天然气压缩机毕业设计说明书

本科毕业设计说明书VW-1/18-3.5型天然气压缩机设计 热力与动力计算VW-1/18-3.5 NATURA GAS PRESSOR DESIGN学院部：机 械 工 程 学 院 专业_过程装备与控制工程 学生#指导 20# 5 月 17 日22 / 29毕业设计任务书专业、班级#日期20#3月10号1 设计题目：ZW-2.4/4-10型天然气压缩机设计2 专 题：热力与动力计算3 设计原始资料：见参考文献资料 4 设计文件：说 明 书： 1份 图 纸： 装配图1张、零件图1张 5. 设计任务下达日期：20#3月17号 6. 设计完成日期：20#5月17号 7. 设计各章节答疑人：8. 指导教师 ：李坤 9. 系室负责人 ：VW-1/18-3.5天然气压缩机设计 热力与动力计算 摘要压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械,是一种能量转换工作机.压缩机应用范围很广,有时也称为通用机械.自20世纪70年代石油化工大发展之后,形成了与之配套的专用压缩机,如大化肥专用压缩机、乙烯工业用三机等.化工专用压缩机还包括传统的化工用压缩机.如氯气压缩机、特殊稀有气体压缩机等,随着工业的发展和进步这些压缩机通常对材料、密封、工艺,特别是真实气体的适应性有特殊的要求.气体压缩机石化生产装置中常用的气体压缩机有离心式气体压缩机和往复式气体压缩机.多年来,我国压缩机制造业在引进国外技术,消化吸收和自主开发基础上,攻克不少难关,取得重大突破.例如,催化裂化装置用的主风机和富气压缩机、加氢装置用的循环氢压缩机,乙烯三大压缩机,化肥四大压缩机组等已大量在石化生产中应用1.其中天然气压缩机研究也有了突破性进展.天然气压缩机是气体活塞式压缩机的一种广泛应用于多个领域,如自用或公共充气站、天然气输送站、塑性成型、天然气加气站、特种气体压缩机、天然气、吹扫、机器制造商、石油压缩机,对经济促进作用相当明显.我国已将发展天然气工业、提高天然气在能源构成中的比例作为21世纪能源发展战略的重点之一.但目前我国四种主要用途的天然气压缩机的制造技术水平普遍不高,与国外同类产品相比存在较大差距.压缩机生产厂家普遍存在加工技术装备落后、压缩机零部件的加工精度较低等不足,导致直到目前我国这些压缩机仍然依赖进口.研究天然气压缩机制造业应该在开发设计、产品整体质量、强化标准规范的贯彻和服务、增加品种等方面加把劲,才能满足我国加快发展天然气工业的需求.关键词：压缩机,天然气,无油润滑,零部件设计,热力计算,动力计算VW-1/18-3.5 NATURA GAS PRESSOR DESIGNABSTRACT pressor is used to increase the gas pressure and gas transportation machinery, energy conversion is a work machine. A wide rangeofpressorapplications, sometimes referred to as general-purpose machinery. Since the 20th century, 70s, after the great development of petrochemical industry, forming a plete set of dedicated pressor, such as the dedicated pressor fertilizer, ethylene industrial use three-plane and so on. Chemical-specific pressor also includes traditional chemical pressor. Such as chlorine gas pressors, gas pressors, such as rare and special, with the industrial development and progress of these pressors are usually of materials, seal, process, in particular, the adaptability of the real gas with special requirements. Petrochemical production plant gas pressor of the gas used in gas pressors are centrifugal pressors and reciprocating gas pressors. Over the years, our pressor manufacturing industry in the introduction of foreign technology, digestion and absorption and self-development, based on a number of difficulties to overe, and achieved a major breakthrough. For example, the catalytic cracking unit with the main fan and a gas pressor, the cycle of hydrogenation devices hydrogen pressor, three ethylenepressor, pressor fertilizer four have a large number of applications in the petrochemical production. Natural gas pressor in which there has been a breakthrough in research. Natural gas pressor is a piston pressor is widely used in many fields, such as for personal use or public inflatable stations, gas stations, plastic molding, gas stations, specialty gas pressors, natural gas, purge, machinery manufacturers, pressor oil, the economy is fairly obvious role in promotingChina has been the development of the natural gas industry to improve the natural gas in energy mix in the proportion of energy development in the 21st century as one of the focuses of the strategy. However, Chinas four major uses of natural gas pressor manufacturing technology level is generally not high pared with foreign similar products there is a big gap. pressor manufacturer behind the prevalence of processing technology and equipment, pressor ponents, such as the lack of low accuracy, resulting in up to these pressors in China still rely on imports. Study on natural gas pressor manufacturing industry should be in the development of design, overall quality of products, and strengthen the implementation of standards and services, increase the variety and so work harder in order to speed up the development of our country to meet the needs of the natural gas industryKey words：pressor, Natura Gas,Oil-free lubrication,PartsDesign,Thermodynamic calculation,Dynamic calculation目录摘要中文 摘要英文 1绪论1 1.1天然气压缩机1 1.2原理结构分析1 1.3无油润滑3 1.4设计内容52压缩机热力计算62.1结构选型与方案选择62.2设计原始数据62.3排气温度的确定62.4计算排气系数72.5确定析水系数72.6确定汽缸行程容积72.7确定缸径和实际行程容积72.8活塞力的计算82.9轴功率的计算92.10电动机功率 93压缩机的动力计算103.1已知条件和数据103.2作压缩机汽缸示功图103.3作综合活塞力图103.4作切向力图123.5计算飞轮矩13 4零部件的设计 14 4.1曲轴的设计14 4.2连杆的设计15 4.3连杆的计算17 4.4其他零件尺寸确定19 5 结论与压缩机发展前景20 5.1天然气压缩机的现状20 5.2天然气压缩机发展的不足21 5.3天然气压缩机的前景24 5.4小结24参考文献26谢辞271绪论1.1天然气压缩机在一个相当长的时期内,天然气压缩机的可靠性是与其重要性不相称的.特别关键的是气阀,因为它的可靠与否对机器有很大的影响,为此人们对气阀的制造和研究一直非常重视.活塞式压缩机中另一个被关注的问题是滑动密封.滑动密封包括两个方面：其一是密封元件的耐久性-寿命；其二是密封元件因需要油润滑而带来的气体污染问题.对于前者是致力于研究摩擦、磨损和润滑问题；而后者,人们却又因此创造出了许多新型的、气体不被油污染的压缩机3随着工业的发展和进步,人们对压缩机性能的要求也越来越高,需要研究设计人员不断的更新现在的技术,研究出适合当代社会工业发展需要的压缩机,所以对本课题的研究是非常重要和必要的.因为活塞式压缩机易损件多、体积大、噪声大、震动大、不稳定与存在危险性等缺点.在一九三六你瑞典开发的第一台双螺杆式空气压缩机.因工作相对稳定、整机体积小、英格索兰空压机自动化程度高、维护量少且小、噪声也大幅度降低、震动也少到不用基础等一系列优点,于一九八六年开始引入中国并得到广大客户的认可.但是随着螺杆压缩机的广泛应用,随之而来的问题也都暴露出来,主要表现为：压力上不去,适合于八公斤以下；排气量也上不去,最大的机头到现在为止也只有35立方；轴承寿命短,而且需要有专用设备来调整间隙；不稳定性体现机头会被抱死力无法平衡,螺杆不能被平衡；英格索兰空压机噪声与震动不太令人满意2.综上可知,天然气压缩机业亟待技术升级换代.研究时需综合运用过程流体机械课程与其它先修课程的理论和生产实际知识进行机械设计训练,使理论和生产实际知识密切地结合起来.学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械的一般设计方法,培养工程设计能力和分析问题、解决问题的能力.研究时学生需要在计算、制图、运用设计资料包括手册、标准和规范等以与经验估算、综合考虑技术决策、机械CAD技术以与机械设计方面的基本技能进行一次训练,以提高这些技术能力.1.2原理结构分析 活塞式天然气压缩机工作原理见图1所示：1.排气阀2.气缸3.活塞4.活塞杆5.滑块6.连杆7.曲柄8.吸气阀9.阀门弹簧在气缸内作往复运动的活塞向右移动时,气缸内活塞左腔的压力低于大气压力P0,吸气阀开启,外界空气吸入缸内,这个过程称为压缩过程.当缸内压力高于输出空气管道内压力P0后,排气阀打开.压缩空气送至输气管内,这个过程称为排气过程.活塞的往复运动是由电动机带动的曲柄滑块机构形成的.曲柄的旋转运动转换为滑动活塞的往复运动.图1.1活塞式压缩机工作原理图这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在.在下一次吸气时,剩余容积内的压缩空气会膨胀,从而减少了吸人的空气量,降低了效率,增加了压缩功.且由于剩余容积的存在,当压缩比增大时,温度急剧升高.故当输出压力较高时,应采取分级压缩.分级压缩可降低排气温度,节省压缩功,提高容积效率,增加压缩气体排气量. 图1为单级活塞式天然气压缩机,常用于需要0.30.7MPa压力范围的系统.单级活塞式压缩机若压力超过0.6MPa,各项性能指标将急剧下降,故往往采用多级压缩,以提高输出压力.为了提高效率,降低空气温度,需要进行中间冷却.图2为二级压缩的活塞式空压机设备示意图.如图2所示,空气经低压缸后压力由p1提高至p2,温度由Tl升至T2然后流入中间冷却器,在等压下对冷却水放热,温度降为Tl；再经高压缸压缩到所需要的压力p3.并由该图可见,进入低压缸和高压缸的空气温度Tl和T2,位于同一等线123上,两个压缩过程12.23偏离等温线不远.同一压缩比的单级压缩过程123,比两级压缩偏离等温线123远得多,即温度要高许多.且单级压缩消耗功相当于图中面积61346,两级压缩消耗功相当于上图中面积61256和52345之和节省的功相当于22332.可见,分级压缩可降低排气温度,节省压缩功,提高效率4. 天然气压缩机有多种结构形式.按气缸的配置方式分有立式、卧式、角度式、对称平衡式和对置式几种.按压缩级数可分为单级式、双级式和多级式三种.按设置方式可分为移动式和固定式两种.按控制方式可分为卸荷式和压力开关式两种.其中,卸荷式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时,压缩机不停止运转而通过打开安全阀进行不压缩运转.这种空转状态称为卸荷运转.而压力开关式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时,空压机自动停止运转. 活塞式天然气压缩机大优点是结构简单,使用寿命长,并且容易实现大容量和高压输出.缺点是振动大,噪声大,且因为排气为断续进行,输出有脉冲,需要贮气罐. 图1.2 活塞式天然气压缩机设备示意图1.3无油润滑天然气压缩机在冶金、矿山、食品、医药、建材以与航天等国民经济建设和国防建设等部门中应用广泛,特别在石油、化工以与动力等工业中,已成为必不可少的关键设备.长期以来,由于老式有油润滑压缩机的诸多弊端,使原料气带入有害油分,直接影响产品质量,还给设备安全带来威胁.随着工业的发展,常要求气体在压缩时不为润滑油所污染,或根本不允许与润滑油接触,也不允许外界空气逸人气缸.例如,合成氨厂中的氮氢气压缩机,若被压缩的或输送的氮氢混合气夹带油分而进入合成塔,便会使触媒中毒,降低其使用寿命.空气分离部门的氧气压缩机为防爆而不能使用润滑油.石油气压缩机中的碳氢化合物会使润滑油稀释,粘度下降,达不到润滑效果.深冷工程用的气体温度很低,如乙烯为104,甲烷为150,此时润滑油早巳冻结,无法有油润滑.食品工业和制药工业的产品不允许被油污染.各类贵重的稀有气体如氦、冠等最怕混有空气,影响纯度.为满足上述工艺和产品的特殊要求,无油润滑压缩机则应运而生,它的形成和发展从一开始就具有强大的生命力. 我国压缩机制造厂家已生产出压缩和输送各种气体、多种规格和型号的无油润滑压缩机,无油润滑压缩机的用户更是遍与全国各地.不少设计、研究人员进行了大量卓有成效的工作,积累了一定的经验.但迄今为止,国内尚无系统详细阐述无油润滑压缩机方面的专著出版.因此推动我国无不油润滑压缩机的研究、设计和制造技术的发展,总结无油润滑压缩机在生产实践中的应用,指导和提高无油润滑压缩机的安全使用与管理水平,对从事无油润滑压缩机的工程技术人员和管理人员会有所帮助和裨益.1、无油润滑压缩机的应用与其意义压缩机是一种将气体压缩从而提高气体压力或输送气体的机器,在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广,特别是在石油、化工、动力等工业中已成为必不可少的关键设备,是许多工业部门工艺流程中的心脏设备.其主要应用场合有：化工工艺过程 在化工生产中,为了保证某些合成工艺能在高压下进行,需要通过压缩机把气体预先加压到所要求的压力.例如,高压聚乙烯的聚合反应要求把乙烯气加压到200MPa以上；合成氨的反应要求把合成气加压到32MPa；石油裂解加氢要求把氢气加压到15MPa以上.因此,压缩机工作的好坏将直接影响到生产过程的每一道工序.动力工程 在动力、机械以与国防工业中常采用压缩空气作为驱动装置的动力气源.例如,常见的风动机械要求空气的压力为08MPa；用于控制仪表与自动化装置上的气源压力为06MPa；国防工业中某些武器的发射、潜水艇的浮沉、鱼雷的发射等都采用压缩机.气体输送 在石油、化工生产中,为了输送原料气,常用压缩机增压.例如,从油田输出天然气,从煤气厂输出煤气,都要求事先增压.此外,在化工流程中为了使系统内未反应气体得以再循环,常用循环压缩机增压. 压缩机可压缩和输送的气体介质广泛,如空气、氮气、氢气、氧气、二氧化碳气、石油气、天然气、水煤气、氯氢混合气、焦化气、甲烷、乙炔、乙烯、甲醇合成气、氯乙烯、硫化氢等气体与易燃、易爆和有毒气体、高纯贵重的稀有气体等. 随着工业的发展,常要求气体在压缩时不为润滑油所污染,或不允许外界空气逸人气缸.例如,合成氨厂中合成塔的触媒会因氯氢气含油而使合成效率降低,故最好能用32MPa的无油润滑氮氢气压缩机；空气分离装置中的氧气,因含油会引起燃烧、爆炸,需要使用无油润滑压缩机；石油气中有些烃类因易溶于润滑油中,使润滑油稀释粘度下降,从而破坏润滑,需要无油润滑石油气压缩机；贵重的稀有气体生产厂也需要无油润滑压缩机,以保证气体的纯度；深冷工程中的气体温度很低,如乙烯为104,甲烷为150,此时,润滑油早已冻结,更需要无油润滑压缩机；食品工业和制药工业的产品不允许被润滑油污染,也需要无油润滑压缩机.因此,无油润滑压缩机的研究、制造与使用,从一开始就具有强大的生命力.无油润滑压缩机的质量和产量是压缩机行业生产水平的一个重要标志,也是文明生产、提高各种工艺流程产品质量和产量的一个根本保证.2、无油润滑压缩机的特点 无油润滑压缩机是被压缩的气体不带油的压缩机,即压缩机的无油润滑一般是指被压缩的气体所接触的零部件无油.无油润滑压缩机的主要特点为： 被压缩气体不带油污,不需脱油处理,不污染环境. 能耗低.仅以节省的润滑油为例,一台无油润滑高压循环机每年可节省润滑油3600kg. 无油润滑压缩机系统取消了注油器、油分离器等设备,大大降低系统的阻力,有利于增加产量,而且还减少了注油器、离器的检修工作量和检修费用.理想的无油润滑压缩机由于密封摩擦件摩擦因数小,因而使用寿命长,减少了非生产检修时间与其费用.因此,比有油润滑压缩机的效益高.1.4设计内容本设计着重对ZW-2.4/4-10型天然气压缩机进行设计,从压缩机的工作机理研究入手,综合运用往复式压缩机设计工作原理,过程流体机械,过程设备制造和故障分析,来对天然气压缩机进行设计,运用制图CAD技术对天然气压缩机的工作原理机型描述.总体设计内容包括：a.热力计算,包括：结构选型与方案选择、设计原始数据、排气温度的确定、计算排气系数、确定析水系数、确定汽缸行程容积、确定缸径和实际行程容积、活塞力的计算以与轴功率的计算.b.动力计算,包括作压缩机汽缸示功图、作综合活塞力图、作切向力图.c.零部件设计,包括曲轴的设计、连杆的设计以与其他相关尺寸的确定.d.作出有关坐标图汽缸示功图、综合活塞力图、切向力图,压缩机装配图,以与曲轴和连杆的零件图.2压缩机热力计算2.1机构选型与方案选择根据压力比=18 /4 =4.5,压缩机确定为二级,选定为： V型压缩机,采用水冷形式,单缸双作用.如下图3所示：图2.1双缸单作用立式压缩机2.2设计原始数据一级进气温度：二级进气温度： 吸气压力：0.1 Mp 排气压力：1.8 Mp 转 速：1000r/min2.3初步确定各级名义压力根据工况的需要,选择级数为两级,按照等压比分配的原则,但为使第一级有较高的容积系数,第一级的压力比取稍低值,各级名义压力与压力比见表1级次吸气压力MPa0.10.4排气压力MPa0.41.8压力比44.52.3确定各级容积效率1、确定各级容积系数=0.11 =0.12根据公式：,计算膨胀系数m 已知 k=1.35带入有 ： 则：2、确定压力系数综合考虑：选取=0.97 3、确定温度系数查相关资料选取=0.96 4、确定泄露系数根据所定结构方案,选取=0.92 5容积效率的计算根据公式：带入上面计算数据有：2.5确定析水系数第一级无水分析出,故第二级进口温度下的饱和蒸汽压=2383Pa,=3229Pa2.6确定汽缸行程容积根据公式：,带入数据有 2.7确定汽缸直径,行程和实际行程容积1、已知转速为 n=1000r/min,行程取s=100mm则得活塞的平均速度：2确定活塞杆直径 取活塞的直径d=30mm,得根据汽缸直径标准,圆整为=195mm,实际行程容积为活塞有效面积为同理可得,根据汽缸直径标准,圆整为=92mm,实际行程容积=0.00126活塞有效面积为=0.0126 考虑到圆整值与计算值之间的差值,这里采用维持压力比不变,调整相对余隙容积的方法,利用下列公式计算容积系数= 计算新得到的容积系数为再通过下式计算新的相对余隙容积计算结果为2.8计算活塞力计算实际吸排气压力 各级吸排气相对压力损失取值,各级进排气压力和实际压力比见下表级次公称压力/MPaPsPd压力损失实际压力/MPa实际压力比0.10.40.050.080.0950.4324.550.41.80.0350.060.3861.9084.94活塞力的计算首先计算盖侧和轴侧活塞工作面积,见下表级次轴侧/盖侧/止点气体力计算,见下表列次内止点/KN外止点/KN2.9确定各级排气温度因为排气压力不高,所以天然气可以近似看做理想气体,等熵指数k=1.4,由于采用水冷的方式,近似地认为各级压缩指数为=1.35 =1.4取,排气温度由式,可得2.10计算轴功率并配选电机根据公式：带入相关数据：取电机功率余度10%,则电动机功率取30kw.3压缩机动力计算3.1已知条件和数据根据第一部分热力计算的结果,得出所用数据如下所示：活塞行程：s = 100mm转 速：n = 1000r/min3.2压缩机的汽缸示功图A、动力计算基本数据,见下表级次活塞力/N相对余隙容积相对余隙容积折合长度绝热指数盖侧轴侧吸气排气吸气排气%Ktantanv45982043444942090912.812.81.40.2500.35141691831737062060613.613.61.40.2500.351B、确定设计示功图中的力比例尺和长度比例尺 选取: 力比例尺 ：200N/mm 长度比例尺：1 mm/mm3.3作图法绘制综合活塞力图1按勃列克斯作近似图法在展开的示功图下方作两个半圆,找出行程S 与曲柄转交的关系,转角每等份取.2计算并列出往复惯性力数值表 由热力计算数据可知,最大活塞力为1吨,则根据公式可以分别算得 曲柄销旋转半径为 ： r = 50 mm 曲柄销旋转角速度 ： 连杆径长比选取为 ： 查相关资料得 与 的值, 计算惯性力I=13119.58 =13519.57与和I的值如表3.1所示：表3.1、和I值01.199915742.2116222.17 00360151.139114944.54 15400.18 0.04072.035345300.966012673.53 13059.93 0.15897.945330450.70719276.87 9559.71 0.342817.14315600.39995246.53 5406.49 0.575028.75300750.08561123.04 1157.28 0.834441.7228590-0.2000-2623.92 -2703.92 1.100055270105-0.4320-5667.67 -5840.47 1.352167.605255120-0.6000-7871.76 -8111.76 1.575078.75240135-0.7071-9276.87 -9559.71 1.751187.855225150-0.7660-10049.61 -10356.01 1.891094.55210165-0.7921-10399.91 -10716.99 1.972698.63195180-0.7999-10494.37 -10814.33 2.000100180 单位：N mm4计算往复摩擦力 3.4切向力图1用分析法作切向力图,将结果列入下表,综合活塞力可以根据上图得知,然后代入下表,作切向力图,根据一定结构方案,相对位移为.表3.2 综合活塞力和切向力值综合活塞力1综合活塞力200-199.791744.170.000.00150.30883020.544750.18932.741466.85300.58707281.537783.934274.264569.17450.80818656.878613.716995.626960.74600.95397578.536954.497229.166633.89751.01865237.044065.285325.024133.57901.00004288.082408.084288.082408.081050.91495734.332709.535246.342478.951200.77818586.245574.246680.954337.321350.60607181.137012.294351.774249.451500.41296408.396215.992646.022566.581650.20876058.095855.011264.321221.941800.00005963.635757.670.000.00195-0.20872562.092469.01534.71515.28210-0.4129-2909.61-1522.01-1201.38-628.44225-0.6060-6000.87-5317.71-3636.53-3222.53240-0.7781-8177.76-9273.76-6363.12-7215.91255-0.9149-8361.67-7972.47-7650.09-7294.01270-1.0000-7035.92-6261.92-7035.92-6261.92285-1.0168-6158.96-4720.72-6262.43-4800.03300-0.9539-6965.47-4469.51-6644.36-4263.47315-0.8081-6809.13-5186.29-5502.46-4191.04330-0.5870-3412.47-1686.07-2003.12-989.72345-0.3088-1141.46654.18-352.48202.01360-0.0000-343.791476.170.000.00单位：N mm2比例尺的确定 根据实际选取比例尺：力比例尺：200N/mm 长度比例尺：1mm/mm 3旋转摩擦力的计算在总切向力图中,为计入旋转摩擦力将横坐标下移. 4根据切向力图,测得总的切向力图曲线与横坐标所包围的面积为45 则其平均切向力 为：则：要求误差不超过5%.所求结果在允许范围内.3.5计算飞轮矩查相关资料,选取=1/35,由作出的切向力图可以计算出F=8813.2mm2则带入飞轮矩计算公式有：4压缩机零部件设计4.1、曲轴的设计曲轴的材料取45号优质碳素钢,示意图如下图4.1所示：图4.1 曲轴的示意图1、曲柄销直径的确定： 已知 则取2、主轴径直径取 则 3、轴颈长度的确定轴径长度要与轴径宽度相适应曲柄销：轴承宽度 则 取 b = 78mm 则轴径程度取80mm4、曲柄厚度的确定 根据公式 ：取 5、曲柄宽度的确定根据公式：曲轴为锻造, 则曲柄宽度为: h =72 mm4.2、连杆的设计连杆的材料取45号优质碳素钢,示意图如下图4.2所示：图4.2连杆的示意图1、已知参数 活塞力 P = 1 吨 , 行程 S =100mm 2、连杆主要尺寸的确定如下表4.1所示：表4.1 连杆主要尺寸 序号名称代号公式参数选择和计算 说明1最大活塞力P已知2曲柄半径R热力计算已知3连杆长度L查表知4曲柄销半径D5大头孔直径6小头衬套内径d7小头衬套宽度b8小头衬套厚度S9小头孔直径10杆体中间直径11杆体中间面积12近小头杆处直径13近大头杆处直径14连杆宽度B15大头截面A-A面积16大头截面A-A厚度17大头截面B-B面积18大头截面B-B的厚度19小头截面c-c面积20小头截面c-c处厚度21连杆螺栓直径22螺栓定位部分直径23螺栓弹性部分直径24两连杆螺栓间距离25螺栓在大头体内长度26螺栓在大头盖内长度27连杆螺栓个数Z4.3连杆的计算连杆的有关计算如下表4.2所示： 表4.2 连杆具体计算序号名 称代号参数计算结果说明1小头衬套的比压P2杆体的惯性半径i3柔度L/i4杆体的拉应力5系数C6惯性矩7连杆摆动平面纵外应力8杆体的长度9惯性矩10垂直于连杆摆动的平面纵弯应力11在连杆摆动平面总应力 12垂直于连杆摆动平面宗应力13大头截面A-A的弯曲截面系数14截面A-A弯曲应力15大头盖截面bb的抗弯截面系数16小头截面C-C的抗弯截面系数17小头侧壁中心距离18截面C-C弯曲应力4、其他零部件的基本尺寸确定1、曲轴箱和机体的基本尺寸：机座壁厚：S=20mm 中体壁厚： 中体与机身连接法兰厚度取 2、连接螺栓的布置机体间连接螺栓的间距t 与法兰的厚度h： 3、活塞环环数的确定： 根据公式： 活塞环数取 4、十字头基本尺寸的确定： 销空座壁厚的确定： 十字头体壁厚： 表4.3 十字头主要尺寸尺寸代号DLBb主要尺寸130mm100mm60mm30mm、轴承的选取 根据其受力情况和整体结构选取轴承为： 角接触球轴承,型号为7220C 表4.4 轴承基本尺寸代号dDBa尺寸100mm180mm34mm35.8mm5结论与压缩机发展前景5.1压缩机发展现状我国首套天然气三联发电装置已正式投入运行,此举表明我国提高天然气在能源构成中的比例的发展战略已进入实施阶段.但目前我国4种主要用途的天然气压缩机的制造技术水平普遍不高,与国外同类产品相比存在较大差距.压缩机生产厂家普遍存在加工技术装备落后、压缩机零部件的加工精度较低等不足,导致直到目前我国这些压缩机仍然依赖进口.目前,我国天然气压缩机制造业与先进国家相比,仍存在一定的距离,主要表现在以下几个方面：1、用于长输管线增压站的压缩机.在西气东输工程中,天然气长距离输送必须铺设输送管道并建立天然气增压站,通过天然气压缩机的多级增压实现天然气的长距离输送.而目前我国仅有几家企业能够涉足长输管线增压站用压缩机的制造,其技术水平和产品质量与世界先进水平存在较大差距.结果,国产天然气压缩机在西气东输这样的重要工程中几乎没有业绩可谈.2、大化肥装置用压缩机.几十年来,我国共进口了30多套大化肥成套装置,所用压缩机也是随着成套装置进口的.也就是说,多年来我国压缩机制造企业根本没有机会去研制大化肥装置用压缩机.直到去年底,我国首套以煤为原料的大化肥国产化示范装置才在#华鲁恒升投产成功.该套大化肥装置用空压机、氮压机、氨压机均由沈阳鼓风机集团#制造,这标志着我国大化肥装置用压缩机可以实现国产化.但是从可以到完全,这其中还要经历多少磨砺？3、适用于三联发电装置的压缩机.目前,国际上以天然气为燃料的发电装置所占比率平均高达85%左右,而我国与这一比率相距甚远,导致我国天然气三联发电装置中所用压缩机的制造与应用寥寥无几.据了解,这类压缩机国内企业完全有能力制造,但巨大商机就是无法获得.4、用于汽车加气站的CNG压缩机.在天然气汽车加气站用CNG压缩机制造方面,由于我国天然气汽车的应用还处于初期阶段,因而天然气汽车加气站用压缩机的研究与开发才刚刚引起国内重视.虽然目前我国已有能力制造这类压缩机,但市场上运行的国产天然气加气站压缩机往往都是由其他压缩机改装而成,产品质量良莠不齐.业内专家认为,我国天然气压缩机制造业应该在开发设计、产品整体质量、强化标准规范的贯彻和服务、增加品种等方面加把劲,才能满足我国加快发展天然气工业的需求.天然气作为一种清洁能源, 近年来在能源市场中的份额不断扩大.我国属于天然气资源丰富的国家,到1996年,我国已发现气田132个,其中已投入开发的89个.探明天然气资源量40万亿,预计到20#,我国天然气年产量可达到300亿. 然而,由于天然气在开采过程中不可避免地会出现压力的递减,因此 ,处于天然气开采的中、晚期气田,必须借助天然气压缩机来进行增压气举开采,才能把低压井的天然气开采出来,并通过天然气压缩机的增压,进入天然气的主管道.因此,天然气压缩机组,是用于天然气开采和天然气增压集输的重要技术装置. 天然气压缩机的生产和应用,伴随着石油天然气工业的发展而发展,其装备技术水平也伴随着科学技术的发展而提高. 目前,国外天然气压缩机的生产厂家,主要集中在美国.以库伯公司、艾里尔公司和德来赛兰公司等为代表.生产的压缩机类型按其总体结构而言, 可分为整体式和分体式两大系列.库伯公司以生产撬装整体式 天然气摩托天然气压缩机为主,而艾里尔和德来赛兰公司则以生产撬装分体式 天然气压缩机著称.库伯公司生产的天然气压缩机产品,虽然经历数十年的生产发展,但就其基本结构而言,并无多大的改变,仍旧保留着原来的特点:结构简单、技术先进、性能可靠、适应性强、便于操作与维护保养等.因此 ,在中西部油田得到了广泛的应用. 就整体式压缩机的规格而言,目前已发展成系列产品.从最早的单列机组,发展到双列、三列、四列机组;机组的功率也由小到大从45kW马力发展到657kW马力以上;在机组的自动控制方面,应用了超温、超压、振动、超负荷、超转速、超油位、超液位等方面的自动保护装置 ,大大提高了压缩机组的自动化程度和工作可靠性.而随着计算机技术和通讯技术的快速发展 ,还实现了天然气压缩机联机控制和远程控制.总之,随着科学技术的快速发展,当前天然气压缩机的自动化水平得到迅速提高,压缩机操作的可靠性、便捷性也大为提高. 国内天然气压缩机制造,始于80年代初.四川省简阳空压机厂以四川石油管理局引进的DPC-230进口机组为样机,进行测绘设计并投入生产.但生产技术落后,铸件采用普通粘土砂铸造,铸件表面光洁度和内在质量远不如进口机组.而1989年,四川石油管理局资中机械厂开始从事天然气压缩机的开发和生产,在生产工艺技术方面,推广应用了冷硬树脂砂、冲天炉-电炉双炉熔炼、离子注入表面处理和碲涂料等新工艺新技术,压缩机铸件表面质量得到明显改善,铸件尺寸精度和内压质量得到有效控制.5.2天然气压缩机的不足目前使用在CNG站中的天然气压缩机存在诸多不足之处,根据目前最新技术发展方向,能够改进的地方确实不少.1.压缩天然气净化无油认识不足CNG站中进口澳大利亚PRESCON 3D350/6D/75R型天然气压缩机；进气压力0.17MPa,排气压力24.8MPa,转速575r/min,排气量250Nm3/h,3级压缩,W型,采用飞溅润滑.至今进口意大利SAFESr1W型压缩机、SW132F2-EM型仍为飞溅润滑.这种落后的技术导向,导致国内一些CNG用天然气压缩机制造厂,尽管其压缩机占据了CNG一定市场,但并未在气体的完全无油上下功夫.有的开始搞无油结构,搞了几年又倒退到有油润滑.有的对用户宣传无油,采用立式布置,气缸不注油等,但机身里的稀油沿着活塞杆往上窜入填料进入气缸,污染气体,此种压缩机应该正确定义为少油.如具备无油结构,至少在活塞杆上应设抛油环,抛油环随着活塞杆上、下移动,故必须在中间接筒部位加大于一个往复行程S的高度,其刮油装置必须把机身稀油刮干净返回机身,不得窜入或沿活塞杆向上爬进而通过填料带入气缸.如果在机身中体与气缸之间的接筒处暴露的活塞杆,经过运行一段时间至少有2030mm长一段发黑,而其余部位发亮,这种现象肯定气体绝对无油.意大利Nuovopiginone和美国Nowalk等公司为实现压缩机气体不含油,将机器设计为整体撬装,立式无油结构并采用AP1618规定的长形单室接筒,它用于无油润滑结构,具有足够的长度以防止带油进入气缸,活塞杆上装有防火花材料的抛油环,环一般设计成剖分结构.对于卧式要实现无油结构,气缸填料无油润滑,应采用长、短形双室接筒,并且可以实现易燃易爆气体的漏气回收,填料密封至多达到万分之五泄漏水平.一个普通小型CNG站用气10000Nm3/d,则漏气可达5Nm3/d故从节约能源的观点,应进行漏气回收.解决CNG气体带油问题的根本办法,就是采用无油润滑压缩机.因为设计得再好的除油器也只能除去气体中直径大于1m的油雾滴,但不可能除尽气体中的全部油雾.气体带油就会污染储存容器,污染干燥剂,使汽车引擎提前点火,使汽车燃料供给系统中的调压阀发生胶结,甚至当排气温度过高,进而积碳,导致不安全事故发生.2.无油气体压缩机的磨擦热认识不足对无油气体压缩机的磨擦热认识不足是导致无油压缩失败的主要原因,特别是倒级差活塞杆.作者建议该列活塞杆中心钻孔通油冷却,直接冷却填料密封与活塞杆的磨擦表面,可与时导走磨擦热,而且中心孔活塞杆结构不仅可以减轻该列往复重量,而且增加了活塞杆的刚性.再利用不锈钢填料盒通水冷却导走压缩热,这样可以实现填料密封环的长寿命.对于气缸镜面可以设置水套来冷却,1965年意大#庇隆公司曾将气缸冷却水套灌满二乙二醇醚,然后将一冷却盘管放入水中,热气体靠二乙二醇醚导走热量,由于二乙二醇醚为吸水性极强的醚,鉴于压缩缸停机时气缸镜面易冒汗,二乙二醇醚又能使镜面保持干燥不生锈.3.压缩机气阀结构问题在CNG压缩机上采用的最新型气阀结构菌状阀或称蘑茹头阀,是以PEEK聚芳醚酮加填充剂玻璃纤维和碳纤维注射成型生产工艺菌状阀.世界上唯一的工业芳族聚酮生产商Victex公司于1993年成立生产PEEK以来需要量不断增长,美国是最大的市场,占销售额的48%.美国喷索维尼亚州哈特费尔德市格林特德公司专门为博尔其格、库珀能源、德莱塞兰等公司生产压缩#封件,PEK网状阀片,菌状阀,由于比金属轻,有阻尼作用,可缓冲击,因此寿命长,一般8000h寿命是可保证,我国油气田进口的燃气摩托压缩机于1997年前就已经使用验证,1997年七月贺尔碧格#已经向用户提供POPPET VALVE样本.但其价格昂贵,使用户无法承受,相比之下在美国格林特德公司订购仅为1/5 价格.目前,国内已经在#温州等小批量生产,用户处于寿命和可靠性验证阶段.4.纹管式和波节管式冷却器应用自1996年以来,在中小氮肥的合成氨工艺中用波纹管替代老式列管换热器,采用薄壁不锈钢波纹管元件,其传热系数为直壁列方式23倍,波纹管为柔性元件,在大温差和大压差场合具有自动补偿性能,对管板和筒体拉压应力小,对工况变化适应能力强,对中、低压力安全可靠；由于波纹管表面的光滑弧线能抑制水垢生成,而具有自清垢能力；由于具有较高换热能力,因而可以减小设备体积和占地面积,减少冷却水量,降低运行和维护费用；独立的完全自由成型工艺