅炉过热器加热到新蒸汽温度，回中低压缸继续做工。

压缩机的基本概念

压缩机：输送气体和提高气体压力的一种从动的流体机械。

压缩机按其原理可分为离心式压缩机、往复式压缩机、回转式压缩机、轴流式压缩机四大类。离心式压缩机：依靠叶轮对气体作功使气体的压力和速度增加，而后又在扩压器中将速度能转变为压力能，气体沿径向流过叶轮的压缩机。

往复式压缩机：靠一个或几个作往复运动的活塞来改变压缩腔内部容积的容积式压缩机。

回转式压缩机：通过一个或几个部件的旋转运动来完成压缩腔内部容积变化的容积式压缩机。包括滑片式、滚动活塞式、螺杆式和涡旋式压缩机。

轴流式压缩机：离心式压缩机的基本概念

依靠叶轮对气体作功使气体的压力和速度增加，而后又在扩压器中将速度能转变为压力能，气体沿径向流过叶轮的压缩机。离心式压缩机是一种叶片旋转式压缩机（即透平式压缩机）。工作原理：汽轮机（或电动机）带动压缩机主轴叶轮转动，在离心力作用下，气体被甩到工作轮后面的扩压器中去。而在工作轮中间形成稀薄地带，前面的气体从工作轮中间的进汽部份进入叶轮，由于工作轮不断旋转，气体能连续不断地被甩出去，从而保持了气压机中气体的连续流动。气体因离心作用增加了压力，还可以很大的速度离开工作轮，气体经扩压器逐渐降低了速度，动能转变为静压能，进一步增加了压力。如果一个工作叶轮得到的压力还不够，可通过使多级叶轮串联起来工作的办法来达到对出口压力的要求。级间的串联通过弯通，回流器来实现。这就是离心式压缩机的工作原理。离心泵的工作原理

离心泵的工作原理是：离心泵之所以能把水送出去是由于离心力的作用。水泵在工作前，泵体和进水管必须罐满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水快速旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。水源的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环不已，就可以实现连续抽水。在此值得一提的是：离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后，方可启动，否则泵体将不能完成吸液，造成泵体发热，震动，不出水，产生“空转”，对水泵造成损坏。螺杆泵的工作原理

螺杆泵的工作原理是：螺杆泵工作时，液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围的密封空间，当主动螺杆旋转时，螺杆泵密封容积在螺牙的挤压下提高螺杆泵压力，并沿轴向移动。由于螺杆是等速旋转，所以液体出流流量也是均匀的。汽轮机的基本参数功率：46418KW工作转速：4870rpm第一临界转速：2558rpm第二临界转速：6815rpm最高工作转速：4967rpm跳车转速：5464rpm进气压力：89.3--93.7bar(A)进气温度：535--545℃排气压力：0.23--0.366bar(A)汽轮机的配套设施

汽轮机通常在高温高压及高转速的条件下工作，是一种较为精密的重型机械，一般须与锅炉（或其他蒸汽发生器）、从动机、以及凝汽器、加热器、泵等组成成套设备，一起协调配合工作。新疆广汇新能源有限公司空分车间汽轮机为凝气式汽轮机，主要附属部件为：油系统、冷凝系统，抽真空系统组成。油系统

油系统由油箱、润滑油泵、控制油泵、事故油泵、排油烟风机、油冷却器、油过滤器、油加热器、高位油箱、顶轴油泵以及各附属管道，仪表测点，阀门构成。

油箱：汽轮机调节油系统及润滑油系统中储存一定油量的容器。顶轴油泵：正常情况下，润滑油在转子轴颈与轴承之间形成了连续的润滑油膜；当转速较低时，这层油膜会被破坏，从而发生干摩擦，顶轴油泵就是为了在这种情况下形成连续保护油膜而设立的。

冷凝系统冷凝系统由：凝汽器，疏水膨胀箱，冷凝液泵以及各仪表、阀门、管道构成。凝汽器：将汽轮机排汽冷凝成水的一种换热器，又称复水器/表冷器。凝汽器主要用于汽轮机动力装置中，分为水冷凝汽器和空冷凝汽器两种。凝汽器除将汽轮机的排汽冷凝成水供锅炉重新使用外，还能在汽轮机排汽处建立真空和维持真空。热井：凝汽器下部收集凝结水的集水井。作用：1、收集凝结水。2、给凝结水泵提供一定的静压头。疏水膨胀箱：疏水膨胀箱回收疏水用的，开停机时要排放蒸汽管道内介质，升温或者降压，这部分介质通过疏水膨胀箱减压回收工质。冷凝液泵：抽真空系统

设置抽气器的原因：保持表冷器的高度真空，使得在汽轮机做完功后的乏汽能够畅通的进入表冷器并冷凝。抽气器的原理：具有一定压力的蒸汽经过喷嘴膨胀加速，由于速度很高，在混合室形成负压，低于表冷器的压力，表冷器内的气体被抽到混合室，高速气流带着气体进入扩压管，速度降低压力升高，在扩压管出口略大于大气压被排出。轴封抽气器：开工抽气器：一级/二级抽气器：抽气冷却器：抽气器工作图

汽轮机本体主要由哪几个部分组成

⑴转动部分：由主轴、叶轮、轴封和安装在叶轮上的动叶片及联轴器等组成。

⑵固定部分：由喷嘴室汽缸、隔板、静叶片、汽封等组成。

⑶控制部分：由调节系统、保护装置和油系统等组成。离心式压缩机的组成

离心式压缩机由转子及定子两大部分组成，转子包括转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、平衡盘、推力盘及联轴节等零部件。定子则有气缸，定位于缸体上的各种隔板以及轴承等零部件。在转子与定子之间需要密封气体之处还设有密封元件。各个部件的作用介绍如下。叶轮与主轴

叶轮：叶轮是离心式压缩机中最重要的一个部件，驱动机的机械功即通过此高速回转的叶轮对气体作功而使气体获得能量，它是压缩机中唯一的作功部件，亦称工作轮。叶轮一般是由轮盖、轮盘和叶片组成的闭式叶轮，也有没有轮盖的半开式叶轮。

主轴：主轴是起支持旋转零件及传递扭矩作用的。根据其结构形式。有阶梯轴及光轴两种，光轴有形状简单，加工方便的特点。平衡盘

平衡盘：在多级离心式压缩机中因每级叶轮两侧的气体作用力大小不等，使转子受到一个指向低压端的合力，这个合力即称为轴向力。轴向力对于压缩机的正常运行是有害的，容易引起止推轴承损坏，使转子向一端窜动，导致动件偏移与固定元件之间失去正确的相对位置，情况严重时，转子可能与固定部件碰撞造成事故。平衡盘是利用它两边气体压力差来平衡轴向力的零件。它的一侧压力是末级叶轮盘侧间隙中的压力，另一侧通向大气或进气管，通常平衡盘只平衡一部分轴向力，剩余轴向力由止推轴承承受，在平衡盘的外缘需安装气封，用来防止气体漏出，保持两侧的差压。轴向力的平衡也可以通过叶轮的两面进气和叶轮反向安装来平衡。推力盘与联轴器

推力盘：由于平衡盘只平衡部分轴向力，其余轴向力通过推力盘传给止推轴承上的止推块，构成力的平衡，推力盘与推力块的接触表面，应做得很光滑，在两者的间隙内要充满合适的润滑油，在正常操作下推力块不致磨损，在离心压缩机起动时，转子会向另一端窜动，为保证转子应有的正常位置，转子需要两面止推定位，其原因是压缩机起动时，各级的气体还未建立，平衡盘二侧的压差还不存在，只要气体流动，转子便会沿着与正常轴向力相反的方向窜动，因此要求转子双面止推，以防止造成事故。联轴器：由于离心压缩机具有高速回转、大功率以及运转时难免有一定振动的特点，所用的联轴器既要能够传递大扭矩，又要允许径向及轴向有少许位移，联轴器分齿型联轴器和膜片联轴器，目前常用的都是膜片式联轴器，该联轴器不需要润滑剂，制造容易。机壳与扩压器机壳：机壳也称气缸，对中低压离心式压缩机，一般采用水平中分面机壳，利于装配，上下机壳由定位销定位，即用螺栓连接。对于高压离心式压缩机，则采用圆筒形锻钢机壳，以承受高压。这种结构的端盖是用螺栓和筒型机壳连接的。

扩压器：气体从叶轮流出时，它仍具有较高的流动速度。为了充分利用这部分速度能，以提高气体的压力，在叶轮后面设置了流通面积逐渐扩大的扩压器。扩压器一般有无叶、叶片、直壁形扩压器等多种形式。弯道、回流器、蜗壳

弯道：在多级离心式压缩机中级与级之间，气体必须拐弯，就采用弯道，弯道是由机壳和隔板构成的弯环形空间。

回流器：在弯道后面连接的通道就是回流器，回流器的作用是使气流按所需的方向均匀地进入下一级，它由隔板和导流叶片组成。导流叶片通常是圆弧的，可以和气缸铸成一体也可以分开制造，然后用螺栓连接

蜗壳：蜗壳的主要目的，是把扩压器后，或叶轮后流出的气体汇集起来引出机器，蜗壳的截面形状有圆形、犁形、梯形和矩形。喘振

压缩机运行中一个特殊现象就是喘振。防止喘振是压缩机运行中极其重要的问题。许多事实证明，压缩机大量事故都与喘振有关。喘振所以能造成极大的危害，是因为在喘振时气流产生强烈的往复脉冲，来回冲击压缩机转子及其他部件；气流强烈的无规律的震荡引起机组强烈振动，从而造成各种严重后果。喘振曾经造成转子大轴弯曲；密封损坏，造成严重的漏气，漏油；喘振使轴向推力增大，烧坏止推轴瓦；破坏对中与安装质量，使振动加剧；强烈的振动可造成仪表失灵；严重持久的喘振可使转子与静止部分相撞，主轴和隔板断裂，甚至整个压缩机报废，这在国内外已经发生过了。喘振在运行中是必须时刻提防的问题。在运行时，喘振的迹象一般是首先流量大幅度下降，压缩机排量显著降低，出口压力波动，压力表的指针来回摆动，机组发生强烈振动并伴有间断低沉的吼声，好像人在于咳一般。判断喘振除了凭人的感觉外，还可以根据仪表和运行参数配合性能曲线查出。喘振发生的条件

喘振发生的条件:根据喘振原理可知，喘振在下述条件下发生：

1在流量小时，流量降到该转速下的喘振流量时发生

压缩机特性决定，在转速一定的条件下，一定的流量对应于一定的出口压力或升压比，并在一定的转速下存在一个极限流量——喘振流量。当流量低于这个喘振流量时压缩机便不能稳定运行，发生喘振。上述流量，出口压力，转速和喘振流量综合关系构成压缩机的特性线，也叫性能曲线。在一定转速下使流量大于喘振流量就不会发生喘振。

2管网系统内气体的压力，大于一定转速下对应的最高压力是发生喘振

如果压缩机与管网系统联合运行，当系统压力大大高出压缩机该转速下运行对应的极限压力时，系统内高压气体便在压缩机出口形成恒高的“背压”，使压缩机出口阻塞，流量减少，甚至管网气体倒流，造成压缩机喘振。在运行中可能造成喘振的各种原因

在运行中可能造成喘振的各种原因有：

1

系统压力超高

造成这种情况有：压缩机紧急停机，气体为此进行放空或回流；出口管路上的单向逆止阀门动作不灵活关闭不严；或者单向阀距压缩机出口太远，阀前气体容量很大，系统突然减量，压缩机来不及调节，防喘系统未投自动等等。2吸入流量不足

由于外界原因使吸入量减少到喘振流量以下，而转速，使压缩机进入喘振区引起喘振。如下图1。这种情况的原因有：压缩机入口滤器阻塞，阻力太大，而压缩机转速未能调节造成喘振；滤芯太脏，或冬天结冰都可能发生这种情况；入口气源减少或切断，如压缩机供气不足，压缩机没有补充气源等等。所有这些情况如不及时发现及时调节。压缩机都可能发生喘振。在运行中可能造成喘振的各种原因

3

机械部件损坏脱落

机械密封，平衡盘密封，O型环等部件安装不全，安装位置不准或者脱落，会形成各级之间，各段之间串气，可能引起喘振；过滤器阻力太大，逆止阀失效或破损也都可以引起喘振。

4操作中，升速升压过快，降速之前未能首先降压

升速、升压要缓慢均匀，降速之前应先采取卸压措施：如放空，回流等；以免转速降低后，气流倒灌。

5工况改变，运行点落入喘振区

工况变化，如改变转速，流量，压力之前，未查看特性曲线，使压缩机运行点落入喘振区。在运行中可能造成喘振的各种原因

6正常运行时，防喘振系统未投自动

当外界因素变化时，如蒸汽压力下降或气量波动；汽轮机转速下降而防喘振系统来不及手动调节；或来气中断等；由于未用自动防喘振装置可能造成喘振。

7介质状态变化造成喘振

喘振发生的可能与气体介质状态有很大关系。因为气体的状态影响流量，从而也影响喘振流量，当然影响喘振。如进气温度，进气压力，气体成分即分子量等对喘振都有影响。当转速不变，出口压力不变时，气体入口稳度增加容易发生喘振；当转速一定，进气压力越高则喘振流量值也越大；当进气压力一定，转速不变，气体分子量减少很多时，容易发生喘振。防止与消除喘振的方法

1防止与消除喘振的根本措施是设法增加压缩机的入口气体流量

对一般无毒，不危险气体如空气，CO2等可采用放空；对合成气，天然气，氨等气体可采取回循环。采用上述方法后可使流经压缩机的气体流量增加，消除喘振；但压力随之降低，浪费功率，经济性下降。如果系统需要维持等压的话，放空或回流之后应提升转速，使排出压力达到原有水平。在升压前和降速，停机之前，应当将放空阀或回流阀预先打开，以降低背压，增加流量，防止喘振。防止与消除喘振的方法

2根据压缩机性能曲线，控制防喘裕度

防喘系统在正常运行时应投入自动。

升速，升压之前一定要事先查好性能曲线，选好下一步的运行工况点，根据防喘振安全裕度来控制升压，升速。防喘振安全裕度就是在一定工作转速下，正常工作流量与该转速下喘振流量之比值，一般正常工作流量应比喘振流量大1.05～1.3倍，即：喘振裕度=该工作转速下的正常流量/同转速的喘振流量≥1.05~1.3

裕度太大，虽不易喘振，但压力下降很多，浪费很大，经性下降。

在实际运行中，最好将防喘阀门的整定值，根据防喘裕度来整定。太大则不太经济，太小又不安全。防喘系统根据安全裕度下整定好以后，在正常运行时防喘阀门应当关闭，并投入自动，这样既安全又经济。有的单位防喘振装置不投自动，而用手动，恐怕发生喘振而不敢关严防喘阀门，正常运行时有大量气体回流或放空，这既不经济又不安全；因为发生喘振时用手动操作是来不及的，结果不能防止喘振。防止与消除喘振的方法

3在升压和变速时，强调“升压必先升速，降速必先降压”的原则

压缩机升压应当在汽轮机调速器投入工作后进行；升压之前查好性能曲线，确定应该到达的转速，升到该转速后再提升压力；压缩机降速应当在防喘阀门安排妥当后再开始；升速，升压不能过猛过快；降速