膨胀机的原理,基本构造,主要参数控制及意义。
膨胀机的原理
气体的绝热膨胀,并对外做功,就是获得低温的重要方法,透平膨胀机就就是利用压缩气体在高压下进入膨胀机内膨胀到低压。
由高压低速气体变为低压高速气体,在这个过程中与外界不发生热交换,因此,整个过程就是绝热的。
气体通过膨胀机后能量要减少,减少的能量就以功的形式输送出去,因而降低了膨胀机出口工质的内能与温度。
透平膨胀机的分类
1按工作原理分,可以分为反动式与冲动式
透平膨胀机的工作就是低速高压的气体,经过流道膨胀形成高速低压,即具有大动能的气流来推动叶轮,如果膨胀过程完全在静止的导流器中进行,叶轮所受的完全就是气流的冲动。
那么就就是冲动式。
如果气流在叶轮流通中还继续膨胀,这时在叶轮中除去接受从静止导流器中出来的动能外,在在叶轮流道还利用反作用原理产生向前的推力,这种透平膨胀机称为反动式。
2 按压力来分,可分为高压,中压,低压及超低压透平膨胀机。
高压19---22兆帕膨胀到0、6----1、5兆帕[绝压]
中压2---5兆帕膨胀到0、6兆帕
低压0、5---1、0兆帕膨胀到0、13----0、14兆帕
超低压0、2---0、3兆帕膨胀到0、12兆帕
3 按级数来分可分为单级,双级,与多级
4 按制动方式分
[1] 风机制动
[2] 透平增压机制动
[3] 电机制动
[4] 油制动-------制动器为一系列位于转子与定子之间的油腔。
5万空分装置所配置的膨胀机,一台就是杭氧的,另一台就是阿特拉斯。
杭氧膨胀机组组成示意图
换热器轴
过滤器膨胀端增压机供油装置透平膨胀机
透平膨胀机由---膨胀机蜗壳,-膨胀机轴,叶轮,轴承,轴封组成。
膨胀端增压机----叶轮,扩压器,与蜗壳组成。
透平膨胀机流量调节----就是通过一执行机构改变喷嘴角度来改变的。
主要控制参数-----透平膨胀机进口温度,-透平膨胀机出口温度。
膨胀气量。
杭氧产膨胀机
油箱盛油500Kg 最高油位距油箱顶部100为490Kg 距高油位距130为最低油位310Kg
开车需仪表空气压力0、6MPa ----15m3/h
I.概述
II.机组简介
一.透平膨胀机的构造
二.增压机
三.供油装置
四.膨胀机流量调节
五.快速安全关闭
六.增压气体过滤器
七.增压机出口气体冷却器
八.增压机回流阀
III.操作说明
一.开车前准备工作及检查项目
二.膨胀机启动
三.运行中的检视
四.膨胀机停车
IV.拆装说明
V.维护说明
VI.主要故障及其处理
VII.密封器跑合
本标准适用于增压机制动的,工作轮直径系列为Ø100毫米到Ø450毫米的,采用油轴承的透平膨胀机组。
I.概述
本机组利用气体经膨胀机进行绝热膨胀,产生空分装置所必须的冷量,其所产生的机械功又被增压机所吸收,用以提高增压气体的压力。
机组所使用的气体应为不含有机械杂质(金属粉尘,分子筛,珠光砂粉末等)并经净化处理的干净气体。
II.机组简介
机组由以下主要部分组成:(具体交货内容以合同与产品装箱清单为准。
)
1.带保冷箱及底架的透平膨胀机;
2.供油装置;
3.增压机;
4.增压机进口气体过滤器;
5.增压机出口气体冷却器;
机组主要组成部分除增压机气体过滤器与气体冷却器外装在一公用
底架上而成一整体,用地脚螺栓固定在混凝土基础上。
必须防止周围的震动与冲击传给机组,暗转进出气管时,要保证外界作用在透平进
出气管法兰上的力与力矩不超过允许值(见附图1)。
字句所需的绝热材料与润滑油由用户自备。
一.透平膨胀机(以下简称膨胀机)的构造
参见膨胀机总图
气体由进气管进入蜗壳,经喷嘴叶片通道进入工作轮并做机械功,然
后经扩压室排出。
膨胀机流量的调节系统就是依靠一安装在冷箱顶上的执行机构带动
喷嘴叶片转动而改变通道截面积来实现的。
1、膨胀机蜗壳:蜗壳直接固定在底架上并支承膨胀机主机及增压机。
蜗壳
内容纳了膨胀机叶轮与喷嘴环。
在排气侧有一压圈借助一弹性压紧机构而压在喷嘴叶片上,使喷嘴叶片的端面没有间隙。
2、膨胀机轴:安装在两只轴承中,它的一端装有膨胀机叶轮,另一端装有增压机轮,组成一刚性转子。
3、叶轮:膨胀机叶轮为径轴流反动式叶轮,叶轮型线按三元流设计计算。
增压机轮为三元叶轮,两轮均为锻铝结构。
4、轴承:径向与止推轴承,就是按水力学油膜润滑理论设计的,只要安装正确并提供清洁而充足的润滑油,它们就能保证转子的良好运转而不致磨损。
轴承的排油经回油管回入油箱。
轴承温度用铂电阻温度计测量。
5、轴封:在膨胀机排气侧,为防止喷嘴与工作轮间的气体不经工作轮而直接泄入扩压室,在工作轮端设置了密封,同时在工作轮背面,为防止低温带压气体向外泄漏,设置了石墨衬料内轴封,能保证很小的间隙值。
通过轴封的泄漏量就是轴封上流与下流压力、间隙值与轴封长度的函数,而轴封上流压力取决于间隙压力。
因此,为了控制气体的泄漏,必须向轴封中通入密封气体(干燥空气或氮气),其压力要根据间隙压力的大小来控制。
因此设置一差压控制阀,调整时应使密封气压力比间隙压力高(具体数值见膨胀机流程图)。
以防止轴封中发生窜流。
另外,在增压机叶轮上设置了密封,同时在增压机叶轮背面页设置了石墨衬料外轴封,并通入密封气体,内、外轴封泄漏气均由接管引至室外,以减轻轴承箱的负荷。
二、增压机
增压机由进口收敛管、叶轮、扩压器与蜗壳组成,叶轮与膨胀机叶轮装在同一主轴上构成转子。
其所需功率由膨胀机提供。
气体轴向吸入,在增压机叶轮内加速,压力增高,使得气体流经扩压形流道后,将动能转变为势能。
随后气体汇集出增压机蜗壳;经空气冷却器冷却后,进入冷箱内热交换器换热。
增压机蜗壳:与轴承箱相连接,而增压机进气接管与出气管连结在它上面,蜗壳内容纳了增压机叶轮与端盖、密封器。
端盖与蜗壳形成了扩压形流道以汇集气体,并将气体的速度能转化为压力能而增加了气体的压力。
三、供油装置
润滑油自油箱由油泵输入进油管,经油冷却器与切换式滤油器后分配到各润滑点,再经回油管回到油箱。
另外,设置一蓄油器,油泵开动时,自行充油,再以保证油压降低联锁停车时必要的润滑。
通过溢流阀可以调整油压。
为保持机器与车间的清洁,要求从油气分离器接管至户外放空油蒸汽。
润滑油要求使用按GB11120-89的L-TSA32汽轮机油。
为保证机器用油的品质,在
运行200小时后要进行第一次油更换,此后在滤油器清洁的前提下,至少一年换油一次。
只有在油的特性经检查确认良好的前提下,才可延长换油时间。
四、膨胀机流量调节
膨胀机流量调节就是通过一执行机构改变喷嘴角度来实现的。
喷嘴宽度与阀杆行程的关系参见《技术参数汇总表》中附图:喷嘴宽度与阀杆行程的关系。
五、快速安全关闭
在膨胀机进口处设置一紧急切断阀,其目的就是在膨胀机处于危险状态时,能在很短的时间(1、0秒)内切断气源而使其快速停车,起到安全保护作用。
紧急切断阀工作时所用的仪表空气就是通过三通电磁阀供应的。
在事故情况下,切断电磁阀电源,充入紧急切断阀气动薄膜下侧的空气通过快速排气阀泄至大气,于就是在弹簧力的作用下使阀门快速关闭。
与此同时增雅集回流阀自动全开,以防止增压机喘振。
六、增压气体过滤器
为了更进一步去除来源气体中含有的残余机械杂质,在增压机进口管道上设置了气体过滤器。
七、增压机出口气体冷却器
为了将增压机出口高温气体冷却以达到流程的要求,设置了冷却器,用冷却水进行冷却。
调节进水量可以达到调节出口气体温度的目的。
八、增压机回流阀
设置该阀有以下三个用途:
1、压力调节:根据空分流程的要求,一般希望增压机出口压力保持恒定,该阀的开大或关小,可能使压力降低或升高,该阀在仪控系统自动控制下,则可达到压力恒定的目的。
2、防喘振:增压机在一定的进口压力、转速与阀门开度下,其出口压力上升到一定数值时,及其会发生喘振,此时压力会大幅度波动,并产生带有强烈的“喘气”声响的振动,将机器损坏。
为防止这种情况出现,该阀会在压力达到一定数值时全开。
所给定的防喘振压力值就是在进口压力、转速均为额定值的情况时所给定的,当这些条件不同时,对防喘振压力值应予修正(如果用压力、流量共同控制来进行防喘振保护,该阀会在压力与流量达到一定数值时自动调节或全开,其
要求会在《技术参数汇总表》中给出)。
3、当进行密封器跑合时,由于转速低,轴承难以形成油膜,为了减小止推轴承负荷,增压机应从大气吸气,因此压力空气可以经该阀旁通而到达膨胀机。
III、操作说明
一、开车前准备工作及检查项目:
1、检查就是否有异物进入透平机组;
2、给油箱充油并达正常油面;
3、按照供油装置要求对其进行检查;
4、滤油器就是否清洁;
5、膨胀机与增压机各进口管道中设的过滤器就是否安装正确;
6、各仪控、电控线路与装置就是否正确连接;
7、各阀就是否在正确的“开”、“关”位置上;
8、密封气连接就是否正确;
9、检查喷嘴调节阀工作的正确性;
10、检查紧急切断阀工作的正确性(从开到关应在1秒内)。
二、膨胀机启动:
1、启动前的检查:
(1) 油箱油面指示正常;
(2) 加温气体阀门关闭;
(3) 喷嘴叶片关闭;
(4) 紧急切断阀门关闭;
(5) 膨胀机进出口阀门关闭;
(6) 增压机进出口阀门关闭;
(7) 油箱油温:如低于15o C应开油加热器加热之;
(8) 轴承温度:无论哪个轴承温度只要低于15o C,就必须通入润滑油加温轴承(注意:必须先通入密封气),如仍不奏效,则必须用加温气体加温膨胀机(见III、四、2、(2))。
(9) 滤油器清洁,供油装置正常;
(10)增压机回流阀全开(为膨胀机启动条件);
仪控电控正常。
2、启动膨胀机;
(1) 接通密封气、工艺气供应;
(2) 接通仪电控电源;
(3) 启动油泵;
(4) 对油冷却器通冷却水(如油温低,可暂缓通水),同时对增压机后气体冷却器通冷却水;
(5) 开膨胀机出口阀门;
(6) 开膨胀机进口阀门;
(7) 开增压机出口阀门;
(8) 开增压机进口阀门;
(9) 开喷嘴调节阀为设计工况的30％;
(10)开紧急切断阀,透平开始运转,很快达到一较小转速。
随即迅速开大喷嘴调节阀使转速达到设计值的40％(除密封器跑合按《增压透平膨胀机组通用使用说明书》进行,允许低速运转外,正常运转中要尽量避免在低速下运行)。
(11)再逐渐打开喷嘴调节阀,同时逐渐关小增压机回流阀,直到达到额定工况;
(12)启动期间随着膨胀机进气温度的下降,转速也会下降,所以要通过经常关小增压机回流阀来调整;
(13)启动期间要随时检查轴承温度。
间隙压力及整机进行情况就是否正常;
(14)启动期间,短暂打开机器与仪表管线的吹除阀,然后关紧。
三、运行中的检查:
机组运行中的检查项目如下:
1、每两小时:
(1) 膨胀机进出口温度、增压机进出口温度;
(2) 膨胀机进出口压力与间隙压力,增压机进出口压力;
(3) 轴承温度;
(4) 轴承进油压力、油温;
(5) 密封气压力。
2、每天:
油箱油面;
(1) 所有管道的严密性。
2、紧急切断阀:应定期检查,每次开车前与停车后均应进行检查。
检查方法就是:在阀开启状态下用紧急停车按钮切断电磁阀电源使电
磁阀断电,如果紧急切断阀立即关闭并自动全开增压机回流阀,则其
功能就是满意的。
3、每2月至少一次:
(1) 检查油的润滑性能(外观、粘度、成分、流动点、闪点等);
(2) 检查油过滤器的清洁度。
(3) 检查压力油箱的油位(该液位上移至上限时,就应及时补
入气体使液位至要求值,该项目对于由于油泵电机联锁停车时或断电
时的保护至关重要)。
4、每年:应对膨胀机彻底检查,并更换所有的磨损件。
5、间隙压力的监视:
对间隙压力特别注意,间隙压力与出口压力之间的压差与止推轴承的
负荷有直接关系,提供一控制器来监视该压差。
该压差不得超过其规
定的最大值。
如果测得的间隙压力高于正常值,可能有以下原因:
(1) 实际运行参数偏离设计值。
(2) 安装不正确。
(3) 液体进入喷嘴与叶轮间的空间。
(4) 膨胀机叶轮流道有“冰”堵现象。
为防止间隙压力过高引起机器故障,因此在出现间隙压力过高时必须
查明原因,及时处理。
四、膨胀机停车:
1、停止运转:
(1) 全开增压机回流阀。
(2) 关紧急切断阀。
(3) 关喷嘴叶片。
(4) 关增压机进口阀。
(5) 关增压机出口阀。
(6) 关膨胀机进口阀。
关膨胀机出口阀。
1、停车后处理:
(1) 临时停车,保持密封气与润滑油供应,保持仪电控系统为工作状态,准备重新启动。
(2) 长期停车,这要求对膨胀机进行加温解冻,操作如下:
1) 保持密封气与润滑油供应,保持仪电控为工作状态。
2) 开紧急切断阀。
3) 打开喷嘴叶片。
4) 打开膨胀机上所有吹除阀。
5) 检查膨胀机的进出口阀就是否关严。
6) 打开加温气体阀加温膨胀机。
使流经膨胀机的加温气体流向与正常流向相反,且温度不超过60o C。
当热气出口与进口温度大致一样时,加温即告结束。
加温气体的露点应低于－40 o C。
需要注意的
就是:在整个加温过程中,应对加温气体进行控制,以不使透平转子转动为宜。
7) 关闭各吹除阀。
8) 停止加温,关加温气体阀。
9) 关紧急切断阀。
10) 关喷嘴叶片。
11) 停止润滑油供应。
12) 15分钟后切断密封气气源。
应注意的就是膨胀机的进出口阀门必须关严,使得加温后的透平在长期停车期间避免因冷气体漏入而使轴承在下次开车时产生过冷,特别就是在分馏塔继续运行的情况下更就是如此,还要注意的就是一定要先开紧急切断阀与喷嘴叶片后才可通入加温气体,以免损坏机器。
IV、拆装说明
膨胀机的拆装必须在十分清洁的条件下进行,所有零部件特别就是轴承、密封、叶轮、压紧机构与喷嘴环等都必须特别小心地处理。
膨胀机的冷箱、蜗壳、紧急切断阀即喷嘴调节机构一般就是不拆卸的,因为可以直接从膨胀机热端拆卸内部零件。
拆卸膨胀机内部零件的步骤如下:先拆去增压机进出口接管、然后拆去油管、密封气管及仪控接管,拆去增压机端盖,用专用工具拆下增压轮(见附图2),再
拆下增压蜗壳。
然后整套膨胀机芯子就可用专用工具从膨胀机蜗壳中拆出来放到清
洁工作台上进行进一步拆卸。
膨胀机芯子的进一步拆卸从扩压室的喷嘴压紧机构开始,然后再拆下叶轮螺钉后,就可用特殊工具从轴上拆下膨胀机叶轮(见附图2)。
接着再拆卸喷嘴环(可以用支紧螺钉顶出来)。
再拆卸中间法兰、轴密封、挡油圈及测速传感接头。
然后再从增压机侧拆卸。
先拆下外密封器与挡油圈。
用支紧螺钉将外轴承顶出(主轴另一端必须托住),然后将主轴连同外轴承等一并抽出来,再拆下内轴承。
然后对主轴上零件进一步拆卸,拆止推环时应用专用工具(见附图3、无止推环结构的转子此项可不予考虑)。
膨胀机的装配程序与上述拆卸程序相反,主要装配间隙见《技术参数汇总表》
附图中透平装配间隙图。
在进行拆装时应注意以下事项:
1、拆卸时各主要件应做好对应标记,复装时按标记进行。
2、止推轴承间隙就是不可调的,不允许进行任何的修正。
每次安装都应对轴承的止推间隙进行检查。
3、转子更换零件或对转子动平衡有怀疑时(在运转时,根据运转噪音的增加也可判断其不平衡),必须按转子图纸的要求校正动平衡。
4、必须按透平装配间隙图要求通过检查调整喷嘴环与轴密封器间的垫片,使喷嘴叶片与叶轮进口处叶片对中。
5、必须按透平装配间隙图要求,检查增压机蜗壳与轴承箱间的垫片,使得增压机轮出口处叶片与蜗壳进口扩压段对中。
6、在装拆轴时,必须遵守一条原则,即不应装上测速传感接头。
如果不这样做,使测速传感接头下方测量表面发生移动,则在测速表上就会出现超量程的峰值。
7、喷嘴叶片两端面与盘的滑动配合面,应喷涂低温润滑剂,以免传动或装拆时拉毛。
V.维护说明
1、喷咀环:只要供应的气体就是清洁的,即使喷咀叶片的光泽变暗,也不会影响效
率。
但如气体中含有较大的即使就是少量的固体颗粒或含有二氧化碳以及产生液滴时,就会产生喷咀叶片的磨蚀,严重时绘出现凹坑,这样就会使效率明显下降,这时就应更换喷咀嘴叶片。
在装置启动期间最容易产生磨蚀,因此装置操作时要特别注意。
2、膨胀机叶轮:与喷咀环相同的原因,也可能造成对叶轮叶片进口边的磨蚀。
如果磨蚀严重甚至出现凹坑,则应更换工作轮。
附带说明的就是,因为现场配用的测量仪表对于测量膨胀机效率就是不够精确的。
因而不能用它们来作为效率变化以及就是否调换喷嘴环与叶轮的依据。
3、膨胀机与增压机叶轮密封:密封器易遭轻微磨损,这将导致效率下降,如果密封器发生明显磨蚀就必须进行更换,其装配间隙见透平装配间隙图。
4、轴密封:石磨密封套在运转时也会发生轻微磨损。
但如磨损严重,就应调换轴密封,因为过渡磨蚀会使轴承温度降低并增加漏气损失。
一般一年以上才会出现这种情况。
规定密封的半径间隙为0、05mm,当增大到0、1mm就应予调换。
5、轴承:轴承型面就是按照水力学理论进行设计并用机械加工保证的。
因此其内孔与止推面不允许进行任何修正。
如果发现由于暂时超负荷或润滑不良而引起轴承损伤,就更应更换轴承。
6、增压机叶轮:如供应的气体不干净江阴起增压机叶轮片的磨蚀,以导致破坏动平衡,这种情况与膨胀机叶轮动平衡破坏相类似。
如果磨蚀严重甚至出现凹坑,则应更换增压轮。
如要说明的就是:无论就是膨胀机叶轮还就是增压机叶轮需要更换时,要更换整个转子而不要单独更换叶轮。
如果仅更换叶轮则必须有杭氧膨胀机制造专业厂来完成,否则杭氧将不负担由此产生的任何责任。
7、油冷却器一般一年进行一次清晰,如果冷却水不干净,清洗次数还要增加。
8、油过滤器如发现过滤器阻力明显增加就应进行清洗或更换机芯。
VI.主要故障及其处理
以下列举常见的主要故障及其产生原因,以便针对这些原因进行相应的处理。
1、轴承温度太高:
(1) 供油不足。
(2) 油路不清洁(油过滤器堵塞)。
旋转部件不平衡。
1、内轴承温度太低,其危害就是:温度太低会使轴承间隙太小而影响正常运行,严重时还会引起润滑油固化。
其原因有:
(1) 轴封间隙太大。
(2) 轴封气压太低。
(3) 停车时装置冷气流的窜流,因此必须启动油泵加温轴承。
2、膨胀机带液:膨胀机出口带液量较大时(超过设计带液量较多),容易打坏喷咀环与叶轮,同时由于这就是叶轮起了“泵”的作用,会使间隙压力增高,加重止推轴承的负荷,可能引起轴承等零件的损坏。
3、固体颗粒进入膨胀机:此时也会打坏喷咀环与叶轮,因此就要检查机前过滤器的工作就是否良好。
VII.密封器跑合
对于重新安装的轴密封必须进行跑合,操作如下:将增压机进出管拆除,用闷盖将拆除管口闷牢,气体经回流阀旁通进入膨胀机。
保持密封器与润滑油的供应,打开膨胀机出口阀,打开紧急切断阀与喷咀叶片,完全依靠进口阀门来控制转速。
逐渐开启该阀,按工作转速的20％、35％、60％、85％的分档进行升速,每档转速运转10分钟,然后停车10分钟,以使运转时发热的石磨密封冷下来。
最后再次启动膨胀机升速至工作转速再运转10分钟,跑合即告结束。
