專利名稱：一種煤層氣雙螺桿壓縮機組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型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)中應用。
背景技術(shù)：
煤層氣雙螺桿壓縮機組是由多個所述壓縮機并聯(lián)組成，該多個壓縮機11各設置有 進氣管12與輸出管13，該多個壓縮機的進氣管12通過分級進氣配管2、 23與機組的吸 入總管1相連通，進氣管12、進氣配管2、 23以及吸入總管1構(gòu)成壓縮機組的吸入管系 10;所述多個壓縮機的輸出管13共同連通一機組輸出總管4。來自礦井的低壓瓦斯經(jīng)所 述機組的吸入管系10輸入至多個壓縮機11，經(jīng)加壓后并通過所述機組的輸出總管4輸 送給用戶；如圖2所示。
目前，所述煤層氣雙螺桿壓縮機組在并聯(lián)壓縮機組吸入管系的設計中，通常采用等 流速的設計方法，即為了達到進氣均勻，所述多個壓縮機中的每臺壓縮機進氣管12流 速相等;如果說煤層氣雙螺桿壓縮機組的并聯(lián)壓縮機的臺數(shù)為『4，即四個壓縮機11-1、 11-2、 11-3、 11-4并聯(lián)組成，采用等流速的設計方法配置的吸入管系的通常方法如圖2 所示；其中
/)12為每個壓縮機進氣管12的管徑；
A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進氣管 12的流速的0. 82，則吸入總管1的管徑可按下式計算
"2、 /)23分別為分級進氣配管2、 23的管徑，在吸入管系中分級進氣配管2、 23的
管徑￡>2 、 "23的流速為進氣管12的流速的0. 59，并聯(lián)壓縮機的臺數(shù)為n=4，則化、"23 的管徑可按下式計算￡)， = 1.3D12 Vw(w— ￡)23 = 1.3D12(ww)
壓縮機的進氣管12與輸出管13根據(jù)壓縮機的吸入口與輸出口的流速來確定?？?燃氣壓縮機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 10米左右，即10m/ s。
按常規(guī)，所述多個壓縮機吸入管系中各進氣管12之間的壓力降差值應控制在5%以 下，否則為影響所述壓縮機組的正常運行。
采用等流速設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)
若每臺壓縮機進氣管徑￡)12 = 200mm ，氣量為F = 1800m3//7 ，則進口流速為 i^=15,9w/s，總管A =l.LD12V^ = 440/ww ，流速v。二13w"。第一級進氣配管 D2 =1.3D12V^ = 520ww ， vA=9.38w"。第二級進氣配管Z)23 = 1.3"12 = 260ww ， =9.38w"。
根據(jù)J, F, //可計算出吸入管系中各段的雷諾數(shù)
4^
其中，D12-壓縮機進氣管12的管道內(nèi)徑(r"附)；
r-流體的體積流量O3 ;
p-流體密度(松/w3); /z-流體粘度(MPa力。 甲烷/ = 0.7143^/w3,// = 0.01UfiVs 。 則D12段Re = 354x 1800 x 0.7143/200/0.011 = 2.07x 105 段Re二 354x1800x4x0.7143/440/0.011 = 3.76x10; D,段Re = 354x1800x4x0.7143/520/0.011 = 3.18x10
4￡)23段Re = 354xl800x 0.7143/260/0.01 l = 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)壓縮機組的壓縮機ll-l進口壓力降計算(按等溫流動計算)
其中，A尸,-管道摩擦壓力降(A:尸")； g-重力加速度，9.81w"2;
義-摩擦系數(shù)，無因次量，與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙W"有關(guān); 丄-管道長度(m);
f^-氣體質(zhì)量流量(紐/ZO;
d-壓縮機進氣管12的管道內(nèi)徑，即D,2—附)；
&-氣體平均密度(松/ 3),/^ =
3
+ p2
A,A-分別為管道上下游氣體密度0^/w3)。 在圖2中，進氣總管長度100附，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，s/D = 0.2/440 = 4.55x 10—4ww ， 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A = 0.0165 ， 『G =1800x4x 0.7143 = 5142.96Ag/A。
分級進氣配管23與壓縮機11-2的進氣管12前端之間的6處壓降為
a。 。a ^3 Q01 0.0165xl00x5142.962 APf = 6.26xlOJ x9.81x-
4405 x 0.7143
=0.2275,
在圖2中，取丄,=5w，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查得，義=0.0158,『g =5142.96&//i。
分級進氣配管2與壓縮機11-1進氣管12前端之間的5處 降為An ，。30.0158x5x5142.962 ,， ZVP, =6.26xl03 x9.81x-^-= 4.7x10
; 5205 x 0.7143
在圖2中，取"管的長度為10"2,{^ = 2.07><105,￡/^ = 0.1/200 = 5乂10-4，按摩擦系數(shù)與
雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度表中査得，A = 0.017,『6 = 1285.74Ag//z 。
分級進氣配管23與壓縮機11-2進氣管12后端之間的7處壓降為
An … 0.017xl0xl285.742 yn AP,- =6.26xl03 x9.81x-^-= 7.55x10 ,a
' 2005 x 0.7143
在圖2中，氣體從分級進氣配管2經(jīng)5處流出，其壓力將可按下式計算
ad"A,c 15.92 x0.7143 ni，"，n A/; =l.3x " =l.5x-5——0.l354Wa
2xl03 2xl03 由此得出，從氣柜經(jīng)進氣總管A(100m)，進入第一級進氣配管D2，再經(jīng)過壓縮機進口管 A2(l0附)到壓縮機11-1進口處7的壓力降為
AP,, =0.2275 + 4.7x10-4 +7.55x10-2 +0,1354 = 0.43887^。
同理口」—知，對稱布置的壓縮機11-3進口處的壓力降與壓縮機11-1相同。 (3)爪縮機11-2進口壓力降計算(按等溫流動計算)
從圖2中可知，壓縮機11-2進口處6的壓力降，在壓縮機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1)2處流出進入"23的壓力降的總和
￡>23的長度為10 7， Re = 1.59xl05，Wt/ = 0.1/260 = 3.846x10-4 ，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,『(，=。
6處壓力降= 6.26x 103 x9.81 x 0'0158:10X 128響742 = 1.89x 10—4W。 7 2605 x 0.7143
氣體從管子D2流體進入023的壓力降可按下式計算
M =1.5x " =1.5x-^-= 4.714x10 I/5"
2xl03 2xl03
式中， 〃 = 2 =9.381m/s 。
由此得出，壓縮機11-2進口壓力降為AP, = AP2 +1.89x10-4 +4.714x10-2 = 0,43887 + 0.047329 = 0.48619，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》，機械工業(yè)出版社1980年出版。
根據(jù)以上壓縮機組的進口壓力降計算結(jié)果，所述壓縮機11-2進口處壓力損失比所述 壓縮11-1進口處壓力損失多10%;因而，現(xiàn)有的壓縮機組為出現(xiàn)其中的某些壓縮機的搶 氣現(xiàn)象，甚至造成其中的某些壓縮機不能達到額定的輸氣量，從而影響所述壓縮機組的 正常運行。

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


圖1為本實用新型并聯(lián)壓縮機吸入管系等壓力降配置示意圖； 圖2為一種現(xiàn)有技術(shù)示意具體實施方式
以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
如圖1示，該壓縮機組由四列壓縮機11-1、 11-2、 11-3、 11-4并聯(lián)組成。該四列 壓縮機各設置有進氣管12與輸出管13。
該第一列壓縮機11-1的進氣管12通過第一級進氣配管2與所述壓縮機組的吸入總 管1相連通；該第一級進氣配管2的兩側(cè)對稱設置有第二級進氣配管3，該多個壓縮機 中第二列壓縮機11-2的進氣管12通過所述第二級進氣配管3以及所述第一級進氣配管 2與所述壓縮機組的吸入總管1相連通。
第一級進氣配管2的另一側(cè)設置有與第一列壓縮機11-1對稱布置的第三列壓縮機 11-3。
第二級進氣配管3的另一側(cè)設置有與所述第二列壓縮機11-2對稱布置的第四列壓 縮機11-4。
所述進氣管12、所述第一級進氣配管2與所述第二級進氣配管3、所述吸入總管1 構(gòu)成壓縮機組的吸入管系10。
所述多個壓縮機的輸出管13共同連通一機組輸出總管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，經(jīng)加壓后并通過所述輸出總管4輸送給用戶。
本實用新型采用等壓力降方法配置壓縮機組的吸入管系10。即在吸入管系10中的
第二級進氣配管3的管徑A尺寸設置為第一級進氣配管2的管徑￡ 2尺寸平方與進氣管
12的管徑"12尺寸平方之和的平方根。
本實用新型采用等壓力降方法配置壓縮機組的吸入管系的壓力降計算分析如下 以四列壓縮機ll-l、 11-2、 11-3、 11-4并聯(lián)采用等壓力設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)除第二級進氣配管3的管徑1)3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
8該二級進氣配管3的管徑/)3尺寸設置為
"3 =扭)2+(￡>12)2(謂)。
(1) 吸入管系流動狀態(tài)分析，參見圖1所示
四列壓縮機11-1、 11-2、 11-3、 11-4進氣管的管徑為"12 = 200otw ，氣量為 F = 1800w3//2，則進口流速為i。 =15.9w"'，總進氣管Z), =1.1D12V^ = 440otw ，流速 %=13w"。第一級進氣配管/)2 =1.3"12V^ = 520ww， vD'=9.38w"。第二級進氣配 管￡)3 = 7"22 + ￡)12 = 557(ww),取560附ot ， =2.03m"。
根據(jù)Re二^^，計算出進氣管各段的雷諾數(shù)。
甲烷r = 1800w3 / A,/ = 0.7143Ag/m3,// = 0.01 U/i5""。
D,2段Re二2.07x105
D,段Re:3.76x105
Z^段Re^3.18x105
乃23段1 ￡ = 354x1800x0.7143/560/0.011 = 7.3888xl04
(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ll-l機進口壓力降計算(按等溫流動計算)
在圖1中，進氣總管1的長度為100w，它與氣柜連通，氣柜的壓力為10yt尸a，管子
用無縫鋼管，絕對粗糙度s = 0.2m附,Wt/ = 0.2/440 = 4.55xl(T4,Re = 3.76x105 ，按摩擦 系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度表中査得，義=0.0165 。
AP, =6.26x10、，
6處壓降A(chǔ)P,. = 0.2275A:尸a
5處壓降A(chǔ)P, =4.7x10—5
7處壓降A(chǔ)P,. =7.55x10—2 A尸a在圖1中，氣體從第一級進氣配管2經(jīng)5處流出進入壓縮機進口管12的壓力降可按
下式計算
//> ，《15.92 x0.7143
M =1.5x " 二 二l.5x二~~^~^:0.1354yt尸a 2xl03 2xl03
由此得出從氣柜經(jīng)進氣總管",(100m長)，進入第一級進氣配管/)2，再經(jīng)壓縮機進口管 "12(10附)到壓縮機11-1機進口處7的壓力降為
AP2 =0.2275 + 4.7x10—4 +7.55x10-2 +0.1354 = 0.43887,
同理可知，壓縮機11-3機進口處的壓力降與11-1機相同。 (3)壓縮機ll-2進口壓力降計算(按等溫流動計算)
從圖1可知，壓縮機11-2進口處6的壓力降，在壓縮機11-1的壓力降的基礎(chǔ)上還
要增加管道Z^ =10附的壓力降和從第一級進氣配管2處流進第二級進氣配管3的壓力降 的總和；
第二級進氣配管段長度為lOw ， 直徑為560附w ， Re = 7.3888x 104，Wd = 0.2/560 = 3.5714x 10-4 ，按摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)及管壁相對粗糙度
表中查得，義=0.0156,『g = 128.74%// 。
6處的壓力降為
APf=6.26xl03 x9.81x 0.0156;10xl28.742 ,6xl0、 7 5605 x 0.7143
在圖1中，氣體從第一級進氣配管2流出，進入第二級進氣配管3的壓力降可按下式計
算
M = —0.5 x = —0.5 x 2.。3、固=-7.3589x 10_4M"
2xl03 2xl03
式中，// = 2 =2.03淤"。
由此得出壓縮機11-2號機進口壓力降為
A/5, =AP2 +4.036x10—6 -7.3589x10—4 二0.43814/t尸fl
同理可知，壓縮機11-4進口處8壓力降與壓縮機11-2相同。 本實用新型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》，機械工業(yè)出版社1980年出版。本實用新型根據(jù)以上等壓力降方法配置壓縮機組的吸入管系10，該壓縮機組的四 列壓縮機11-1、 11-2、 11-3、 11-4進氣管的進口處吸入壓力基本相同；由于壓縮機組 運行中壓力均衡，因而，不為出現(xiàn)其中某臺壓縮機的搶氣現(xiàn)象，且每臺壓縮機可以達到 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。
本實用新型同樣還可以適用于其它結(jié)構(gòu)型式的壓縮機組，如離心式壓縮機組和往復 式壓縮機組等。
本實用新型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組，該壓縮機組由多個壓縮機并聯(lián)組成，該多個壓縮機各設置有進氣管(12)，該多個壓縮機中第一列壓縮機(11-1)的進氣管(12)通過第一級進氣配管(2)與所述壓縮機組的吸入總管(1)相連通，該第一級進氣配管(2)的兩側(cè)對稱設置有第二級進氣配管(3)，該多個壓縮機中的第二列壓縮機(11-2)的進氣管(12)通過所述第二級進氣配管(3)以及所述第一級進氣配管(2)與所述壓縮機組的吸入總管(1)相連通，所述進氣管(12)、所述第一級進氣配管(2)與所述第二級進氣配管(3)、所述吸入總管(1)構(gòu)成壓縮機組的吸入管系(10)，其特征在于所述吸入管系(10)采用等壓力降的設計方法配置，所述第二級進氣配管(3)的管徑D3尺寸設置為所述第一級進氣配管(2)的管徑D2尺寸平方與所述進氣管(12)的管徑D12尺寸平方之和的平方根，即<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>D</mi> <mn>3</mn></msub><mo>=</mo><msqrt> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>+</mo> <msup><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>D</mi><mn>12</mn> </msub> <mo>)</mo></mrow><mn>2</mn> </msup></msqrt><mrow> <mo>(</mo> <mi>mm</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>.</mo> </mrow>]]></math></maths>
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣雙螺桿壓縮機組，其特征在于所述第一級進氣 配管(2)的另一側(cè)設置有與所述第一列壓縮機(11-1 )對稱布置的第三列壓縮機(11-3)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤層氣雙螺桿壓縮機組，其特征在于所述第二級進氣配管(3)的另一側(cè)設置有與所述第二列壓縮機(ll-2)對稱布置的第四列壓縮機(ll-4)。
專利摘要一種煤層氣雙螺桿壓縮機組，它由多個壓縮機并聯(lián)組成，該壓縮機各設置有進氣管，其中第一列壓縮機(11-1)的進氣管(12)通過第一級進氣配管(2)與壓縮機組的吸入總管(1)相連通，該第一級進氣配管的兩側(cè)對稱設置有第二級進氣配管(3)，第二列壓縮機(11-2)的進氣管通過第二級與第一級進氣配管與吸入總管相連通，進氣管、第一、二級進氣配管以及吸入總管構(gòu)成壓縮機組的吸入管系(10)，該吸入管系采用等壓力降方法配置，第二級進氣配管的管徑尺寸設置為第一級進氣配管的管徑尺寸平方與進氣管的管徑尺寸平方之和的平方根；本實用新型優(yōu)點是運行壓力均衡并可實現(xiàn)額定的輸氣量，機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F04C18/16GK201363274SQ200920115339
公開日2009年12月16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:寧波鮑斯壓縮機有限公司