李德禄天然气压缩机厂成都ppt课件.ppt

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1、压 缩 机 技 术 简 介,主讲:李德禄 成都天然气压缩机厂,目 录,第一章 压缩机分类概述 第二章 整体式压缩机的发展历史 第三章 整体式压缩机结构概述 第四章 动力部分工作原理 第五章 动力部分有关技术问题,目 录,第六章 压缩部分工作过程 第七章 压缩机仪表控制系统 第八章 压缩机故障诊断技术简介 第九章 离心式压缩机简介 第十章 燃气轮机简介,压缩机定义： 用来压缩气体借以提高气体压力的机械称为压缩机。从能量的观点看压缩机是属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。,第一章 压缩机分类,第一章 压缩机分类,1.按工作原理分类 (1)容积式压缩机 (2)速度式压缩机,压缩机,容积式,

2、速度式,往复式,回转式,活塞式,膜片式,螺杆,滚动转子,滑片,.,透平式,喷射式,离心式,轴流式,第一章 压缩机分类,2.按气体压力分类,第一章 压缩机分类,3.按压缩级分类 (1)单级压缩级 (2)两级压缩级 (3)多级压缩级 4.按容积流量分类,第一章 压缩机分类,5.活塞式压缩机按结构形式分类 （1）立式压缩机 （2）卧室压缩机 1）一般卧式压缩机 2）对置型压缩机 3）对称平衡型压缩机 a. M型压缩机 b. H型压缩机 （3）角度式压缩机 1）V型压缩机 2）L型压缩机 3）W型压缩机 4）扇形压缩机 5）星形压缩机,第一章 压缩机分类,6.各种压缩机热力性能与结构特性比较,1907

3、年，瑞典阿特拉斯推出世界首台热泡点火的内燃机往复式空气压缩机组； 1909年，美国库伯能源公司第一台天然气发动机压缩机诞生； 1930年，美国Monobles柴油摩托式压缩机问世，其为立式、二冲程、4缸、无十字头； 1958年，美国库伯能源公司推出DPC低速整体式天然气发动机压缩机系列； 1993年，成都天然气压缩机厂在吸收消化国外先进技术的基础上，通过再创新，推出ZTY低速整体式天然气发动机压缩机系列。,第二章 整体式压缩机的发展历史,ZTY整体式压缩机由动力部分、压缩部分和共用基础件、运动件、润滑、冷却系统、空冷器、仪表控制系统组成。,第三章 ZTY整体式压缩机结构概述,第三章 ZTY整体

4、式压缩机结构概述,动力部分为二冲程，自然进气，活塞底泵扫气的天然气发动机，其工作原理如图：,第四章 动力部分工作原理,第四章 动力部分工作原理,压缩冲程,动力冲程,扫气过程,第四章 动力部分工作原理,当活塞向缸头运动时,首先关闭吸入口，然后关闭排气口，封住吸入的燃料和空气。当接近外止点位置，由火花塞点火燃烧，燃烧后的气体压力和温度升高，推动活塞向曲轴端运动，当活塞运动到不能遮住排气口时，使燃烧后的废气排出，当活塞进一步向曲轴端运动时吸入口打开，存留于扫气室中有一定压力的空气进入气缸，取代存留废气。,第四章 动力部分工作原理,由于填料将机身油池与动力缸工作室完全隔开，使动力缸与机身气腔组成了一个

5、扫气室。在活塞向外止点运动时，这个扫气室就形成局部真空，与大气形成压差，压缩进气阀弹簧使阀片开启，新鲜空气存留于扫气室。当活塞向曲轴端运动时，扫气室空气压力升高，单向阀阀片关闭，此时被封闭的空气压力提升到0.2-0.5kg/cm2，形成了一台有效的扫气泵，扫气发生在作功冲程终了，吸入和排气口打开时。 从上述可知，动力部分工作过程是由进气开始，历经压缩，燃烧，膨胀，排气等一系列连续过程形成。而这些过程是在曲轴旋转一周完成的，称为二冲程循环。,第四章 动力部分工作原理,(1)进气过程 (2)压缩过程 (3)燃烧过程 a.燃料和空气混合气的成分 b.混合气的分配 c.点火提前角 d.转速 e.负荷

6、(4)膨胀过程,第四章 动力部分工作原理,第四章 动力部分工作原理,(5)排气过程 ZTY整体机组排气温度与负荷的关系：,第四章 动力部分工作原理,(6)ZTY整体式 机组配气定时,第五章 动力部分有关技术问题,1. 热耗率和燃料消耗率 整体式机组热耗率,1. 影响发动机燃料消耗率的因素： (1)燃料气热值 (2)转速过低 (3)各缸混合气分配不均匀 (3)空燃比 (4)点火过迟,第五章 动力部分有关技术问题,2. 发动机的能量平衡 发动机发出有效功的热冷、冷却系统的热损失、废气带走的热量、其它损失的热等的总和就等于燃料燃烧的热能，称之为发动机的能量平衡，用数学表达式如下： Q=Qe+Qr+Q

7、c+Qs+Qd 式中：Q每小时燃烧燃料所放出的总热量（kJ/h） Qe转换为有用功的热能（即机械能）（kJ/h） Qr随废气排出带走的热量（kJ/h） Qc冷却水带走的热量（kJ/h） Qs其它损失的热量（kJ/h） Qd散入大气中的热量（kJ/h）,第五章 动力部分有关技术问题,Q=VHu kJ/h V每小时的燃料耗量 Nm3/h Hu燃料的低热值 kJ/Nm3 Qe=3.6103xN kJ/h N发动机的有效功率 kW Qr=4.18x（M2xGTxGprxtrm-M1xGTxGpxt0） kJ/h M1燃烧前吸入气缸的空气量（公斤摩尔/公斤燃料） M2燃烧产物（废气量）（公斤摩尔/公斤燃

8、料） GT每小时的燃料耗量（公斤/小时） t0进入气缸前的空气温度（） trm废气按流量的平均温度（）,第五章 动力部分有关技术问题,tr废气排出时的瞬时温度 Gr废气排出的瞬时流量 Gp空气的平均摩尔等压比热（千卡/公斤摩尔） Gpr废气的平均摩尔等压比热（千卡/公斤摩尔） Qr计算比较复杂，一般可用简单的方法测得。通常将排出的废气引到特殊的量热器中冷却，即可直接测量排气所带走的热量。 Qc=4.18xGcxCs（t1-t2） （kJ/h） Gc冷却水的重量流量（kg/h） Cs冷却水的比热（kJ/kg） t1进水温度（） t2出水温度（）,第五章 动力部分有关技术问题,五 动力部分有关技术

9、问题,整体式机组发动机的能量平衡如下：,3. 发动机对燃料气中H2S含量的限制及其对发动机性能的影响 整体式机组0.157%或2.29克/Nm3 瓦克夏燃气发动机0.1%或1.47克/Nm3 济柴的天然气发动机20mg/Nm3或0.0014% H2S对发动机影响如下： (1) H2S燃烧所得到的硫化物，在一定条件下会转化为硫酸，对零部件 有腐蚀作用 (2) H2S降低发动机的抗燥能力 (3) H2S最低自燃温度为270，这就要求降低零部件表面的温度，这 对经济性和技术方面都带来许多麻烦,第五章 动力部分有关技术问题,4. 整体式机组润滑油需要量和油耗过高的原因 动力缸润滑油需要量=0.0202

10、xP（L/d） P功率（kW） 压缩缸润滑油需要量=（0.023xDxsxn+22852xpd）10-6 填料润滑润滑油需要量=（0.0345xdxsxn+5147xpd）10-6 上式中D气缸直径 mm s冲程 mm n转速 r/min d活塞杆直径 mm pd排气压力 MPa 含硫气压缩缸的润滑率为正常润滑率的两倍,第五章 动力部分有关技术问题,第五章 动力部分有关技术问题,动力缸润滑油量（升/天）: 影响润滑油耗量过多的原因: (1) 加注油量过多，一般初期将油量调至正常的两倍，正常运行后，油量应 减少（1升=30433滴，470机组为200滴/分）。动力缸积碳是注油量过多。 注油量过大

11、和注油量不足同样有害。 (2) 曲轴箱加油过多 (3) 密封部位损坏、泄露 (4) 刮油环磨损 (5) 活塞杆拉伤,5. 整体式机组冷却水需要量 根据夹套水需带走的热量和进出水的温差确定，即: m3/h W需冷却水带走的热量 J/h Cp水的比热 Cp=4180J/kgK t1进水温度 K t2出水温度 K,第五章 动力部分有关技术问题,第五章 动力部分有关技术问题,ZTY整体式机组冷却水需要量,6.爆燃产生的机理和影响的因素是什么? 爆燃的表征现象: (1) 发出金属振音（敲缸）； (2) 在轻微爆燃时，发动机功率略有增加，强烈爆燃，发动机功 率下降。工作变得不稳定、转速下降、有较大振动；

12、(3) 冷却系统过热（冷却水、润滑油温度均上升）； (4) 排气中断续出现黑烟和火星； (5) 气缸盖过热、漏水。,第五章 动力部分有关技术问题,爆燃引起的后果： (1) 气缸等机件的温度升高，冷却系统过热，热损失增加，发动机功率和经济性下降； (2) 活塞和气门烧坏，轴瓦破裂； (3) 气缸盖损坏，破裂； (4) 缸盖螺栓断裂； (5) 火花塞绝缘体破坏。,第五章 动力部分有关技术问题,影响爆燃的因素: 压缩比； 点火定时； 混合气浓度； 发动机转速； 进气温度； 燃料气进气压力； 冷却水温度增加。,第五章 动力部分有关技术问题,第五章 动力部分有关技术问题,7.天然气发动机废气中的有害成份

13、： CO 0.53 g/kw.h CxHy 2.78.2 g/kw.h NOx 720 g/kw.h 8.惯性力和惯性力矩： 1.合理布置曲轴错角，使得各列同一瞬时的惯性力有相位差，可以起到互相平衡的作用； 2.采用对称平衡结构使惯性力得到平衡，整体式机组垂直方向的惯性和惯性力矩均为零； 3.在曲轴上设置平衡重，以平衡旋转惯性力和部分一阶惯性力，如ZTY630机组在皮带轮端就附加有平衡盘； 4.设计合适的飞轮； 5.设计合适的基础；,9.发动机、压缩机向外界的传热: Q=AQ向外界传递的热量 W 对流换热系数（空气自然对流=525W/m2,空气强迫对流 =10100W/m2） A机组与空气接触

14、的热表面面积 m2 Q机组热表面与空气的温度差 10.发动机、压缩机夹套水温: 整体式机组，动力缸夹套水进水温度不低于60，正常工作温度应在7482，最高出水温度不得大于93，压缩缸夹套水进水温度不低于55，正常工作温度在6371，最高出水温度不得大于80。温度的调节一是增减水量，而是由恒温阀控制（恒温阀开启温度77）。,第五章 动力部分有关技术问题,1.工作过程 压缩部分工作过程可分为膨胀、吸入、压缩和排气四个阶段: 膨胀 吸入 压缩 排气,第六章 压缩部分工作过程,2.压缩气体的三种热过程 等温压缩过程 绝热压缩过程 多方压缩过程：在压缩气体过程中，既不完全等温，也不完全绝热的过程称为多变

15、压缩过程。这种过程介于等温过程和绝热过程之间。实际气体中气体的压缩过程均属多变压缩过程。,第六章 压缩部分工作过程,影响压缩机排气量的主要因素 余隙 泄露损失 吸入气阀的阻力 吸入气体的温度,第六章 压缩部分工作过程,3.压缩部分的几个技术问题 非金属阀在使用中应注意的技术问题 爆油测试气阀泄露已不再普遍使用 润滑油过多对气阀工作状态和寿命的影响 气阀弹簧为什么易断 阀片常发生在外围断裂的原因 密封部件开机磨合的原因 压缩机的主要性能参数 工况变化对压缩机性能的影响,第六章 压缩部分工作过程,第六章 压缩部分工作过程,压缩机的主要性能参数 容积流量：指在额定排气压力下压缩机在单位时间内排出的气

16、体容积值，该值在排气端测得并折算到压缩机进口状态，即压缩机第一级进气处的压力与温度时的容积值。 估算公式Q=VsVE m3/min Vs行程容积: （m3） VE排气系数:,第六章 压缩部分工作过程,排气量 标准状态（p=0.1013MPa，t=20，国外15.6）下的干燥气量，也可以说在单位时间内排出的气体容积值折算到标准状态之值。 排气量和容积流量的换算 容积流量 m3/min 排气量 m3/min 式中: p吸入状态的压力MPa T吸入状态的温度 吸入状态的相对湿度 psa吸气状态下的饱和蒸汽压MPa,第六章 压缩部分工作过程,吸气压力 排气压力 压缩比 级间压力 进气温度 排气温度(一

17、般在排气法兰处测得) 压缩机耗功 指示功率 轴功率 压缩机轴功率的经验估算公式:,第六章 压缩部分工作过程,8.工况变化对压缩机性能的影响 吸气压力变化 1.吸气压力变化对排气量的影响,Q标=Q吸,p0标准状态压力（0.1013MPa）; T0标准状态下温度（293K）; p1吸入状态下的压力MPa ; T1 吸入状态下的温度K； 相对湿度； ps1进气温度为的水蒸气饱和蒸汽压MPa; Q吸吸入状态下的排气量,第六章 压缩部分工作过程,Q吸 m3/min Vh1第一级气缸的行程容积 m3； Vh1(单作用),Vh1(双作用),v1第一级气缸的容积系数； v11（1/k-1） p1第一级气缸的压

18、力系数； p1实际吸气压力/名义吸气压力； 一般p10.95-0.98 T1第一级气缸的温度系数； T1一般为0.9-0.95。 l1 泄漏系数。,2.吸气压力对功率的影响,第六章 压缩部分工作过程,2.排气压力变化 a.排气压力变化对排气量的影响 b.排气压力变化对温度的变化 c.排气压力变化对功率的影响 3.吸气温度的影响 a.吸气温度对排气量的影响 b.吸气温度对排气温度的影响 c.吸气温度对功率的影响,第六章 压缩部分工作过程,4.转速变化的影响 a.转速变化对排气量的影响 b.转速变化对功率的影响 c.转速变化对运转率的影响 5.余隙容积的影响 a.余隙容积对排气量的影响 b.余隙容

19、积变化对压比的影响 c.余隙容积变化对排气温度的影响 d.余隙容积对功率的影响,第七章 压缩机仪表控制系统,压缩机仪表控制系统是对其运行参数（转速、温度、压力、液位、机组位移）就就地显示及运行状态监视，对超限参数报警和自动停车。 仪表控制由硬件和软件两大部分组成。,第七章 压缩机仪表控制系统,1.硬件部分 中央控制单元 电流单元 操作显示终端机单元 数据采集回路单元 报警与连锁控制单元 通信单元,第七章 压缩机仪表控制系统,2.主要数据采集、检测回路 温度信号 压力信号 振动信号 转速信号 开关量信号,第七章 压缩机仪表控制系统,3.软件部分 PLC编程组态软件，流程图如下 ：,第七章 压缩机

20、仪表控制系统,4.PLC控制原理图,1.故障诊断技术概念： 故障诊断技术概念是在电脑技术、现代测量技术、信息处理技术以及预测理论的基础上形成的一种现代新技术。故障诊断就是根据机组在运行过程中产生的压力、温度、噪声、振动、功耗以及气量变化等各种信息，来判断活识别压缩机是否发生了故障。故障诊断的作用是：不仅可以及时发现故障和预防恶性事故发生，避免人员的伤亡，环境污染和巨大的经济损失。,第八章 压缩机故障诊断技术简介,2.故障诊断的内容和类型 2.1故障诊断的内容：包括状态检测、识别判断和预测三个方面。在预测系统的可靠性和性能时，如识别出异常状态，就要对其原因、部位和危害程度进行诊断和评价，研究决定

21、修正和预防的方法。,第八章 压缩机故障诊断技术简介,第八章 压缩机故障诊断技术简介,2.2故障诊断类型 功能诊断和运行诊断：对于新安装或刚检修的机器，需要诊断的功能是否正常，如排气压力、排气温度、功耗、气量是否达到要求。 定期诊断和在线监控：定期诊断式间隔一段时间对在役机组进行一次检查或诊断，称为巡回检查。在线监控是采用现代化仪表和电脑信息处理系统对机组运行状态进行连续监测和控制。 直接诊断和间接诊断：根据直接对关键零部件进行检测获取的信息进行诊断。但在大多数情况下，无法对关键零部件进行直接诊断。例如对轴承的间隙和磨损，在机组的运行过程中难以直接测量，但可以采集运行时的噪声、振动、油液中的磨屑

22、，轴承的温度等来间接盘判别压缩机轴承间隙和磨损。 简易诊断和精密诊断：简易诊断一般由现场操作人员实施，能对机组运行状态迅速有效地作出概括性评价。（如操作人员根据其温度、压力参数地变化初步诊断故障等）精密诊断是对简易诊断地判定进行专门地精确判断。其功能为：确定故障地类型，了解故障产生地原因；估计故障的危险程度，预计其发展；确定消除故障、恢复和改善正常状态的方法。,3.故障诊断的对象 零部件的故障诊断：对主要零部件，如曲轴、轴承、气阀、活塞杆、连杆等进行故障诊断。 整机故障诊断：主要针对性能和强度的诊断和评价。在性能评价方面有功能的正常和异常，故障的劣化，并分析产生的原因。在强度评价方面要分析主要

23、零件的可靠性，预使用寿命、在性能和强度评价的基础上，确定修复和改善的方法。 成套系统故障诊断：成套系统含压力容器、工艺管线、底撬等与零部件故障相互关联,已有差别。,第八章 压缩机故障诊断技术简介,4.诊断信息的获取方法 4.1直接观察法：对机组运行直接观察可以对零件状况获得第一手资料，操作人员根据积累的经验可以直接对其状态作出判断。这种方法是定性的，而且比较粗糙。直接观察法可以采用一些简单的仪器来扩大人眼的观察能力。如照明机器内部暗处的光纤探头,光学内孔检查仪和铸造内表面检查仪,红外测温器,热敏涂料,探查表面微细裂纹的着色渗透剂. 4.2振动噪声检测法：振动和噪声是重要的诊断信息，其反映了机器

24、的状态。一般分为三个步骤：首先是总的振动或噪声强度测定。用以初步判断机组运行是否存在问题。其次是频谱分析，以进一步判断问题发生在什么环节上，第三是对特定的零件（如轴承等）采用一些特殊技术进行分析。 4.3磨损残留物检测法 1.直接检查残留物：测定油膜间隙内电容和电感的变化，润滑油的混浊度，获得零件失效的信息。 2.残留物的收集：例如采用磁性探头、特殊的过滤器等收集滚动轴承因工作表面疲劳引起的大块剥落颗粒。 3.油样分析：可以确定机器中什么零件磨损。 4.4运转性能检测法 1.整机性能检测：通过测量机组的输出或输出与输入的关系判断机组运行状态是否正常，如排气量减少、功耗与排气量的关系等。 2.零

25、件性能检测：,第八章 压缩机故障诊断技术简介,5.故障诊断法 分两大类:一是实践经验诊断法;另一类是诊断理论诊断法. 气阀敲击声： 气阀尖叫声： 气缸敲击声： 气缸突发冲击声： 机身内撞击声： 曲轴箱内异常响声： 轴承异常响声： 飞轮敲击声：,第八章 压缩机故障诊断技术简介,分离器、缓冲罐撞击声： 进气阀发热： 气缸过热或温度不断升高： 活塞杆过热： 轴承过热： 冷却水温过高： 被压缩介质不能增压： 排气压力高于正常压力： 排气压力低于正常压力： 第一级排气压力降低： 从上述实践判断法例子看，难以确切判断机器内部故障的性质和特征，而有些故障根本不能判断，下面介绍诊断理论诊断法。,第八章 压缩机

26、故障诊断技术简介,6.诊断理论诊断法 1.检测诊断要点： 1.1合理布置测点，满足要求： 1.2选择诊断手段 1.2.1振动测试： 1.2.2温度监测： 1.2.3铁谱分析： 1.2.4冲击脉冲法： 1.2.5监测工况参数：,第八章 压缩机故障诊断技术简介,第八章 压缩机故障诊断技术简介,2.监测方法： 1.磨损监测法：根据磨损试验建立技术诊断系统 电子光谱学 电子自旋共振光谱学 铁粉记录图 磁性塞子法： 质谱测定法： 摩斯包尔光谱学： 扫描电子显微技术： 2.振动监测法： 3.温度监测法： 4.模糊诊断法： 5.专家系统：,3.几种便携式测试仪介绍 ENSPEC1000最高压力指示器： EN

27、SPEC1400马力指示器： ENSPEC2000维护分析仪： ENSPEC3000维护及性能分析仪：,第八章 压缩机故障诊断技术简介,第九章 离心式压缩机简介,1.离心式压缩机的工作原理：,第九章 离心式压缩机简介,是把气缸壳体内高速气流产生的离心力作用在气体上，如图示，被压缩气体流进旋转叶轮的中心，叶轮通过其高速旋转的径向叶片把气体甩出到边缘，接着气体被导入导向中片，在这里高速气速度变慢，压力升高，在多级离心式压缩机中，气体从前级的导向中片通向下一级叶轮，分级增压达到要求的排气压力。 离心压缩机转速为2000030000r/min，流量范围5000m3以上，功率范围1000KW30000K

28、W。离心式压缩机生产厂有美国克拉克公司埃利奥特公司，意大利的新比隆公司等,第九章 离心式压缩机简介,2.离心式压缩机的主要结构： 机壳、主轴、叶轮、叶轮密封、轴封、轴承、进口导流器、轴承盒等组成，如图。,第九章 离心式压缩机简介,(1) 机壳：有水平剖分型和垂直剖分型两种，水平剖分型机壳分为上下两半，垂直剖分型机壳是圆柱型整体两端采用封头。,第九章 离心式压缩机简介,(2) 叶轮：是离心压缩机的工作轮，是使气体提高能量的唯一元件，按其整体结构可分为开式、半开式、和闭式三种，实际应用是半开式和闭式两种，叶轮随出口角度可分为前向叶轮、径向叶轮和后向叶轮，290前向叶轮，290后向叶轮，2=90径向

29、叶轮见图,第九章 离心式压缩机简介,(3)轴封,第九章 离心式压缩机简介,3.离心压缩机的特点: 4.离心压缩机的技术参数: (1) 转速 N叶轮转速r/min D叶轮直径 In 级间压头每一级的压头 压力系数 (2 ) 压头 （相当水泵杨程）,第九章 离心式压缩机简介,（3）功率 HP （4）流量、压头、功率和转速之间的关系 a. 气体体积流量与叶轮转速的关系,第九章 离心式压缩机简介,b. 压头与叶轮的平方成比例 c. 压缩机需要的功率与叶轮转速的立方成比例,第九章 离心式压缩机简介,（5）离心压缩机入口流量 5 离心压缩机使用的异常现象 （1）喘振 （2）临界转速,第十章 燃气轮机简介,驱离心式压缩机的驱动机有电动机、然气轮机、下面对燃气轮机工作概括介绍 1.燃气轮机工作原理:,第十章 燃气轮机简介,2.燃气轮机的工作过程,第十章 燃气轮机简介,3燃气轮机的主要部件 （1） 燃气涡轮机（透平） （2）燃烧室 （3）压气机,第十章 燃气轮机简介,4. 燃气轮机的主要性能指标 （1）性能标定条件 （2）功率 （3）动力装置比功,第十章 燃气轮机简介,当知道机组功率和空气流量时，比功 （4）有用功系数：表征燃气轮机把对大小和对各部份性能的敏感性,第十章 燃气轮机简介,(5)热效率 （6）燃料消耗率 （7）热力参数 a. 混合比 b. 压比,