PLPK-10.83/5.96×0.47型透平膨脹機(jī)

1、概述

PLPK-10.83/5.96×0.47型透平膨脹機(jī)組系空分設(shè)備配套單機(jī)之一，該機(jī)在整套裝置中利用壓縮空氣在膨脹機(jī)內(nèi)絕熱膨脹直接產(chǎn)生空分設(shè)備中所需的冷量獲得低溫，同時(shí)補(bǔ)償空分設(shè)備中的各種冷量損失。膨脹機(jī)絕熱效率和增壓效率的高低直接影響空分設(shè)備能否正常運(yùn)行及各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。該機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、絕熱效率高﹑節(jié)約能源、體積小﹑重量輕﹑操作維護(hù)方便。

2、主要技術(shù)規(guī)范

本透平膨脹機(jī)組配套機(jī)器數(shù)量為2臺(tái)，主要技術(shù)參數(shù)如下：

膨 脹 機(jī)：

膨 脹 量               650Nm3/h（0℃，101325Pa）

膨脹前壓力             0.596MPa

膨脹前溫度             142K                    

膨脹后壓力             0.047MPa

工作介質(zhì)               空  氣

轉(zhuǎn)    速               65640r/min

絕熱效率               78%

增 壓 機(jī)：

增 壓 量               650Nm3/h（0℃，101325Pa）

增壓前壓力             0.537MPa

增壓前溫度             293K                    

增壓后壓力             0.655MPa

工作介質(zhì)               空  氣

轉(zhuǎn)    速               65640r/min

增壓機(jī)效率             70%

3、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

3.1透平膨脹機(jī)

本機(jī)型式為臥式單級(jí)徑軸流向心反擊式，帶增壓機(jī)。兩臺(tái)增壓透平膨脹機(jī)均采用相同的零部件。透平膨脹機(jī)蝸殼為單進(jìn)氣切向流動(dòng)型式，采用鑄銅材料，蝸殼在低溫下工作并置于保冷箱內(nèi)。

膨脹工作輪和增壓風(fēng)機(jī)輪分別安裝于軸的兩端，軸是由兩氣體軸承支承。氣體軸承則由殼體支承，并采用整體軸向裝配結(jié)構(gòu)。在工作輪后主軸段設(shè)有軸封裝置，其中充入常溫干燥空氣，以減少膨脹冷空氣泄露。在增壓輪后主軸段設(shè)有軸封裝置，其中充入常溫干燥空氣，以減少增壓空氣泄露。

增壓風(fēng)機(jī)側(cè)軸端裝有轉(zhuǎn)速電氣遙測(cè)裝置，可在儀表盤(pán)上顯示運(yùn)轉(zhuǎn)情況。

3.2氣體軸承供氣系統(tǒng)

氣體軸承設(shè)有專門(mén)的供氣系統(tǒng)，由分子篩純化器后，引出一路純凈空氣，經(jīng)過(guò)粗過(guò)濾器，精過(guò)濾器再次凈化，送至氣體軸承供氣管道。氣體軸承耗氣約為25m3/h(在供氣壓力為~0.6MPa表壓情況下)。

3.3安全裝置

 透平膨脹機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)裝置，為保護(hù)機(jī)器，配置有自動(dòng)安全系統(tǒng)。

3.3.1在下列情況下發(fā)出報(bào)警信號(hào)，立即采取措施調(diào)整：

a氣體軸承氣壓力下降低于0.45MPa；

b轉(zhuǎn)速超過(guò)72200r/min。

3.3.2在下列情況下，停車：

a氣體軸承氣壓力下降低于0.4MPa，而且無(wú)法調(diào)整；

b轉(zhuǎn)速超過(guò)75500r/min，而且無(wú)法調(diào)整；

c電源發(fā)生故障。

4、操作

空分裝置起動(dòng)時(shí)，為使空分裝置迅速冷卻，兩臺(tái)透平膨脹機(jī)順序起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，每臺(tái)基本各自構(gòu)成一獨(dú)立系統(tǒng)，操作也相同。

4.1起動(dòng)前的準(zhǔn)備

4.1.1對(duì)膨脹機(jī)各進(jìn)出口管路須進(jìn)行徹底吹除后，安裝本機(jī)。

4.1.2對(duì)氣體軸承供氣管路和密封氣管路須進(jìn)行徹底吹除，然后按裝精過(guò)濾器鎳片，對(duì)于已長(zhǎng)期使用而被污染的濾芯需嚴(yán)格進(jìn)行清洗后方能再次使用。吹除結(jié)束后接通軸承供氣系統(tǒng)及密封氣系統(tǒng)，同時(shí)接通儀表﹑轉(zhuǎn)速表供電系統(tǒng)，使之處于完好狀態(tài)，殼體排氣孔應(yīng)去封。

4.2起動(dòng)

4.2.1步驟

4.2.1.1調(diào)節(jié)氣體軸承供氣壓力，保持左氣體軸承供氣壓力>0.52MPa，右氣體軸承供氣壓力>0.5MPa，對(duì)于初次開(kāi)車，為確定軸承供氣后轉(zhuǎn)子是否起浮，可在殼體排氣孔處觀察。

4.2.1.2增壓端出口閥全開(kāi)，旁通閥全開(kāi)。

4.2.1.3全開(kāi)膨脹端出口截止閥。

4.2.1.4緩慢打開(kāi)增壓端進(jìn)口調(diào)節(jié)閥，逐漸使增壓端進(jìn)口壓力上升到0.537 MPa，再緩慢打開(kāi)膨脹端進(jìn)口閥,同時(shí)調(diào)整膨脹端旁通閥,注意膨脹機(jī)轉(zhuǎn)速不許超過(guò)72200r/min。

4.2.1.5然后不斷調(diào)整增壓端的進(jìn)口閥、旁通閥和膨脹端的進(jìn)口閥、旁通閥的開(kāi)度。當(dāng)增壓端進(jìn)口壓力表讀數(shù)下降時(shí)，要加大增壓端進(jìn)口閥和旁通閥的開(kāi)度；當(dāng)膨脹端進(jìn)口壓力表讀數(shù)上升過(guò)快時(shí)，則開(kāi)大膨脹端旁通閥的開(kāi)度。

4.2.1.6調(diào)節(jié)增壓端密封氣壓力為~0.5MPa，調(diào)節(jié)膨脹端密封氣壓力為~0.15MPa。

4.2.1.7當(dāng)膨脹端進(jìn)出口參數(shù)接近設(shè)計(jì)值時(shí)，則緩慢關(guān)閉增壓端旁通閥，以達(dá)到增壓效果。

4.2.2注意事項(xiàng)

4.2.2.1由于起動(dòng)階段，偏離設(shè)計(jì)工況運(yùn)行，運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)變化較大，故調(diào)節(jié)頻繁，起動(dòng)時(shí)因整個(gè)裝置處于熱狀態(tài)，膨脹端進(jìn)口溫度高于正常值，而膨脹端出口壓力低于正常值，因透平膨脹機(jī)絕熱效率高于活塞式膨脹機(jī)絕熱效率，故起動(dòng)過(guò)程降溫極快，膨脹端進(jìn)口溫度急速下降，此時(shí)應(yīng)及時(shí)調(diào)整膨脹端進(jìn)口閥門(mén)，防止膨脹機(jī)超速。

4.2.2.2在起動(dòng)階段初期，因膨脹端進(jìn)口溫度偏高，膨脹機(jī)進(jìn)氣量達(dá)不到滿負(fù)荷運(yùn)行，此時(shí)空壓機(jī)末級(jí)可部分放空。隨著膨脹端進(jìn)口溫度的不斷下降，放空閥逐漸關(guān)小，調(diào)節(jié)至要求。

4.3運(yùn)轉(zhuǎn)

4.3.1正常操作條件

左氣體軸承供氣壓力 >0.52MPa

右氣體軸承供氣壓力 >0.5MPa

增壓端密封氣體壓力                   ~0.5MPa

膨脹端密封氣體壓力                   ~0.15MPa

膨脹端進(jìn)口壓力                       0.596MPa

膨脹端出口壓力                       0.047MPa

膨脹端進(jìn)口溫度                       142K

轉(zhuǎn) 速                            65640r/min

增壓端進(jìn)口壓力                       0.537MPa

增壓端出口壓力                       0.655MPa

增壓端進(jìn)口溫度                       293K

4.3.2透平膨脹機(jī)的平行作業(yè)和切換

由于透平膨脹機(jī)進(jìn)氣管道公用，故從兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)密切注視另一臺(tái)以防超速，操作過(guò)程需緩慢進(jìn)行。當(dāng)從一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)切換到另一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)先停止一臺(tái)運(yùn)轉(zhuǎn)，再按起動(dòng)步驟起動(dòng)另一臺(tái)，操作過(guò)程需緩慢進(jìn)行。當(dāng)從一臺(tái)單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)入兩臺(tái)同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，切記要先全開(kāi)未起動(dòng)的一臺(tái)膨脹機(jī)增壓端的旁通閥，以防其在起動(dòng)時(shí)增壓端氣量不足，而產(chǎn)生喘振現(xiàn)象，燒壞軸承。對(duì)于停車的一臺(tái)膨脹機(jī)，軸承氣壓力應(yīng)保持0.10~0.20MPa（表壓）左右，以防雜質(zhì)進(jìn)入。

4.3.3加溫吹除

運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中若有冰和干冰附著于噴嘴上則會(huì)造成噴嘴堵塞，使透平膨脹機(jī)效率降低，需要切換，進(jìn)行加溫解凍吹除，時(shí)間取決于實(shí)際操作狀態(tài)。

4.3.3.1有下列情況需進(jìn)行加溫吹除：

a噴嘴出口壓力降低；

b轉(zhuǎn)速下降；

c流量減少；

d.進(jìn)出口壓力波動(dòng)很大。

4.3.3.2方法

加溫空氣用干燥的熱空氣，加溫到吹除口的出氣露點(diǎn)溫度達(dá)到~60℃時(shí)為止。加溫空氣由膨脹機(jī)加溫閥→膨脹機(jī)→吹除閥。

4.3.3.3注意事項(xiàng)：

a加溫時(shí)透平膨脹機(jī)進(jìn)出口截止閥要關(guān)嚴(yán)，吹除閥要全開(kāi)。

b加溫?zé)釟馀c正常工作氣流相反，加溫吹除應(yīng)在軸承供氣狀態(tài)下進(jìn)行。

c透平膨脹機(jī)停車后，為保護(hù)設(shè)備，必須進(jìn)行一次加溫吹除。

4.3.4調(diào)節(jié)

透平膨脹機(jī)的調(diào)節(jié)主要取決于空分裝置對(duì)冷量的需要，一般采用膨脹端進(jìn)口閥節(jié)流的調(diào)節(jié)方法，機(jī)前溫度的調(diào)節(jié)主要為了避免機(jī)后溫度過(guò)低，以免產(chǎn)生液滴使設(shè)備受損。在冷量比較富裕的情況下，若進(jìn)口溫度很低，無(wú)法將其調(diào)高，則應(yīng)機(jī)前節(jié)流使膨脹機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行，保證出口溫度不致產(chǎn)生液滴。

4.4停車

4.4.1步驟：停車步驟與起動(dòng)步驟相反進(jìn)行。

4.4.1.1逐漸關(guān)閉增壓端進(jìn)口閥，再關(guān)透平端進(jìn)、出口閥和增壓端出口閥。

4.4.1.2當(dāng)轉(zhuǎn)速表讀數(shù)降為10000轉(zhuǎn)/分左右時(shí)，左、右軸承氣壓力調(diào)整平衡，當(dāng)轉(zhuǎn)速表讀數(shù)降為零時(shí)，關(guān)閉密封氣，并將軸承氣壓力降至0.15MPa（表壓）左右。

4.4.2緊急停車：發(fā)生下列情況須緊急停車：

a出現(xiàn)有極不正常現(xiàn)象(轉(zhuǎn)速﹑壓力﹑溫度﹑流量)

b有異常的振動(dòng)或噪音。

c氣體軸承卡住。

4.4.3突然停電

除立即同時(shí)關(guān)閉膨脹機(jī)進(jìn)口閥和純化器進(jìn)口閥外，其他應(yīng)按空分裝置緊急停車處理。故障排除后，作好各項(xiàng)準(zhǔn)備工作，準(zhǔn)備下次起動(dòng)。

5、維護(hù)裝配及故障處理

5.1維護(hù)

除發(fā)生意外事故外，增壓透平膨脹機(jī)組可以和空分裝置一起進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行，一般情況下無(wú)需拆檢，如確實(shí)要拆檢時(shí)，須按規(guī)定要求進(jìn)行。

5.1.1透平膨脹機(jī)檢查要求

5.1.1.1軸承允許在不影響尺寸精度和粗糙度的情況下局部修理，但修整后需嚴(yán)格進(jìn)行清洗去污，并用高壓純凈氣體吹除干凈。

5.1.1.2為了保證轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡性能，不應(yīng)隨便更換零件或改變其位置，在修整或更換零件后須經(jīng)動(dòng)平衡校正后方可使用，其重心偏移量不大于0.2μm，轉(zhuǎn)子拆裝時(shí)應(yīng)注意原工作輪和增壓風(fēng)機(jī)輪及所屬零部件的刻度線，傘形螺母和風(fēng)機(jī)螺母允許最大刻度線偏移不應(yīng)超過(guò)10°~15°，否則需經(jīng)再次動(dòng)平衡校驗(yàn)。

6、透平膨脹機(jī)常見(jiàn)故障分析與排除

6.1透平膨脹機(jī)后溫度過(guò)低

此時(shí)容易產(chǎn)生液滴（指膨脹端出口壓力0.047MPa，起動(dòng)時(shí)隨排氣壓力下降該溫度也相應(yīng)下降），將工作輪打壞。此時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)膨脹機(jī)前溫度，調(diào)整旁通調(diào)節(jié)閥，如進(jìn)口溫度很低無(wú)法調(diào)高時(shí)，則可關(guān)小膨脹端進(jìn)口閥，或降低膨脹機(jī)進(jìn)口壓力等措施來(lái)降低膨脹機(jī)的轉(zhuǎn)速，使膨脹機(jī)低負(fù)荷運(yùn)行。

6.2透平膨脹機(jī)起動(dòng)時(shí)超速

透平膨脹機(jī)在起動(dòng)時(shí)超速，主要由于打開(kāi)膨脹端進(jìn)口截止閥時(shí)過(guò)猛，氣量過(guò)大，容易引起超速。故在起動(dòng)時(shí)，一方面要緩慢打開(kāi)膨脹端進(jìn)口截止閥；另一方面切記在起動(dòng)膨脹機(jī)之前應(yīng)將增壓端進(jìn)、出口閥和膨脹端出口閥全開(kāi)。

6.3膨脹端進(jìn)口壓力過(guò)低

膨脹機(jī)前整個(gè)通路中任何一部分發(fā)生堵塞或阻力過(guò)大，均會(huì)引起機(jī)前壓力降低。機(jī)前壓力過(guò)低將使膨脹量減少，單位制冷量減少，造成總制冷量減少，因此必須消除。

造成機(jī)前壓力過(guò)低的原因可能是換熱器或膨脹氣體過(guò)濾器堵塞（機(jī)械塵埃或干冰），應(yīng)及時(shí)加溫吹除，對(duì)過(guò)濾器進(jìn)行清洗，或?qū)Ψ肿雍Y純化器進(jìn)行凈化效果的分析。

6.4膨脹端出口壓力過(guò)高

透平膨脹機(jī)后的空氣去上塔，若機(jī)后阻力過(guò)大，或上塔阻力大，均可造成機(jī)后壓力過(guò)高。此時(shí)因膨脹比下降，膨脹制冷量減少，可能導(dǎo)致裝置冷量不平衡，必須及時(shí)處理。若因上塔阻力大，造成膨脹機(jī)后壓力過(guò)高，則必須清洗，吹除，調(diào)整到正常值，此時(shí)機(jī)后壓力應(yīng)自動(dòng)下降恢復(fù)原數(shù)值，否則應(yīng)從機(jī)后管道阻力過(guò)大或葉輪與內(nèi)擴(kuò)壓器之間間隙過(guò)大等方面找原因，進(jìn)而排除。

6.5透平膨脹機(jī)振動(dòng)過(guò)大

造成透平膨脹機(jī)振動(dòng)過(guò)大的原因很多，主要有下列幾方面：

6.5.1轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不良

轉(zhuǎn)子出廠前是作過(guò)嚴(yán)格的動(dòng)平衡試驗(yàn)的，其重心偏移值和不平衡重量均控制在允許的范圍內(nèi)，該機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度為0.2μm，但在裝拆運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中因不對(duì)中，磨損或輪內(nèi)雜質(zhì)凍結(jié)都將破壞轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，由此將引起過(guò)大的振動(dòng)，應(yīng)停車檢查，必要時(shí)應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子再次作動(dòng)平衡試驗(yàn)，看其是否超過(guò)允許范圍。

6.5.2膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體

當(dāng)膨脹機(jī)內(nèi)出現(xiàn)液體時(shí)，由于液體被甩到葉輪外緣，溫度升高，又急劇汽化，會(huì)使間隙壓力大幅度波動(dòng)，造成膨脹機(jī)振動(dòng)，此時(shí)壓力表急速跳動(dòng)，溫度指示波動(dòng)，應(yīng)立即停車處理。

6.5.3氣體軸承供氣壓力過(guò)低

對(duì)于一定的供氣壓力Ps，氣體軸承增壓透平膨脹機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)是十分穩(wěn)定的，該機(jī)在正常操作條件下的左、右軸承的供氣壓力分別規(guī)定為>0.52MPa、>0.5MPa（表壓），供氣壓力過(guò)低，造成不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。