天然气涡旋压缩机增压装置供油系统压力和流量的优化控制

【摘要】：涡旋压缩机是一种新型高效、低噪、高可靠性的容积式压缩机,相比其它形式的压缩机在很多方面有着较大的优势,特别是在小排气量、低压缩比的情况下,涡旋压缩机的性能更为突出。目前涡旋压缩机的应用领域日趋广泛,如制冷空调、动力工程、石油化工等领域。涡旋压缩机是天然气增压装置的主要部件之一,供油系统为涡旋压缩机提供了良好的密封、润滑、冷却和降噪声等作用,然而当机组内润滑油的量不足或过量时会产生副作用:润滑油过量就会产生搅拌、积存等副作用,会使压缩机的功耗增加,压缩性能降低;润滑油的流量不足,摩擦副产生的热量就不能被及时带走,就会产生热裂纹,从而引起泄漏。到目前为止,大部分的研究主要集中在喷油对涡旋压缩机性能的影响,而对润滑油的状态及供油系统的油量对涡旋压缩机的性能影响尚没有进行深入的研究。 本文整体考虑涡旋压缩机供油系统,应用流体力学和润滑理论,建立了涡旋压缩机供油系统流量分配模型,并运用等价电路法对分配模型进行了简化,具体步骤为:由伯努力方程得出油在管道中的流动压降数学模型,进而推导出电机转速与压降之间、电机转速与耗油量之间的数学模型及内部润滑系统的功耗计算公式。在所得结论的基础上对主要辅助设备的阻力损失进行了计算。最后对增压装置的电机选用和齿轮泵的选用进行了设计计算。 以机械密封动环与静环啮合面之间的摩擦副及密封机理为基础,对机械密封各主要参量给出了计算公式,建立了冲洗量与电机转速之间的数学模型,在转速较低的情况下,忽略密封件与流体搅拌产生和轴承侧传入的热量,可对模型进行简化。最后对机械密封产生的热量给出了不同的算法。 根据相关数学模型,应用simulink软件包模块图并将其封装成仿真模型,将这些子系统仿真模型按照工作过程及相关理论做了有机的连接,进行了仿真研究。由研究结果可知:第二循环油路的仿真结果和实验结果基本一致,从而验证了压降与电机转速之间的数学模型的正确性和可行性;第一循环回路耗油量与仿真结果相吻合。研究结果为涡旋压缩机的供油量的控制提供了一定的理论依据。 以仿真结果为理论依据,对供油系统设计了控制方案,实验方案,本文对后续工作提出展望,使得涡旋压缩机的工作性能进一步提高,在涡旋压缩机供油系统向着智能化发展方向的研究具有一定的参考价值。 【关键词】：涡旋压缩机 压力 供油量 仿真 数学模型 simulink
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 涡旋压缩机的结构、工作原理及特点12-14
• 1.1.1 涡旋压缩机的结构12-13
• 1.1.2 涡旋压缩机的工作原理13-14
• 1.1.3 涡旋压缩机的优缺点14
• 1.2 本课题的研究背景及现状14-17
• 1.3 本课题研究的目的和意义17-18
• 1.3.1 研究的目的17
• 1.3.2 研究的意义17-18
• 1.4 课题来源及研究的主要内容18-19
• 1.4.1 课题来源18
• 1.4.2 研究的主要内容18-19
• 1.5 本课题研究的创新点19
• 1.6 本章小结19-20
• 第2章 第二循环油路的数学模型20-34
• 2.1 引言20-21
• 2.2 天然气涡旋压缩机增压装置介绍21-23
• 2.2.1 增压装置的作用21
• 2.2.2 增压装置简介及说明21-22
• 2.2.3 涡旋压缩机内油路的说明22-23
• 2.3 供油系统第二循环油路流量分配模型23-24
• 2.4 供油系统第二循环油路模型方程24-25
• 2.4.1 基本假设24
• 2.4.2 连续性方程24
• 2.4.3 稳态伯努利方程24-25
• 2.5 涡旋压缩机内油路等价电路法的计算25-27
• 2.6 涡旋压缩机内油路功耗计算27
• 2.6.1 沿程阻力损失和局部阻力损失27
• 2.6.2 主轴旋转润滑油产生的阻力损失27
• 2.7 供油系统第二循环油路总功耗计算27-29
• 2.7.1 过滤器的阻力损失计算27-28
• 2.7.2 油气分离器的阻力损失计算28
• 2.7.3 换热器的阻力损失计算28-29
• 2.7.4 二回路循环油路的总压力29
• 2.8 增压装置电机的选取29-31
• 2.8.1 动涡盘外缘与油、气混合物摩擦功耗29
• 2.8.2 平衡铁摩擦功耗29-31
• 2.9 摩阻系数计算31-32
• 2.10 本章小结32-34
• 第3章 第一循环回路的数学模型34-42
• 3.1 双端面机械密封的结构及密封机理34
• 3.2 供油系统的重要性34-35
• 3.3 主要参数及特性35-38
• 3.3.1 宽径比b36
• 3.3.2 宽径比面积比B36
• 3.3.3 动环受力分析36-37
• 3.3.4 机械密封摩擦副工作时的性能参数? b?37
• 3.3.5 机械密封端面温度37
• 3.3.6 冲洗量数学模型37-38
• 3.4 机械密封摩擦热的计算38-40
• 3.5 机械密封的功耗计算40-41
• 3.6 材料的选择41
• 3.7 本章小结41-42
• 第4章 涡旋压缩机增压装置系统模块化及分析42-55
• 4.1 建模与仿真42
• 4.2 增压装置仿真的必要性42
• 4.3 系统仿真的意义42-43
• 4.3.1 有益于控制系统的设计43
• 4.3.2 有益于增压系统的优化43
• 4.3.3 有益于人员的培训43
• 4.4 动态系统建模仿真工具SIMUlink43-45
• 4.4.1 SIMUlink 简介43
• 4.4.2 SIMUlink 工作环境及特点43-44
• 4.4.3 SIMUlink 模块库与模型窗口44-45
• 4.5 SIMUlink 的建模与仿真方法45-52
• 4.5.1 SIMUlink 模型的建立45-46
• 4.5.2 对模块的操作46
• 4.5.3 关于连接线的操作46-47
• 4.5.4 关于连接线的操作47
• 4.5.5 对信号进行标注47-48
• 4.5.6 模型的注释48
• 4.5.7 创建子系统48
• 4.5.8 模块的封装48-49
• 4.5.9 保存模型49-50
• 4.5.10 SIMUlink 仿真结果的观察50-51
• 4.5.11 将仿真结果存储到工作空间51-52
• 4.6 SIMUlink 在课题中的实现52
• 4.6.1 仿真参数52
• 4.6.2 仿真前的相关参数设置52
• 4.7 第二循环回路和第一循环回路的数学模型52-54
• 4.7.1 第一循环回路封装模块图52
• 4.7.2 第二循环回路供油系统封装模块图为52-53
• 4.7.3 建立克服离心力所需要的最小压差与主轴转速之间的封装模块图及仿真结果53
• 4.7.4 仿真结果53-54
• 4.8 仿真结果分析54
• 4.9 本章小结54-55
• 第5章 涡旋压缩机增压装置的控制方案55-60
• 5.1 引言55
• 5.2 控制对象55-56
• 5.3 电磁比例阀56
• 5.4 压力传感器工作原理56-57
• 5.5 压力测定原理57-58
• 5.6 涡旋压缩机供油系统的压力控制原理58
• 5.7 压力与电机转速之间的连接实验原理图58-59
• 5.8 本课题展望59
• 5.9 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-66
• 附录 A：攻读学位期间所发表的学术论文目录66

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