机械设计专业毕业设计双吸平衡式双螺杆压缩机系统设计.doc
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1、 双吸平衡式双螺杆压缩机系统设计 摘要螺杆压缩机按被压缩气体种类和用途的不同,分为空气压缩机、制冷压缩机、工艺压缩机。其中,螺杆工艺压缩机是石油、石化企业可燃气回收装置的关键设备,目前,国内外可燃气回收装置一般采用单吸非平衡式双螺杆压缩机。由于这种压缩机的螺杆单向受力,当出口压力较高时,轴向定位的轴承受力很大,严重影响轴承的使用寿命,甚至有断轴的危险,另外出口处的机封受出口压力的影响,使用寿命也大大缩短,这样严重影响压缩机长周期运行。本文在对国内螺杆压缩机发展现状和发展情景做了充分调查的基础上,针对单吸非平衡式双螺杆压缩机的不足,提出了“双吸平衡式双螺杆压缩机”的构想。双吸平衡式双螺杆压缩机的
2、泵体内腔中部设有垂直螺杆轴向的隔板,隔板将泵体内工作腔隔为两个,隔板两侧螺杆段的螺旋齿大小形状相同,旋向反向,对应两个工作腔,在泵体壁上各设有对应的进气口,在泵体壁上轴向中部设有供两个工作腔出气的出气口。双吸平衡式双螺杆压缩机这种独特的原理结构使得螺杆两端的轴向力相互抵消,轴承受力较小,大大提高了轴承的使用寿命。与同排量的同类压缩机相比,其结构尺寸有极为突出的优势,原材料消耗及制造成本减少,无故障运行时间延长。本文主要是设计双吸平衡式双螺杆压缩机的整体系统,主要包括油路系统、气路系统、电气控制系统。在系统设计之前,根据已知的设计参数对压缩机的热力学参数进行了计算,为系统设计和零部件选用提供技术
3、参数。在系统设计中,着重于对电气控制系统的设计。文章最后阐述了压缩机的噪声控制方法和监测原理。关键词:螺杆;压缩机;系统设计;天然气;System design on double suction balancedtwin-screw compressorAbstractAccording to gases types and purposes, Screw compressors can be divided into air compressors, refrigeration compressors and process compressors. The process compres
4、sor is the key equipment of gas recovery device in petroleum or petrochemical enterprise, At present, the domestic and foreign general use gas recovery devices equipped with single suck non-equilibrium type double screw compressors. Because screws of the compressor bear one-way stress, the axial ori
5、entation bearing load is very big when the outlet pressure is higher, which seriously affect the service life of the bearings, even has broken danger. Meanwhile ,due to the machine by exit sealed outlet pressure effects, service life also greatly reduces, so seriously affect compression captain cycl
6、e operation . Teacher Wang and his research group proposed double suction balanced double screw compressor scientific conception to solve those problems.It is equipped with boards which are perpendicular to screw axis in the central of pump cavity. Boards divide the pump body cavity into two cavitie
7、s. Both sides of the screw section have the same spiral tooth sizes and reverse spin. There are two corresponding inlets in the body wall of the working chambers. The outlet is in the axial central of pump body. Due to this unique principle structure ,Double suction balanced twin screw compressor ma
8、kes the axial force of the screw on both ends offset each other .Bearing load is lesser ;The service life of the bearings is greatly improved. Compared with similar compressors that have the same displacements, double suction balanced twin screw compressor has outstanding advantages in structure siz
9、e ,materials consumption、manufacturing cost reducing and trouble-free operation. This paper mainly designs the overall system of the double suction balanced twin screw compressor, mainly including fuel system, pneumatic system and electrical control system. Before system designing, thermodynamic par
10、ameters of compressor were calculated according to the known designing parameters. It supplies technical parameters for system designing and spare parts selecting. Electrical controlling system was focused on in the system designing .Compressor noise controlling and monitoring was introduced in brie
11、f in the end of the essayKeyword: screw;compressor;system design;natural gas;目录摘要1Abstract2第一章 绪论11.1螺杆压缩机的国内研究现状及发展前景11.1.1发展现状11.1.2发展中存在的问题31.1.3发展前景41.2 单吸非平衡式双螺杆压缩机的工作原理及结构特点51.3 双吸平衡式双螺杆压缩机的工作原理及结构特点61.4 双吸平衡式双螺杆压缩机应用前景8第二章 双吸平衡式双螺杆压缩机的热力学计算92.1内压力比92.2容积流量及容积效率92.2.1理论容积流量92.2.2实际容积流量102.3 绝热
12、效率102.4绝热功耗102.5电动机功率112.5.1传动效率112.5.2电动机功率112.6排气温度112.6.1天然气露点温度112.6.2排气温度112.7喷油量11第三章 双吸平衡式双螺杆压缩机的系统设计133.1系统设计应注意的问题133.2系统方案比较133.3双吸平衡式双螺杆压缩机的系统组成153.3.1气路系统153.3.2油路系统163.3.3仪表控制系统163.3.4电气控制系统17第四章 双吸平衡式双螺杆压缩机控制系统184.1电气控制系统的设计184.1.1主电路184.1.2控制电路184.1.3控制系统原理图的绘制194.2 PLC控制系统的设计204.2.1
13、PLC控制系统的设计原则204.2.2 PLC控制系统的设计步骤204.2.3控制系统的动作顺序214.2.4 PLC控制系统的I/O接线图214.2.5 PLC编程软件简介224.2.6 PLC控制系统的梯形图234.2.7 PLC控制系统的指令表24利用GX Developer生成的PLC控制系统的程序如下所示:24第五章 双螺杆压缩机的噪声控制及其监测265.1噪声及控制265.2振动及其监测26第六章 毕业设计总结28参考文献29致谢30附录A 文献翻译31原文部分31中文部分40附录B 压缩天然气饱和状态图48第一章 绪论1.1螺杆压缩机的国内研究现状及发展前景1.1.1发展现状螺杆
14、压缩机广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门,在宽广的容量和工况范围内,逐渐替代了其他种类的压缩机。统计数据表明,全世界范围内,螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售量的80% ,在所有正在运行的容积式压缩机中,有50%是螺杆压缩机。在我国,由于螺杆压缩机发展历程比较短,上述比例分别为40%和15%左右。今后螺杆压缩机的市场份额将不断扩大,特别是无油螺杆空气压缩机和各类螺杆工艺压缩机,会获得更快的发展。与活塞压缩机和其他类型的压缩机相比,螺杆压缩机的发展历程比较短,其发展历程大概追溯到20 世纪30年代,而我国螺杆压缩机的发展历程更短。自从20世纪80年代引进螺杆压缩
15、机,仅仅20年时间,到目前我国已经有近150家生产组装螺杆压缩机的企业,其中具有空气压缩机生产许可证的企业有100多家,这些企业中大部分都是从国外进口机头组装型企业。螺杆压缩机具有:噪声和振动低,可靠性高,操作维护方便,动力平衡好,适应性强等特点,在许多领域将逐渐替代活塞式压缩机和其他类型的压缩机。因此,螺杆压缩机的市场空间非常广阔。截至2005年12月底,国内具有空气压缩机生产许可证(或者已经通过国家压缩机制冷设备质量监督检验中心检验)的企业已经由20 世纪90年代的100多家发展到目前的396家,这396 家企业中生产螺杆空压机的有102家(其中单螺杆的有8 家),生产微型往复活塞式空压机
16、的有304 家,生产一般用固定活塞式空压机的有119家,生产全无油空压机的有42 家,生产直联便携式空压机的有65家。其中还有许多企业正在申请空压机生产许可证的过程中。而根据我国压缩机行业协会2001年统计资料显示:国内进入行业统计范围的75 家压缩机企业中,生产螺杆压缩机的主要企业有:上压、锡压、富达、南压、江压、沈气、宁波欣达、上海博来特、烟台蓝星等几家,再加上几家台资、外资企业最多不会超过20家生产螺杆空压机的企业。经过短短4年时间,生产螺杆空气压缩机的企业已由2001年的十几家发展到目前的100多家,企业数翻了56 倍。据不完全统计,2005 年国内动力用压缩机的生产销售总量已经达到1
17、20亿元左右;而动力用螺杆压缩机的销售总量已经达到50亿元左右,占压缩机销售总量的40%多。而螺杆压缩机的销售总量的70%左右被以台湾复盛、美国英格索兰、瑞典阿特拉斯和美国寿力为代表的十几家台资及外资企业占有。2001年压缩机协会统计加上外资及台资企业销售量,国内压缩机销售收入约为42亿元,其中螺杆压缩机为14亿15亿元,占全部压缩机销售收入的34.5%,螺杆压缩机的销售总量的80%左右被以台湾复盛、美国英格索兰、瑞典阿特拉斯和美国寿力为代表台资及外资企业占有。由上面的数据统计,不难发现这几年国内压缩机的发展势头十分迅猛,在短短的4 年时间里,压缩机的销售总量将近翻了23倍,螺杆压缩机的销售总
18、量翻了将近4 倍。台资、外资企业独占螺杆压缩机市场的形势有所缓解。但是,国内螺杆压缩机的生产技术水平仍然是停滞不前,由于过度竞争甚至有所下降,国内除了锡压、南压、宁波欣达等少数企业能够自主生产双螺杆机头外,其他大部分企业都是从国外进口机头。表1-1 国内空气压缩机生产许可企业按省份大致分布情况1取证单元企业总数微型固定螺杆无油直联取证单元企业总数微型固定螺杆无油直联安徽1256130江苏5545221156北京431210江西543210重庆421200辽宁282411471福建15131615山东282015751广东241411223山西312300广西632310陕西191013100河
19、北543000上海5433122959河南221000四川311101湖北863010天津12101410湖南443130云南110000吉林332000浙江101961513639表1-1 中,列举了国内空气压缩机产品生产许可证企业的分布情况,从表中数据我们很容易发现,无论是活塞式压缩机,还是螺杆压缩机都存在分布严重不均匀的现象。仅浙江一个省份的企业数量就远远超过广大中西部地区的企业总和。这个比例在微型活塞式压缩机和直联便携式压缩机表现得特别突出。生产螺杆压缩机的企业主要集中在长三角和珠三角地区,其他还有福建、山东等沿海地区,原先产量不高的私营企业在近几年有了飞速的发展;生产中小型固定式空压
20、机的企业主要集中于原有压缩机生产基地,如上海、江苏、山东、陕西、东北等地,而矿用压缩机主要集中在浙江衢州、山东、陕西等地。由此,可见压缩机的需求量和经济发展密切相关。随着西部大开发战略、中部崛起战略的实施和中西部地区丰富的矿产资源,中西部地区压缩机的需求量将大幅度提高。投资者可以利用中西部地区廉价的劳动力和广阔的销售市场,在中西部地区多投资几个压缩机生产基地,这样既节约成本,又节约售后服务的费用。未来几年,螺杆压缩机无论是在经济发展比较快的东部沿海地区,还是经济发展比较缓慢的中西部地区,需求量增幅都比较大。企 业 类 别企业总数(家)销售额(亿元)备 注阿、英、寿、康较早进入大陆的企业4约20
21、双螺杆压缩机自主供应机头其他近几年进入大陆的企业约10约45双螺杆压缩机自主供应机头台资企业约56约10双螺杆(20%以上进口机头)国有及改制企业约810约45双螺杆(50%以上进口机头)私营企业约6070约10双螺杆(90%以上进口机头)单螺杆企业约67约34单螺杆自主供应机头企业总数约100约50具有空压机许可证的企业表1-2螺杆空气压缩机生产企业销售额统计估计从表1-2 中的数据,可以发现过去几年螺杆压缩机的发展速度是出乎预料的;但是,也应该看到螺杆压缩机的销售额主要集中在几家台资和外资企业,而国内其他近百家企业的销售额还达不到4家最早进入大陆的外资企业的销售总额。出现这种状况的主要原因
22、有以下几个方面。(1)国内几家自主加工压缩机转子(以下简称机头)的企业大都是国有企业(或者国有改制企业),受市场及体制的影响没有很快发展起来,另外他们的主要发展方向是大中型活塞式压缩机,而不是螺杆压缩机。(2)私营企业受技术和资金的限制,他们有限的资金大部分都投在进口机头上,没有足够的资金扩大生产新型螺杆压缩机。(3)生产螺杆压缩机的企业起步比较晚,技术不够成熟,螺杆压缩机的生产技术水平较低,制造成本较高。可以看出,受到技术水平的制约,目前我国螺杆压缩机的发展水平偏低。1.1.2发展中存在的问题由于市场竞争的压力有部分企业为了占领自己的市场,宣传自己的压缩机排气量大、比功率小(功率/ 排气量)
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