二氧化碳压缩机工作原理及辅助系统_调节控制系统及仪表故障诊断

1、2010 年年 6 月月 一、离心式压缩机的工作原理及其应用 二、机组主要单元介绍及控制仪表（本体、油系统、干气 密封系统、状态监测系统、安全保护系统仪表等） 三、润滑油系统及密封气系统 四、调节系统及防喘振系统 目录 一、离心式压缩机的工作原理及其应用 工作原理： 离心式压缩机的工作原理如下：通过叶轮对气体做功，使 其动能和压力能增加，气体的压力和流速得到提高。然后大部 分气体动能转变为压力能，压力进一步提高。对于多级离心式 制冷压缩机，则利用弯道和回流器再将气体引入下一级叶轮进 行压缩， 扩压器扩压器 弯道弯道 回流器回流器 进气口进气口出气口出气口 叶轮叶轮 转转 子子 缸缸 体体 转子

2、转子 缸体缸体 转子转子 缸体缸体 离心压缩机实体图 5 离心压缩机的结构组成 压缩机主机主要由定子、转子及支撑轴承、推力轴承、轴端密封压缩机主机主要由定子、转子及支撑轴承、推力轴承、轴端密封 等组成等组成。 定子包括机壳、隔板、密封、平衡盘密封等定子包括机壳、隔板、密封、平衡盘密封等 压缩机的转子是压缩机的主要工作部件，包括主轴、叶轮、轴套、压缩机的转子是压缩机的主要工作部件，包括主轴、叶轮、轴套、 轴螺母、隔套、平衡盘和推力盘等。轴螺母、隔套、平衡盘和推力盘等。 转转 子子 上汽缸上汽缸 下汽缸下汽缸 蒸汽蒸汽 调节阀调节阀 喷嘴喷嘴 复水器复水器 排汽排汽 油油 动动 机机 推力盘推力盘

3、 轴径轴径 升高凸轮升高凸轮 危急保安器危急保安器 冲动级冲动级 平衡盘平衡盘盘车齿轮盘车齿轮 轴径轴径 叶片叶片 迷迷 宫宫 密密 封封 迷迷 宫宫 密密 封封 转转 子子 上汽缸上汽缸 下汽缸下汽缸 蒸汽蒸汽 调节阀调节阀 排汽排汽 连接复水器连接复水器 蒸汽蒸汽 油油 动动 机机 喷嘴喷嘴 透平示意图透平示意图 7 叶轮 叶轮也称为工作轮。气 体在叶轮叶片的作用下，跟 着叶轮作高速旋转。气体受 旋转离心力的作用，以及在 叶轮里的扩压流动，使气体 通过叶轮后的压力得到了提 高。 8 压缩机的应用 增压 增压 氨泵P 102 A/B CO2压缩机K102 产品 二、机组主要单元及控制仪表 机

4、组本体组成 主要控制仪表 润滑及控制调节油系统 干气密封系统 状态监测系统 安保系统 机组本体组成 二氧化碳压缩机组是由杭州汽轮机厂生产的蒸汽轮机 以及日本日立公司提供的成套的压缩机组成，它们之间靠 联轴结连接，相关附属设备有润滑油站、高位油槽、干气 密封、表冷器及工艺段间冷却装置等。 本体主要的控制组成部件机械部分有速关阀、调节阀、油 动机及错油门等，仪表部分有电液转换器、电磁阀、位置 开关等。 本体上还附着有各种监控仪表，包括温度、振动、位移、 速度、键相传感器。 速关阀及位置开关速关阀及位置开关 速关阀介绍： 速关阀速关阀也称为主汽门，它是主蒸汽管路与汽轮机之间的主 要关闭机构，在紧急状

5、态时能立即节断汽轮机的进汽，使 机组快速停机。速关阀速关阀水平装配在汽轮机进汽室侧面。按 照汽轮机进汽容积流量的不同，一台汽轮机可配置一只或 两只速关阀速关阀。油缸部分是速关阀速关阀开启和关闭的执行机构。 速关阀速关阀的关闭由保安系统操纵，如果保安系统中任何一个 环节发生速关动作，都会使速关油失压，在弹簧力作用下， 活塞与活塞盘脱开，活塞盘左侧的速关油排出，活塞盘连 同阀杆、阀碟即刻被推至关闭位置。 开车油开车油 跳车油跳车油 图1主蒸汽事故停车阀 阀芯阀芯 预启阀预启阀 盘状活塞盘状活塞筒状活塞筒状活塞 蒸蒸 汽汽 蒸蒸 汽汽 一些机组油缸部分还装有试验活塞,它可装接在管路上， 也可组装在速

6、关组件中，其作用是在机组运行期间检 验速关阀速关阀动作的可靠性。 错油门和油动机错油门和油动机 蒸汽调节阀蒸汽调节阀 动力油动力油 二次油二次油 排油排油 排油排油 下移下移 开大开大 电液转换器输出的油信号即二次油去错油门伺 服放大驱动油动机调节蒸汽阀开度。 危急遮断阀示意图危急遮断阀示意图 来自电磁阀来自电磁阀 排油排油 手柄手柄 主要控制及测量仪表 机组本体上的主要控制及测量仪表有调节控制用的电液转换器、 电磁阀、位置开关。 机组本体上附着有用于监控机组的仪表，包括温度、振动、位移、 速度、键相传感器。 机组用超速控制器及振动位移监测器3500 机组其它测量仪表有罗斯蒙特带HART协议的

7、智能压力变送器列 及温度变送器。 机组控制系统TRICON TS3000。 电液转换器 电液转换器电液转换器工作原理：是经计算机运算处理后的欲 开大或关小汽阀的电信号由伺服放大器放大后，在 电液转换器电液转换器伺服阀中将电信号转换成液压油信号， 使伺服阀主阀移动，并将液压信号放大后控制高压 油的通道，使高压油进入油动机活塞下腔，油动机 活塞向上移动，经杠杆带动汽阀使之启动，或者是 使压力油自活塞下腔泄出，借弹簧力使活塞下移关 闭汽阀。 电磁阀带电磁阀带 电与失电电与失电 电磁阀工作原电磁阀工作原 理及示意图理及示意图 磁铁磁铁 活塞活塞 工作原理：电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个

8、孔都 通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈 通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同 排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会 进入不同的排油管，然后通过油的压力来推 动油缸的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞杆 带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电 流就控制了机械运动。 机组状态监测传感器 振动位移传感器：振动位移传感器：探头采用 本特利3500传感系列，传感 器系统由电涡流探头、延伸 电缆和前置监测器组成。前 置器将振荡电流信号送到传 感器产生高频磁场，当传感 器与测量面间隙变化时电涡 流则变化其线圈电感随之变 化，该变化量由前置器放大 转化为直流电压

9、信号送监测 器。 速度和键相传感器 速度和键相测量就是通过在被测轴上设置一个凹槽作为速 度和键相标记。当这个凹槽转到探头位置时，相当于探头与被 测面间距突变，传感器会产生一个脉冲，轴每转一周，就会产 生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期的位置。因 此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速，通过将脉冲与轴的振 动信号比较，可以确定出振动的相位角，用于轴的动平衡分析 以及设备的故障分析与诊断等方面。凹槽或凸槽要足够大，以 使产生的脉冲信号峰值通常不小于5V。 速度和键相传感器都是本特利产品，它们测量机理相似，但具 体的技术参数和要求有不同，所以不能相互代替。 温度传感器 机组轴系本体温 度传感器

10、采用的 是热阻Pt100。 轴系本体温度传 感器的测量位置 是支承轴瓦和止 推轴瓦处。 3500 监测系统 汽轮机安全监视装置用于连续监视汽轮机本体各种参数,其 监视参数有转速、轴位移、键相、轴振动等。系统的测点 具有独立的监测电路和报警设置点。每个测量模块均有模 拟量输出功能。 监视装置输入电源均为220Vac、50Hz。B.N3500系统均采用 B.N公司系列涡流传感器和速度传感器。 3500监测器图示 密封系统 离心式压缩机的密封也即轴端密封是指将压缩机内部介质与 外部环境相隔离，防止机内介质向机体外泄漏的一种装置。 离心式压缩机的轴端密封主要有以下几种型式： 轴向密封轴向密封：浮环密封

11、、阻塞密封 浮环密封是一种非常成熟的密封形式，但密封件的制造精度 要求高。 径向密封径向密封：单端面螺旋槽式机械密封、干气密封 干气密封是近十年来发展起来的新技术，在目前的压缩机中 普遍采用，其特点是泄漏量少，操作维修简单，运行费用低， 但一次投资较高。 干气密封干气密封是新型非接触式径向密封，是在机械密封的基础 上加以改进而来。它是指将介质在轴向的泄漏通过一定的 结构转变为径向的泄漏，并在径向进行密封。该密封利用 流体动力学原理，通过在密封端面上开设动压槽而实现密 封端面的非接触运行。由于密封非接触运行，因此密封摩 擦副材料基本不受PV值的限制，适合作为高速、高压设备 的轴封，在压缩机应用领

12、域，干气密封正逐渐替代浮环密 封、迷宫密封和油润滑机械密封。 干气密封简述 干气密封的工作原理 密封用干气以稍高于介质压力注入一级密封室，与工艺介 质混合进入一级密封的动静环，由于动环上动压槽的泵送 增压作用将动静环推开一稳定的间隙，同时在密封室形成 一稳定的、随动的、略高于介质压力的密封压力。从一级 密封泄漏出的气体一部分经一级放空排放出去，另一部分 经级间密封进入第二级密封。这样，经过两级密封后，泄 漏出来的气体量已非常少，压力也很低，这部分气体被隔 离气阻止向外扩散，而是与隔离气一道从二级放空安全地 排放出去。 干气密封的优点： 密封无磨损，使用寿命长、运行稳定可靠； 密封功率消耗小，仅

13、为接触式机械密封的5%左右； 与其他非接触式密封相比，干气密封气体泄漏量小，是 一种环保型密封； 密封辅助系统简单、可靠，不需要密封油系统 ，因此消 除工艺流程中的气体被油污染，使用中也不需要维护。 干气密封的缺点： 密封自身结构复杂，零部件多，对加工工艺、产品设计和装 配能力要求较高； 工艺介质必须允许与密封干气相混； 需要一定压力的气源，气源压力至少高于介质压力0.2MPa。 有微量气体进入工艺流程。 干气密封的关键因素有： 密封气的压力、泄放压力、级间密封间隙。 其中泄放压力和级间密封间隙直接决定着密封的工作状态。 润滑油系统 机组油系统通常有以下主要功能： 对机组进行润滑 对机组提供液

14、压控制油辅助控制 对设备进行降温冷却 对工艺介质进行防露密封 对设备进行油洗清洁 油润滑及控制原理 离心压缩机润滑的基本工作原理是采用液体摩擦动压式 滑动轴承由离心压缩机的润滑油系统强制循环供给润滑 油，在轴承与轴颈的两滑动表面之间形成收敛模形的压 力油膜，承受高速旋转的离心压缩机转子、增速齿轮轴 和汽轮机转子的径向载荷轴向载荷由相同工作原理的 推力轴承来承受)。 压力油膜的形成与很多因素有关，润滑油的油性和粘性 是其中的主要因素。润滑油的油性是形成吸附油膜的先 决条件，润滑油的粘性直接影响润滑油的流动性和油膜 的承载能力。 离心压缩机润滑油控制的基本工作原理是由离心压 缩机的润滑油系统提供润

15、滑油和控制油，其中控制 油经电液转换器调制形成控制油信号去参与调节控 制。未经调制的控制油作为液压油去参与逻辑等功 能控制 K102润滑油系统逻辑概述 控制油压力和润滑油压力过低时控制油电磁阀和防喘 阀打开，速关阀，调节阀和抽汽阀关闭。 事故油箱液位不满时禁止打开调节阀。 润滑油总管压力不正常时禁止打开调节阀。 润滑油供油温度低时禁止打开调节阀。 油总管温度过高禁止启动油加热器。 油箱液位过低时禁止启动主油泵和备泵（用户实现） 机组启动过程的速度控制机组启动过程的速度控制程序程序 调速程序概述 1、汽轮机速度控制以设计的升速曲线作参考。 2、启动顺序由一系列方式和状态来组成，系统中的顺序 逻辑

16、指定在任何当前方式下程序将会进入某种方式。以保 证确定的程序进程以及在某一特定设备故障情况下采取的 动作。 3、如果启动程序选择自动升速方式，透平转速将沿升速 曲线自动上升。 4、如果启动程序选择手动升速方式，可由现场就地盘升 速/降速操作按钮，或操作画面升速/降速按钮来执行。程 序将按事先确定的升/降速速率进行，不受预定的暖机停留 时间限制，但最好还是遵循轮机运行的暖机规律。 调速程序主要由以下几个部分组成 1、开机顺序程序，完成模式的控制和选择。 2、目标值程序，完成在相应的模式下选择对应的最大及 最小目标值。 3、爬坡速率程序，完成在相应的模式下对应升降速率的 选择。 4、实际设定值生成

17、程序，依据在相应模式下的目标值和 速率生成实际的给定值。 5、调速器控制输出程序主要由VPID功能快来完成,其功 能与常规调节器类似.但它只采用自动方式。 注解事项 1、机组在升速过程中，无论在手动还是自动操作模式时， 通过临界区时，均强制自动操作通过，待通过临界区后恢 复正常升速。 2、汽轮机单机超速试验时，只有在停机时，按超速试验 按钮，否则不可以超速试验。 机组启动过程的速度控制机组启动过程的速度控制 Mode0 Turbine Shutdown 系统停车 Mode1 System Reset 系统复位 Mode2 Ready-to-Start 准备启动 Mode3 Warm-up 1

18、暖机 1 Mode4 Warm-up 2 暖机 2 Mode5 Accelerate 升速 Mode6 Run 运行 Mode7 Normal Shutdown 正常停车 Mode8 Over-speed Test 超速试验 Mode 0，系统停车或联锁动作就是方式0 Mode 1，联锁信号解除，经复位后，系统进入方式1, 此时 速关阀启动。 Mode 2，具备启动条件后,系统进入方式2。 Mode 3，上述条件满足后，按下“启动”按钮（透平启动） 后，系统进入方式3。 Mode 4，方式4中当自动时，暖机时间到则自动从暖机1进入 暖机2状态 Mode 5，系统自动进入方式5。动作如下： 临界

19、区设置，在该范围，控制器以较快的速率升速/降速。 如在临界区由自动切手动，将被禁止，一旦走出临界区， 目标设定值将同于当前设定值，暂停升速/降速 任何联锁停车将使系统回到MODE 0。 Mode 6，系统自动进入方式6。系统动作如下： 一旦进入方式6，目标设定值限制在当前方式最大和最小 设定值之间，任何联锁停车将使系统回到MODE0。 Mode 7，在方式6状态下，通常以管理员以上身份进入系统， 按下“正常停车”按钮后自动进入方式7，系统会慢慢把转速 降下来，可在暖机速度下停留2分钟时间，然后停车。 Mode 8，在方式2状态下，以管理员以上身份进入系统，按 下“超速试验”按钮后自动进入方式 防喘振控制系统防喘振控制系统 离心压缩机的喘振机理 喘振是离心压缩机的固有特性。压缩机在运转过程中，流 量不断减小，小到