試車臺(tái)氣源站壓縮機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)確定

摘要：文章簡(jiǎn)要介紹了氣源站壓縮機(jī)選型原則。根據(jù)輔助用氣需求和現(xiàn)有壓縮機(jī)，采用壓縮機(jī)串、并聯(lián)搭配供氣方式滿足試車臺(tái)輔助用氣需求，確定新配壓縮機(jī)流量、壓力范圍和選型。并依據(jù)機(jī)組串、并聯(lián)運(yùn)行過程中，機(jī)組運(yùn)行工況由壓縮機(jī)特性和管網(wǎng)特性匹配決定和壓縮空氣介質(zhì)質(zhì)量守恒定理，通過假定個(gè)別初始條件的方法進(jìn)行多次迭代計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果與調(diào)研市場(chǎng)已有定型產(chǎn)品進(jìn)行比對(duì)，確定新配機(jī)組設(shè)計(jì)、訂貨參數(shù)。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)組選型；管網(wǎng)特性；匹配；質(zhì)量守恒

中圖分類號(hào)：TH452 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2013）18-0060-02

現(xiàn)我院試驗(yàn)設(shè)備擴(kuò)容需要，需對(duì)現(xiàn)有2臺(tái)M56/30型活塞式壓縮機(jī)組輔助氣源站進(jìn)行氣源能力擴(kuò)容，下文通過試驗(yàn)設(shè)備擴(kuò)容要求確定氣源需求，并根據(jù)現(xiàn)有壓縮機(jī)組確定新增機(jī)組選型及設(shè)計(jì)參數(shù)確定，以滿足試驗(yàn)設(shè)備擴(kuò)容需求。

1 壓縮機(jī)組選型工作流程

根據(jù)氣源站用戶試驗(yàn)器的試驗(yàn)對(duì)象計(jì)算壓縮空氣流量和壓力需求，依據(jù)氣源工藝系統(tǒng)及試驗(yàn)器試驗(yàn)調(diào)節(jié)使用經(jīng)驗(yàn)給出一定的損耗及調(diào)節(jié)余量，并根據(jù)各試驗(yàn)器及氣源站布置制定合理的試驗(yàn)流程和調(diào)度計(jì)劃，上述工作完成后即可確定氣源站氣源需求及預(yù)估機(jī)組臺(tái)（套）數(shù)。根據(jù)需求及現(xiàn)有氣源能力確定需增補(bǔ)氣源能力，依據(jù)需增補(bǔ)氣源能力進(jìn)行機(jī)組初步選型，然后進(jìn)行初步市場(chǎng)調(diào)研確定壓縮機(jī)組型號(hào)及臺(tái)（套）數(shù)，最后根據(jù)調(diào)研獲取信息，通過機(jī)組匹配計(jì)算確定機(jī)組選型參數(shù)和設(shè)計(jì)參數(shù)。在氣源站機(jī)組選型時(shí)還需結(jié)合5～10年或更長(zhǎng)一般時(shí)間內(nèi)試驗(yàn)器發(fā)展規(guī)劃需要，以免造成試驗(yàn)器和氣源能力擴(kuò)容瓶頸。

2 氣源站壓縮機(jī)組選型

2.1 氣源站需求

根據(jù)試驗(yàn)器擴(kuò)容需求，并結(jié)合考慮未來5年內(nèi)試驗(yàn)發(fā)展要求確定氣源能力需求1.0MPa氣體60 Nm³/min，3.0MPa氣體120 Nm³/min，5.0MPa氣體100 Nm³/min。

2.2 需補(bǔ)充氣源需求

氣源站現(xiàn)有兩套M56/30壓力機(jī)組（3.0MPa氣體56 m³/min），根據(jù)現(xiàn)有氣源站供氣能力，需補(bǔ)充氣源能力為1.0MPa氣體60 Nm³/min，3.0MPa氣體20 Nm³/min，5.0MPa氣體100 Nm³/min。

2.3 新增機(jī)組選型

優(yōu)先選用螺桿機(jī)作為低壓供氣機(jī)組，螺桿機(jī)具有能耗低、出氣品質(zhì)高（含塵量、含油量低、排氣溫度低）、排氣壓力穩(wěn)定，脈動(dòng)小、故障率低、可靠性好、效率高、噪聲低、振動(dòng)小、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)；根據(jù)初步調(diào)研，螺桿機(jī)壓力1.0MPa左右，流量均在30～45Nm³/min之間的定型產(chǎn)品較多，預(yù)估需2套螺桿機(jī)可滿足1.0MPa低壓供氣需求。

為滿足中壓供氣和高壓供氣需求，最直接的方案是直接購置相應(yīng)壓力等級(jí)的供氣機(jī)組，即供氣壓力3.0MPa的壓縮機(jī)組若干臺(tái)，供氣壓力5.0MPa的供氣機(jī)組若干臺(tái)，該方案雖最為簡(jiǎn)單直接，然而投入建設(shè)費(fèi)用也最高，建筑面積浪費(fèi)大量，根據(jù)我院試驗(yàn)器間隙使用的特點(diǎn)，投用時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致會(huì)大 量機(jī)組閑置。經(jīng)過分析決定選用某型機(jī)組與螺桿機(jī)串聯(lián)供氣達(dá)到3.0MPa供氣壓力，與M56/30機(jī)組串聯(lián)供氣達(dá)到5.0MPa，如果能夠通過匹配計(jì)算選擇到適合上述工況機(jī)組（下文將該型機(jī)組簡(jiǎn)稱A20），將大大降低了氣源站建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行成本。由于該機(jī)組排氣壓力需達(dá)到3.0～5.0MPa，壓力較高，選擇活塞式壓縮機(jī)較為合適；根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研情況，國內(nèi)流量稍大活塞式壓縮機(jī)廠基本以非標(biāo)設(shè)計(jì)為主，故僅需根據(jù)上述兩種匹配工況確定增壓機(jī)組的設(shè)計(jì)點(diǎn)，便可協(xié)調(diào)廠家設(shè)計(jì)制造。

2.4 螺桿機(jī)選型和活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)點(diǎn)確定

2.4.1 供氣工藝流程。供氣工藝流程有四種：工藝流程一為螺桿機(jī)單獨(dú)供1.0MPa氣體，工藝流程二為M56/30機(jī)組單獨(dú)供3.0MPa氣體，工藝流程三為螺桿機(jī)串A20機(jī)組供3.0MPa氣體，工藝流程四為M56/30機(jī)組串A20機(jī)組供5.0MPa氣體。

2.4.2 確定機(jī)組匹配計(jì)算流程和依據(jù)。由于本次機(jī)組選型較為特殊，其中螺桿機(jī)在市面上主要以定型產(chǎn)品為主，一般進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)的較少，而作為增壓用活塞式壓縮機(jī)則主要以非標(biāo)設(shè)計(jì)為主。匹配計(jì)算的確定條件為：供氣工藝流程三和供氣工藝流程四中螺桿機(jī)組、M56/30機(jī)組進(jìn)氣為當(dāng)?shù)卮髿鈼l件，A20機(jī)組在流程三中需滿足3.0MPa排氣壓力，在流程四中需滿足5.0MPa排氣壓力。

在活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，可靠性和經(jīng)濟(jì)性較為重要；在選擇級(jí)數(shù)時(shí)，單級(jí)氣缸在取絕熱系數(shù)1.4時(shí)，壓比在2～2.8時(shí)相對(duì)壓力損失基本為10%～20%。又由于M56/30機(jī)組實(shí)際排氣壓力由機(jī)組特性和管網(wǎng)特性匹配決定，實(shí)際使用時(shí)可在3.0MPa以下一定范圍內(nèi)良好運(yùn)行，故A20壓縮機(jī)采用單級(jí)增壓能夠滿足增壓要求。本次計(jì)算中假定A20機(jī)組采用單級(jí)增壓，增壓比為2～3之間。

2.4.3 匹配計(jì)算。根據(jù)質(zhì)量守恒定律及理想氣體氣態(tài)方程，由工藝流程四得出圖1所示A20機(jī)組不同進(jìn)氣壓力（不同壓比）條件下的工作流量；然后根據(jù)工藝流程三A20機(jī)組在不同進(jìn)口容積流量迭代計(jì)算能夠匹配螺桿機(jī)的進(jìn)氣容積流量和排氣壓力（見圖2）。

通過參照阿特拉斯、英格索蘭、GD、伯格幾家國際排名靠前的外資廠商選項(xiàng)型樣本，基本符合圖2要求的幾種機(jī)型參數(shù)。由于各家螺桿機(jī)廠產(chǎn)品選型存在一定差異，不能最終確定A20機(jī)組的進(jìn)氣容積流量，本次計(jì)算采用平均值法選擇容積流量為2.38 m³/min（A20機(jī)組設(shè)計(jì)壓比2.28），待壓縮機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)最終確定螺桿機(jī)指標(biāo)進(jìn)行修訂。根據(jù)上述選型計(jì)算螺桿機(jī)參數(shù)：流量31～37m³/min，壓比13～14bar；A20活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)為：流量2.38m³/min，壓比2.2。

3 結(jié)語

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)不同零部件試驗(yàn)對(duì)氣源需求壓力、流量覆蓋范圍廣，采用多型機(jī)組搭、配串、并聯(lián)使用可以節(jié)省大量設(shè)備采購?fù)顿Y和運(yùn)行成本。

（2）本文通過機(jī)組特性曲線和多年使用經(jīng)驗(yàn)，機(jī)組進(jìn)氣容積流量在較小壓比范圍內(nèi)變化不大的特點(diǎn)，在已經(jīng)確認(rèn)設(shè)計(jì)條件有限的情況下，采用推演和迭代計(jì)算相結(jié)合的方法確定滿足使用需求的機(jī)組選型設(shè)計(jì)；該方法能夠在有限的條件下較輕松地解決通過理論計(jì)算無法解決的問題，是一種工程應(yīng)用中值得推廣的方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 《活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)》編寫組.活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1974.

作者簡(jiǎn)介：梁軍（1981-），男，湖北監(jiān)利人，中國燃?xì)鉁u輪研究院工程師，工程碩士，研究方向：高空模擬試車臺(tái)配套系統(tǒng)能力建設(shè)。