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1、汽液全流螺杆动力机 螺杆动力机蒸汽能量回收发电培训资料一、 基本原理1.螺杆动力机技术说明11产品概述汽液全流螺杆动力机是在螺杆压缩机基础上研发的一种新型动力机。也可以把它理解为螺杆式透平机，它是容积型机器，利用蒸汽压差作功回收动力，它具有螺杆压缩机所有优点，结构简单、运行平稳、易维护、经久耐用 。它具有螺杆压缩机所有优点：结构简单、运行平稳、易维护、经久耐用；它是目前唯一能适应汽、水两相全流介质的动力机。是当前工业企业节能、降耗、减排、提高效益、净化环境的理想产品；并填补了我国该领域的空白，达到了国际领先水平。它适应各行业工业锅炉、余热锅炉能量回收和压差发电中应用；可驱动发电机用于发电、热电
2、联供或热、电、冷、水全能量联产利用，也可直接驱动风机、水泵、压缩机、搅拌机等应用。具有投资回收期短，见效快的特点。主要技术参数：动力机进汽介质最高压力3.0MPa；最高进汽温度250；最大进排汽压差1.3MPa；动力机内效率大于65；单机最大功率3000kW；转速10004000rpm无级调速。2 产品工作原理螺杆动力机按螺杆压缩机的逆原理工作，该产品主要由两根相互啮合的阴、阳螺旋转子、机壳体、高压端座、低压端座、轴承、径向三端面波纹管弹簧式机械密封等零部件构成。（结构如右图）其基本构造与螺杆压缩机相似，工作过程相反。流体进入螺杆齿槽，压力推动螺杆转动，齿槽容积增加，流体降压膨胀作功，从而实现
3、能量转换。其工作过程如（图1.1）所示，流体介质进入螺杆齿槽A，推动阴阳两螺杆向相反方向转动，螺杆的转动使齿槽A旋转到B、C、D的位置。随着行程的加长，容积增大，介质流体降温降压闪蒸膨胀作功，然后从齿槽E排出，同时，由主动阳转子将功输出。(图1.1）动力机工作过程图螺杆动力机是一个能量转换机械，将热能转换为机械动力能，在热力学上是一个绝热膨胀焓降过程。为此介质流体做功的必备的两个条件是有压差；有焓降。焓降越大说明单位蒸汽能量越大做功越大。介质有压力焓值小不能通过该机做功。该机又是一个容积机动力机，转子越大排量越大、转速越高排量越大，排量越大在相同的进排汽参数下功率越大。, 1.3 螺杆动力机配
4、套系统1.3.1热力系统：汽源、进排汽管路、阀门等。1.3.2调速控制系统：包含调速控制机柜、仪表柜、调节阀、快关阀、现场仪表等；可对动力机的运行状态进行实时监控；对故障有声光报警功能和记忆功能。 1.3.3润滑系统：油箱、三螺杆油泵、油冷器、滤油器、分油器等。1.3.4水冷系统：因为是热机，冷却水套、机械密封、油冷却器需要提供30以下的无泥沙、无腐蚀、无结垢的工业冷却水。可依据当地供水条件进行设计，水质好的地区可选择采用直接冷却的形式；对于水质较差地区，可选择采用独立冷却水循环系统为动力机组提供冷却。1.4 技术特点1.4.1螺杆动力机结构简单、体积小、运行平稳震动小、安全可靠经久耐用、操作
5、简单维修方便。1.4.2螺杆动力机是容积式动力机，构件之间间隙小、驱动发电机时转速一般设计为15004000rpm内流速较低，因而可获得较高的内效率，比同功率汽轮机的效率高1015。1.4.3螺杆动力机由于结构及工作原理不同于汽轮机，能广泛适用于饱和蒸汽、汽液两相、高压热水及其它介质。动力机的结构特点使其具有自除垢的能力，因此，对汽液工质无特殊要求。1.4.4 和汽轮机不同，螺杆动力机的效率对工质参数及负荷的变化不敏感，能适应工矿企业生产、用热、用电负荷，余热、余压参数以及工质品质的变化，并能维持稳定的高效率，运转平稳安全可靠。1.4.5螺杆动力机起动力矩大，作为原动机可直接驱动风机、水泵、压
6、缩机，带动发电机时能承受较大的冲击荷载，可单机运行也可并网运行；转速可无级调节以适应被驱动工作机械的转速变化，实现变频调节功能。1.4.6 由于螺杆动力机能适应多种类、不同品质的工质，工质在进入动力机之前无须经过任何热力工程处理（如闪蒸扩容器、汽水分离器、过热器等），所以与其配套的热力系统十分简单，系统单位投资少，投资回报期短。2、螺杆动力机设计技术标准螺杆动力机是在螺杆压缩机基础上研发的产品，保留了大部螺杆压缩机结构特征，所以该动力机设计制造标准引用了部分螺杆压缩机所使用的标准：设计、制造、检验执行的主要标准标准代号 标准名称GB 150 钢制压力容器GB 7935 液压元件通用技术条件GB
7、 9112 钢制管法兰类型GB/T 3077 合金结构钢GB/T 4980 容积式压缩机噪声的测定GB/T 7777 容积式压缩机机械振动测量与评价GB/T9239.1 刚性转子平衡品质、许用不平衡的确定GB/T 15548 往复式内燃机驱动的三相同步发电机JB 8524 容积式空气压缩机 安全要求JB/T 2409 螺杆压缩机转子和同步齿轮基本参数及尺寸JB/T 4127.1 机械密封技术条件JB/T 8723 焊接金属波纹管机械密封JB/T 10598 一般用干螺杆空气压缩机 技术条件Q/ALG 005-2011 汽液全流螺杆动力机 3、螺杆动力机热力系统图3.1 压差型3.2 纯凝型4
8、螺杆动力机配套系统设计4.1 螺杆动力机排汽冷凝系统设计采用凝汽器对螺杆动力机的排汽进行冷凝，蒸发式冷凝器的进汽约100，压力约0.1MPa(a)，经冷凝设备后，冷凝水温度为50。经相关计算（以80计算）：排汽理论凝结散热量约为：34000 Kw；凝汽器所需循环冷却水量需根据现场水温及气候状况由专业人员进行核算；冷凝系统配置表序号设备名称规格型号数量备注1凝汽器1套配套风机、水泵2凝结水泵具体水泵型号及数量依现场实际情况定3附属管路、阀门及其他附件依现场实际情况定4.2 螺杆动力机冷却及润滑系统设计4.2.1 螺杆动力机冷却水系统设计若现场水质条件允许，动力机的机封及润滑油冷却设计采用直接冷却
9、的形式。冷却水进水要求为30以下、无腐蚀、无泥沙、无结垢的工业水，且工业水污垢系数0.35m3.k/kw。单台动力机所需冷却水流量：8t/h，供水压力：0.20.5MPa，考虑到冷却水用量较少、压力较低，此处冷却水可直接引自企业自身的冷却水循环系统。4.2.2 螺杆动力机润滑油系统设计螺杆动力机的润滑油系统采用循环润滑方式，系统由：油箱（与底座一体）、油冷器、滤油器、油泵、分油器、润滑油管路等组成。油泵选用三螺杆泵，运转时噪音小、流量稳定，可在长时期内进行高速运转。精油滤油器采用双筒滤油器，可在不停机的情况下切换清洗吸油滤油器，保证油循环不受影响。润滑油选用N46透平油，在较高的工作温度下具有
10、良好的抗乳化抗氧化性，润滑油压控制在0.10.3MPa。因润滑油长期循环使用后会导致品质下降，为保证动力机润滑系统良好的润滑效果，对润滑油需定期更换，动力机设计润滑油使用期限为1年。4.3 控制及发电系统设计4.3.1 电气调速控制系统设计4.3.1.1概述本控制系统是为螺杆动力机组配套的转速控制设备，其名称为全数字可编程控制器（PLC）动力机调速系统。它与调节阀配合可实现对动力机组转速的控制。它可以采用手动运行方式，也可以采用自动运行方式开机。本调速系统除了能完成正常的开、停机及对速度控制外还有对机组进行自动保护功能，如当润滑油或冷却水系统出现异常或机组超速以及动力机进排汽温度过高等报警时发
11、出声、光报警信号，并可在设定的时间内自动停机，以保证机组的安全。调速控制柜通常放置在动力机设备附近，以保证传感器及控制信号的准确传输。4.3.1.2调速控制系统主要组成本调速控制系统由电气控制柜、仪表柜、调节阀、快关阀及现场仪表等组成。电气调节部分是以可编程控制器（PLC）为主体,电气控制柜正面设有操作与监视面板、指示灯及按钮；其中操作面板上装有可供人机相对的触摸屏（HMI）显示器，通过它可以观察动力机组的实时运行工况，并且可以在线修改各种运行参数及执行相关功能的操作。4.3.1.3调速控制系统主要作用1）采集动力机各传感器的参数；2) 控制动力机进汽调节阀的开度，从而控制动力机蒸汽的进汽量，
12、达到控制动力机转速及调节功率的目的；3) 判断并执行相关的动力机保护；4）对动力机各部分运行故障具有记忆显示功能，方便操作人员对机组故障的及时判断和正确处理。4.3.1.4调速控制系统特点1）由PLC与触摸屏组成人机界面，操作简单；2）调速控制柜提供有远程监控通讯接口，可以方便的与上位机通讯。4.3.1.5调速控制系统工作原理1）转速控制：并网前，控制系统实行转速控制程序，以保证发电机并网时安全。转速信号取自转子输出轴测速编码器，以转速作为调节参数，采用PID调节模式，控制电动执行机构调节阀门的开度，从而保证螺杆动力机发电机组按设定的转速稳定运行。2）功率控制：并网后，电机转速随电网频率波动，
13、流体做功对机组的影响表现为功率输出的大小。系统采用RS485通讯，采集发电机运行工况参数，以发电机功率输出反馈作为调节参数，采用PID调节模式，控制电动执行机构调节阀门的开度，从而保证机组功率的输出。蒸汽不足时，增大阀门开度尽量多发电；蒸汽富余时，减小阀门开度，使机组稳定在额定功率。停机（非紧急情况）时只缓慢关断调节阀，功率接近0kW时，自动解列发电机，其他辅助设备不参与动作保护；紧急停机时，快关阀动作，切断蒸汽，同时立即解列发电机。4.3.2 发电部分设计螺杆动力拖动发电的电压主要是根据选择不同的发电机来确定的，就是说，用户需要提供多大的电压，我们就配套什么样的发电机就行了，螺杆机是一样的，
14、但是同样的发电功率，采用400V的电压和采用10KV的电压投资区别在于，低压的发电机便宜，但是配套的电缆型号大，电缆投资高，高压的发电机贵，但是配套的电缆投资低，基本上按经验考虑的话，建议装机功率在1000kw以下时采用低压比较合适，1000kw以上是采用高压比较划算。螺杆动力机发出的电可并入企业低压二次网，由厂内用电设备消耗。并网柜采用模块化设计，应用进口数字式AVR进行发电机的电压调节和功率因数调节，应用自动同步器进行发电机的自动同步。当螺杆动力机发电功率过低时，发电机会与电网自动解列。因发电机功率很小，其并网和解列对整个二次网的稳定性不会造成影响，因此，不会影响企业用电设备的稳定运行。并网设计条件1）螺杆动力机发电机组发电并网点选择在用户厂内的低压配电室。2）机组采用三相火线并网。3）要求在低压配电室内增加一个并网联络柜（并网联络柜的作用是实现发电机并网控制柜与电网之间的连接，在检修时，可将电网与螺杆动力机发电并网系统隔离开）。4）螺杆动力机厂房内设置调速控制柜和并网控制柜两个柜体。5）辅助电源：调速控制柜三相四线电源（5kW）由低压配电室配电柜供给。同步发电机工作原理图1 同步发电机工作原理图发电机启动以后，依靠自动电压调节器提供的励磁直流电流，调节励磁机定子的磁场强度，从而调节交流励磁机电枢电流，该交流电流经旋转整流器整流后送入主
