葛洲坝电站低压空压机换型研究

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摘 要：文章介绍了葛洲坝电站自投运以来空压机的装设和使用情况，结合近年来螺杆空气压缩机技术的发展，分析了葛洲坝电站空压机换型的必要性。希望通过文章的分析，能够为相关工作提供参考。

关键词：葛洲坝；螺杆空压机；换型

1 简介

葛洲坝水利枢纽位于长江三峡出口南津关下游约2.3km处，距三峡坝址38km，是长江干流上修建的我国第一座大型水电站，是三峡工程的航运梯级和反调节水库。葛洲坝电站分为二江电站和大江电站，共装设有轴流转桨式水轮发电机组21台。二江电站装机7台，其中1F、2F机组容量为170MW，其他5台为125MW机组；大江电站装机14台，均为125MW机组。葛洲坝电站厂房内设置大江空压机室和二江空压机室，室内设置空气压缩机和气罐作为气源向厂房各个用户提供合格压缩空气。

2 葛洲坝电站始建时空压机设置

2.1 大江电站原设计方案

大江电站低压压缩气系统主要是给机组制动、工业用气和水轮机围带供气。大江电站机组制动用气和工业用气各自成为独立系统。

（1）机组制动用气

选用2台V-3/8-1型空压机（生产率3.0m3/min，压力8kgf/cm2），V=7m3贮气罐2只。空压机一台工作，一台备用。

（2）工业用气

选用2台3L-10/8型空压机（生产率10.0m3/min，压力8kgf/cm2），V=3m3贮气罐1只。空压机一台工作，一台备用。

2.2 二江电站原设计方案

二江电站将机组制动用气、工业用气、水导密封用气和推力轴承气封用气（仅哈电机组）合并为综合低压气系统，共用空压机。

选用3台3L-10/8型空压机（生产率10.0m3/min，压力8kgf/cm2），空压机两台工作，一台备用。选用V=7m3制动贮气罐3只，其中2只布置在空压机房，另1只布置在11F机组段发电机层上游墙，起稳压的作用。选用V=3m3工业贮气罐1只。

V-3/8-1空压机属于国内早期水冷系列活塞式空气压缩机，该空气压缩机是两级V型双缸单作用活塞式压缩机，属于电动式水冷固定式空气压缩机。在额定条件下的气体从空气滤清器进入气缸，压缩到0.2MPa排入中间冷却器，冷却成二气缸压缩到0.8MPa输入储气罐，流量为3m3/min。随着使用时间曾增长，空气压缩机有曲轴连杆和活塞环被卡死现象，气缸干磨现象增加，造成击油针经打断，各级排气压力往往是不正常的。这些故障不仅大大降低了空气压缩机零部件的使用寿命，增加了备件消耗，提高了维修工人的劳动强度，也影响了空气压缩机的工作效率。

空压机选型的条件包括经济性、可靠性与安全性。活塞式空压机在市场中推广较早，使用客户较多。随着技术跟新以及新型空压机的出现，活塞式空压机的缺点越来越突出。比如噪音大、维修不方便，给用户带来极大的不便。

3 活塞式压缩机与螺杆式压缩机的性能比较

（1）活塞式压缩机效率低，对于长期连续运行来说经济性较差。易损件的磨损会造成气体压缩时泄漏，从而使压缩机效率的降低；

（2）活塞式压缩机部件中气阀、活塞、活塞环、连杆瓦等都属于易损件，不但会影响安全生产的稳定性，还会增加维护管理的成本；

（3）活塞式压缩机的往复式运动机构决定了它具有不可消除的惯性力，因此运行时噪音高、振动大。螺杆空压机为回转式运动机构，其振动小，平衡性很好，噪音低，无需安装基础；

（4）螺杆压缩机有完善的自动控制与保护系统，而活塞式压缩机基本没有自动控制系统，不方便设备的维护管理，同时机器能耗也较高；

（5）活塞式压缩机运行时气流脉动大，是往复间断性供气，螺杆压缩机转速高，无气流脉动，输气平稳，能够满足对用气品质要求较高的用户；

（6）螺杆空压机占地面积小，是一种整体结构高度集中化产品，没有活塞式空压机复杂的管路系统，可以美化公司的生产环境。

综合以上所述，为了增加经济效益，降低生产成本，美化公司环境，提高公司形象，同时方便设备管理，用高可靠性高效率的螺杆压缩机淘汰现有的活塞式压缩机，建构一个先进性、经济化的水电站厂房低压气系统，是葛洲坝电站安全运行的必然趋势。

4 低压机在葛洲坝电站的改造

从1999年到2003年，葛洲坝电站低压空压机相继进行了更新换代。

4.1 大江电站已进行的技术改造

大江电站机组制动用气和工业用气由分开设置改为集中设置，共用空压机。大江电站的4台低压空压机已全部更换为单螺杆式压缩机，并增加了冷干机（空气干燥用），更换后的设备主要参数见表1。

改造后的机组制动用气的空压机生产率比原设计有所提高，工业用气空压机生产率与原设备的技术参数基本一致，增加了冷干机后，空气质量更好。由于机组更新改造后的用气量基本没有变化，因此换代后的空压机等设备，能够满足大江电站机组更新改造增容后低压气系统运行的要求。

4.2 二江电站已进行的技术改造

二江电站的3台空压机已全部更换为单螺杆式压缩机，并增加了冷干机（空气干燥用）。更换后的设备主要参数见表2。

二江电站空压机换代后的主要技术参数与原设计基本一致，且机组更新改造增容后低压气的用气量不会有大的变化，因此换代后的空压机生产率是合适的。增加了冷干机后，空气质量更好。由于机组更新改造后的用气量基本没有变化，换代后的空压机等设备，能够满足大江电站机组更新改造增容后低压气系统运行的要求。

葛洲坝电站用单螺杆压缩机淘汰了技术落后的水冷系列活塞机组。单螺杆空压机起源于20世纪60年代，螺杆空气压缩机自诞生之日起就受到工业界的广泛重视，其结构简单、工作可靠、操作方便等。经过多年的发展，螺杆空压机在不高于2MPa的压力范围内和出气流量要求在1～60m3/min的条件下，得到了广泛应用。

单螺杆空压机从名字上看只有一个螺杆，但实际上却有三根旋转轴：即由一个螺杆转子和两个与螺杆转子垂直的行星齿轮组成。单螺杆空压机作为螺杆空压机的种，具有和双螺杆空压机相似的优点，但由于存在运动部件较多、行星齿轮的材料有待进一步改善、螺杆型线有待进一步优化等在工业上难以解决的难题，使得其一直没有得到大规模的推广，取而代之的是双螺杆空压机。

5 双螺杆空压机的发展

双螺杆空压机诞生于上个世纪30年代。它由一对相互啮合、平行布置的转子组成。工作时，一个转子逆时针转动，一个转子顺时针转动，在相互啮合的过程中空气被压缩。双螺杆压缩机具有优良的动力平衡性和极高的机械可靠性，操作和维修十分方便。经过众多的制造企业和科研机构大量理论研究和生产实践，双螺杆压缩机已不断趋于成熟和完善，是目前市场中的主导产品。目前国内外知名的压缩机生产企业生产的螺杆空压机均为双螺杆空气压缩机，而在市场中销售的螺杆空压机中，99%以上均为双螺杆空气压缩机。

双螺杆空压机与单螺杆空压机相比具有以下优点：

（1）动平衡性能好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可实现无基础运转、平稳地高速工作，特别是用在移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少；

（2）运转可靠性高。螺杆压缩机没有易损件，零部件少，因而它寿命长，运转可靠，大修周期可达4～8万小时；

（3）适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特性，在压缩机结构不作任何改变的情况下，容积流量几乎不受排气压力高低的影响，在宽广的范围内能保持较高的效率，适用于多种工质；

（4）操作维护简单。螺杆压缩机内部结构自动化程度高，操作人员维护简单，可达到无人值守的目的；

（5）多相物体混输。螺杆压缩机的转子齿面间留有间隙，因而能耐液体冲击，可压缩输送含液气体、含粉尘、易聚合气体等。

6 结束语

螺杆压缩机广泛应用于矿山、建筑、化工、机械、动力、制冷、冶金等工业部门，逐步取代了其他种类的压缩机。统计数据表明，在有容积式压缩机销售中螺杆压缩机的销售量占80%以上，在目前市场上正在使用的压缩机有50%是螺杆压缩机。因此为了降低人工以及企业运行成本，提高设备的安全运行能力，获得更为稳定的厂房低压气系统，采取双螺杆空压机取代使用年限不断增加的单螺杆空压机，是葛洲坝电站打造精品电站的必然之选。

参考文献

[1]张兴顺.螺杆空压机国产化与本土化发展[J].通用机械，2011（12）.

[2].两种螺杆空压机的应用实践[J].上海纺织科技，2009（9）.