天然氣渦旋壓縮機增壓裝置供油系統(tǒng)壓力和流量的優(yōu)化控制

【摘要】：渦旋壓縮機是一種新型高效、低噪、高可靠性的容積式壓縮機,相比其它形式的壓縮機在很多方面有著較大的優(yōu)勢,特別是在小排氣量、低壓縮比的情況下,渦旋壓縮機的性能更為突出。目前渦旋壓縮機的應用領域日趨廣泛,如制冷空調(diào)、動力工程、石油化工等領域。渦旋壓縮機是天然氣增壓裝置的主要部件之一,供油系統(tǒng)為渦旋壓縮機提供了良好的密封、潤滑、冷卻和降噪聲等作用,然而當機組內(nèi)潤滑油的量不足或過量時會產(chǎn)生副作用:潤滑油過量就會產(chǎn)生攪拌、積存等副作用,會使壓縮機的功耗增加,壓縮性能降低;潤滑油的流量不足,摩擦副產(chǎn)生的熱量就不能被及時帶走,就會產(chǎn)生熱裂紋,從而引起泄漏。到目前為止,大部分的研究主要集中在噴油對渦旋壓縮機性能的影響,而對潤滑油的狀態(tài)及供油系統(tǒng)的油量對渦旋壓縮機的性能影響尚沒有進行深入的研究。 本文整體考慮渦旋壓縮機供油系統(tǒng),應用流體力學和潤滑理論,建立了渦旋壓縮機供油系統(tǒng)流量分配模型,并運用等價電路法對分配模型進行了簡化,具體步驟為:由伯努力方程得出油在管道中的流動壓降數(shù)學模型,進而推導出電機轉速與壓降之間、電機轉速與耗油量之間的數(shù)學模型及內(nèi)部潤滑系統(tǒng)的功耗計算公式。在所得結論的基礎上對主要輔助設備的阻力損失進行了計算。最后對增壓裝置的電機選用和齒輪泵的選用進行了設計計算。 以機械密封動環(huán)與靜環(huán)嚙合面之間的摩擦副及密封機理為基礎,對機械密封各主要參量給出了計算公式,建立了沖洗量與電機轉速之間的數(shù)學模型,在轉速較低的情況下,忽略密封件與流體攪拌產(chǎn)生和軸承側傳入的熱量,可對模型進行簡化。最后對機械密封產(chǎn)生的熱量給出了不同的算法。 根據(jù)相關數(shù)學模型,應用simulink軟件包模塊圖并將其封裝成仿真模型,將這些子系統(tǒng)仿真模型按照工作過程及相關理論做了有機的連接,進行了仿真研究。由研究結果可知:第二循環(huán)油路的仿真結果和實驗結果基本一致,從而驗證了壓降與電機轉速之間的數(shù)學模型的正確性和可行性;第一循環(huán)回路耗油量與仿真結果相吻合。研究結果為渦旋壓縮機的供油量的控制提供了一定的理論依據(jù)。 以仿真結果為理論依據(jù),對供油系統(tǒng)設計了控制方案,實驗方案,本文對后續(xù)工作提出展望,使得渦旋壓縮機的工作性能進一步提高,在渦旋壓縮機供油系統(tǒng)向著智能化發(fā)展方向的研究具有一定的參考價值。 【關鍵詞】：渦旋壓縮機 壓力 供油量 仿真 數(shù)學模型 simulink
【學位授予單位】：蘭州理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TH45
【目錄】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 渦旋壓縮機的結構、工作原理及特點12-14
• 1.1.1 渦旋壓縮機的結構12-13
• 1.1.2 渦旋壓縮機的工作原理13-14
• 1.1.3 渦旋壓縮機的優(yōu)缺點14
• 1.2 本課題的研究背景及現(xiàn)狀14-17
• 1.3 本課題研究的目的和意義17-18
• 1.3.1 研究的目的17
• 1.3.2 研究的意義17-18
• 1.4 課題來源及研究的主要內(nèi)容18-19
• 1.4.1 課題來源18
• 1.4.2 研究的主要內(nèi)容18-19
• 1.5 本課題研究的創(chuàng)新點19
• 1.6 本章小結19-20
• 第2章 第二循環(huán)油路的數(shù)學模型20-34
• 2.1 引言20-21
• 2.2 天然氣渦旋壓縮機增壓裝置介紹21-23
• 2.2.1 增壓裝置的作用21
• 2.2.2 增壓裝置簡介及說明21-22
• 2.2.3 渦旋壓縮機內(nèi)油路的說明22-23
• 2.3 供油系統(tǒng)第二循環(huán)油路流量分配模型23-24
• 2.4 供油系統(tǒng)第二循環(huán)油路模型方程24-25
• 2.4.1 基本假設24
• 2.4.2 連續(xù)性方程24
• 2.4.3 穩(wěn)態(tài)伯努利方程24-25
• 2.5 渦旋壓縮機內(nèi)油路等價電路法的計算25-27
• 2.6 渦旋壓縮機內(nèi)油路功耗計算27
• 2.6.1 沿程阻力損失和局部阻力損失27
• 2.6.2 主軸旋轉潤滑油產(chǎn)生的阻力損失27
• 2.7 供油系統(tǒng)第二循環(huán)油路總功耗計算27-29
• 2.7.1 過濾器的阻力損失計算27-28
• 2.7.2 油氣分離器的阻力損失計算28
• 2.7.3 換熱器的阻力損失計算28-29
• 2.7.4 二回路循環(huán)油路的總壓力29
• 2.8 增壓裝置電機的選取29-31
• 2.8.1 動渦盤外緣與油、氣混合物摩擦功耗29
• 2.8.2 平衡鐵摩擦功耗29-31
• 2.9 摩阻系數(shù)計算31-32
• 2.10 本章小結32-34
• 第3章 第一循環(huán)回路的數(shù)學模型34-42
• 3.1 雙端面機械密封的結構及密封機理34
• 3.2 供油系統(tǒng)的重要性34-35
• 3.3 主要參數(shù)及特性35-38
• 3.3.1 寬徑比b36
• 3.3.2 寬徑比面積比B36
• 3.3.3 動環(huán)受力分析36-37
• 3.3.4 機械密封摩擦副工作時的性能參數(shù)? b?37
• 3.3.5 機械密封端面溫度37
• 3.3.6 沖洗量數(shù)學模型37-38
• 3.4 機械密封摩擦熱的計算38-40
• 3.5 機械密封的功耗計算40-41
• 3.6 材料的選擇41
• 3.7 本章小結41-42
• 第4章 渦旋壓縮機增壓裝置系統(tǒng)模塊化及分析42-55
• 4.1 建模與仿真42
• 4.2 增壓裝置仿真的必要性42
• 4.3 系統(tǒng)仿真的意義42-43
• 4.3.1 有益于控制系統(tǒng)的設計43
• 4.3.2 有益于增壓系統(tǒng)的優(yōu)化43
• 4.3.3 有益于人員的培訓43
• 4.4 動態(tài)系統(tǒng)建模仿真工具SIMUlink43-45
• 4.4.1 SIMUlink 簡介43
• 4.4.2 SIMUlink 工作環(huán)境及特點43-44
• 4.4.3 SIMUlink 模塊庫與模型窗口44-45
• 4.5 SIMUlink 的建模與仿真方法45-52
• 4.5.1 SIMUlink 模型的建立45-46
• 4.5.2 對模塊的操作46
• 4.5.3 關于連接線的操作46-47
• 4.5.4 關于連接線的操作47
• 4.5.5 對信號進行標注47-48
• 4.5.6 模型的注釋48
• 4.5.7 創(chuàng)建子系統(tǒng)48
• 4.5.8 模塊的封裝48-49
• 4.5.9 保存模型49-50
• 4.5.10 SIMUlink 仿真結果的觀察50-51
• 4.5.11 將仿真結果存儲到工作空間51-52
• 4.6 SIMUlink 在課題中的實現(xiàn)52
• 4.6.1 仿真參數(shù)52
• 4.6.2 仿真前的相關參數(shù)設置52
• 4.7 第二循環(huán)回路和第一循環(huán)回路的數(shù)學模型52-54
• 4.7.1 第一循環(huán)回路封裝模塊圖52
• 4.7.2 第二循環(huán)回路供油系統(tǒng)封裝模塊圖為52-53
• 4.7.3 建立克服離心力所需要的最小壓差與主軸轉速之間的封裝模塊圖及仿真結果53
• 4.7.4 仿真結果53-54
• 4.8 仿真結果分析54
• 4.9 本章小結54-55
• 第5章 渦旋壓縮機增壓裝置的控制方案55-60
• 5.1 引言55
• 5.2 控制對象55-56
• 5.3 電磁比例閥56
• 5.4 壓力傳感器工作原理56-57
• 5.5 壓力測定原理57-58
• 5.6 渦旋壓縮機供油系統(tǒng)的壓力控制原理58
• 5.7 壓力與電機轉速之間的連接實驗原理圖58-59
• 5.8 本課題展望59
• 5.9 本章小結59-60
• 結論60-61
• 參考文獻61-65
• 致謝65-66
• 附錄 A：攻讀學位期間所發(fā)表的學術論文目錄66

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