【正文】 ................................................................................................ 34 中文部分 ................................................................................................................. 43 附錄 B 壓縮天然氣飽和狀態(tài)圖 ....................................................................................... 51 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 第一章 緒論 螺桿壓縮機(jī)的國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展 前景 發(fā)展 現(xiàn)狀 螺桿壓縮 機(jī)廣泛應(yīng)用于礦山、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、機(jī)械、制冷等工業(yè)部門，在寬廣的容量和工況范圍內(nèi)，逐漸替代了其他種類的壓縮機(jī)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，著重 于 對(duì)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 。 雙吸平衡式雙螺桿壓縮機(jī) 這種 獨(dú)特的原理結(jié)構(gòu) 使得 螺桿兩端的軸向力相互抵消，軸承 受力較小，大大提高了軸承的使用壽命。其中， 螺桿 工藝 壓縮機(jī)是石油、石化企業(yè)可燃?xì)饣厥昭b置的關(guān)鍵設(shè)備， 目前， 國內(nèi)外可燃?xì)饣厥昭b置一般采用單吸非平衡式雙螺桿壓縮機(jī)。由于這種壓縮機(jī)的螺桿單向受力，當(dāng)出口壓力較高時(shí)，軸向定位的軸承受力很大，嚴(yán)重影響軸承的使用壽命，甚至有斷軸的危險(xiǎn)，另外出口處的機(jī) 封受出口壓力的影響，使用壽命也大大縮短，這樣嚴(yán)重影響壓縮機(jī)長周期運(yùn)行。 與同排量的同類壓縮機(jī)相比 ，其 結(jié)構(gòu)尺寸有極為突出的優(yōu)勢(shì)，原材料消耗及制造成本減少，無故障運(yùn)行時(shí)間延長。文章最后 闡述了 壓縮機(jī)的噪聲控制 方法 和監(jiān)測(cè) 原理 。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，全世界范圍內(nèi)，螺桿壓縮機(jī)的銷售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷售量的 80% ，在所有正在運(yùn)行的容積式壓縮機(jī)中，有 50%是螺桿壓縮機(jī)。自從20世紀(jì) 80年代引進(jìn)螺桿壓縮機(jī)，僅僅 20年時(shí)間，到目前我國已經(jīng)有近 150家生產(chǎn)組裝螺桿壓縮機(jī)的企業(yè)，其中具有空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)許可證的企業(yè)有 100多家，這些企業(yè)中大部分都是從國外進(jìn)口機(jī)頭組裝型企業(yè)。其中還有許多企業(yè)正在申請(qǐng)空壓機(jī)生產(chǎn)許可證的過程中。而螺桿壓縮機(jī)的銷售總量的 70%左右被以臺(tái)灣復(fù)盛、美國英格索蘭、瑞典阿特拉斯和美國壽力為代表的十幾家臺(tái)資及外資企業(yè)占有。但是，國內(nèi)螺桿壓縮機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平仍然是停滯不前，由于過度競(jìng)爭(zhēng)甚至有所下降，國內(nèi)除了錫壓 、南壓、寧波欣達(dá)等少數(shù)企業(yè)能夠自主生產(chǎn)雙螺桿機(jī)頭外，其他大部分企業(yè)都是從國外進(jìn)口機(jī)頭。生產(chǎn)螺桿壓縮機(jī)的企業(yè)主要集中在長三角和珠三角地區(qū)，其他還有福建、山東等沿海地區(qū)，原先產(chǎn)量不高的私營企業(yè)在近幾年有了飛速的發(fā)展；生產(chǎn)中小型固定式空壓機(jī)的企業(yè)主要集中于原有壓縮機(jī)生產(chǎn)基地， 如上海、江蘇、山東、陜西、東北等地，而礦用壓縮機(jī)主 要集中在浙江衢州、山東、陜西等地。未來幾年，螺桿壓縮機(jī)無論是在經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較快的東部沿海地區(qū)，還是經(jīng)濟(jì)發(fā)展比較緩慢的中西部地區(qū)，需求量增幅都比較大。 （ 2）私營企業(yè)受技術(shù)和資金的限制，他們有限的資金大部分都投在進(jìn)口機(jī)頭上，沒有足夠的資金擴(kuò)大生產(chǎn) 新型螺桿壓縮機(jī) 。企 業(yè) 類 別 企業(yè)總數(shù) （家） 銷售額 （億元） 備 注 阿、英、壽、康較早進(jìn)入大陸的企業(yè) 4 約 20 雙螺桿壓縮機(jī)自主供應(yīng)機(jī)頭 其他近幾年進(jìn)入大陸的企業(yè) 約 10 約 4～ 5 雙螺桿壓縮機(jī)自主供應(yīng)機(jī)頭 臺(tái)資企業(yè) 約 5～ 6 約 10 雙螺桿 （ 20%以上進(jìn)口機(jī)頭） 國有及改制企業(yè) 約 8～ 10 約 4～ 5 雙螺桿 （ 50%以上進(jìn)口機(jī)頭 ） 私營企業(yè) 約 60～ 70 約 10 雙螺桿 （ 90%以上進(jìn)口機(jī)頭 ） 單螺桿企業(yè) 約 6～ 7 約 3～ 4 單螺桿自主供應(yīng)機(jī)頭 企業(yè)總數(shù) 約 100 約 50 具有空壓機(jī)許可證的企業(yè) 孫城江：雙吸平衡式雙螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6 表 13中數(shù)據(jù)說明這樣做其實(shí)是得不償失的，因?yàn)榇蟛糠謾C(jī)頭轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)都是有一個(gè)最佳適用范圍。 表 13 螺桿空氣壓縮機(jī) 主要性能評(píng)價(jià)表 主要指標(biāo) 現(xiàn)有產(chǎn)品狀況 評(píng)述及說明 容積流量 合格，負(fù)偏差多 部分企業(yè)實(shí)際流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到宣傳資料上的宣傳值，主要原 因是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)太激烈 軸功率 合格，超電動(dòng)機(jī)銘牌功率多 部分企業(yè) 為增大公稱流量，通過提高主機(jī)機(jī)頭轉(zhuǎn)速來增加氣量這種。預(yù)計(jì)“十一五”期間對(duì)大中型壓縮機(jī)的總量需求會(huì)比“九五”、“十五”期間的需求增幅更大，尤其是超大型及特種工藝壓縮機(jī)更是如此。 單吸非平衡式 雙螺桿壓縮機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 雙螺桿壓縮機(jī)具有一對(duì)互相嚙合、相反旋向的螺旋形齒的轉(zhuǎn)子。隨著轉(zhuǎn)子在機(jī)體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使工作容積由于齒的侵入或脫開而不斷發(fā)生變化，從而周期性地改變轉(zhuǎn)子每對(duì)齒槽間的容積，來達(dá)到吸氣、壓縮和排氣的目的。 雙 螺桿壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過程從吸氣過程開始，然后氣體在密封的基元容積中被孫城江：雙吸平衡式雙螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 壓縮，最后由排氣孔口排出。值得注意的是，此時(shí)陽和陰轉(zhuǎn)子的齒間容積彼此并不連通。 隨著轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)，上述吸氣、壓縮、排氣過程循環(huán)進(jìn)行，各基元容積依次陸續(xù)工作，構(gòu)成了螺桿式制冷壓縮機(jī)的工作循環(huán)。圖中：前蓋 軸向定位軸承 徑向定位軸承 前支座 機(jī)械密封 進(jìn)氣口 徑向定位鍵 螺桿 套 主動(dòng)軸 從動(dòng)軸 出氣口 1隔板1螺桿擋圈 1泵體 1并帽 1后支座 1齒輪 1后蓋 1（ 螺桿 套 8 既指主動(dòng)軸 9 上的左、右 螺桿 套，也指從動(dòng)軸 10 的左、右 螺桿 套）。隔板 12 兩側(cè)主動(dòng)軸 9 段上所設(shè)的 螺桿 套 8 的 螺桿 齒大小形狀相同，旋向反向；隔板 12 兩側(cè)從動(dòng)軸 10 段上所設(shè)的 螺桿 套 8 的 螺桿 齒大小形狀相同，旋 向反向。主動(dòng)軸 9 通過二個(gè)軸向定位軸承 2 和二個(gè)徑向定位軸承 4 固定在前支座 3 和后支座 16 上。前蓋 1 固定前支座 3 上。因此，其是綠色環(huán)保、減排降耗的高技術(shù)附加值產(chǎn)品，有良好的社會(huì)、環(huán)境效益，是國家產(chǎn)業(yè)政策重點(diǎn)扶 持項(xiàng)目。此外，還至少近似求出壓縮機(jī) 的容積效率。 電動(dòng)機(jī)功率 一般電動(dòng) 機(jī)功率 均滿足 選配大 于軸功 率，電動(dòng) 機(jī)功率 余度為：d? = ，取 d? =，電動(dòng)機(jī)功率 ， idd tpp ??? =（ kw） （ 25） 將電動(dòng)機(jī)功率圓整，取為 150 kw。 由能量守恒定律得壓縮機(jī)的熱平衡式為： ? ? ? ?000d s g d sp g pm g mp qqccT T T T? ? ? ? （ 26） 式中 P—— 壓縮機(jī)軸功率； mgq—— 氣體質(zhì)量流量； 孫城江：雙吸平衡式雙螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 0mq —— 噴油質(zhì)量流量； pgc —— 氣體的比定壓熱容； 0pc —— 油的比定壓熱容； sgT —— 氣體的進(jìn)氣溫度； 0sT —— 噴油溫度； dT —— 排氣溫度； 天然氣質(zhì)量流量 mgq= gsqRTpv = 5000 00 420 3600 /287 288g sk???=； 一般油的比定壓熱容為 KJ/()。 系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題 根據(jù)天然氣為易燃易爆混合氣體及輸氣管道長等特點(diǎn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮以下因 素： (1)安全問題； (2)對(duì)氣體組成應(yīng)有較大的適應(yīng)能力； (3)給出進(jìn)氣溫度變化范圍，防止氣體液化； (4)滿足生產(chǎn)過程連續(xù)性，適應(yīng)進(jìn)氣壓力的波動(dòng)、適 應(yīng)氣量不穩(wěn)定的變化； (5)現(xiàn)場(chǎng)組裝方便。 （ 2） 系統(tǒng)通過各自動(dòng)開關(guān)和控制閥的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)排氣溫度和排氣壓力的自動(dòng)控制，控制簡單有效 （ 3）系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但是濾清器和油過濾器更換不方便，影響氣體輸送。查《螺桿壓縮機(jī)理論設(shè)計(jì)與應(yīng)用》可知小型噴油螺桿壓縮機(jī)宜采用壓力自動(dòng)供油。 天然氣經(jīng)吸氣濾清器除塵后，流經(jīng)進(jìn)氣控制閥進(jìn)入主機(jī)吸氣口，天 然氣在主機(jī)內(nèi)部經(jīng)過壓縮提高壓力后從主機(jī)排氣口排出，經(jīng)排氣管道進(jìn)入油氣分離器。從油氣分離器流出的壓縮空氣經(jīng)保壓止回閥進(jìn)入散熱器冷卻，最后送入輸氣管供用戶使用。如前面所述，該壓縮機(jī)屬于小型中壓壓縮機(jī)，在選擇供油方式時(shí)優(yōu)先選用依靠氣壓自動(dòng)供油。為滿足在寒冷條件下工作，油箱中設(shè)有油加熱器，當(dāng)油溫低于 15℃（初步設(shè)定，具體溫度與選用的潤滑油的粘度性質(zhì)相關(guān)），油加熱器啟動(dòng)自動(dòng)進(jìn)行加熱。減荷裝置是用來調(diào)節(jié)壓縮機(jī)的排氣量和排氣壓力的。當(dāng)排氣壓力緩慢上升到 時(shí)，進(jìn)氣控制閥慢慢開啟，當(dāng)排氣壓力升到 時(shí)，進(jìn)氣控制閥全部開啟，壓縮機(jī)處 于正常全吸氣狀態(tài)運(yùn)行。如果用戶將排氣閘閥關(guān)死，當(dāng)排氣壓力達(dá)到 時(shí)，氣壓自動(dòng)開關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)減荷放空。 電氣控制系統(tǒng) 壓縮機(jī)的電氣控制系統(tǒng)主要包括自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。機(jī)組的電動(dòng)機(jī)、控制系統(tǒng)符合防爆要求。 輔助電路是控制線路中除主電路以外的電路，其流過的電流比較小。 電機(jī) M1 采用 星形 — 三角形 換接啟動(dòng)。 控制電路 控制電路由電源指示、主機(jī)起?？刂?、主機(jī)運(yùn)行及運(yùn)行指示、風(fēng)機(jī)啟動(dòng)、排華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 氣超溫保護(hù)、減荷控制、減荷信號(hào)指示、排氣超壓保護(hù)與指示、工藝故障報(bào)警與停機(jī)、主機(jī)啟動(dòng)延時(shí)等部分組成。因此，繪制電路圖時(shí)一般要遵循以下基本規(guī)則： (1) 電路圖一般包含主電路和控制電路兩部分。 (3) 控制 電路應(yīng)垂直地繪于兩條水平電源線之間，耗能元件 應(yīng)直接連接在接地 或下方的水平電源線上，各種控制觸頭連接在上方水平線與耗能元件之間。而作用相同的電器用規(guī)定的文字符號(hào)加數(shù)字序號(hào)表示。 (8)在電路圖中兩條以上導(dǎo)線的電氣連接處要打一圓點(diǎn)，且每個(gè)接點(diǎn)要標(biāo)一個(gè)編號(hào)，編號(hào)的原則是：靠近左邊電源線的用單數(shù)標(biāo)注，靠近右邊電源線的用雙數(shù)標(biāo)注，通常都是以電器的線圈或電阻作為單、雙數(shù)的分界線，故電器的線圈或電阻應(yīng)盡量放在各行的 — 邊（左邊或右邊）。 PLC 控制系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 與傳統(tǒng)的繼電 器控制系統(tǒng)相比， PLC 控制系統(tǒng) 除了能做普通邏輯處理外，還具有浮點(diǎn)運(yùn)算、定時(shí)、計(jì)數(shù)、模擬量控制等功能。 （ 4） 考慮到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)，在選擇 PLC 容量時(shí)，應(yīng) 適當(dāng)留有余量。 （ 3） 選型。開關(guān)量，變量規(guī)劃實(shí)際上是把 PLC 的I/O 分配給實(shí)際的元器件，給實(shí)際的元器件賦予一定的 PLC 地址。 （ 5） PLC 控制 程序設(shè)計(jì) 。 （ 5）排氣壓力超過 SP2 觸點(diǎn)斷開 KM4 線圈失電 KA5 線圈得電 KA6 線圈得電 主電機(jī)失電。適用 于 Q、 QnU、 QS、 QnA、 AnS、AnA、 FX 等全系列 可編程控制器 。 2. 利用 Windows 的優(yōu)越性，使操作性飛躍上升能夠?qū)?Excel,Word 等作成的說明數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)制，粘貼，并有效利用。把開發(fā)順序程序時(shí)反復(fù)使用的順序程序回路塊零件化，使得順序程序的開發(fā)變得容易。 (3) 數(shù)據(jù)制作中發(fā)生錯(cuò)誤況時(shí)，華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 會(huì)顯示是什么原因或是顯示消息，所以數(shù)據(jù)制作的時(shí)間能夠大幅度縮短。圖 51 顯示了噴油螺桿壓縮機(jī)的噪聲的典型頻譜，其基頻為轉(zhuǎn)子齒的嚙合頻率。 振動(dòng)及其監(jiān)測(cè) 由于螺桿壓縮機(jī)依靠轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮，轉(zhuǎn)子理論上處于動(dòng)平衡狀態(tài)，因此震動(dòng)很小。振動(dòng)的讀數(shù)最好是速度而不是加速度，以免頻率過高時(shí)，加速度讀數(shù)產(chǎn)生較大誤差。天然氣壓縮機(jī)是油氣田生產(chǎn)過程中重負(fù)荷、連續(xù)工作的關(guān)鍵設(shè)備， 現(xiàn)場(chǎng) 采用在線監(jiān)測(cè)方式，可以長期監(jiān)測(cè)設(shè)備每時(shí)每刻的工作狀態(tài)，記錄下運(yùn)行過程中的各種數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)隨時(shí)作出分析。對(duì)壓縮機(jī)尤其是雙螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理有了深入的理解和認(rèn)識(shí)，初步掌握了雙螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)。 我想這種信念要比學(xué)到多少知識(shí)更加重要，相信對(duì)我以后的工作和學(xué)習(xí)會(huì)頗有益處。 同時(shí)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)也提升了自己思考問題和獨(dú)立解決問題的能力，拓寬了自己的思路。壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件組成框圖如圖 52所示。常規(guī)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)可以作為判斷是否需要對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行維修的依據(jù)。 振動(dòng)測(cè)量是評(píng)估 壓縮機(jī)工作狀況和判定壓縮機(jī)與驅(qū)動(dòng)機(jī)之間連接對(duì)中性的有效方法。 由于在氣體中含有大量的油，并且噪聲幅度相對(duì)較低，在噴油螺桿壓縮機(jī)中，一般設(shè)計(jì)有一消聲罩。 孫城江：雙吸平衡式雙螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 圖 42 PLC 控制系統(tǒng)的 梯形 圖 PLC 控制系統(tǒng)的指令表 利用 GX Developer 生成的 PLC控制系統(tǒng)的 程序如下 所示 ： 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 孫城江：雙吸平衡式雙螺桿壓縮機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 第五章 雙螺桿壓縮機(jī)的噪聲控制及其監(jiān)測(cè) 噪聲及控制