天然气压缩机毕业设计说明书

天然气压缩机毕业设计说明书内容摘要：

业升级，认真解决影响压缩机行业发展的重大问题。 第二，行业内要大力推动共性技术研究开发，掌握核心技术、关键技术的自主知识产权。 当前，压缩机行业共性技术的科研经费投入不足，研究开发力量薄弱。 2020 年，各企业应加大在我国 重点培育自主知识产权的技术装备研发力量。 可以有计划、有步骤地加强国家重点实验室、国家工程技术研究中心、行业科研院所等共性技术研究开发平台的建设，重点支持原创性技术、共性技术及战略性关键技术的研究开发，并培养一支既精通基础技术又熟悉行业技术的高科技人才队伍，努力掌握核心技术、关键技术和重要产品的自主知识产权。 第三，进入加快发展制造服务业阶段。 当前，压缩机行业存在一些不利于产业发展的缺陷，如缺少高端技术，企业规模偏小等。 面临这些问题和激烈的市场竞争，压缩机企业极需提高自身的核心竞争力，转变增长方式。 在制造过程中 重视服务，从市场调研、售后，直到产品报废回收，努力为客户提供以知识密集、附加值高为特征的服务项目，则是压缩机企业实现可持续发展的一个关键内容。 现代服务业大部分是以人力资本和知识资本作为其主要投入，这对压缩机企业在解决发展、升级问题的同时，提升竞争力也具有重要支撑作用。 与国外往复式压缩机技术水平相比，我国的主要差距为基础理论研究差，产品技术开发能力低，工艺装备和实验手段后，产品技术起点低，规格品种、效率、制造质量可靠性差。 另外，技术含量高和特殊要求的产品还满足不了国内需求。 压缩机设计说明 本说明书包 括活塞式压缩机的总体设计，热力、动力计算， 压缩机 的 部件 结构设计和计算， 及 润滑 系统 ， 冷却系统 以及 部件校核 等内容，还介绍了国内已经使用的各种活塞式压缩机的结构特点。 此外，压缩机设计计算时所涉及的单位换算，常用数据、公式和材料，气体特性图表。 由于本人的专业知识有限，本设计的误差和缺点在所难免，希望老师批评指正，以期在以后加以充实完善。 安徽理工大学毕业设计 9 第二章 总体设计 设计依据及参数 压缩气体：天然气（主要成分甲烷） 容积流量： 2m179。 /min 进气压力： 排气压力： 1MPa 吸气温度： 25℃ 排气温度 ：≤ 60℃ 冷却方式：风冷 总体设计原则 设计活塞压缩机应符合以下基本原则： 、排气压力，及有关使用条件的要求。 （应理解为压缩机需要大修时间间隔的长短），足 够 高的使用可靠性（应理解为压缩机被迫停车的次数）。 、新技术、新材料。 小、重量轻。 结构方案的选择 压缩机的结构方案选择是指根据容积流量，吸排气压力，压缩介质，具体使用条件等要求选定压缩机的结构形式，冷却方式，作用方式﹙单作用、双作用、或级差式﹚，有无十字头，级数，列数，级在列中曲柄错角，汽缸中心线夹角，驱动机类型及传动方式等。 活塞式压缩机的结构方案由下列因素组成： 1）机器的型式； 2）级数和列数；3）各级气缸在列中的排列和各列曲柄错角的排列，用上述因素组成的图形，称为结构方案图，即习惯上所说的机器纵，横剖面图。 选择压缩机的结构方案时，应根据压缩机的用途，运转条件，排 气量和排气安徽理工大学毕业设计 10 压力制造厂生产的可能性，驱动方式及占地面积等条件，从选择机器的型式和级数入手，制订出合适的方案。 压缩机结构形式的选择 根据气缸 中心线与地平面的相对位置 不同， 可分为 立式压缩机、卧式压缩机、对 动式 压缩 机 、对置 式 压缩机及角度式压缩机。 角度式压缩机，气缸中心线具有一定的角度，但不等于零度和 180℃。 按气缸中心线的位置不同， 角度式 又可以分为 L 型、 V型、 W 型、扇型 和星型。 为了获得较好的动力平衡性能，可选择立式压缩机，而且采用单作用汽缸。 汽缸基本形式可分为 :（ 1）单作用汽缸（ 2）双作用汽缸（级差式 汽缸﹚。 另外，压缩机采用风冷方式。 选择立式压缩机， 其优点在于： ① 活塞工作表面不承受活塞重量，因而气缸和活塞的磨损比卧式的小且均匀，活塞环的工作条件有所改善，能延长机器的使用寿命。 ② 占地面积比较小。 ③ 因为载荷使机身主要产生拉伸和压缩应力，所以机身的形状简单，重量轻。 缺点是： ① 大型时高度大，需设置操作平台，操作不方便； ② 管道布置困难；多级时级间设备占地面积大。 所以，立式压缩机现仅用于中、小型及微型，使机器高度均处于人体高度便于操作的范围内，且中型压缩机主要用于无油润滑结构 —— 活塞无需支承而仅需导向；此外，级数 以少为宜，以避免管道布置的麻烦。 运动机构的结构 及 选择 活塞式压缩机的运动机构有：无十字头和带十字头两种，本设计为 有 十字头。 原因：无十字头压缩机多用于小功率场合，尤其是要求轻便的移动式。 经后面设计知，本设计压缩机功率大于 ，不属于小功率范畴。 而压缩机的功率主要是由电机提供的。 同时 国内通常按功率大小将电机分为大型电机、中小型电机、小功率电机等三大类。 对于 小功率电机的界定 ： 依据 “ 电工名词述语小功率电动机 ” 标准定义，小功率电机是指折算到 1500r/min 时，最大连续 定额不超过 的电动机，即 及以下电机统称为 “ 小功率电机 ” ，它包含了人们通常所说的 “ 分马力电机 ” 和 “ 微电机 ”。 由于它与人民生活休戚相关，已被列入国家强制性认证目录。 小功率电机种类繁多，大致可分为三相异步电动机、三相电泵、洗衣机用电动机、空调器风扇用电动机等 27 类。 无十字头与有十字头的特点：无字头压缩机特点是结构简单紧凑，但只能是单作用或级差式，与相同排量的有十字头双作用压缩机相比，汽缸直径大且靠活安徽理工大学毕业设计 11 塞环密封气体，因而泄露周长及泄露量大。 无十字头压缩机的筒形活塞承受侧向力，故活塞与汽缸间的 摩擦和磨损较大，机械效率也较低。 除非机身传动部分也不采用油润滑，否则十字头压缩机不能实现气体的无油压缩。 级数选择和各级压力比的分配 （ 1） 对于大中型压缩机在选择级数时： ① 从省功，获得高效率观念出发，初步确定所需级数和最佳压缩比（按压缩比确定级数可达较高效率），然后根据需要的总压力比求得压缩机级数。 0tlnlnZ  式中： t— 总的压缩比 0— 最佳压力比 按上式计算的值圆整后就是所求的级数。 其中多级压缩最佳压比分配是在中间冷却效果，完善及不考虑中冷时存在的压力损失条件下 ,按压缩机理论耗功为最小来确定的。 结论是各级压比分配相等时为最佳。 但实际中冷情况并非如此。 ② 在选择压缩机的级数时，一般应遵循下列原则：使压缩机消耗的功最小、排气温度应在使用条件许可的范围内、机器重量轻、造价低。 要使机器具有较高的效率。 同时 级数越多越好（各级压缩比越小越好） ， 然而级数 增多，则阻力损失增加，机器总效率反而降低，结构也更加复杂，造价便大大上升。 因此，必须根据压缩机的容量和工作特点，恰当地选择所需的级数和各级压力比。 同时实际上确定级数时往往根据经验选取，目前常见级数的分级范围见下表。 表 2 分级范围 终压 （表压） /MPa ～ 1 ～ 6 ～ 15 ～ 40 15～ 100 80～ 100 级数 1 2 3 4 5～ 6 7 （ 2） 压力比的分配： 安徽理工大学毕业设计 12 30nscm确定级数后，各级压力比的分配仍以省 功为主。 按等压力比的规律，求得各级压力比： z t 上式是以压缩机回冷完善，绝热压缩，忽略余隙容积的影响（或认为各级余隙容积相等）为假设前提下，对于实际气体进行压缩比分配时必须考虑压缩因子的影响。 特别是在大型压缩机中，为了充分利用一级汽缸容积系数和限制末级温度，需对各级压力比进行必要的分配调整。 根据以往设计经验得知： z1 ~ t ）（ ∴ 对于本次压缩机设计：根据上表，及总压力比 知，压缩机的级数取一级比较合适。 转速和行程的确定 表 1 活塞式压缩机主要结构参数表 活塞力 P （吨） 行距 S （毫米） 推荐转数 N （转 /分） 推荐转数下的活塞 平均速度 （米 /秒 ） 1 80 980 100 980 2 100 980 140 780 140 780 180 600 180 600 220 500 8 240 500 12 280 428 10 320 375 转速，行程和活塞平均速度的关系： 安徽理工大学毕业设计 13 式中 mc—— 活塞平均速度（米 /秒）； n —— 压缩机转数（转 /分）； s —— 活塞行程（米）。 中小型 压缩机为使结构紧凑和公司的相关要求，只能采用较小行程 ,取s=100mm。 近代压缩机转数 n 通常在以下范围： 微型和小型： 10003000（转 /分） 中型： 5001000（转 /分） 大型： 250500 （转 /分 ) 取压缩机的转速 n=1000r/min，则： 查上表知，其 符合活塞平均速度。 m/ 10100100030 3  nsc m安徽理工大学毕业设计 14  第三章热力计算 压缩机的热力计算，是根据气体的压力，容积和温度之间存在一定的关系，结合压缩机的具体特性和使用要求而进行的，其目的是要求得最有利的热力参数(各级的吸排气温度，压力，所耗动力）和适宜的主要结构尺寸（活塞行程，气缸直径等）。 计算前做以下说明： a. 压力 — 在热力计算中使用的压力都是绝对压力，为统一起见，本说明除特别注明外，压力均指绝对压力。 b. 温度 — 在热力计算中所采用的是绝对温度，它以 K 来表示。 绝对温度与摄氏温 度之间具有以下关系： 273tT c. 比容 — 单位重量气体所占容积。 理想气体在不同温度和压力下的重量。 按下式计算： 安徽理工大学毕业设计 15 确定各级的容积效率 确定各级的容积系数 根据统计，压缩机的相对余隙容积 α值多在以下范围内： 压力 2 MPa； α=~； 压力 2～ ； α=~； 由于 排气压力 P=1MPa，则 α=～ ， 所以， 取 相对余隙容积 α= 表 2 按等熵指数确 定膨胀指数 进气压力 /MPa 等熵指数 k k= m=1+(k1) ～ m=1+(k1) ～ m=1+(k1) ～ m=1+(k1) 3 m=k 本次设计中气体绝热指数取 k=，根据吸入压力值可知各级的膨胀系数 m值如下 ： 膨胀指数： m =1+(k1)= ∴ 容积系数：)()(1 1/ 5 51/mv   选取压力系数 设计计算中，压力系数一般根据经验选取。 ∴ 根据吸入压力选择压力系数如下： λp= 选取温度系数 根据下图 3所示关系选取温度系数： 安徽理工大学毕业设计 16 222  πdπDA 39。 p39。 图 3 ∴ λt= 泄漏系数 泄漏系数一般取值在 ～ 范围，则l= 确定 容积效率 综上所述， 容积 效率 ： 0 .7 6 80 .9 50 .9 60 .9 60 .8 7 8tpvv  l 确定析水系数 无水分析出 ，= 确定各级行程容积 压缩机各级的气缸行程容积按下式计算：vs /nηqV V 式中 Vq—— 压缩机的排气量（米 3/分）； n—— 压缩机的 转速 行程 容积 ： 3m00260 ./n ηq vVs  汽缸直径的确定 气缸直径计算公式 ：2s2 2 /d/VD s   sV—— 气缸的行程容积 （ m3）； s—— 活塞行程 （ mm） ； d—— 活塞杆直径 ； 取活塞杆直径 d=30mm 气缸直径 ： 2  /d/VD s39。 ∴ 根据汽缸直径标准， 圆整后气缸直径如下 :D=140mm。 活塞有效面积为 : 实际行程容积 安徽理工大学毕业设计 17 39。 ppv39。 v AAλλ  4πd2πDA 22p  新的的容积系数及新的相对余隙 考虑到圆整值与计算 值之间有差值，这里采用维持压力比不变，调整相对余隙容积的方法，利用下式计算容积系数 : v39。 λ为上面已计算的值 ∴新的容积系数为 :  新的相对余隙 : 计算活塞力 ① 计算实际吸排气压力 各级进排气相对压力损失取值，各级进 、 排气压力和实际压力见下表。 表 3 各级进气、排气压力与实际压力比 级次 公 称压力 排气损失 实际压力 实际压比 Ps/MPa Pd/MPa 39。 sδ 39。 d ps’/MPa Pd’/MPa 39。  1 1 ② 活塞力的计算 首先计算盖测和轴侧活塞工作面积，见下表 4； 表 4 盖测和轴侧活塞工作面积 级次 轴侧 /2m 盖测 /2m 1 止点气体力计算见下表 5。 表 5 止点气体力计算 322s )4d2Dπs(V  1ελ1αm1v )(4A 22w dD   2c 4A D安徽理工大学毕业设计 18 列次 内止点 外止点 11 10 cs39。 w。