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摘要双吸平衡式双螺杆压缩机系统设计专业： 机械设计制造及其自动化 学号：20070310010341学生姓名：孙城江 指导老师：王小明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;AbstractSystem 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 compressor 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 orientation 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 cycle 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 cavities. 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 makes 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 size ,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 parameters 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 brief in the end of the essayKeyword: screw；compressor；system design；natural gas；华东交通大学毕业设计（论文）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 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120亿元左右；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），往往采用提高转速的办法来增大排气量。表1-3中数据说明这样做其实是得不偿失的，因为大部分机头转速的设计都是有一个最佳适用范围。如果，人为提高主机转速太多，使得轴功率超过机头允许配置的功率时，不但压缩机的噪声、振动会提高，而且压缩机的比功率也将大大上升。另外，还有部分企业随大流，在同样配用电动机功率下，看见有些企业宣传资料上的容积流量值远远超过JB/T6430-2002 一般用喷油螺杆空气压缩机标准中规定的最低要求，他们没有通过测试或者改变设计方案就随意把宣传资料上容积流量值改大，其实大部分容积流量远远达不到他们的宣传值。表1-3 是根据近几年测试螺杆空气压缩机得出的主要性能评价表。表1-3 螺杆空气压缩机主要性能评价表主要指标现有产品状况评述及说明容积流量合格，负偏差多部分企业实际流量远远达不到宣传资料上的宣传值，主要原因是市场竞争太激烈轴功率合格，超电动机铭牌功率多部分企业为增大公称流量，通过提高主机机头转速来增加气量这种。这种机型要求定制有超载能力的电动机，且使用现场稳定。比功率合格，大部分较低个别企业为了增大容积流量随意提高主机机头转速使轴功率大于电动机铭牌值，降低了机头效率，使比功率较大噪声产品差别比较大同样电动机功率的机器噪声偏差超过十几个分贝空气质量大有改进由于技术改进及市场要求注意环保，大部分企业压缩机的含油量比较低外观质量比较美观由于最近消费者比较注重外观质量，所以外观质量大有改进1.1.3发展前景“十一五”期间石化工业、化学工业、煤电油工业、轻纺工业、冶金工业等各大领域内成套设备的加大国产化为我国压缩机行业的发展提供了巨大的商机。尤其要指出的是许多重大规划项目如“十一五”期间要加快核电的发展，大约要增建20 余座核电站，这无疑也给压缩机行业提供了广阔的商机，同时也为压缩机行业加快提升压缩机的品质、赶超世界水准提供了前所未有的机遇。预计“十一五”期间对大中型压缩机的总量需求会比“九五”、“十五”期间的需求增幅更大，尤其是超大型及特种工艺压缩机更是如此。根据目前形势看，今后五年的市场基本是稳中有升。螺杆压缩机由于具有噪声低，可靠性强等优点，将更能适应今后发展的需要，今后五年螺杆压缩机的需求量将远远大于活塞式压缩机的需求量，甚至在许多领域将替代活塞式压缩机。可以看出，螺杆压缩机具有广阔的市场前景，其发展前途是光明的。1.2 单吸非平衡式双螺杆压缩机的工作原理及结构特点双螺杆压缩机具有一对互相啮合、相反旋向的螺旋形齿的转子。其齿面凸起的转子称为阳转子，齿面凹下的转子称为阴转子。转子的齿槽、机体的内壁面和两端端盖等共同构成的工作容积。吸、排气孔口成对角线布置，设在机体的两端。随着转子在机体内的旋转运动，使工作容积由于齿的侵入或脱开而不断发生变化，从而周期性地改变转子每对齿槽间的容积，来达到吸气、压缩和排气的目的。 (a) (b) (c) (d)图1-1基元容积的工作过程互相啮合的转子，在每个运动周期内，分别有若干个相同的工作容积依次进行相同的工作过程，这一工作容积，称为基元容积。它由转子中的一对齿面、机体内壁面和端盖所形成。只需研究其中一个工作容积的整个工作循环，就能了解压缩机工作的全貌。 双螺杆压缩机的运转过程从吸气过程开始，然后气体在密封的基元容积中被压缩，最后由排气孔口排出。阴、阳转子和机体之间形成的呈V字型的一对齿间容积(基元容积)的大小，随转子的旋转而变化，同时，其空间位置也不断移动。图1-1表示了基元容积的工作过程。 (1)吸气过程 转子旋转时，阳转子的一个齿连续地脱离阴转子的一个齿槽，齿间容积逐渐扩大，并和吸气孔口连通，气体经吸气孔口进齿间容积，直到齿间容积达到最大值时，与吸气孔口断开，齿间容积封闭，吸气过程结束，如图1-1(a)所示。值得注意的是，此时阳和阴转子的齿间容积彼此并不连通。 (2)压缩过程 转子继续旋转，在阴、阳转子齿间容积连通之前，阳转子齿间容积中的气体，受阴转子齿的侵入先行压缩；经某一转角后，阴、阳转子齿间容积连通，形成V字形的齿间容积对(基元容积)，随两转子齿的互相挤入，基元容积被逐渐推移，容积也逐渐缩小，实现气体的压缩过程，如图1-1(b)所示。压缩过程直到基元容积与排气孔口相连通时为止，如图1-1(c)，此刻排气过程开始。 (3)排气过程 如图1-1(d)所示，由于转子旋转时基元容积不断缩小，将压缩后气体送到排气管，此过程一直延续到该容积最小时为止。随着转子的连续旋转，上述吸气、压缩、排气过程循环进行，各基元容积依次陆续工作，构成了螺杆式制冷压缩机的工作循环。 1.3 双吸平衡式双螺杆压缩机的工作原理及结构特点平衡式双螺杆压缩机，包括螺杆、机械密封、轴承、泵体、前、后支座、前、后盖，其特征在于，在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杆齿大小形状相同，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。图1-1 是其主机外形图，图中未给出其配属部件。图4-2 是其主18机剖视图。图中：前盖1、轴向定位轴承2、径向定位轴承4、前支座3、机械密封5、进气口6、径向定位键7、螺杆套8、主动轴9、从动轴10、出气口11、隔板12、螺杆挡圈13、泵体14、并帽15、后支座16、齿轮17、后盖18、（螺杆套8 既指主动轴9 上的左、右螺杆套，也指从动轴10 的左、右螺杆套）。为节省材料和使部件有高的性价比及便于维修，本例中的螺杆为组合件，主动螺杆是由主动轴9 和用径向定位键7 定位在轴上的螺杆套8 组成；从动螺杆由从动轴10 和用径向定位键7 定位在轴上的螺杆套8 组成；螺杆根据需要也可设为整体性的。为便于维修和安装，泵体14 可设为由轴向剖开的两个半体构成。图 1-2 双吸平衡式双螺杆压缩机主机外形图在泵体14 内腔中部设有垂直主动轴9 或从动轴10轴向的隔板12，隔板12 将泵体14 内工作腔隔为两个。隔板12 两侧主动轴9 段上所设的螺杆套8 的螺杆齿大小形状相同，旋向反向；隔板12 两侧从动轴10 段上所设的螺杆套8 的螺杆齿大小形状相同，旋向反向。对应两个工作腔，在泵体14 壁上各设有对应的进气口6，在泵体14壁上轴向中部设有出气口11。隔板12 固定在泵体14 上，为防止主动轴9 或从动轴10 对隔板12 的磨损，在隔板12 与主动轴9 或从动19轴10 之间设有螺杆挡圈13。为防止螺杆套8 向左边轴向移动，在螺杆套8 与后支座16 之间设有并帽15。主动轴9 通过二个轴向定位轴承2 和二个径向定位轴承4 固定在前支座3 和后支座16 上。从动轴10 通过二个轴向定位轴承2 和二个径向定位轴承4 固定在前支座3和后支座16 上。主动轴9 左部和右部各设有一套机械密封5。从动轴10 左部和右部各设有一 套机械密封5。前盖1 固定前支座3 上。后盖18 固定在后支座16。齿轮17 固定在主动轴9 和从动轴10 左端部。图1-3 双吸平衡式双螺杆压缩机主机剖视图1.4 双吸平衡式双螺杆压缩机应用前景由于双吸平衡式双螺杆压缩机有独特的原理结构优势，以至于其与同排量的同类压缩机相比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。因此，其是绿色环保、减排降耗的高技术附加值产品，有良好的社会、环境效益，是国家产业政策重点扶持项目。双吸平衡式双螺杆压缩机在石油、化工、冶金、建材、船舶、机械、电力、食品等行业有广泛应用范围，尤其是石油、石化企业可燃气采集与回收领域有巨大的性能优势，其市场规模大、市场前景极好。同时，这样有着明显优势的产品，其在国际市场一定有良好的竞争力，对提升国产双螺杆压缩机在国际市场的竞争力有积极作用。第二章 双吸平衡式双螺杆压缩机的热力学计算双螺杆压缩机的热力学计算的目的是为了求出在压缩过程中压力和温度的变化，并由其计算结果算出压缩机所需要的功率。此外，还至少近似求出压缩机的容积效率。压缩机系统设计参数：型 号：2LGS7.0/2.0流 量：7m3/min进口温度：40入口压力：0.5MPa出口压力：2.1MPa轴 功 率：120KW转 速：3000r/min 压缩介质：天然气阳转子长度：200.96 mm (由同组曾益龙同学提供) 阳转子直径：125.6 mm (由同组曾益龙同学提供) 2.1内压力比 若压缩气体视为理想气体，则内压力比可用下式近似计算2： (2-1)式中，Pt=2.1Mpa，为内压缩终了压力；Ps=0.5Mpa，为吸气终了压力；Vt为压缩过程结束时的容积值；Vo为吸气过程结束时的容积值；为压缩机的内容积比；m为多方压缩过程指数。将已知数据带入公式 2-1得：2.2容积流量及容积效率2.2.1理论容积流量 螺杆压缩机的理论容积流量，为单位时间内转子转过的齿间容积之和，它只取决于压缩机的几何尺寸和转速。若令，则有， （2-2）查手册得， （阳转子扭转角为300度），阳转子转速，长径比，阳转子直径为125.6 mm，将以上已知数据代入公式2-2得，2.2.2实际容积流量 螺杆压缩机的实际容积流量为折算到吸气状态下的实际容积流量，计算式为， （2-3）式中为容积效率，已知实际容积流量为7m3/min，代入公式公式2-3得，2.3 绝热效率图2-1 典型中等气量喷油螺杆压缩机绝热效率曲线2已知压缩机的进气压力=0.5MPa，由图2-1得压缩机的绝热效率为83%2.4绝热功耗 （2-4）将k=1.4，=0.5Mpa，= 420 m3/min, =4.02,带入公式2-4得，=99.65 KW2.5电动机功率2.5.1传动效率 电动机压缩机之间采用带传动的传动效率=0.90-0.95，取=0.90。2.5.2电动机功率一般电动机功率均满足选配大于轴功率，电动机功率余度为：=1.05-1.15 ，取=1.10，电动机功率， =146.67（kw） （2-5）将电动机功率圆整，取为150 kw。本设计选用电动机为三相笼型异步电动机2.6排气温度2.6.1天然气露点温度已知进气温度为40，入口压力：0.5MPa，出口压力：2.1MPa，天然气的相对湿度70，查压缩天然气饱和状态图（见附录B）得，天然气的露点温度为60。2.6.2排气温度根据已知条件可以你确定所设计压缩机为喷油螺杆工艺压缩机，查螺杆压缩机理论设计及应用可知，喷油螺杆压缩机的排气温度上限为100，下限为露点温度60，现设定最高排气温度为80。2.7喷油量 在给定排气温度后，螺杆压缩机的喷油量可由压缩机的热平衡式决定。由能量守恒定律得压缩机的热平衡式为： （2-6）式中P压缩机轴功率； 气体质量流量； 喷油质量流量； 气体的比定压热容； 油的比定压热容； 气体的进气温度； 喷油温度； 排气温度；天然气质量流量 =0.7057；一般油的比定压热容为1.842 KJ/(Kg.K);压缩机轴功率p=120kw；天然气的比定压热容为空气的2.4倍， KJ/(Kg.K); 根据式2-5，则可求得:=0.939 kg/s本章计算结果如下表2-1所示表2-1 热力学参数值参数名计算值（单位）内压力比4.02容积效率78.74%绝热效率83%绝热功耗99.65 kw电动机功率150 kw排气温度80喷油量0.939 kg/s第三章 双吸平衡式双螺杆压缩机的系统设计双螺杆压缩机系统一般由气路系统、油路系统、仪表控制系统、电气控制系统等组成。在进行双螺杆压缩机系统设计时，要从容积流量调节方式，供油方式，排气压力和排气温度的控制方式等方面综合考虑。3.1系统设计应注意的问题根据天然气为易燃易爆混合气体及输气管道长等特点，系统设计时应综合考虑以下因素：(1)安全问题；(2)对气体组成应有较大的适应能力；(3)给出进气温度变化范围，防止气体液化；(4)满足生产过程连续性，适应进气压力的波动、适应气量不稳定的变化；(5)现场组装方便。3.2系统方案比较系统方案一：图3.1 双吸平衡式双螺杆压缩机系统方案一3方案特点：（1）供油方式为油泵供油，可避免机器冷态启动时，因喷油量不足而产生排气温度过高的现象。（2）采用吸气过滤器、二次油分离器、油泵，一开一备，便于维修和更换；（3）系统结构复杂，机组体积较大。系统方案二： 图3.2 双吸平衡式双螺杆压缩机系统方案二方案特点：（1）采用压力控制自动供油，喷入油量与排气压力成正比，系统简单、运行可靠。（2）系统通过各自动开关和控制阀的动作实现排气温度和排气压力的自动控制，控制简单有效（3）系统整体结构简单紧凑，但是滤清器和油过滤器更换不方便，影响气体输送。系统方案三：方案特点：（1）采用压力控制自动供油，喷入油量与排气压力成正比，系统简单、运行可靠（2）系统通过各自动开关和控制阀的动作实现排气温度和排气压力的自动控制，控制简单有效。（3）滤清器和精油过滤器，一开一备，更换不方便，系统整体结构简单紧凑。图3.3 双吸平衡式双螺杆压缩机系统方案三由设计参数可知，所设计的压缩机为输送天然气的中压小型工艺喷油螺杆压缩机，因此需要系统具有稳定可靠，零部件更换方便的特性。查螺杆压缩机理论设计与应用可知小型喷油螺杆压缩机宜采用压力自动供油。综合考虑三种方案的优缺点，选用方案三作为双吸平衡式双螺杆压缩机的系统方案。3.3双吸平衡式双螺杆压缩机的系统组成3.3.1气路系统气路系统主要包括：吸气过滤器、进气控制阀、主机、吸气排气接管、油气分离器、保压止回阀等组成。为保证机组连续运行，采用双吸气过滤器并联，一开一备。天然气经吸气滤清器除尘后，流经进气控制阀进入主机吸气口，天然气在主机内部经过压缩提高压力后从主机排气口排出，经排气管道进入油气分离器。含油的压缩空气在一次油气分离器内作碰撞分离，润滑油在碰撞力的作用下集聚在筒体壁上凝聚成滴，在压力作用下经粗油过滤器进入油箱。压缩天然气经碰撞分离后进入二次油气分离器进行精分离。精分离出来的油在压力作用下经回油管进入到主机低压腔中。从油气分离器流出的压缩空气经保压止回阀进入散热器冷却，最后送入输气管供用户使用。保压止回阀的作用是防止气体倒流入油气分离器和保证油气分离器内的压力不低于0.65MPa，防止气体倒流入油气分离器，从而可避免停机或用户停止用气后，压缩气体使油箱里的油在进气口产生倒灌现象；保证油气分离器内压力不低于0.65MPa，从而使油气混合物便于分离，使润滑系统维持一定压力利于润滑。当油气分离器内压力低于0.65MPa时，空气膨胀，体积增大，流速增高，分离效果下降，甚至损坏分离滤芯。当用户输气管道放空时（不带压力），压缩机的最小压力不得低于0.65MPa3.3.2油路系统油路系统主要由油箱、油过滤器、散热器、断油阀、油管等组成。如前面所述，该压缩机属于小型中压压缩机，在选择供油方式时优先选用依靠气压自动供油。油箱中的润滑油在气压作用下通过油箱底部的油管，经散热器冷却然后经粗、精过滤就变为了干净的润滑油。过滤后的润滑油经各支路分别供给排气端轴承，进气端轴承、机身气腔等部位，再随压缩空气经排气口、排气管流入油气分离器内进行分离，分离出来的油继续循环使用。为保证机组连续运行，二次油分离器、精油过滤器采用双结构，一开一备。为满足在寒冷条件下工作，油箱中设有油加热器，当油温低于15（初步设定，具体温度与选用的润滑油的粘度性质相关），油加热器启动自动进行加热。控制面板上装设油温仪，可以试验油温的监测。开机之前应确保油温不低于15，以保证压缩机冷态启动时，供油量和油的雾化效果较好。 3.3.3仪表控制系统仪表控制系统由减荷装置、自动放空阀、安全阀、超压停机装置、超温停机装置等组成。减荷装置是用来调节压缩机的排气量和排气压力的。它由进气控制阀、反比例阀、气压自动开关等组成。在压缩机起动前，进气控制阀处于关闭状态。当压缩机起动后，由于进气控制阀预留有间隙，有少量空气被吸入主机进行压缩，排气压力将缓慢上升，压缩机轻负荷起动。当排气压力缓慢上升到0.55MPa时，进气控制阀慢慢开启，当排气压力升到0.6MPa时，进气控制阀全部开启，压缩机处于正常全吸气状态运行。当压缩机排气量超过用户用气量时，排气压力上升超过额定排气压力，达到2.12Pa时，反比例阀动作，它慢慢关闭，进气控制阀也随即慢慢关闭，排气压力下降。当排气压力低于额定排气压力时，进气控制阀又将慢慢开启，使排气压力升高，从而实现无级减荷。通过进气控制阀和反比例阀的联合作用实现排气压力的动态控制。如果用户将排气闸阀关死，当排气压力达到2.15MPa时，气压自动开关动作，实现减荷放空。本机设置的自动放空阀是一个单控二位五通电控气阀，当压缩机停机时，电磁阀失电，将系统内的压缩气体释放，从而保证压缩机下次起动时负荷减轻。安全阀是弹簧式全启安全阀，当排气压力达到或超过安全阀开启压力时，安全阀将自动开启放气，使系统压力下降，不超过最大排气压力，从而保证了系统安全运行。超压停机装置由另一气压自动开关控制，气压自动开关的上限电触点调整在2.32MPa位置上，当排气压力达到或超过超压停机规定的压力时，控制气源使气压自动开关的上限电触点动作，使电控柜中的运转控制回路断电，从而切断电机主电路，使主机停止运转。3.3.4电气控制系统压缩机的电气控制系统主要包括自动控制系统和自动保护系统。自动控制系统主要是实现流量、排气压力、排气温度、油温的自动控制。自动保护系统则是在机组出现异常情况时，系统通过各阀门、传感器、接触器等器件的联合动作实现卸荷或停机。压缩机启动控制柜和压缩机控制台配套来完成机组的启动、停止、能量调节、安全保护、声光报警及数值显示等工作。机组的电动机、控制系统符合防爆要求。各电气元件符合防爆要求。第四章 双吸平衡式双螺杆压缩机控制系统4.1电气控制系统的设计控制系统由主电路和控制电路两部分组成。主电路是电气控制线路中大电流通过的部分，包括从电源到电机之间相连的电器元件；一般由组合开关、主熔断器、接触器主触点、热继电器的热元件和电动机等组成。辅助电路是控制线路中除主电路以外的电路，其流过的电流比较小。辅助电路包括控制电路、照明电路、信号电路和保护电路。其中控制电路是由按钮、接触器和继电器的线圈及辅助触点、热继电器触点、保护电器触点等组成。 4.1.1主电路主电路并联两台电动机，一台电机是压缩机的原动机M1，型号为YLJ280S-4，功率为150kw，另外一台电机为风扇电机M2，型号为Y1302-4，功率为5.5kw。电机M1采用星形三角形换接启动。异步电动机 因其结构简单、价格便宜、可靠性高等优点被广泛应用.但在启动过程中起动电流较大,所以容量大的电动机必须采取一定的方式启动,星一三角形换接启动就是一种简单方便的降压启动方式.对于正常运行的定子绕组为三角形接法的鼠笼式异步电动机来说，如果在启动时将定子绕组接成星形，待启动完毕后再接成三角形，就可以降低启动电流，减轻它对电网的冲击。启动时，电动机结成Y形，运行时电动机接成三角形。线路的动作次序如下：图4-1 电机启动时线路动作次序主电路设有交流互感器，热继电器接在互感电路中，互感电流为主电路电流的1/n（n为互感倍数），在这种情况下，通过热继电器FR1的电流就为小电流。4.1.2控制电路控制电路由电源指示、主机起停控制、主机运行及运行指示、风机启动、排气超温保护、减荷控制、减荷信号指示、排气超压保护与指示、工艺故障报警与停机、主机启动延时等部分组成。控制电路主要实现对压缩机的启动、停止、排气压力、排气温度的控制以及各种信号的显示。4.1.3控制系统原理图的绘制根据简单清晰的原则，电气原理图采用电器元件展开的形式绘制。它包括所有电器元件的导电部件和接线端点，但并不按照电器元件的实际位置来绘制，也不反映电器元件的大小。因此，绘制电路图时一般要遵循以下基本规则： (1) 电路图一般包含主电路和控制电路两部分。为了区别主电路与控制电路，在绘制电路图时主电路(电机、电器及连接线等)，用粗线表示，而控制电路(电器用细线表示。通常习惯将主电路放在电路图的左边(或上部)，而将控制电路放在右边(或下部)。 (2) 主电路中电源电路绘水平线；受电的动力设备（如电动机等）及其它保护电器支路，应垂直于电源电路绘制。 (3) 控制电路应垂直地绘于两条水平电源线之间，耗能元件应直接连接在接地或下方的水平电源线上，各种控制触头连接在上方水平线与耗能元件之间。 (4) 在电路图中各个电器并不按照它实际的布置情况绘制，而是采用同一电器的各部件分别绘在它们完成作用的地方。 (5) 无论主电路还是控制电路，各元件一般按照动作顺序自上而下、从左到右依次排列。 (6) 为区别控制线路中各电器的类型和作用，每个电器及它们的部件用规定的图形符号表示，且每个电器有一个文字符号，属于同一个电器的各个部件都用同一个文字符号表示。而作用相同的电器用规定的文字符号加数字序号表示。 (7) 因为各个电器在不同的工作阶段分别作不同的动作，触点时闭时开，而在电路图内只能表示一种情况。因此，规定所有电器的触点均表示成在（线圈）没有通电或机械外力作用时的位置。对于接触器和电磁式继电器为电磁铁未吸合的位置，对于行程开关、按钮等则为未压合的位置。 (8)在电路图中两条以上导线的电气连接处要打一圆点，且每个接点要标一个编号，编号的原则是：靠近左边电源线的用单数标注，靠近右边电源线的用双数标注，通常都是以电器的线圈或电阻作为单、双数的分界线，故电器的线圈或电阻应尽量放在各行的边（左边或右边）。 (9)对具有循环运动的机构，应给出工作循环图，万能转换开关和行程开关应绘出动作程序和动作位置。(10)电路图应标各电源电路的电压值，极性或频率及相数；某些元器件的特性；不常用的电器的操作方法和功能。 按照电气原理图的绘制原则，根据电气控制要求绘制压缩机的电气控制系统原理图，所绘原理图如附图1所示。4.2 PLC控制系统的设计与传统的继电器控制系统相比，PLC控制系统除了能做普通逻辑处理外，还具有浮点运算、定时、计数、模拟量控制等功能。继电器控制是通过触点与触点间的机械动作来完成逻辑控制，而PLC集成电子逻辑，响应速度和控制精度是传统继电器无法比拟的；继电器控制通过机械式接触会因为触头的损坏或者老化等原因，寿命普遍抗不过PLC，PLC早已是工业界公认的无故障控制器；4.2.1 PLC控制系统的设计原则PLC控制系统设计的基本原则（1）最大限度地满足工艺流程和控制要求。（2）监控参数、精度要求以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并降低系统的复杂性和开发成本。（3）保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。（4）考虑到生产的发展和工艺的改进，在选择PLC容量时，应适当留有余量。4.2.2 PLC控制系统的设计步骤（1）首先，根据系统需完成的控制任务，对被控对象的工艺过程、工作特点、控制系统的控制过程、控制规律、功能和特性进行详细分析，归纳出工作循环图或状态流程图。 然后，明确其控制要求和设计要求，明确划分控制的各个阶段及各阶段的特点，阶段之间的转换条件，最后归纳出各执行元件的动作顺序表。（2）根据控制要求确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的控制对象（电动机、电磁阀等）