水电站油气系统及进水阀.doc

1、水轮机及辅助设备情景 81情景 8 水电站油、气系统及进水阀8.1 水电站油系统8.1.1 水电站用油的种类和作用水电站机电设备在运行中，如调速器操作，机组及辅助设备润滑，电气设备绝缘和消弧等，都需要各种性能的油品。由于设备的工作条件和要求不同，使用油的种类和作用也不同。水电站用油通常分为润滑油和绝缘油两大类。1. 润滑油常用的润滑油有以下几种：（1）透平油（又称汽轮机油） 。它的粘度适中，可在机组的运动件与约束件之间的间隙中形成油膜，以油膜的液体摩擦代替了固体之间的干摩擦，从而降低了摩擦系数；同时由于油的流动性，还可将摩擦产生的热量以对流的方式携带出来，与空气或冷却水进行热量交换。可见，透平

2、油在机组轴承的运行中同时起到润滑和散热两种作用。调速器和其它液压操作设备的用油也是透平油，它在这些设备中还有着传递能量的功用。（2）机械油（俗称机油） 。粘度较大，供电动机、水泵、机修设备和起重机等润滑用。（3）压缩机油。除供活塞式空气压缩机润滑外，还承担活塞与气缸壁间的密封作用。它能在温度 t180的高温下正常工作。（4）润滑脂（俗称黄油） 。供滚动轴承及机组中具有相对运动部件之间的润滑。也对机组部件起防锈作用。2. 绝缘油绝缘油主要用于水电站电气设备中，油的绝缘性能远比空气好并可吸收和传递电气设备运行时产生的大量热量；绝缘油还可将断路器（也称油开关）断开负载时产生的电弧熄灭，故绝缘油的作用

3、为散热、绝缘和消弧。绝缘油主要有以下两类：（1）变压器油。用于变压器及电流、电压互感器，起到绝缘和散热作用。（2）开关油。用于断路器，有绝缘和消弧作用。以上述各类油中，以透平油和变压器油用量最大，为水电站的主要用油。8.1.2 油的基本性质水电站用油要起到前述作用，保证设备正常运行，其基本性质至关重要。现将润滑油和绝缘油最重要的性质及性能指标介绍如下。1. 物理性质（1）粘度。液体质点受外力作用而相对移动时，在液体分子之间产生阻力的大小称为粘度。粘度是流体抵抗变形的性质，也是粘稠的程度。一般油品的粘度是随着工作温度上升而降低，工作温度下降而增高，而且会随着使用时间的延长而略有增高。油的粘度分动

4、力粘度和运动粘度，常用运动粘度。动力粘度是液体中面积 1cm2，相距 1cm 的两层液体，发生速度为 1cm/s 的相对移动时所受阻力的大小。运动粘度是液体动力粘度与其密度之比，水轮机及辅助设备情景 82常用 表示，单位为 m2/s。油的粘度是油的重要特性之一，也是选择油品的一项重要指标。对于透平油系统，粘度大时，易于保持液体摩擦状态，但会加大液体阻力，增加摩擦损失，也不利于散热；粘度小时则相反；同时为便于运行管理，机组润滑用油与调速系统等操作用油宜选用同一牌号透平油，选用不同牌号油时应进行技术经济比较论证。对于绝缘油则要求较小的粘度，因为流动性好可以增强散热效果并有利于消弧。（2）闪点。当油

5、被加热至某一温度时，油的蒸气和空气混合后，遇火呈现蓝色火焰并瞬间自行熄灭（闪光）时的最低温度，称为闪点。若闪光时间长达 5 秒以上时，此温度即为油的燃点。闪点反映了油在高温下的稳定性。闪点的高低取决于油中含有沸点低、易挥发的碳氢化合物的数量。闪点低，油品易燃烧或爆炸。因此，闪点又是表示油品蒸发倾向和储运、使用的安全指标。（3）凝固点。当油温下降，油品失去流动性而变为塑性状态时的最高温度称为凝固点。在测试中，将储油的试管倾斜 45角，经过一分钟，试管内油面不发生明显变形，即认为油凝固了。油凝固后不能在管道及设备中流动，会使润滑油的油膜破坏。对于绝缘油，既降低散热和灭弧作用，又增大断路器操作阻力，

6、故在寒冷地区应选用凝固点较低的油。（4）灰分与机械杂质。油品燃烧后所剩下的无机矿物质占原来油重的百分比，称为灰分。在油中以悬浮状态而存在的各种固体物质，如灰尘、金属屑、纤维物及结晶盐等，称为机械杂质。灰分与机械杂质均会破坏油的润滑性能和绝缘性能。（5）抗乳化性。油与水蒸汽形成乳浊液后静置，达到完全分层所需的时间，称为抗乳化性（以分钟计） 。它是透平油的专用指标。润滑油乳化后，粘度增高，泡沫加多，使机械杂质不易沉淀，析出的水分还会破坏油膜，影响润滑效果，加速部件磨损，同时也会加速油的氧化。（6）透明度。清洁油是淡黄色透明液体。用透明度可以简易判断新油及运行油的清洁或被污染程度。（7）水分。油中含

7、有水分会助长有机酸的腐蚀能力和加速油的劣化，使油的绝缘强度降低，加速绝缘纤维的老化等。当油中含有水量超过 0.01%0.02%时，油的绝缘强度则降低到最小值（1.0KV） 。故新油中不允许含有水分。2. 化学性质（1）酸值。油中游离有机酸的含量，称为油的酸值，以酸价表示。酸价是中和 1 克油中的酸性物质所需氢氧化钾的毫克数。酸值是控制油品精制深度及运行油品劣化程度的重要指标之一。酸能腐蚀金属和纤维（油中含有水分时，腐蚀性更强） 。含酸的油与设备的金属表面接触后，会形成一种皂化物，它在循环式润滑油系统中，妨碍油在管道中的正常流动并降低油的润滑性能。新透平油和新绝缘油的酸值都不能超过 0.05mg

8、KOH/g；运行中的绝缘油不超过 0.1mgKOH/g；运行中的透平油不超过 0.2mgKOH/g。（2）抗氧化安定性。油在运行过程中（高温下）抵抗氧化的能力，称为抗氧化安定性。油温愈高，愈容易氧化。油被氧化后会生成含有有机酸和其他物质的胶状沉淀物，从而使油管堵塞，酸值提高，引起腐蚀和润滑性能变坏。油的新标准中，要求设备运行 1000h 后油的酸值不得大于 2.0mgKOH/g。目前，我国某些水电站采用在油中添加抗氧化剂的办法，水轮机及辅助设备情景 83根据使用情况看来，这是一项提高油品抗氧化安定性、延长使用时间的有效措施。（3）水溶性酸、碱。油中若含有水溶性酸、碱，会使金属部件产生强烈腐蚀，

9、并加快油的劣化。因此，水电站要求使用的油为中性油，不允许含有水溶性酸、碱。3. 电气性质（1）介质损耗因数。油在电场作用下，要消耗部分电能并转换成热能，单位时间内消耗的电能称为介质损失，并以介质损耗因数 来衡量。电压和电流间相角与 90 的差值，tg称为介质损失角 。 的大小，是绝缘油电气性能中的一个重要指标。其值越大时，不tg仅功率损失大，其绝缘性能也越差。 可以很灵敏地显示出油的污染程度，故介质损失tg角 是检验绝缘油干燥、精制程度及老化程度的重要指标。（2）绝缘强度。绝缘强度是评定绝缘油电气性能的主要指标之一，以在标准电极下的击穿电压表示。绝缘油的绝缘强度是保证设备安全运行的重要条件。油

10、的击穿电压受很多因素影响，但决定性的因素是含水量。当水和固体杂质存在时，油的绝缘强度将严重下降。水电站习惯上把新买回的油称为新油；不含水分和机械杂质、符合运行标准的油称为运行油；有某一指标不符合运行标准的油称为污油。无论新油或运行油，对其性能都有严格的要求。运行中的透平油质量标准见表 8-2 所列；运行中的变压器油质量标准见表 8-3 所列。8.1.3 油的牌号在 GB11120-89透平油（汽轮机油） 中，国产透平油有 32#、46#、68#和 100#四种牌号，牌号的数值表示油在 40时的运动粘度。目前，中小型水电站常用的国产透平油牌号有 32#和 46#两种，且通常选择防锈型的。GB25

11、36-90绝缘油（变压器油） 中，国产绝缘油中变压器油有 10#、25#及 45#三种牌号，开关油有 45#，牌号的数值表示油的凝固摄氏温度值（负值） 。绝缘油一般选用 25#绝缘油；在月平均最低气温不低于-10的地区，如无 25#绝缘油时，可选用 10#绝缘油；当月平均最低气温低于-25 的地区，宜选用 45#绝缘油。8.1.4 油的净化油在使用和储存过程中，因渗进水分、光线的照射、温度变化等因素的影响，会出现酸值增高，沉淀物增加，机械杂质增多等情况，改变了油的性质，从而不能保证设备的安全可靠运行。这种使油的性能恶化的现象称为油的劣化。当油不符合质量标准时，应根据劣化程度采用不同措施加以净化

12、处理。在水电站中常用的净化处理措施包括澄清、压力过滤和真空净化等。1. 澄清使油长时间在储油设备中静置，比重较大的水和机械杂质便会沉淀到底部，然后将其排出。虽然澄清并不能除去全部水分和杂质，但因此方法简单、廉价，对油质没有伤害而被广泛采用。水轮机及辅助设备情景 842. 压力过滤把加压的油通过具有能够吸收水分和阻拦机械杂质的过滤层称为压力过滤。用特制且经过干燥的过滤纸做为过滤介质，将油加压并过滤的设备称为压力滤油机。压力滤油机的组成及工作原理如图 8-1 所示。滤油时，油泵将污油罐中的污油加压后进入滤油器，滤油器中的过滤纸不仅将油中的水分吸附下来，同时其纤维状毛细孔将油中的机械杂质滤了出来。滤

13、后的油再排回清油罐。当滤纸的纤维吸饱水分或表面布满杂质后就应更换。滤油过程中，每隔一段时间应取油样化验检查，合格后方能使用。压力过滤的质量较高，但生产率较低，且过滤纸耗损较大。压力滤油机普遍用于透平油的净化。3. 真空净化真空净化是利用油和水的汽化温度不同，在真空罐内将水分和气体减压蒸发，从而将油中的水分及气体分离出来，达到除水脱气的目的。真空净油机的工作原理，如图 8-2 所示。污油经压力滤油机加压过滤后通过加热器送至真空罐内的喷嘴喷成雾状；当真空罐上油位计达到 1/2 油位时，用另一台压力滤油机或油泵将罐内的油抽回储油罐。如此不断循环，并控制进入真空罐的油压为0.20.3MPa，同时调节出

14、油，使进出油量平衡。经过一段时间，待加热器出油温度达到 5070时，开启真空泵（最好采用油浸式真空泵） ，逐渐提高罐内真空度。由于油与水的汽化温度不同，而汽化温度又与压力有关，当罐内真空值达到一定值时，油中的水分开始汽化并经过真空泵抽出。污油不停地循环过滤 OF图 8-2 真空滤油机工作原理图1-储油罐； 2-压力滤油机；3-加热器；4-真空罐；5-油泵；6- 真空泵； 7-真空表；8-温度计；9-观察孔；10-油气隔板；11-喷嘴；12- 油位计1图 8-1 压力滤油机工作原理图1-进油口；2-预过滤器；3-油泵； 4、7- 三通阀；5-油样口；6-滤油器；8-出油口； 9-油槽水轮机及辅助

15、设备情景 85和分离，直到油的除水脱气达到合格为止。真空分离的优点是快速除水，缺点是不能清除机械杂质。因此，主要用于机械杂质较少而绝缘强度要求较高的绝缘油的净化处理。4、离心分离离心分离是利用水分和机械杂质的比重较油大的特点，在离心力作用下，将水与机械杂质分离出去。但因其性能不易掌握、不好调整、不能自动排污，特别是当油中水分较少时分离效果不好，故不推荐选用。8.1.5 油系统的组成在水电站中，用油量最大的是透平油和绝缘油这两类。用管网将这两类油的用油设备、油泵、储油罐、油处理设备、油化验设备和监测控制元件等连接起来组成系统，叫做油系统。油系统设置是否合理不仅直接影响到油和用油设备是否可靠、经济

16、地运行，也对运行、管理和检修有着重要的意义。水电站的油系统，由于透平油、绝缘油是两种不同性质、不同用途的油，不能混合，为了便于运行管理，按两个独立系统分别设置。其它油品，如压缩机油、润滑脂等用量不大，可定时加注，因此不单独设置油系统。1. 油系统的任务为保证设备安全、经济运行，油系统必须完成下列任务：（1）接受新油。采用自流或压力输送的方式将新油送入储油罐。（2）储备净油。水电厂油库一般设置两个运行油罐，每个运行油罐的容积为总容积的一半；也可按一台机组的最大用油部件充油量的 110来确定。油库中随时都应储备一定的合格备用油，以供发生事故需要更换污油和正常运行中补充损耗之用。（3）给设备充油或添

17、油。在设备大修后或新安装机组运行前，给设备充净油；向运行设备添油，以补充设备在运行中油的损耗。大中型水电站多采用重力加油的方式，小型水电站多采用直接加油的方式。（4）从设备中排出污油。机组设备检修时，通过油泵或自流的方式，从设备中排出污油并送到油库的污油罐中。（5）油的净化处理。将污油罐中的污油通过压力过滤或真空净化等净化处理后，再送回净油罐。（6）油的监督、维护和取样化验。包括分析、鉴定新油是否符合标准；定期对运行油进行取样化验；对油系统进行检查、修理和清洗。（7）废油的收集与处理。2. 油系统的组成油系统通常由以下几部分组成：（1）储油罐。储存临时的废油或从机组设备中排出的污油以及一定的净

18、油，通常一个油系统设置的储油罐不应少于两个，包括净油罐和污油罐。储油罐的容积应相等。（2）油处理设备。设有净油设备及输送设备，如压力滤油机、油过滤器及油泵等。（3）油化验设备。在油化验室中，设有油化验仪器、设备及药物等。（4）油吸附设备。用于变压器的硅胶吸附器等。（5）管网。将油系统设备与用户连接起来的管道系统。水轮机及辅助设备情景 86（6）测量及监测控制元件。用以检测和控制用油设备的运行情况；监测元件有温度信号器、压力控制器、油位信号器和油混水信号器等。8.1.6 油系统图表明油系统的基本组成、连接情况和运行方式的平面展开示意图，称为油系统图。油系统图是技术施工设计的依据，也是电站管理及运

19、行人员管理、操作和维护的依据。对油系统图的基本要求是：系统的连接明了，管道和阀门尽量精简，全部操作简单明确、程序清楚，不易导致误操作。为检查油系统拟订是否合理和说明运行操作方式，在油系统设计中，还制定出油系统操作程序表，列出主要工作项目的操作程序，如表 8-1 所示。油系统与水电站的规模、机组型式及布置形式有密切关系。下面列举不同机组类型的透平油系统图。图 8-3 所示为某水电站的透平油系统图。表 8-1 透平油系统操作程序表1 运行油罐接受新油 油槽车，26，24，2CY(1#)，4(7) ，T2(T3)2 运行油罐新油自循环过滤 T2(T3)，6(9) ，LY，4(7) ，T2(T3)3

20、运行油罐新油存入净油罐 T2(T3)，5(8) ，ZJB，1，T1至推力轴承 T1， 2，2CY(2#)，11，12至下导轴承 T1， 2，2CY(2#)，11，15至水导轴承 T1， 2，2CY(2#)，11，184向设备供油清油罐 至油压装置 T1， 2，2CY(2#)，11，21推力轴承至 14，27，10，2CY(2#)，4(7) ，T2(T3)下导轴承至 16，27，10，2CY(2#)，4(7) ，T2(T3)水导轴承至 19，T4 ，2CY(3#)，22，10，4(7)，T2(T3)5设备排油 油压装置至运行油罐 20，27，10，2CY(2#)，4(7) ，T2(T3)6 运行

21、油自循环过滤 T2(T3)，6(9) ，LY，4(7) ，T2(T3)7 运行油过滤后送至净油罐 T2(T3)，5(8) ，ZJB，1，T1图 8-3 水电站透平油系统图水轮机及辅助设备情景 878 运行油罐排污 T2(T3)，6(9) ，2CY(2#)，23，25，油槽车9 对污油泵清洗 T1， 3，污油泵，23，25，油槽车8.1.7 油系统的监督和运行维护为了保证机组设备安全、稳定地长时间连续运行，就应保证油的工作性能稳定。在油运行中，应尽量减少油被污染的机会，采取相应的技术措施，使油能够长期连续稳定运行。油系统的监督和维护是对新油进行分析化验，鉴定是否符合国家标准；对运行油进行定期取样

22、观察其变化情况，判断运行设备是否安全；新油、运行油、污油进入油罐时，都要有化验记录。水电站运行中油的质量标准，见表 8-2 及表 8-3。表 8-2 运行中的透平油质量标准序号 项 目 设备规范 质量指标 检验方法1 外 状 透明 外观目测2 运动粘度（40） ，/s 与新油原始测值偏离 20% GB/T2653 闪点（开口杯） ， 与新油原始测值相比 不低于 15 GB/T2674 机械杂质 无 外观目测5 颗粒度 5） 250MW 及以上 报告 1） SD/T313 或DL/T432未加防锈剂油 0.26 酸值，mgKOH/g 加防锈剂油 0.3GB/T264 或GB/T75997 液相锈

23、蚀 无锈 GB/T11438 破乳化度，min 60 GB/T76059 水分 4） ，mg/L 200MW 及以上200MW 以下 100200 GB/T7600 或GB/T760110 起泡沫试验 2） ，mL 250MW 及以上 GB/T1257911 空气释放值 3） ，min 250MW 及以上 GB/T03081） 参考国外标准控制极限值 NAIS638 规定 8-9 级或 MOOG 规定 6 级（见下面国家规定防油质劣化措施） ；有的 300MW 透平油润滑系统和调速系统共用一个油箱，也用矿物透平油，此时油中颗粒度指标应按制造厂提供的指标。2） 参考国外标准极限值为 600/痕迹

24、 ML。3） 参考国外标准控制极限值为 10min。4） 在冷油器处取样，对 200MW 及以上的水轮机油中水分质量指标为200mg/L。5） 对 200MW 机组油中颗粒度测定，应创造条件，开展检验。说明：上表中，对闪点、水分两项指标做了修正；而颗粒度、气泡沫试验和空气释放值三项指标是新增加的；颗粒度的标准参考国际标准。1. 减缓油劣化的措施为延长油的使用寿命，应加强对运行油的维护工作并至少应采取一种下述防劣化措施：（1）添加对甲酚（T501）抗氧化剂。（2）新油、再生油中 T501 含量应不低于 0.3%0.5% ；运行中透平油不低于 0.15%。（3）当油中 T501 含量低于 0.15

25、%时，应进行补加；补加油的 PH 值不应低于 5.0。水轮机及辅助设备情景 88（4）安装连续再生装置，吸附剂的用量应为油的 1%2%。（5）漏气、漏水的机组，应添加“I746”防锈剂，添加量为油的 0.02%0.03%。（6）其它减缓油劣化的措施：储油罐、变压器应设置空气干燥器；各部轴承的冷却水管都应通过耐压和渗漏试验，不允许有水分渗出。各部轴承和油罐供油、排油时油管应伸入油面以下，以防止油流与空气混杂产生大量泡沫。保证在正常温度范围内储油和用油，避免因油温过高加快油的劣化。在机组轴承与基础间设置绝缘垫，以防止产生轴电流加快油的劣化。用油、储油设备和输油管道要采用正确的清洗方法。污油、废油应

26、按牌号分别收集，不能混集在同一油罐中。表 8-3 运行中变压器油的质量标准（摘要）项 目 质量指标 试验方法牌 号 10 25 45 目测 1）外 观 透明、无悬浮物和机械杂质 GB1884密度（20） ，/m 3 不大于 895 GB1885运动粘度，mm 2/s40 不大于-10 不大于-30 不大于13 13 11 200 1800GB265倾点， 不高于 -7 -22 报告 GB35352）凝点， 不高于 -45 GB510闪点（闭口） ， 不低于 140 135 GB261酸值，mgKOH/g 不大于 0.03 GB264腐蚀性硫 非腐蚀性 SY2689氧化安定性氧化后酸值 mgKO

27、H/g 不大于氧化后沉淀，% 不大于0.20.05ZBE38003水溶性酸或碱 无 GB259击 穿 电 压 （ 间 距 2.5mm 交 货 时 ） 3） KV 不小于 35 GB5074）介质损耗因数（90） 不大于 0.005 GB5654界面张力，Mn/m 不小于 40 38 GB6541水分，mg/ 报告 ZBE38004注：1) 把产品注人 100mL 量筒中, 在 20 士 5下目测，如有争议时，按 GB 511 测定机械杂质含量为无。2)氧化安定性为保证项目，每年至少测定一次。3)击穿电压为保证项目，每年至少测定一次。用户使用前必须进行过滤并重新测定。4)测定击穿电压允许用定性滤

28、纸过滤。2. 油质监测油系统监测是对油质、油温和油位的监测，如有质量指标不符合要求，应及时采取相应的技术措施，防止和减缓油的劣化，以保证设备长时期稳定、可靠运行。对运行油的质量监测，从直观检查、简单测试，直到定期取样化验，都属于监测工作范围。运行中的油，应加强技术管理，建立必要的技术档案。对水电站透平油系统设备每水轮机及辅助设备情景 89年至少进行一次表 8-2 中的第 1、2、4、6、9 项检验。机组运行正常时，可以适当延长检验周期，但发现油中混入水分（油呈浑浊）时，应增加检验次数，并及时采取处理措施。对于 300MW 以上容量的水轮机，增加颗粒度测定。对于一些小型水电站没有化验设备时，运行

29、人员可通过油的颜色和一些简单测试方法鉴别油质的变化：当外观目测发现运行油比新油的颜色更褐更黑，或还有机械颗粒出现时，这说明该油已经劣化；取用油设备油箱底部放出的油样进行燃烧，如有“啪啪”声，说明油中含有水分；或若发现设备在油中运行的部件有锈蚀现象，或者油呈乳白色混浊现象，都说明油中有水分，并已经劣化。在对运行设备的过滤器作定期检查和清洗时，若发现滤油器很快被堵塞，则说明油中的机械杂质较多；比较新油和运行油的颜色与机械颗粒，也可判定油质劣化与污染程度。各设备的油过滤器滤网孔尺寸，可参考经验数据选取：推力轴承及导轴承50150m；调速器、电液转换器 510 m。表 8-2 中液相锈蚀是指透平油中混

30、入水分后会使以钢铁为材质的设备发生锈蚀。锈蚀物混杂在油中则会使某些精度很高、间隙极小的部件（如调速器中的引导阀、电液转换器中的控制套等）卡阻造成运行事故。3. 油位监视在用油设备和油库的储油罐上，都设有油位计或设有油位信号器，用以观察或自动监测油位。设备在静止状态时，其各部油位都应在标定的刻度范围内。运行设备的油位若发生异常变化，如冷却水管爆裂或渗漏，会使油箱油位上升较快；而大量的漏油或甩油，又会使油位下降较快。这种情况下应立即停机检查、及时处理。4. 油温监测通常在运行设备的油槽内设有温度计或温度信号器，运行人员在工作中应按规程规定，按时监视和记录各种用油设备的油温。一般规定透平油油温不得高

31、于 4550，绝缘油的油温不得高于 65。油温高低还反映了设备的工作是否正常。例如，当机组过负荷、冷却水中断、油位过低或油质劣化等都会使轴承内的油膜破坏，油温迅速升高；而当冷却水过大或冷却水渗入油中时，油温可能会降低。因此运行中若发现油温有异常变化，均应及时进行全面的检查和及时处理。5. 油系统的清洗维护为保证设备的安全运行，应定期对油系统的各设备及管道进行清洗。用油设备及其管道的清洗维护工作往往结合机组的定期检修或事故检修进行；而储油、 净油设备及其管道往往结合油的净化及储油罐的更替进行。清洗工作的主要内容是洗掉油的劣化物油泥、水分和机械杂质等。清洗时，各设备及油管应拆开，分段、分件清洗。清

32、洗溶液除煤油、轻柴油或汽油外，多采用各种金属清洗剂（如 85l 金属清洗剂） 。清洗工作的标准：用面粉团检查用油设备的油箱及油箱中的各部件（如冷却器、轴瓦等） ，应干燥无杂质；用白布拉过各管道，白布亦应洁净干燥。清洗合格后，透平油各设备内壁应涂耐油漆，变压器等绝缘油设备内壁应涂耐油耐酸漆。然后，油系统各设备与管道均应密封以待充油。8.2 水电站气系统水轮机及辅助设备情景 8108.2.1 压缩空气的用途空气具有极好的弹性（即可压缩性） ，是储存压力能的良好介质，同时压缩空气使用方便、安全可靠，易于储送，因此，在水电站中得到了广泛应用。主要用途如下：（1）供液压操作的油压装置压力油罐用气：额定工

33、作压力一般为 2.5MPa，大型机组选用 4Mpa 或 6Mpa。目前国内调速器最高油压已达 16Mpa；（2）机组停机过程中的制动用气：额定压力 0.7MPa；（3）水轮发电机组调相运行时转轮室压水用气：额定压力 0.7MPa；（4）机组、设备在安装、检修中的风动工具及设备吹扫清污用气：额定压力0.7MPa；（5）水轮机主轴检修围带密封充气、发电机封闭母线微正压用气：额定压力0.7MPa；（6）蝴蝶阀止水围带充气：工作压力应比阀门承受的水压力高（0.20.4）Mpa；（7）灯泡贯流式机组发电机舱密闭增压散热用气：一般为 0.7MPa；（8）前池或压力管道进口拦污栅处防冻吹冰用气：额定压力 0

34、.7MPa；（9）大中型机组水轮机强迫补气：一般为 0.7MPa；（10）气动配电装置中的空气断路器及气动隔离开关操作和灭弧用气：工作压力一般为 22.5 MPa。但为了设备空气干燥的需求，压缩空气的额定压力应为工作压力的 34 倍，甚至更高。根据电站用气设备实际所需用气压力不同，工作性质及要求不同，将水电站的压缩空气系统进行分类：厂内高压气系统，2.5Mpa ；厂内低压气系统， 0.7Mpa；厂外高压气系统，24Mpa；厂外低压气系统， 0.7Mpa。当然，也有将水电站组成的压缩空气系统以压力不同分为高、中、低压气系统的。8.2.2 压缩空气系统的任务和组成水电站压缩空气系统的任务，就是及时

35、、可靠地供给用气设备所需的气量，同时满足用气设备对气压、清洁和干燥的要求。压缩空气系统由四个部分组成：（1） 空气压缩装置。包括空气压缩机、电动机、储气罐和气水分离器。（2） 供气管网。由干管、支管和管件组成。管网将气源和用气设备联系起来，输送和分配压缩空气。（3） 测量和控制元件。包括各种类型的自动化元件，如压力继电器、温度信号器、电磁空气阀等。其主要作用是监测、控制，保证压缩空气系统的正常运行。（4） 用气设备。如油压装置的压力油罐、制动闸、风动工具等。8.2.3 压缩空气的产生压缩空气的产生，主要是以电动机为动力，带动空气压缩机将自由空气进行压缩而得。1. 空气压缩机的类型根据各气系统对

36、用气压力和用气量要求的不同，空气压缩机有着多种型式。按作用原理可分为：往复式、离心式、回转式等。水电站多采用往复活塞式空气压缩机，简称活塞水轮机及辅助设备情景 811式空压机，按其排气量和工作压力不同可进一步分类。（1）按排气量分：微型，排气量 V1m 3/min；小型，排气量 V=110 m 3/min； 中型，排气量 V=10100 m 3/min；大型，排气量 V100 m 3/min。（2）按工作压力分：低压，工作压力 0.21 MPa；中压，工作压力 110 MPa； 高压，工作压力 10100 MPa。2. 活塞式空压机的工作过程当空气质量一定时，它的压力、容积和温度之间是存在如下

37、关系：常数 （8-1 ）TpV式中：p 为绝对压力，MPa；V 为容积，m 3；T 为绝对温度， K（0=273K） 。在温度不变或改变不多的情况下，减小空气的体积势必会提高其压力，这就是空气的可压缩性。利用空气的这一特性，活塞式空压机就是通过活塞在汽缸内往复运动，减小空气体积，使气体压力提高。如图 8-4 所示，活塞式空气压缩机的结构由气缸 2、活塞 4、曲轴 11、连杆 10、机架 1、气缸盖 6 及进气阀 7 和排气阀 8 等组成。机架是铸造的箱件，用以支承和安装其它部件；机架的底部是润滑油箱 12，内存空压机润滑油，利用油泵或靠曲轴、连杆在转动中使油飞溅去润滑各运动件。气缸是个圆筒形部

38、件，顶端用气缸盖封闭而形成一定的工作容积；活塞被曲轴、连杆带动在气缸内往复移动，不断改变缸内空气的体积从而产生压缩空气。气缸内壁平整而光滑，活塞上装设了若干活塞环（分油环和密封环）与之紧密配合以保证密封。空气经过设在气缸盖上的进、排气阀吸入或排出。进、排气阀是带有弹簧的盘形阀门，在压力差的作用下单向导通。为了散热、冷却，气缸及气缸盖可作成带水腔的夹层结构，让水从夹层中流过（水冷式） ；也可在气缸、气缸盖外壁上设若干散热片，运转时靠风来冷却（风冷式） ，如图 8-4 所示。活塞式空压机的曲轴每旋转一周，活塞就往复移动一次完成一个工作循环，每个循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。1pT23图 8-

39、4 活塞式空气压缩机简图 图 8-5 两级压缩空压机简图 1-机架；2-气缸；3-油环；4-活塞；5-密封环； 1-第一级气缸 2-第二级气缸 6-气缸盖；7-进气阀；8-排气阀；9-散热片； 3-中间冷却器10-连杆；11- 曲轴； 12-润滑油箱水轮机及辅助设备情景 812（1）吸气过程。活塞由 A 移向 B，气缸容积不断加大，缸内空气体积膨胀而使压力降低，当外界压力与缸内压力之差大于弹簧阻力时，进气阀 7 开启。随着活塞的继续移动，空气被吸入气缸内。（2）压缩过程。活塞达到极限位置 B 后将转而向 A 移动，此时进气阀 7 已关闭而排气阀 8 尚未开启，活塞移动使气缸内容积减少，缸内空气

40、被压缩使压力上升。（3）排气过程。活塞移到 C 及以后，缸内空气压力超过弹簧和排气管压力的阻碍，将排气阀 8 顶开，活塞由 C 向 A 的移动将使缸内已被压缩的空气向排气管排出。这样周而复始地运转，空压机就不断吸入并压缩空气。空压机排气压力与吸气压力之比，称为空压机的压缩比，它表示空气压力提高的程度。空气只经过一个气缸，被压缩一次的空压机叫单级压缩空压机。单级空压机的压缩比存在极限，一般不大于 5。这是因为空气在被压缩时温度大大上升，而且压缩比越大，温度上升越高。但是，空压机的润滑油只能在 180以下正常工作，这就限制了空压机的压缩比不能太高。因此，单级空压机不可能产生较高压力的压缩空气。为了

41、获得高压力的压缩空气，可采用多级压缩空压机。用两个或更多的气缸串联起来，逐级对空气进行压缩，在级与级之间加装中间冷却器来控制温度。如图 8-5 所示就是两级压缩的空压机的基本组成情况。两级气缸串联工作，第一级的排出的气经中间冷却器 3 用水冷却到接近于大气温度后进入第二级，作二次压缩。多级压缩空压机的全压缩比是各级压缩比的乘积。实际运行的空压机，级数一般不超过 3 级。3. 活塞式空压机的工作参数空压机的基本工作参数，包括排气压力、排气量、转速、功率和效率等。（1）排气压力 pr（MPa） 。是空压机在额定工况下排出压缩空气的压力值。（2）排气量 Qr（m 3/min；L/min） 。是指空压

42、机在单位时间内排出的空气容积值，其值等于单位时间通过空压机的自由空气的容积值。（3）转速 nr（r/min） 。空压机的额定转数值。（4）轴功率 Pr（kW） 。空压机在额定工况时应保证的轴功率。（5）效率 （%） 。空压机理论功率与轴功率之比，一般在 4070% 。上述参数中，排气压力 pr 和排气量 Qr 是选择空压机型号的依据；转速 nr 和功率 Pr 用以选配电动机，决定传动方式和传动比的依据；效率是空压机对能量的有效利用程度。4. 空压机的规定工况空压机的规定工况有：（1）吸气压力：0.1MPa（绝对压力） ；（2）吸气温度：20；（3）水冷空压机冷却水进水温度：15；（4）水冷空压

43、机冷却水进水量：m 3/min（按产品技术文件规定） ；（5）风冷空压机冷却空气温度：（为吸气温度 20时相应所处的环境温度） ；（6）排气压力和转速：MPa、 r/min（按产品技术文件规定） ；5. 活塞式空压机的型号活塞式空压机的型号是用汉语拼音字母和阿拉伯数字共同表示的，其含义如下：水轮机及辅助设备情景 813说明：往复活塞式空压机的结构代号是根据空压机汽缸中心线相互位置的排列，用汉语拼音字母表示，常见有下列几种型式：L 型汽缸中心线相互为 90 呈立卧结合的 L 型排列；V 型汽缸中心线呈 V 型排列； W 型三条汽缸中心线呈 W 型排列；Z 型汽缸中心线为立式（与水平面垂直）排列；

44、P 型汽缸中心线为卧式排列；M 型空压机的曲柄轴对称平衡式。例：V-0.65/7 型号表示为：往复活塞型空压机，二级风冷移动式，汽缸中心线呈 V 型排列，排气量为 0.65m3/min，排气压力为 710 5 Pa。 6. 压缩空气的冷却 尽管空压机采取了一定的冷却措施，但排气温度仍然很高，不能直接供给用气设备使用，必须对压缩空气作进一步的冷却处理。压缩空气的冷却方式有两种：自然冷却，让压缩空气在管道和储气罐中停留，逐渐散热降至接近环境温度，多用于小型水电站。水强制冷却，冷却器设置在空压机到储气管的管道上，可以有多种结构型式，如图 8-6 所示为蛇形管式的冷却器，压缩空气流经蛇形管时，被管外的

45、冷却水冷却而降低温度。冷却器中心部分的结构用于汇集高温气体冷却时分离出来的水分和油分。冷却器在运行中应定期打开底部的排污阀排污。7. 压缩空气的除湿和干燥 空气总是含有水蒸汽和细小灰尘的，但水蒸汽在空气中的含量却存在极限值，每 1m3 空气中所能够容纳的水蒸汽的克数，称为空气的湿容量。空气的湿容量是随温度而变化的，温度下降时湿容量明显减少，见表 8-4。在一定的温度下，如果空气中的水蒸汽过多，超过湿容量的部分就会凝结成水滴，灰尘也就附着在水滴上。含有水蒸汽的空气被空压机压缩后，体积被压缩，温度升高，于是湿容量加大，水蒸汽仍以气态存在。但出空压机后，温度降低，湿容量很快减少，因此，必然有部分水蒸

46、汽凝结成水滴，冷却后的压缩空气不仅有水滴，还会夹带有油滴。这是空气在空压机中流动时，冲击润滑油造成的。为使压缩空气干净、干燥，须在供气管路上设置气水分离器图 8-6 蛇形管式冷却器表 8-4 空气的湿容量与温度的关系温度（） 湿容量温度（） 湿容量温度（） 湿容量-40-30-20-15-10-5050.1170.330.801.382.143.244.856.8010152025303540459.4012.817.323.030.439.851.265.460708090100120150180130.2198.1293.5423.5597.7112225845145水轮机及辅助设备情景

47、814来清除。气水分离器应设置在冷却器后面。气水分离器也称为油水分离器，虽有多种结构，但都是利用液体和气体的质量不同，让气流转弯或旋转，靠离心力的作用并利用油、水的粘性使液体甩附着在容器壁面上，由容器收集后排除。常用的气水分离器有隔板式和旋转式两类，结构如图 8-7 所示。压缩空气在进入后面的管道、储气罐后，随着温度的进一步降低，还会凝结出水滴来。另外，饱和状态的压缩空气导电率高，不能用于电气设备。对空气“干燥”要求严格的设备，清除水滴之后还应进一步降低空气中的水蒸汽的含量。使空气“干燥”的方法很多，有热力法、物理法及化学法等。比如让压缩空气流过硅胶一类的吸水剂；使压缩空气先冷却至较低的温度，

48、排水后再升温使用等。但应用最多的是“降压干燥”法，即首先将空气压缩到工作压力 24 倍的高压力，经过冷却、排水，储存在高压储气罐中。工作时通过减压阀使空气降压膨胀，在减压阀后设置气水分离器，分离出压缩空气在降压后所析出的水分和油分。再按工作压力向设备供气；也可在减压阀后设置工作压力储气罐。减压前处于饱和的空气，减压后容积加大 24 倍，每 m3 内的水蒸汽的数量减少了，也就变成“干燥”空气了。降压干燥的过程伴随着空气温度下降，必然与外界发生热量交换，因而也称为“热力干燥法” 。这种方法供气量大，使用方便，但所需设备较多，投资和运行费用较高，通常只在电气设备供气和防冻吹冰供气上采用，大型油压装置上也有采用。 8. 压缩空气的储存水电站大多数用气设备，都是要求瞬时或短时间内使用大量的压缩空气，这就需要采用储气罐。储气罐能够缓和活塞式空压机由于断续动作而产生的压力波动，使压缩空气压力平稳，同时满足用气设备的气量要求。另外，压缩空气进入储气罐，温度进一步降低，分离出的水和油定图 8-8 储气罐结构图(a) (b)图 8-7 气水分离器(a)隔钣式；(b)旋转式水轮机及辅助设备情景 815时排除，使压缩空气更干净。空压机的启停一般由