大型压缩机运行维护仿真系统及运行机制对效率影响研究

摘要

压缩机广泛应用于工业领域，本课题研究的离心压缩机在压气站上承担着天然气的压缩和输送任务。作为压缩工艺中的关键设备，压缩机的运行维护至关重要，亟需一套全面介绍压缩机结构、工作原理和工艺调节方法的仿真系统。因此本文主要分为两大部分。
　　第一部分为压缩机运行维护仿真系统内容。本系统主要包含天然气压气站厂区工艺概况、压缩机组及其辅助设备介绍、压缩机工作原理和零部件结构、压缩机运行维护拆装演示和故障模拟演示等内容。在三维建模的基础上，全面展示压缩机内部所有零部件的结构和主要部件的工作原理，模拟部分流通元件内的流场、轴承润滑和密封原理，动态演示压缩机拆装顺序、工具使用、零件工作状态和检修方法，模拟和演示压缩机故障机理、特征和防治措施等。本系统集成视频播放和考试等功能，为压气站工作人员的学习培训提供技术支持。
　　第二部分为运行机制对效率影响研究内容，包括压缩机性能曲线的公式推导、压缩机单位输气能耗的计算和压缩机运行方案的比较选择。利用相似理论，在量纲分析的基础上，研究压缩机压力比与体积流量、进口压力、进口温度、叶轮尺寸、转速和分子量之间的关系，并找到影响性能参数的相似准数，建立了压缩机性能曲线的数学模型，可用于以上任何参数改变时压力比的计算。
　　天然气压气站使用两台并联的离心压缩机，一般采用变转速和防喘回流相结合的方式进行调节以完成输气任务。压缩机工况发生变化时，压缩机的运行根据是否开启防喘回流可以分为三种方案:均不开启防喘回流、单台压缩机开启防喘回流和两台压缩机开启防喘回流。计算在一定进口条件下三种方案中机组的单位输气能耗，从理论上比较了机组效率和安全性。实验部分记录压缩机实际运行时进出口压力和流量变化过程的相关参数，并将变化范围划分为四种工况。比较四种工况下的输气能耗，验证所推导压缩机并联系统能耗计算理论公式的正确性。综合考虑压缩机的防喘振控制和节能降耗，计算并规定了以上三种方案优先选用的范围，为压气站的相关调节方式提供参考和指导。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景

1．1．1 大型压缩机现状和前沿发展情况

1．1．2 计算机仿真领域的发展情况

1．1．3 前人关于压缩机运行机制对效率影响的概述

1．1．4 本课题的提出背景

1．2 本课题研究的主要内容

第二章 压缩机运行维护仿真系统

2．1 所用仿真软件简介

2．1．1 Solidworks

2．1．2 Autodesk软件

2．1．3 Adobe软件

2．2 压缩机组

2．2．1 仿真系统组成概述

2．2．2 压缩机组工艺流程

2．2．3 动力传动系统

2．2．4 辅助系统

2．2．5 控制系统

2．3 压缩机结构和原理

2．3．1 工作原理

2．3．2 轴承及润滑

2．3．3 密封结构

2．3．4 其他部件

2．4 压缩机运行维护

2．5 压缩机拆卸安装仿真

2．5．1 概述

2．5．2 拆卸前准备工作

2．5．3 拆装流程及注意事项

2．6 本章小结

第三章 压缩机常见故障分析及仿真

3．1 转子不平衡

3．1．1 转子不平衡机理及特征

3．1．2 转子不平衡原因及治理

3．2 旋转失速和喘振

3．2．1 旋转失速机理及特征

3．2．2 喘振机理及特征

3．2．3 旋转失速和喘振的原因及预防

3．3 本章小结

第四章 压缩机运行机制对效率影响的分析

4．1 压缩机运行机制的内容及研究方法

4．1．1 研究内容

4．1．2 量纲分析法

4．2 压缩机控制和调节

4．2．1 压缩机控制原理

4．2．2 压缩机调节方式

4．3 基于量纲分析的性能曲线计算

4．3．1 基本假设和方程

4．3．2 参数的无量纲化

4．3．3 压缩机模型试验

4．3．4 性能曲线拟合

4．4 并联压缩机能耗分析及优化

4．4．1 压缩机并联工作

4．4．2 压缩机能耗计算

4．4．3 天然气压缩因子计算

4．4．4 压缩机组运行方案

4．4．5 工况一下三种方案能耗趋势对比

4．4．6 工况一下三种方案工况点对比

4．4．7 其他工况条件能耗对比

4．4．8 方案选取方法

4．5 结论

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 未来展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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