專利名稱：一種煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種煤層氣回收技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種用于礦井瓦斯回收利用系統(tǒng) 中的煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組；它具有良好的運行可靠性與使用壽命，尤其適宜于大型礦 井瓦斯回收系統(tǒng)中應(yīng)用。
背景技術(shù)：
煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組是由多個所述壓縮機(jī)并聯(lián)組成，該多個壓縮機(jī)11各設(shè)置有 進(jìn)氣管12與輸出管13，該多個壓縮機(jī)的進(jìn)氣管12通過分級進(jìn)氣配管2、 23與機(jī)組的吸 入總管1相連通，進(jìn)氣管12、進(jìn)氣配管2、 23以及吸入總管1構(gòu)成壓縮機(jī)組的吸入管系 10;所述多個壓縮機(jī)的輸出管13共同連通一機(jī)組輸出總管4。來自礦井的低壓瓦斯經(jīng)所 述機(jī)組的吸入管系10輸入至多個壓縮機(jī)11，經(jīng)加壓后并通過所述機(jī)組的輸出總管4輸 送給用戶；如圖2所示。
目前，所述煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組在并聯(lián)壓縮機(jī)組吸入管系的設(shè)計中，通常采用等 流速的設(shè)計方法，即為了達(dá)到進(jìn)氣均勻，所述多個壓縮機(jī)中的每臺壓縮機(jī)進(jìn)氣管12流 速相等;如果說煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組的并聯(lián)壓縮機(jī)的臺數(shù)為『4，即四個壓縮機(jī)ll-l、 11-2、 11-3、 11-4并聯(lián)組成，采用等流速的設(shè)計方法配置的吸入管系的通常方法如圖2 所示；其中
012為每個壓縮機(jī)進(jìn)氣管12的管徑；
Q為吸入管系中的吸入總管1的管徑，若取吸入總管1的流速為每個壓縮機(jī)進(jìn)氣管 12的流速的0. 82，則吸入總管1的管徑可按下式計算
A = i.iz)12 V^"(附ot)
D2、 "23分別為分級進(jìn)氣配管2、 23的管徑，在吸入管系中分級進(jìn)氣配管2、 23的
管徑A、 "23的流速為進(jìn)氣管12的流速的0.59，并聯(lián)壓縮機(jī)的臺數(shù)為n-4，則化、D23 的管徑可按下式計算■D2 = 1.3Z)I2 V^"—w) ￡>23 = 13Z),2(wot)
壓縮機(jī)的進(jìn)氣管12與輸出管13根據(jù)壓縮機(jī)的吸入口與輸出口的流速來確定?？?燃?xì)鈮嚎s機(jī)的吸入口流速通常為每秒15米左右，即15m/s，輸出口的流速通常為每秒 IO米左右，即10m/ s。
按常規(guī)，所述多個壓縮機(jī)吸入管系中各進(jìn)氣管12之間的壓力降差值應(yīng)控制在5%以 下，否則為影響所述壓縮機(jī)組的正常運行。
采用等流速設(shè)計方法的吸入管系壓力降計算如下 (1)吸入管系流動狀態(tài)分析(見圖2)
若每臺壓縮機(jī)進(jìn)氣管徑/)12 =200ww ，氣量為F = 1800w3M ，則進(jìn)口流速為 ~=15.9w"，總管A =l.lZ)12V^ = 440ww ，流速 =13附〃。第一級進(jìn)氣配管 ￡ 2 =1.3D12V^ = 520ww ， vDi=9.38w"。第二級進(jìn)氣配管Z)23 = 1.3D12 = 260wtm ， v" = 9.38w/s 。
根據(jù)AK,p,/x可計算出吸入管系中各段的雷諾數(shù)
Re =，
其中，Z)12-壓縮機(jī)進(jìn)氣管12的管道內(nèi)徑(mm); K-流體的體積流量(w3 //z); / -流體密度(松/ 3); ;/-流體粘度(MPa力。
甲烷/ = 0.7143^/w3,// = 0.011MPflw 。 則￡>12段Re = 354 x 1800 x 0.7143 / 200 / 0.011 = 2.07 x 105 段Re-354xl800x4x 0.7143/440/0.01 l = 3.76xl05 D2段Re^354x 1800x4x0.7143/520/0.011 = 3.18xl05
4￡>2JlRe = 354x1800x0.7143/260/0.011 = 1.59xl05
以上各段Re都大于4000，均屬于湍流(紊流)，其流動的摩擦力損失都與流速的平
方成正比。
(2)壓縮機(jī)組的壓縮機(jī)ll-l進(jìn)口壓力降計算(按等溫流動計算)
其中，A^-管道摩擦壓力降(fcPfl); g-重力加速度，9.81w"2;
A-摩擦系數(shù)，無因次量，與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙Wd有關(guān)； 丄-管道長度(W);
-氣體質(zhì)量流量(紐/ / );
^-壓縮機(jī)進(jìn)氣管12的管道內(nèi)徑，即D,2(wm);
/^-氣體平均密度(^/附3),/^, =^^ + / 2; A,P「分別為管道上下游氣體密度(^/附3)。
在圖2中，進(jìn)氣總管長度100w，它與氣柜連通，氣柜的壓力為10W^，管子用無縫 鋼管，絕對粗糙度￡ = 0.2附附，WD = 0.2/440 = 4.55xl(T4附w ， Re = 3.76xl05，按摩 擦系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙'度表中査得2 = 0.0165 ， 『G =1800x4x0.7143 = 5142，g//z 。
分級進(jìn)氣配管23與壓縮機(jī)11-2的進(jìn)氣管12前端之間的6處壓降為
^ "3 … 0.0165 xl00x5142.962一，" n
AP, = 6.26 x 103 x 9.81 x-^-= 0.2275
7 4405 x 0.7143
在圖2中，取^ =5m,Re = 3.18xl05,Wd = 0.2/520 = 3.846xl0—4 ，按摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)
及管壁相對粗糙度表中査得，義=0.0158，『g = 5142.96ytg//z 。
分級進(jìn)氣配管2與壓縮機(jī)11-1進(jìn)氣管12前端之間的5處壓降為apa川3 0fi1 0.0158x5x5142,962^ 7 ,4,。 Ai^ =6.26x10 x9.81x-^-= 4.7xl0 1 a
' 5205 x 0.7143
在圖2中，取J管的長度為10附,Re二2.07xl05,Wt/二0.1/20(^5x10—4，按摩擦系數(shù)與
雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度表中査得，義=0.017,。. = 1285.74^// 。
分級進(jìn)氣配管23與壓縮機(jī)11-2進(jìn)氣管12后端之間的7處壓降為
ad…zr n01 0.017xl0xl285.742…，n—2, AP, = 6.26xlOj x9.8lx-^-= 7.55x10 2,
' 2005 x 0.7143
在圖2中，氣體從分級進(jìn)氣配管2經(jīng)5處流出，其壓力將可按下式計算
An，c;"V " 15.92 x0.7143 n … A * =1.5x " =1.5x-^——=0,135俳"
2xl03 2xl03 由此得出，從氣柜經(jīng)進(jìn)氣總管A(100w)，進(jìn)入第一級進(jìn)氣配管D2，再經(jīng)過壓縮機(jī)進(jìn)口管 D,2(10m)到壓縮機(jī)11-1進(jìn)口處7的壓力降為-
APA| = 0.2275 +4.7xl(T4 +7.55xlO-2 +0.1354 = 0.43887,。
同理可知，對稱布置的壓縮機(jī)11-3進(jìn)口處的壓力降與壓縮機(jī)11-1相同。 (3)壓縮機(jī)ll-2進(jìn)口壓力降計算(按等溫流動計算)
從圖2中可知，壓縮機(jī)ll-2進(jìn)口處6的壓力降，在壓縮機(jī)11-1的壓力降的基礎(chǔ)上
還要增加管道丄2 =10附的壓力降，和從管子/)2處流出進(jìn)入/)23的壓力降的總和
"23的長度為10w， Re = 1.59xl05，W"0.1/260 = 3.846xl0-4 ，按摩擦系數(shù)與雷諾 數(shù)及管壁相對粗糙度表中查得，義=0.0158,『f; = 128.74&//7 。
6處壓力降A(chǔ)/V = 6.26x 103 x9.81 x 。.固:10x 128.742 = i別x 10—4 7 2605 x 0.7143
氣體從管子Z)2流體進(jìn)入D23的壓力降可按下式計算
<formula>formula see original document page 6</formula>
式中，A = uD2 =9.381m/s。
由此得出，壓縮機(jī)11-2進(jìn)口壓力降為M = AP2 +1.89x10—4 +4.714x10—2 = 0.43887 + 0.047329 = 0.486199^a
以上所述計算公式與所述摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度表均來源于《液壓流 體力學(xué)》，機(jī)械工業(yè)出版社1980年出版。
根據(jù)以上壓縮機(jī)組的進(jìn)口壓力降計算結(jié)果，所述壓縮機(jī)11-2進(jìn)口處壓力損失比所述 壓縮11-1進(jìn)口處壓力損失多10%;因而，現(xiàn)有的壓縮機(jī)組為出現(xiàn)其中的某些壓縮機(jī)的搶 氣現(xiàn)象，甚至造成其中的某些壓縮機(jī)不能達(dá)到額定的輸氣量，從而影響所述壓縮機(jī)組的 正常運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的狀況，提供一種具有良好的運行可靠 性與安全性的煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組，該壓 縮機(jī)組由多個壓縮機(jī)并聯(lián)組成，該多個壓縮機(jī)各設(shè)置有進(jìn)氣管，該多個壓縮機(jī)中第一列 壓縮機(jī)的進(jìn)氣管通過第一級進(jìn)氣配管與所述壓縮機(jī)組的吸入總管相連通，該第一級進(jìn)氣 配管的兩側(cè)對稱設(shè)置有第二級進(jìn)氣配管，該多個壓縮機(jī)中第二列壓縮機(jī)的進(jìn)氣管通過所 述第二級進(jìn)氣配管以及所述第一級進(jìn)氣配管與所述壓縮機(jī)組的吸入總管相連通，所述進(jìn) 氣管、所述第一級進(jìn)氣配管與所述第二級進(jìn)氣配管、所述吸入總管構(gòu)成壓縮機(jī)組的吸入 管系，其特征在于所述吸入管系采用等壓力降設(shè)計方法配置，所述第二級進(jìn)氣配管的
管徑/)3尺寸設(shè)置為所述第一級進(jìn)氣配管的管徑/)2尺寸平方與所述進(jìn)氣管的管徑/)12尺 寸平方之和的平方根，即
D3 =7(^2)2+("12)2(附附)° 由于采用以上第二級進(jìn)氣配管的管徑尺寸設(shè)置方法，可實現(xiàn)壓縮機(jī)組的吸入管系 相等壓力降效果，從而實現(xiàn)該壓縮機(jī)組的四列壓縮機(jī)進(jìn)氣管的進(jìn)口處吸入壓力基本相同 并且壓縮機(jī)組運行中壓力比較均衡，因此不為出現(xiàn)其中某些壓縮機(jī)的搶氣現(xiàn)象，且每臺 壓縮機(jī)可以達(dá)到額定的輸氣量，即提高了壓縮機(jī)組運行性能與使用壽命。
所述第一級進(jìn)氣配管的另一側(cè)設(shè)置有與所述第一列壓縮機(jī)對稱布置的第三列壓縮 機(jī)。所述第二級進(jìn)氣配管的另一側(cè)設(shè)置有與所述第二列壓縮機(jī)對稱布置的第四列壓縮 機(jī)。其有益效果是能夠確保在長期運行中全部機(jī)組進(jìn)口壓力均勻，并且可以提高使用壽 命。
本發(fā)明同樣還可以適用于離心式壓縮機(jī)組和往復(fù)式壓縮機(jī)組。
本發(fā)明采用等壓力降方法配置壓縮機(jī)組的吸入管系，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點是具
7有良好的運行可靠性、穩(wěn)定性及其使用壽命。


圖1為本發(fā)明并聯(lián)壓縮機(jī)吸入管系等壓力降配置示意圖； 圖2為一種現(xiàn)有技術(shù)示意具體實施例方式
以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明作進(jìn)一歩詳細(xì)描述。
如圖1示，該壓縮機(jī)組由四列壓縮機(jī)11-1、 11-2、 11-3、 11-4并聯(lián)組成。該四列 壓縮機(jī)各設(shè)置有進(jìn)氣管12與輸出管13。
該第一列壓縮機(jī)11-1的進(jìn)氣管12通過第一級進(jìn)氣配管2與所述壓縮機(jī)組的吸入總 管1相連通；該第一級進(jìn)氣配管2的兩側(cè)對稱設(shè)置有第二級進(jìn)氣配管3，該多個壓縮機(jī) 中第二列壓縮機(jī)11-2的進(jìn)氣管12通過所述第二級進(jìn)氣配管3以及所述第一級進(jìn)氣配管 2與所述壓縮機(jī)組的吸入總管1相連通。
第一級進(jìn)氣配管2的另一側(cè)設(shè)置有與第一列壓縮機(jī)11-1對稱布置的第三列壓縮機(jī) 11-3。
第二級進(jìn)氣配管3的另一側(cè)設(shè)置有與所述第二列壓縮機(jī)11-2對稱布置的第四列壓 縮機(jī)ll-4。
所述進(jìn)氣管12、所述第一級進(jìn)氣配管2與所述第二級進(jìn)氣配管3、所述吸入總管l 構(gòu)成壓縮機(jī)組的吸入管系10。
所述多個壓縮機(jī)的輸出管13共同連通一機(jī)組輸出總管4，來自礦井的低壓瓦斯氣柜 經(jīng)所述吸入管系10輸入至壓縮機(jī)，經(jīng)加壓后并通過所述輸出總管4輸送給用戶。
本發(fā)明采用等壓力降方法配置壓縮機(jī)組的吸入管系10。即在吸入管系10中的第二
級進(jìn)氣配管3的管徑￡>3尺寸設(shè)置為第一級進(jìn)氣配管2的管徑。2尺寸平方與進(jìn)氣管12
的管徑/)12尺寸平方之和的平方根。
本發(fā)明采用等壓力降方法配置壓縮機(jī)組的吸入管系的壓力降計算分析如下 以四列壓縮機(jī)ll-l、 11-2、 11-3、 11-4并聯(lián)采用等壓力設(shè)計方法配置吸入管系，見
圖1所示，圖1中的符號意義、尺寸以及參數(shù)除第二級進(jìn)氣配管3的管徑A尺寸及其
計算方法與現(xiàn)有技術(shù)不同外，其它均與現(xiàn)有技術(shù)的圖2中相同 該二級進(jìn)氣配管3的管徑A尺寸設(shè)置為
8(1) 吸入管系流動狀態(tài)分析，參見圖l所示
四列壓縮機(jī)l卜l、 11-2、 11-3、 11-4進(jìn)氣管的管徑為￡)12 =200附加，氣量為
r = 1800w3M，則進(jìn)口流速為v^ =15.9w"，總進(jìn)氣管Z^ =l.lZ)12V^ = 440ww ，流速 -13w"。第一級進(jìn)氣配管￡)2 =1.3￡)12V^ = 520ww ， vA=9.38w"。第二級進(jìn)氣配 管/)3 = ^￡)22 + Z)12 = 557(otw),取560ww ， v,)2 = 2.03附"。
根據(jù)Re:l^，計算出進(jìn)氣管各段的雷諾數(shù)。
甲烷K = 1800m3 // ,p = = O.OllM尸a.s 。
D,2段Re-2.07x105
Z),段Re-3.76x105
A段Re二3.18x105
￡)23段Re = 354 x 1800 x 0.7143 / 560 / 0,011 = 7.3888 x 104
(在確定Z^段管徑時核算其Re大于3000)以上各段都屬于湍流狀態(tài)。
(2) 壓縮機(jī)11-l機(jī)進(jìn)口壓力降計算(按等溫流動計算)
在圖1中，進(jìn)氣總管1的長度為100m，它與氣柜連通，氣柜的壓力為10A尸"，管子
用無縫鋼管，絕對粗糙度s-0.2mm，Wt^0.2/440-4.55x10—4,Re = 3.76xl05 ，按摩擦
系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度表中查得，義=0.0165 。
' "、 6處壓降A(chǔ)i^=0.2275^Pa
5處壓降A(chǔ)P,. =4.7xl0—5■
7處壓降A(chǔ)Pf =7.55x 10—2A尸a
在圖1中，氣體從第一級進(jìn)氣配管2經(jīng)5處流出進(jìn)入壓縮機(jī)進(jìn)口管12的壓力降可按
9下式計算
2xl03 2xl03 由此得出從氣柜經(jīng)進(jìn)氣總管D,(100m長)，進(jìn)入第一級進(jìn)氣配管￡>2，再經(jīng)壓縮機(jī)進(jìn)口管 A2(10m)到壓縮機(jī)11-1機(jī)進(jìn)口處7的壓力降為
A 2 =0.2275 + 4.7x10-4 +7.55xl(r2 +0.1354 = 0.43887^
同理可知，壓縮機(jī)11-3機(jī)進(jìn)口處的壓力降與11-1機(jī)相同。 (3)壓縮機(jī)ll-2進(jìn)口壓力降計算(按等溫流動計算)
從圖1可知，壓縮機(jī)ll-2進(jìn)口處6的壓力降，在壓縮機(jī)ll-l的壓力降的基礎(chǔ)上還
要增加管道丄2 =10 1的壓力降和從第一級進(jìn)氣配管2處流進(jìn)第二級進(jìn)氣配管3的壓力降 的總和；
第二級進(jìn)氣配管段長度為10m ， 直徑為560附w ， Re = 7.3888x 104，Wd = 0.2/560 = 3.5714x 10"，按摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度
表中査得，義=0.0156,『6'=128.74紐// 。
6處的壓力降為
A/V = 6.26xi03 x9.8ix 0腦:10x腦2 = 4細(xì)x『6^ . z 5605 x 0.7143
在圖1中，氣體從第一級進(jìn)氣配管2流出，進(jìn)入第二級進(jìn)氣配管3的壓力降可按下式計 算
W =-0.5x^~ = -0.5x^i^ = —7.3589x10，" 2xl03 2xl03
式中，// = "D2 = 2.03m/s 。
由此得出壓縮機(jī)11-2號機(jī)進(jìn)口壓力降為
AP, =AP2 +4.036x10—6 —7.3589x10—4 = 0.43814^a
同理可知，壓縮機(jī)11-4進(jìn)口處8壓力降與壓縮機(jī)11-2相同。
本發(fā)明以上所述計算公式與所述摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度表均來源于 《液壓流體力學(xué)》，機(jī)械工業(yè)出版社1980年出版。
本發(fā)明根據(jù)以上等壓力降方法配置壓縮機(jī)組的吸入管系10，該壓縮機(jī)組的四列壓縮機(jī)11-1、 11-2、 11-3、 11-4進(jìn)氣管的進(jìn)口處吸入壓力基本相同；由于壓縮機(jī)組運行 中壓力均衡，因而，不為出現(xiàn)其中某臺壓縮機(jī)的搶氣現(xiàn)象，且每臺壓縮機(jī)可以達(dá)到額定 的輸氣量；從而提高了運行可靠性、穩(wěn)定性、安全性以及使用壽命。
本發(fā)明同樣還可以適用于其它結(jié)構(gòu)型式的壓縮機(jī)組，如離心式壓縮機(jī)組和往復(fù)式壓 縮機(jī)組等。
本發(fā)明特別適用于大型煤礦區(qū)域的煤層氣回收系統(tǒng)中。
權(quán)利要求
1、一種煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組，該壓縮機(jī)組由多個壓縮機(jī)并聯(lián)組成，該多個壓縮機(jī)各設(shè)置有進(jìn)氣管(12)，該多個壓縮機(jī)中第一列壓縮機(jī)(11-1)的進(jìn)氣管(12)通過第一級進(jìn)氣配管(2)與所述壓縮機(jī)組的吸入總管(1)相連通，該第一級進(jìn)氣配管(2)的兩側(cè)對稱設(shè)置有第二級進(jìn)氣配管(3)，該多個壓縮機(jī)中的第二列壓縮機(jī)(11-2)的進(jìn)氣管(12)通過所述第二級進(jìn)氣配管(3)以及所述第一級進(jìn)氣配管(2)與所述壓縮機(jī)組的吸入總管(1)相連通，所述進(jìn)氣管(12)、所述第一級進(jìn)氣配管(2)與所述第二級進(jìn)氣配管(3)、所述吸入總管(1)構(gòu)成壓縮機(jī)組的吸入管系(10)，其特征在于所述吸入管系(10)采用等壓力降的設(shè)計方法配置，所述第二級進(jìn)氣配管(3)的管徑D3尺寸設(shè)置為所述第一級進(jìn)氣配管(2)的管徑D2尺寸平方與所述進(jìn)氣管(12)的管徑D12尺寸平方之和的平方根，即
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組，其特征在于所述第一級進(jìn)氣 配管(2)的另一側(cè)設(shè)置有與所述第一列壓縮機(jī)(l卜l)對稱布置的第三列壓縮機(jī)(ll-3)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組，其特征在于所述第二級進(jìn)氣配管(3)的另一側(cè)設(shè)置有與所述第二列壓縮機(jī)(ll-2)對稱布置的第四列壓縮機(jī)(ll-4)。
全文摘要
一種煤層氣雙螺桿壓縮機(jī)組，它由多個壓縮機(jī)并聯(lián)組成，該壓縮機(jī)各設(shè)置有進(jìn)氣管，其中第一列壓縮機(jī)(11-1)的進(jìn)氣管(12)通過第一級進(jìn)氣配管(2)與壓縮機(jī)組的吸入總管(1)相連通，該第一級進(jìn)氣配管的兩側(cè)對稱設(shè)置有第二級進(jìn)氣配管(3)，第二列壓縮機(jī)(11-2)的進(jìn)氣管通過第二級與第一級進(jìn)氣配管與吸入總管相連通，進(jìn)氣管、第一、二級進(jìn)氣配管以及吸入總管構(gòu)成壓縮機(jī)組的吸入管系(10)，該吸入管系采用等壓力降方法配置，第二級進(jìn)氣配管的管徑尺寸設(shè)置為第一級進(jìn)氣配管的管徑尺寸平方與進(jìn)氣管的管徑尺寸平方之和的平方根；本發(fā)明優(yōu)點是運行壓力均衡并可實現(xiàn)額定的輸氣量，機(jī)組具有良好的運行可靠性、穩(wěn)定性以及使用壽命。
文檔編號F04C18/16GK101498304SQ20091009680
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月11日
發(fā)明者張炯焱, 賈安全, 剛 陳 申請人:寧波鮑斯壓縮機(jī)有限公司