空氣壓縮站進(jìn)氣保護(hù)裝置設(shè)計(jì)

摘要：空氣壓縮站的增壓機(jī)組由西屋電機(jī)驅(qū)動(dòng)，是單層結(jié)構(gòu)、單級(jí)吸氣、單級(jí)排氣的四級(jí)壓縮無(wú)油空氣的H型等溫式離心壓縮機(jī)。文章介紹了離心壓縮機(jī)組喘振保護(hù)原理，對(duì)現(xiàn)存問(wèn)題進(jìn)行了分析和論證，設(shè)計(jì)了一套額外保護(hù)方式，從而達(dá)到離心壓縮機(jī)組的順利運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：離心壓縮機(jī)；進(jìn)氣保護(hù)裝置；喘振；保護(hù)方式；增壓機(jī)組；空氣壓縮站 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH457 文章編號(hào)：1009-2374（2016）24-0025-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.24.012

1 概述

空氣壓縮站的增壓機(jī)組是IHI-壽力壓縮技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)制造的離心式空氣壓縮機(jī)，型號(hào)為NK36-4，該型號(hào)機(jī)組由西屋電機(jī)驅(qū)動(dòng)，單層結(jié)構(gòu)、單級(jí)吸氣、單級(jí)排氣的四級(jí)壓縮無(wú)油空氣的H型等溫式離心壓縮機(jī)，額定流量為750Nm3/min，額定進(jìn)口壓力為1.0MPa，額定出口壓力為5MPa。在增壓機(jī)組的調(diào)試過(guò)程中可謂是故障頻發(fā)，例如增壓機(jī)意外停機(jī)造成前端低壓離心機(jī)組喘振停機(jī)、四級(jí)軸振動(dòng)過(guò)大、進(jìn)氣空氣冷凝水含量大、供氣管道出口振動(dòng)大等現(xiàn)象。本文將對(duì)增壓機(jī)意外停機(jī)造成低壓機(jī)組喘振停機(jī)的故障進(jìn)行原因分析，闡述進(jìn)氣保護(hù)裝置的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

2 故障現(xiàn)象分析及保護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 故障現(xiàn)象

增壓機(jī)的運(yùn)行供氣需要一臺(tái)低壓離心壓縮機(jī)和兩臺(tái)螺桿壓縮機(jī)為其提供原料用氣，參考?xì)饴废到y(tǒng)原理圖如圖1，當(dāng)增壓機(jī)組進(jìn)入加載狀態(tài)后，原料用氣就全部送入增壓機(jī)組。在調(diào)試過(guò)程中，當(dāng)增壓機(jī)組加載運(yùn)行時(shí)發(fā)生意外停機(jī)故障，整個(gè)原料用氣的供給管道內(nèi)的壓力迅速上升，引起低壓離心機(jī)組的系統(tǒng)壓力和第三級(jí)排氣壓力也迅速提高，造成低壓離心機(jī)組發(fā)生喘振停機(jī)。

2.2 故障原因分析

增壓離心機(jī)組在故障停車時(shí)候會(huì)自動(dòng)關(guān)閉它本身的進(jìn)氣閥門以保證增壓機(jī)組本身的安全。

在分析故障原因前，需要了解低壓離心機(jī)組喘振檢測(cè)和保護(hù)的原理。英格索蘭低壓離心機(jī)組的喘振檢測(cè)和保護(hù)主要依靠它的CMC控制系統(tǒng)完成，在機(jī)組達(dá)到喘振點(diǎn)前打開(kāi)旁路閥，將一部分空氣排入大氣，使壓縮空氣系統(tǒng)獲得其要求的空氣，從而實(shí)現(xiàn)喘振防護(hù)。CMC控制系統(tǒng)內(nèi)包含由喘振壓力變送器和電動(dòng)機(jī)電流互感器組成的喘振檢測(cè)系統(tǒng)。當(dāng)末級(jí)排氣壓力和電動(dòng)機(jī)電流的不斷變化并且大于喘振敏感性設(shè)定點(diǎn)值時(shí)，CMC會(huì)感受到喘振。當(dāng)控制器發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)喘振時(shí)，空壓機(jī)將卸載?？刂破鲗匆欢ū壤黾优月烽y位置，使進(jìn)氣閥達(dá)到最小負(fù)荷點(diǎn)（如果進(jìn)氣閥未處于那個(gè)位置），然后按正常系統(tǒng)需求將空壓機(jī)重新加載至運(yùn)行壓力。該過(guò)程將在10分鐘內(nèi)最多重復(fù)3次。如果空壓機(jī)在10分鐘內(nèi)喘振4次，空壓機(jī)將保持卸載直到運(yùn)行人員按下復(fù)位按鈕。即使有防止喘振的CMC控制，喘振仍可能發(fā)生。當(dāng)系統(tǒng)需求在大的容量范圍內(nèi)快速變化時(shí)，為防止喘振，控制器對(duì)打開(kāi)旁路閥的反應(yīng)可能不夠快。CMC讀取排氣壓力、電動(dòng)機(jī)安培以及大約20個(gè)其他的壓力和溫度輸入，然后控制進(jìn)氣閥和旁路閥的位置。當(dāng)控制器太慢而來(lái)不及反應(yīng)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)機(jī)組喘振停機(jī)的現(xiàn)象。通過(guò)上述原理的分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際考察，得出了造成原料機(jī)的低壓離心機(jī)組喘振停機(jī)的原因是原料用氣供應(yīng)管路上無(wú)防喘保護(hù)裝置。因?yàn)楫?dāng)原料用氣全部供給增壓機(jī)后，如果增壓機(jī)意外停機(jī)，整個(gè)供氣管路上僅有增壓機(jī)自帶的放空管路（管徑為DN80，而低壓離心機(jī)組的供氣管徑為DN400）可以排除很小部分氣體，導(dǎo)致原料用氣供氣管內(nèi)壓力急速上升引起低壓機(jī)組喘振。

2.3 保護(hù)設(shè)計(jì)方案

為了解決上述故障，決定在增壓機(jī)的進(jìn)氣放空閥旁并聯(lián)一個(gè)氣動(dòng)控制的套筒導(dǎo)向型調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥由增壓機(jī)提供控制信號(hào)。當(dāng)增壓機(jī)重故障信號(hào)觸發(fā)（即發(fā)生意外停機(jī)）時(shí)，增壓機(jī)將立刻給套筒導(dǎo)向型調(diào)節(jié)閥發(fā)送動(dòng)作指令使套筒導(dǎo)向型調(diào)節(jié)閥迅速全部打開(kāi)，將原料用氣的供給管道內(nèi)的壓縮空氣排向消音塔，避免管道壓力飆升，起到保護(hù)低壓離心機(jī)組的作用。

新增套筒導(dǎo)向型調(diào)節(jié)閥的技術(shù)要求：（1）日常使用為常閉狀態(tài)，工作時(shí)充氣、閥門關(guān)閉，緊急情況動(dòng)作時(shí)失氣并快速打開(kāi)閥門，全關(guān)至全開(kāi)的響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡可能短；（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的供氣壓力為0.4～0.8MPa；（3）閥門的控制方式為開(kāi)關(guān)量控制電磁閥的開(kāi)關(guān)；（4）該閥門僅用于快速放氣，無(wú)需中間調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)；（5）閥門公稱通徑DN200，閥前壓力為1.0MPa，閥后壓力為0.1MPa。閥門選定之后，就需要根據(jù)閥門的特性對(duì)閥門的控制回路進(jìn)行設(shè)計(jì)安裝。調(diào)節(jié)閥的開(kāi)啟控制信號(hào)由增壓機(jī)的重故障信號(hào)觸發(fā)。結(jié)合次閥門技術(shù)要求需要選擇閥門種類，主要在電磁閥和電動(dòng)閥之間進(jìn)行選擇。

電動(dòng)閥與電磁閥的區(qū)別：電磁閥是電磁線圈通電后產(chǎn)生磁力吸引克服彈簧的壓力帶動(dòng)閥芯動(dòng)作，只能進(jìn)行閥門的開(kāi)關(guān)，無(wú)法精確調(diào)整閥門的開(kāi)度。

電動(dòng)閥是通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)閥桿，帶動(dòng)閥芯動(dòng)作，電動(dòng)閥又分開(kāi)關(guān)型和調(diào)節(jié)型，閥門的行程機(jī)構(gòu)靠電機(jī)進(jìn)行拖動(dòng)，所以其開(kāi)閥和關(guān)閥都比較緩慢，可以精確地調(diào)節(jié)閥門各個(gè)行程位置。

電動(dòng)閥和電磁閥的用途對(duì)比：電磁閥一般用于液體和氣體管路的開(kāi)關(guān)由于其功率和體積因素，一般適用于小型管道的快速通斷。

電動(dòng)閥一般安裝在液體、氣體和風(fēng)系統(tǒng)管道主要進(jìn)行模擬量調(diào)節(jié)，即需要不斷變化閥門在管道中的開(kāi)度來(lái)控制管道中介質(zhì)的流通量。

電磁閥通過(guò)線圈驅(qū)動(dòng)，只能開(kāi)或關(guān)，可以在很短的時(shí)間內(nèi)完成閥門的全開(kāi)全關(guān)。

電動(dòng)閥的驅(qū)動(dòng)一般是用電機(jī)，閥門電機(jī)驅(qū)動(dòng)大概從全開(kāi)到關(guān)需要20～30秒的時(shí)間。

所以通過(guò)對(duì)比基本可以選擇電磁閥門來(lái)進(jìn)行管道內(nèi)壓縮空氣的快速釋放，并且可以選擇電磁閥門中的氣動(dòng)電磁閥門來(lái)進(jìn)行保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)。

氣動(dòng)電磁閥有良好的適用性，大部分的工廠和車間都具備壓縮空氣源，移動(dòng)壓縮機(jī)可存放在幾米開(kāi)外的地點(diǎn)?？砂葱枨笕我獾膬?chǔ)備大容量的壓縮空氣，而且其還可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的直線和回轉(zhuǎn)工作。氣動(dòng)電磁閥設(shè)計(jì)和操作簡(jiǎn)單，適用于各類的自動(dòng)化操控系統(tǒng)。和液壓電磁閥相比，氣動(dòng)電磁閥反應(yīng)更快、動(dòng)作更靈敏。調(diào)節(jié)控制方便，不但可以組成氣動(dòng)控制回路，還可以和電動(dòng)、液壓結(jié)合使用。氣動(dòng)電磁閥價(jià)格適中，整套裝置的費(fèi)用也不會(huì)很貴，而且氣動(dòng)電磁閥使用壽命長(zhǎng)，不需要經(jīng)常維護(hù)保養(yǎng)，因此維護(hù)保養(yǎng)的費(fèi)用也比較低。壓縮空氣在很大程度上不受高溫、高壓以及腐蝕的影響，氣動(dòng)電磁閥這一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其他電磁閥無(wú)法比擬的。

氣動(dòng)電磁閥有著獨(dú)特的排放空間處置方法，可安裝在任意工廠車間內(nèi)。在安全方面，氣動(dòng)電磁閥即便在危險(xiǎn)工況中工作也不會(huì)引起火災(zāi)，如果電磁閥過(guò)載就會(huì)自動(dòng)停止或打滑。

氣動(dòng)電磁閥也存在著一些缺點(diǎn)，如假設(shè)工作壓力較低，就不會(huì)容易獲取較大的輸出和轉(zhuǎn)矩，所以氣動(dòng)電磁閥不適應(yīng)重載系統(tǒng)；有比較大的排氣噪音，因?yàn)榭諝鉀](méi)有潤(rùn)滑功能，所以在氣路中會(huì)自動(dòng)設(shè)置潤(rùn)滑裝置；氣動(dòng)電磁閥的信號(hào)傳遞速度僅限于聲速范圍，因此不適用于傳遞速度較高要求的工況；實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程中遙控也十分困難，氣動(dòng)電磁閥有出現(xiàn)泄漏的情況，如果達(dá)到一定量的外泄漏也是允許的。由于空氣有壓縮性，載荷變化時(shí)平穩(wěn)性稍差。綜合對(duì)比，氣動(dòng)電磁閥滿足設(shè)計(jì)要求，并且由于廠房本身可以提供氣源故最終選擇氣動(dòng)電磁閥。最終選擇電磁閥為此導(dǎo)向閥門，并設(shè)計(jì)了電氣控制接線圖。

3 安裝調(diào)試及測(cè)試

3.1 電磁閥安裝步驟及注意事項(xiàng)

（1）在現(xiàn)有增壓機(jī)進(jìn)氣管道選擇合適位置，將管道斷開(kāi)，并焊接法蘭，將電磁閥門安裝，由于電磁閥門一般是單向工作的，不能反裝，所以按照閥門閥板上的氣流指示順序進(jìn)行安裝；（2）電磁閥與管道垂直，線圈垂直向上；（3）引入一無(wú)縫鋼管接入其氣動(dòng)入口，另根據(jù)需要將電磁閥門氣路壓力調(diào)整到0.6MPa；（4）此電磁閥的輸入電源為220V，通過(guò)說(shuō)明書查閱可知其工作特性是通入220V工作電源后再引入氣源的同時(shí)能夠快速關(guān)閉閥門，其基本保護(hù)思路為通過(guò)一個(gè)繼電器，接入增壓機(jī)組的故障信號(hào)，一旦增壓機(jī)組發(fā)生故障需要停機(jī)的時(shí)候，故障信號(hào)會(huì)控制繼電器的通斷，來(lái)達(dá)到閥門快速打開(kāi)的作用，即閥門在正常供氣環(huán)節(jié)中是通電保持關(guān)閉的狀態(tài)，一旦發(fā)生故障增壓機(jī)組停機(jī)，即增壓機(jī)組發(fā)出故障信號(hào)直接斷開(kāi)了此氣動(dòng)電磁閥門的工作電源，閥門迅速打開(kāi)，從而達(dá)到了增壓機(jī)組進(jìn)氣管道壓縮空氣卸載的問(wèn)題。

3.2 電磁閥調(diào)試

電磁閥安裝完事后送電發(fā)現(xiàn)閥門無(wú)動(dòng)作，檢查接線和原理圖沒(méi)有問(wèn)題，再檢查電磁閥電源線部分，發(fā)現(xiàn)電磁閥的電源插頭（此電磁閥為220V供電）插頭彈簧片松動(dòng)，導(dǎo)致電源接觸不良，所以才沒(méi)有閥門動(dòng)作，后來(lái)緊固了閥門的電源螺絲，從而使其能夠正常通電。

在調(diào)試保護(hù)的時(shí)候發(fā)現(xiàn)原來(lái)設(shè)計(jì)是增壓機(jī)組的故障信號(hào)為常開(kāi)點(diǎn)接入，然后手動(dòng)給增壓機(jī)組故障信號(hào)閥門并沒(méi)有通斷，接著分析發(fā)現(xiàn)增壓機(jī)組的故障信號(hào)實(shí)際為常閉點(diǎn)，需要接入繼電器的常閉點(diǎn)才能達(dá)到通斷閥門電源的目的。調(diào)試成功后，修改了增壓機(jī)組氣動(dòng)流程，加入了啟動(dòng)增壓機(jī)組前必須送電磁閥門的工作電源，并且需要運(yùn)行人員手動(dòng)打開(kāi)電磁閥的供氣管道來(lái)保證電磁閥門的正常工作，從而確保一旦增壓機(jī)組出現(xiàn)故障停機(jī)后關(guān)閉進(jìn)入閥門，此保護(hù)電磁閥門會(huì)迅速打開(kāi)卸掉管道壓力來(lái)保護(hù)低壓供氣機(jī)組的目的。

3.3 電磁閥試驗(yàn)測(cè)試

在安裝完電磁閥后，手動(dòng)通過(guò)增壓機(jī)組發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)，此電磁閥迅速打開(kāi)，時(shí)間在10秒之內(nèi)，從而達(dá)到了設(shè)計(jì)需求，保證了增壓機(jī)組在故障停機(jī)關(guān)閉入口閥時(shí)，低壓供氣機(jī)組無(wú)法迅速卸除在管道上的壓力。增壓機(jī)進(jìn)氣放空管道經(jīng)過(guò)上述的保護(hù)調(diào)節(jié)閥的安裝后，在增壓機(jī)組出現(xiàn)意外停車的情況時(shí)，新增的套筒導(dǎo)向型調(diào)節(jié)閥能夠快速反應(yīng)，避免了低壓離心機(jī)組發(fā)生喘振事故。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了空氣壓縮站增壓機(jī)添加進(jìn)氣保護(hù)裝置原因，分析了低壓離心機(jī)出現(xiàn)喘振的原理，同時(shí)對(duì)進(jìn)氣保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并最終通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)對(duì)比解決了因機(jī)組保護(hù)裝置而引起的喘振問(wèn)題，對(duì)增壓機(jī)的日后使用建立了良好的使用條件。

作者簡(jiǎn)介：湯旭（1984-），男，遼寧人，沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所能源動(dòng)力保障中心技術(shù)組工程師，研究方向：自動(dòng)化。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）