天然气涡旋压缩机增压装置供油系统的研究

【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,相对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,其研究也越来越引起国内外学者的普遍重视。涡旋压缩机在天然气增压装置中是主要部件之一,供油系统的研究对于涡旋压缩机的性能相当重要,涡旋压缩机的摩擦、泄漏、密封、机械密封都与供油系统有关,进而影响着整个增压装置的性能。 本文从动力学分析的角度,分析了涡旋压缩机的各摩擦副的组成和受力情况,并计算出了各摩擦副的功耗。针对功耗比较大的动、静涡盘啮合齿顶面处的摩擦副,运用平均雷诺方程求解,得出了油膜载荷和油膜剪力随压缩机转速变化的情况。 建立了涡旋压缩机的泄漏模型,并给出判定依据,来确定泄漏介质的流态和状态,使泄漏模型更加符合实际,并推导出各泄漏量的计算公式。分析了涡旋压缩机有油润滑的密封机理及影响密封效果的因素,为提高密封效果,减少泄漏提供了理论依据。 通过有限元分析和ANSYS软件模拟,得出涡旋压缩机的双端面机械密封环温度场的分布云图,及其与供油系统油温,转速的关系。推导出机械密封动、静环的热量分配计算式并定性分析了膜厚、转速与密封端面摩擦热的关系。 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,运用等价电路法对分配模型进行了简化。推导出涡旋压缩机内部润滑系统的功耗计算公式。对主要辅助设备的阻力损失进行了计算。对增压装置的电机选用和齿轮泵的选用进行了设计计算。 通过试验样机的性能测试和性能参数测量,验证了理论计算的正确性。为使装置性能得到更大提高,提出了改进措施和对后续工作的展望。 【关键词】：涡旋压缩机 润滑 摩擦 泄漏 机械密封 数学模型 有限元分析
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH45
【目录】：

• 摘要9-10
• Abstract10-12
• 第1章 绪论12-25
• 1.1 涡旋压缩机的结构、工作原理、特点及应用12-15
• 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
• 1.1.3 涡旋压缩机的优缺点13-14
• 1.1.4 涡旋压缩机的应用领域14-15
• 1.1.5 涡旋压缩机与其它形式压缩机的比较15
• 1.2 本课题的研究背景及现状15-19
• 1.2.1 涡旋压缩机的国内外发展状况15-16
• 1.2.2 涡旋压缩机的理论研究现状16-19
• 1.3 本课题研究的目的和意义19-21
• 1.3.1 研究的目的19-20
• 1.3.2 研究的意义20-21
• 1.4 天然气涡旋压缩机增压装置介绍21-23
• 1.4.1 增压装置的作用21
• 1.4.2 增压装置的组成21-22
• 1.4.3 增压装置供油油路的说明22
• 1.4.4 涡旋压缩机内油路的说明22-23
• 1.5 课题来源及研究的主要内容23-24
• 1.5.1 课题来源23
• 1.5.2 研究的主要内容23-24
• 1.6 本课题研究的创新点24
• 1.7 本章小结24-25
• 第2章 涡旋压缩机的摩擦与润滑25-34
• 2.1 涡旋压缩机的各摩擦副25-26
• 2.1.1 机头和主轴处的摩擦副25
• 2.1.2 机械密封动环与静环啮合面摩擦副25-26
• 2.2 动盘上各摩擦副功耗计算26-29
• 2.2.1 动涡盘受力分析26
• 2.2.2 动、静涡旋齿侧面摩擦功耗计算26-27
• 2.2.3 动、静涡盘啮合齿顶面处摩擦分析27-28
• 2.2.4 动涡盘与十字环啮合面摩擦功耗计算28-29
• 2.2.5 动盘轴承与曲拐啮合面摩擦功耗计算29
• 2.3 支架体与十字环啮合面摩擦功耗计算29
• 2.4 曲轴上摩擦功耗计算29-31
• 2.4.1 曲轴的受力分析30
• 2.4.2 曲轴与主、副轴承啮合面摩擦功耗计算30-31
• 2.5 涡旋压缩机的润滑31-33
• 2.5.1 供油系统的重要性31
• 2.5.2 由摩擦功耗推倒出的润滑油量的计算31-32
• 2.5.3 喷油量与摩擦功耗之间的关系32
• 2.5.4 含油率与总效率之间的关系32-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 涡旋压缩机的泄漏与润滑34-44
• 3.1 涡旋压缩机的内泄漏与外泄漏34
• 3.1.1 内泄漏34
• 3.1.2 外泄漏34
• 3.2 涡旋压缩机的切向泄漏与径向泄漏34-35
• 3.2.1 切向泄漏和径向泄漏34-35
• 3.2.2 切向泄漏模型35
• 3.2.3 径向泄漏模型35
• 3.3 纯油泄漏与气液两相流泄漏的判定35-39
• 3.3.1 两个基本的泄漏模型35-37
• 3.3.2 流入泄漏通道中所补充部分的油量的确定37
• 3.3.3 临界间隙值的确定37-39
• 3.3.4 判定依据39
• 3.4 层流运动与紊流运动的判定39-40
• 3.4.1 临界雷诺数的确定39-40
• 3.4.2 判定依据40
• 3.5 涡旋压缩机动、静盘的径向密封分析40-41
• 3.5.1 油膜表面张力密封原理40
• 3.5.2 影响径向密封工作稳定性的因素40-41
• 3.6 涡旋压缩机动、静盘的轴向密封分析41-42
• 3.6.1 轴向密封结构41-42
• 3.6.2 边界摩擦原理42
• 3.6.3 影响轴向密封工作稳定性的因素42
• 3.7 本章小结42-44
• 第4章 涡旋压缩机的机械密封与润滑44-57
• 4.1 有限元介绍44
• 4.2 ANSYS软件介绍44-45
• 4.3 涡旋压缩机机械密封环温度场的ANSYS分析45-52
• 4.3.1 双端面机械密封的结构及密封机理45-46
• 4.3.2 密封环热分析模型46-48
• 4.3.3 ANSYS分析48-50
• 4.3.4 变参数分析50-52
• 4.3.5 计算结果分析52
• 4.3.6 结论52
• 4.4 机械密封润滑油量的计算52-55
• 4.4.1 机械密封摩擦热的计算52-55
• 4.4.2 机械密封润滑油量的计算55
• 4.5 机械密封的功耗计算55-56
• 4.5.1 机械密封的接触比压的计算55-56
• 4.5.2 机械密封的功耗计算56
• 4.6 本章小结56-57
• 第5章 供油系统的计算57-65
• 5.1 供油系统第二循环油路流量分配模型57
• 5.2 供油系统第二循环油路模型方程57-58
• 5.2.1 基本假设57
• 5.2.2 连续性方程57
• 5.2.3 稳态伯努利方程57-58
• 5.3 涡旋压缩机内油路等价电路法的计算58-59
• 5.4 涡旋压缩机内油路功耗计算59-60
• 5.4.1 沿程阻力损失和局部阻力损失59-60
• 5.4.2 主轴旋转润滑油产生的阻力损失60
• 5.5 供油系统第二循环油路总功耗计算60-62
• 5.5.1 过滤器的阻力损失计算60
• 5.5.2 油气分离器的阻力损失计算60-61
• 5.5.3 换热器的阻力损失计算61-62
• 5.6 增压装置电机的选取62-63
• 5.6.1 动涡盘外缘与油、气混合物摩擦功耗62
• 5.6.2 平衡铁摩擦功耗62-63
• 5.7 供油系统第一循环油路功耗计算63-64
• 5.7.1 涡旋压缩机机械密封的功耗计算63
• 5.7.2 流动阻力损失功耗计算63
• 5.7.3 辅助设备阻力损失功耗计算63-64
• 5.7.4 齿轮泵的选取64
• 5.8 本章小结64-65
• 第6章 实验数据及结果分析65-69
• 6.1 实验设备及流程图65
• 6.2 实验设备及样机的结构布局优点65-66
• 6.3 实验参照标准66
• 6.4 试验介质及工况66
• 6.5 空气和天然气性能参数换算66-67
• 6.6 性能参数的测试结果67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-75
• 致谢75-76
• 附录 A: 攻读学位期间所发表的学术论文目录76

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