《压缩空气储能电站叶轮式膨胀机技术导则》

1本文件适用于发电功率10MW及以上的压缩空气储能电站叶轮式膨胀机的设计、制造、试验、检下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用GB/T13384机电产品包装通用GB/T43687和DL/T2528界定的3.1利用高速旋转的径流式、轴流式叶轮将空气的热力学能转化为机械能的3.2高压空气被加热后，在其中发生膨胀、压力降低、温度下降并对外输出机械能的零部件部件合3.3进气参数inletairconditions利用高速旋转的径流式、轴流式叶轮将空气的热力学能转化为机械能的3.423.53.6冷态启动coldstart-up3.7机组气缸金属壁温介于该测量点满负荷时金属壁温3.8热态启动hotstart-up机组气缸金属壁温介于该测量点满负荷时金属壁温3.9极热态启动veryhotstart-up机组气缸金属壁温高于该测量点满负荷时金属壁温值的95%进行的4额定进气压力上限31空气膨胀机——用“AE”2位字母表示，AirExpander；2额定功率——用2～4位整数表示，单位为MW；3发电机转速类型——用1位数字，“1”代表全速机组，即转速为3000r/min或者3600r/min；“2”代表半速机组，即转速为1500r/min或者1800r/min；4额定进气压力上限——用中的第一个3位数字表示，单位MPa，小数点前2位、小数点后1位有效数字；5额定进气压力下限——用中的第二个3位数字表示，单位MPa，小数点前2位、小数点后1位有效数字；6额定进气温度——用2～3位数字表示，单位为℃;7一次再热温度——用2～3位数字表示，单位为℃;8二次再热温度——用2～3位数字表示，单位为℃;9三次再热温度（如有）——用2～3位数字表示，单位为℃。空气膨胀机，额定功率300MW，全速机组3000r/min，额定进气压力范围9.0MPa～7MPa，额定进气温度95℃,一次再热温度120℃,二次再热温度130℃,三次再热温度135℃。编码为：AE-300-1-［9.0，7.0］-95-120-130-135。空气膨胀机，额定功率100MW，全速机组3000r/min，额定进气压力8.0MPa，额定进气温度95℃,一次再热温度100℃,二次再热温度110℃,三次再热温度125℃。编码为：AE-100-1-8.0-95-100-110-125。空气膨胀机，额定功率200MW，半速机组1500r/min，额定进气压力8.5MPa，额定进气温度95℃,一次再热温度110℃,二次再热温度120℃,三次再热温度125℃。编码为：AE-200-2-8.5-95-110-120-125。a)环境温度：-5℃~+35℃;6.1基本性能6.1.1在额定进气参数、额定排气压力工作条件下，全寿命周期内膨胀机的输出功率应不低于额定6.1.2膨胀机在启停机、升速过程中、以及目标转速保持时，各项运行6.1.3在额定进气压力范围、额定主再热气温度、额定排气压力工作条件下，气耗率应满足：46.1.4膨胀机在启停机、升速过程中、以及目标转速保持时，各项运行6.1.5膨胀机在20%～105%额定功率范围内应正常运行。膨胀机组在升至额定功率的过程中，各项6.1.6膨胀机在额定功率、额定转速及额定励磁工况下，噪声宜不超过85dB(A)。当实测噪声值超过85dB(A)时，应在设备明显位置设置噪声危害警示标识，并采取相应6.1.7膨胀机使用寿命应不少于30年，全寿命周期内冷态启停次数应不低于10000次。6.2运行参数6.2.1膨胀机进气压力波动允许范围应满足表1的要求。额定进气压力MPa压力允许波动范围±15%额定进气压力±10%额定进气压力±5%额定进气压力6.2.2膨胀机进气温度波动允许范围应满足表2的要求。额定进气温度℃为温度允许波动范围℃±10±15±206.2.3在环境温度、冷态、温态、热膨胀机启动状态主、再热气温度不高于180℃主、再热气温度高于180℃环境温度启动≤25min≤30min5冷态启动≤15min≤20min温态启动≤10min≤15min热态启动≤6min≤8min极热态启动≤6min≤6min6.2.4在环境温度、冷态、温态、热态和极热态膨胀机启动状态主、再热气温度不高于180℃主、再热气温度高于180℃环境温度启动≥15%额定输出功率/min≥10%额定输出功率/min冷态启动≥20%额定输出功率/min≥15%额定输出功率/min温态启动≥25%额定输出功率/min≥15%额定输出功率/min热态启动≥30%额定输出功率/min≥20%额定输出功率/min极热态启动≥30%额定输出功率/min≥25%额定输出功率/min6.2.5在任意条件下，膨胀机的降负荷率应不低于30%额定输出功率每分钟。6.2.6膨胀机的振动应满足以下要求：a)在额定转速稳定运行的膨胀机，在非旋转部件上测得的振动速度不高于2.8mm/s；b)在额定转速稳定运行的膨胀机，在旋转部件上测得的相对轴轴转速r/min相对轴振动≤144μm≤131μm≤102μm≤93μm其它转速N6.2.7超速试验应满足：6a)同一情况下，超速试验进行两次，膨胀机两次动作转速差不超过18b)机组大修后，超速试验做三次，膨胀机前两次动作转速差不超过18r/min，第三次和前两6.3.1叶片在膨胀机大修周期内应正常运行；叶片寿命期满6.3.2膨胀机转子应满足以下要求：a)转子达到115%额定转速并保持2min，转子无损坏，不影响后续在正常工况下运行；c)膨胀机转子在首次安装完毕、经过大修后、危急遮断器经过解体复装或动作转速整定后、6.3.3膨胀机缸体应满足以下要求：a)在设计工况运行时，缸体中分面的最大变形量小于0.1mm；b)具备在不揭缸的情况下对叶片通道作外观检查的条件。6.3.4膨胀机的轴承应满足以下要求：a)推力轴承承受150%额定载荷的双向轴向推力极限值时，b)径向轴承有水平中分面，具备不吊出转子情况下更换轴瓦、瓦块或瓦衬的条件。6.3.5膨胀机中主气路阀门应满足以下要求：a)主气阀与调节阀串联配置。对于小功率膨胀机，主气阀与调节阀集成；b)弹簧快关蝶阀代替主气阀安装在各个膨胀段的入口时，紧急停机状态下蝶阀的总关闭时间6.3.6膨胀机控制系统应满足以下要求：a)具备控制机组从静止启动至115%额b)空负荷运行时，膨胀机转速与额定转速的偏差小于5%；c)带负荷运行时，负荷控制精度偏差不大于±0.5%；膨胀机，在膨胀机转速下降到低于额定转速时，超速保护装置6.3.7膨胀机润滑油系统满足以下要求：a)膨胀机润滑油系统宜采用电动机驱动的主油泵；膨胀机本身驱动主油泵时，交流润滑油泵7b)应配置一台用直流电动机驱动的事故油泵，油压偏低时或主泵故障时，事故油泵应自动投c)冷油器的容量和台数应满足机组运行要求并包含备用余量。冷油器的进、出口切换阀应满d)所有管道、阀门、冷油器壳体和滤油器壳体均应不采用灰铸铁等脆性材料。管道连接宜采6.3.8膨胀机的顶轴油系统满足以下要求：a)顶轴油泵出口至各个轴瓦的油管路应设置调节阀门，单独调节各个轴瓦顶轴油压力；6.3.9膨胀机控制油系统应为膨胀机主气阀、调节阀及其它控制阀门等操作提供动力用油。控制油6.3.10转子轴端和阀门阀杆的密封系统，泄漏率应不超过主气流量1.0%，泄漏空气温度不高于6.3.11在气缸、管道或其它所有可能积水的地方应设置疏水系统。疏水应排入相应的疏水容器或6.4仪器仪表6.4.1膨胀机测量仪器仪表应满足表6的要求：测量参数测量位置流体压力b).各个气缸的进气口、排气口、补气口；c).轴承供油口d).控制油系统的供油口；e).气动调节阀的供气口。流体温度b).各个气缸的进气口、排气、补气口；c).冷油器进水口；e).轴承金属或轴承排油口。金属温度膨胀机和气缸壁或其它部件的热应力所需的所8有金属温度或温差膨胀机轴系的各个转速测量点a).在远离推力轴承端测量转子相对于轴承座b).转子相对于推力轴承的轴向位移；c).轴承座或气缸相对于基础的绝对热膨胀。振动轴承座绝对或转子的相对振动≤20mV/mm/s或者±5%F.S主气阀、调节阀、补气阀的开度≤于±0.25%F.S环境大气压流体流量膨胀机主气路发电机出线计量位置6.4.2膨胀机应监测附录A中的参数。6.4.3提供重要热工联锁保护用的一次测量元件数量应满足“三6.5控制与保护系统6.5.1膨胀机的保护系统应包含以下功能：6.5.2保护装置应按失效保护原则设计。当在控制油失去压力时，应立即关闭主气阀、调节阀和补7.1启停试验7.1.1启停试验按下列步骤进行：9a)检查确认膨胀机组的所有辅机系统b)高压空气、储热介质的压力、温度、容量满足膨胀机组启动要c)从零转速启动膨胀机至暖机工况，检查胀差或金属温度达到设计要求后，继续升速至额定d)机组达到额定转速并保持至少30min；2%时，执行停机操作，膨胀机降速、惰走至零转速，监视惰走过程顶轴油系统是否正常运7.2额定功率试验7.2.1额定功率试验按下列步骤进行：a)膨胀机组按照启动规程从零转速升至额定转速；b)发电机励磁系统投励，电压达到额定值之后执行并网操作；c)膨胀机组并入电网后，按照规定的升负荷率逐步7.3噪声测量实验7.3.1在额定功率、额定转速及额定励磁工况下，测量膨胀机的噪声值；7.3.2距机器罩壳表面1.0m处、且距所在运行层走道或运行人员可进7.4超速试验7.4.1超速试验按下列步骤进行：a)膨胀机冷态启动时，在70%额定功率c)超速保护试验通常在额定转速下空负7.5甩负荷试验7.5.1甩负荷试验按下列步骤进行：b)运行系统突然断开发电机主开关，机组与电网解列，测取膨胀机调节系统动态特性；c)机组甩负荷后，最高飞升转速不危急保安器动作，调节系统动态过程迅速稳定，并控制机7.5.2试验监测与记录包含：b)空气参数、排气压力和同步器行程的初始值，甩负荷过程中的最大或最小极值，以及甩负c)如发生仪表指针摆或呆滞等异常现象时，将摆幅值或呆滞情况一并记录在7.6效率和气耗率测试7.6.1测试方法：对于包含n个膨胀段的膨胀机，根据记录n个膨胀段的进排气绝对总压（Pin、pin,1——膨胀机第1个膨胀段的进口绝对总压，单位为MPa；pout,n——膨胀机第n个膨胀段的出口绝对总压，单位为MPa；H——各个膨胀段的比焓值，单位为kJ/kg；HS——各个膨胀段等熵过程比焓值，单位为kJ/kg；i——膨胀机各个膨胀段的编号，i=1,2,Pin——各个膨胀段的进气绝对总压，单位为MPa；Tin——各个膨胀段的进气总温，单位为K；Tout——各个膨胀段的排气总温，单位为K；t——测试过程的记录时间，单位为s；E——膨胀机的发电量，单位为kWh。7.6.2测试按下列步骤进行：组数据，取平均值作为该工况计算依据；d)机组负荷逐渐减为0，发电机从电网解列；g)重复af）过程两次，取3次测试计算效率和流量数据取平均值为8.1每台压缩空气储能系统膨胀机都应开展出厂检验和现场检验。8.2膨胀机主要零部件的检验项目除了尺寸检验外，应开展表7规定的出厂检验项目。表7压缩空气储能系统膨胀机出厂检验序号检验项目技术要求1试样理化检验/2局部射线或超声波检验/3水压试验/4轴承箱渗漏试验/5动叶片材料理化检验/6超声波检验/7磁粉探伤/8叶片三座标扫描9试验理化检验/超声波检验/动平衡、超速试验铸件试验理化检验/锻件材料理化检验/渗漏试验6.3.5铸件试验理化检验/锻件材料理化检验/轴瓦着色检查/材质检查/热处理检查/20探伤检查/8.3每套膨胀机均应开展表8规定的现场检验项目。表8压缩空气储能系统膨胀机现场检验序号检验项目技术要求1启停试验2额定功率实验3超速试验4甩负荷试验5效率和气耗率试验9.1标志a)铭牌包括膨胀机名称、编码、商标、出厂编号、制造商名称、制造日期或批号b)设备相关位置有防触电、接地、高压标识。9.2包装c)包装箱内随行文件包括装箱单、合格证、使用说明书、出9.3运输a)零部件