2021年天然气压缩机毕业设计方案说明指导书

本科毕业设计说明书VW-1/18-3.5型天然气压缩机设计（热力和动力计算）VW-1/18-3.5NATURAGASCOMPRESSORDESIGN(CALCULATIONOFHEATANDPOWER)学院（部）：机械工程学院专业班级：过程装备和控制工程学生姓名指导老师：5月17日毕业设计任务书专业、班级姓名日期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）：热力和动力计算3．设计原始资料：见参考文件资料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：3月17号6.设计完成日期：5月17号7.设计各章节答疑人：8.指导老师：李坤9.系（室）责任人：VW-1/18-3.5天然气压缩机设计（热力和动力计算）摘要压缩机是用来提升气体压力和输送气体机械，是一个能量转换工作机。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以后，形成了和之配套专用压缩机，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含传统化工用压缩机。如氯气压缩机、特殊稀有气体压缩机等，伴随工业发展和进步这些压缩机通常对材料、密封、工艺，尤其是真实气体适应性有特殊要求。气体压缩机石化生产装置中常见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，中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。比如，催化裂化装置用主风机和富气压缩机、加氢装置用循环氢压缩机，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一个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显著。中国已将发展天然气工业、提升天然气在能源组成中百分比作为二十一世纪能源发展战略关键之一。但现在中国四种关键用途天然气压缩机制造技术水平普遍不高，和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、压缩机零部件加工精度较低等不足，造成直到现在中国这些压缩机仍然依靠进口。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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 规范落实和服务、增加品种等方面加把劲，才能满足中国加紧发展天然气工业需求。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-1/18-3.5NATURAGASCOMPRESSORDESIGN(CALCULATIONOFHEATANDPOWER)ABSTRACTCompressorisusedtoincreasethegaspressureandgastransportationmachinery,energyconversionisaworkmachine.Awiderangeofcompressorapplications,sometimesreferredtoasgeneral-purposemachinery.Sincethe20thcentury,70's,afterthegreatdevelopmentofpetrochemicalindustry,formingacompletesetofdedicatedcompressor,suchasthededicatedcompressorfertilizer,ethyleneindustrialuse"three-plane"andsoon.Chemical-specificcompressoralsoincludestraditionalchemicalcompressor.Suchaschlorinegascompressors,gascompressors,suchasrareandspecial,withtheindustrialdevelopmentandprogressofthesecompressorsareusuallyofmaterials,seal,process,inparticular,theadaptabilityoftherealgaswithspecialrequirements.Petrochemicalproductionplantgascompressorofthegasusedingascompressorsarecentrifugalcompressorsandreciprocatinggascompressors.Overtheyears,ourcompressormanufacturingindustryintheintroductionofforeigntechnology,digestionandabsorptionandself-development,basedonanumberofdifficultiestoovercome,andachievedamajorbreakthrough.Forexample,thecatalyticcrackingunitwiththemainfanandagascompressor,thecycleofhydrogenationdeviceshydrogencompressor,threeethylenecompressor,compressorfertilizerfourhavealargenumberofapplicationsinthepetrochemicalproduction.Naturalgascompressorinwhichtherehasbeenabreakthroughinresearch.Naturalgascompressorisapistoncompressoriswidelyusedinmanyfields,suchasforpersonaluseorpublicinflatablestations,gasstations,plasticmolding,gasstations,specialtygascompressors,naturalgas,purge,machinerymanufacturers,compressoroil,theeconomyisfairlyobviousroleinpromotingChinahasbeenthedevelopmentofthenaturalgasindustrytoimprovethenaturalgasinenergymixintheproportionofenergydevelopmentinthe21stcenturyasoneofthefocusesofthestrategy.However,China'sfourmajorusesofnaturalgascompressormanufacturingtechnologylevelisgenerallynothighcomparedwithforeignsimilarproductsthereisabiggap.Compressormanufacturerbehindtheprevalenceofprocessingtechnologyandequipment,compressorcomponents,suchasthelackoflowaccuracy,resultinginuptothesecompressorsinChinastillrelyonimports.Studyonnaturalgascompressormanufacturingindustryshouldbeinthedevelopmentofdesign,overallqualityofproducts,andstrengthentheimplementationofstandardsandservices,increasethevarietyandsoworkharderinordertospeedupthedevelopmentofourcountrytomeettheneedsofthenaturalgasindustryKeywords：Compressor，NaturaGas，Oil-freelubrication，PartsDesign，Thermodynamiccalculation，Dynamiccalculation目录摘要（汉字）……………………………………………………………Ⅰ摘要（英文）……………………………………………………………Ⅱ1绪论………………………………………………………………………11.1天然气压缩机……………………………………………………11.2原理结构 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ……………………………………………………11.3无油润滑…………………………………………………………31.4设计内容…………………………………………………………52压缩机热力计算…………………………………………………………62.1结构选型及 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 选择……………………………………………62.2设计原始数据……………………………………………………62.3排气温度确实定…………………………………………………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活塞力计算……………………………………………………82.9轴功率计算……………………………………………………92.10电动机功率……………………………………………………93压缩机动力计算………………………………………………………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………………………………………………………134零部件设计…………………………………………………………144.1曲轴设计………………………………………………………144.2连杆设计………………………………………………………154.3连杆计算………………………………………………………174.4其它零件尺寸确定………………………………………………195结论及压缩机发展前景…………………………………………………205.1天然气压缩机现实状况……………………………………………205.2天然气压缩机发展不足………………………………………215.3天然气压缩机前景……………………………………………245.4小结………………………………………………………………24参考文件……………………………………………………………………26谢辞…………………………………………………………………………271绪论1.1天然气压缩机在一个相当长时期内，天然气压缩机可靠性是和其关键性不相当。尤其关键是气阀，因为它可靠是否对机器有很大影响，为此大家对气阀制造和研究一直很重视。活塞式压缩机中另一个被关注问题是滑动密封。滑动密封包含两个方面：其一是密封元件耐久性---寿命；其二是密封元件因需要油润滑而带来气体污染问题。对于前者是致力于研究摩擦、磨损和润滑问题；以后者，大家却又所以发明出了很多新型、气体不被油污染压缩机[3]伴随工业发展和进步，大家对压缩机性能要求也越来越高，需要研究设计人员不停更新现在技术，研究出适合现代社会工业发展需要压缩机，所以对本课题研究是很关键和必需。因为活塞式压缩机易损件多、体积大、噪声大、震动大、不稳定及存在危险性等缺点。在一九三六你瑞典开发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用户认可。不过伴随螺杆压缩机广泛应用，随之而来问题也全部暴露出来，关键表现为：压力上不去，适合于八千克以下；排气量也上不去，最大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（表现机头会被抱死）力无法平衡，螺杆不能被平衡；英格索兰(​​)空压机(​​)噪声及震动不太令人满意[2]。综上可知，天然气压缩机业亟待技术升级换代。研究时需综合利用过程流体机械课程及其它先修课程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亲密地结合起来。学习和掌握通用机械零件、机械传动装置或简单机械通常设计方法，培养工程设计能力和分析问题、处理问题能力。研究时学生需要在计算、制图、利用设计资料（包含手册、标准和规范等）和经验估算、综合考虑技术决议、机械CAD技术和机械设计方面基础技能进行一次训练，以提升这些技术能力。1.2原理结构分析活塞式天然气压缩机工作原理见图1所表示：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活塞向右移动时，气缸内活塞左腔压力低于大气压力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。活塞往复运动是由电动机带动曲柄滑块机构形成。曲柄旋转运动转换为滑动——活塞往复运动。　图1.1活塞式压缩机工作原理图   这种结构压缩机在排气过程结束时总有剩下容积存在。在下一次吸气时，剩下容积内压缩空气会膨胀，从而降低了吸人空气量，降低了效率，增加了压缩功。且因为剩下容积存在，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，提升容积效率，增加压缩气体排气量。 图1为单级活塞式天然气压缩机，常见于需要0.3—0.7MPa 压力范围系统。单级活塞式压缩机若压力超出0.6MPa，各项性能指标将急剧下降，故往往采取多级压缩，以提升输出压力。为了提升效率，降低空气温度，需要进行中间冷却。图2(A)为二级压缩活塞式空压机设备示意图。图2(B)所表示，空气经低压缸后压力由p1提升至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压力p3。并由该图可见，进入低压缸和高压缸空气温度Tl和T2，在同一等线12′3′上，两个压缩过程12.2′3偏离等温线不远。同一压缩比 单级压缩过程123″，比两级压缩偏离等温线12′3′远得多，即温度要高很多。且单级压缩消耗功相当于图中面积 613″46，两级压缩消耗功相当于上图中面积61256和52′345之和节省功相当于2′23″32′。可见，分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提升效率[4]。天然气压缩机有多个结构形式。按气缸配置方法分有立式、卧式、角度式、对称平衡式和对置式多个。按压缩级数可分为单级式、双级式和多级式三种。按设置方法可分为移动式和固定式两种。按控制方法可分为卸荷式和压力开关式两种。其中，卸荷式控制方法是指当贮气罐内压力达成调定值时，压缩机不停止运转而经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法是指当贮气罐内压力达成调定值时，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，而且轻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、建材和航天等国民经济建设和国防建设等部门中应用广泛，尤其在石油、化工和动力等工业中，已成为必不可少关键设备。长久以来，因为传统有油润滑压缩机很多弊端，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。伴随工业发展，常要求气体在压缩时不为润滑油所污染，或根本不许可和润滑油接触，也不许可外界空气逸人气缸。比如，合成氨厂中氮氢气压缩机，若被压缩或输送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。空气分离部门氧气压缩机为防爆而不能使用润滑油(氧气遇油轻易引发燃烧，发生爆炸)。石油气压缩机中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产品不许可被油污染。各类珍贵稀有气体如氦、冠等最怕混有空气，影响纯度。为满足上述工艺和产品特殊要求，无油润滑压缩机则应运而生，它形成和发展从一开始就含有强大生命力。中国压缩机制造厂家已生产出压缩和输送多种气体、多个规格和型号无油润滑压缩机，无油润滑压缩机用户更是遍布全国各地。不少设计、研究人员进行了大量卓有成效工作，积累了一定经验。但迄今为止，中国尚无系统具体叙述无油润滑压缩机方面专著出版。所以推进中国无不油润滑压缩机研究、设计和制造技术发展， 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 无油润滑压缩机在生产实践中应用，指导和提升无油润滑压缩机安全使用和管理水平，对从事无油润滑压缩机工程技术人员和管理人员会有所帮助和裨益。1、无油润滑压缩机应用及其意义压缩机是一个将气体压缩从而提升气体压力或输送气体机器，在国民经济和国防建设很多部门中应用极广，尤其是在石油、化工、动力等工业中已成为必不可少关键设备，是很多工业部门工艺步骤中心脏设备。其关键应用场所有：(1)化工工艺过程在化工生产中，为了确保一些合成工艺能在高压下进行，需要经过压缩机把气体预先加压到所要求压力。比如，高压聚乙烯聚合反应要求把乙烯气加压到200MPa以上；合成氨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。所以，压缩机工作好坏将直接影响到生产过程每一道工序。(2)动力工程在动力、机械和国防工业中常采取压缩空气作为驱动装置动力气源。比如，常见风动机械要求空气压力为0．8MPa；用于控制仪表及自动化装置上气源压力为0．6MPa；国防工业中一些武器发射、潜水艇浮沉、鱼雷发射等全部采取压缩机。(3)气体输送在石油、化工生产中，为了输送原料气，常见压缩机增压。比如，从油田输出天然气，从煤气厂输出煤气，全部要求事先增压。另外，在化工步骤中为了使系统内未反应气体得以再循环，常见循环压缩机增压。压缩机可压缩和输送气体介质广泛，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、硫化氢等气体及易燃、易爆和有毒气体、高纯珍贵稀有气体等。伴随工业发展，常要求气体在压缩时不为润滑油所污染(或根本不许可和润滑油接触)，或不许可外界空气逸人气缸。比如，合成氨厂中合成塔触媒会因氯氢气含油而使合成效率降低，故最好能用32MPa无油润滑氮氢气压缩机；空气分离装置中氧气，因含油会引发燃烧、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；珍贵稀有气体(如氦、员等)生产厂也需要无油润滑压缩机，以确保气体纯度；深冷工程中气体温度很低，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产品不许可被润滑油污染，也需要无油润滑压缩机。所以，无油润滑压缩机研究、制造和使用，从一开始就含有强大生命力。无油润滑压缩机质量和产量是压缩机行业生产水平一个关键标志，也是文明生产、提升多种工艺步骤产品质量和产量一个根本确保。2、无油润滑压缩机特点无油润滑压缩机是被压缩气体不带油压缩机，即压缩机无油润滑通常是指被压缩气体所接触零部件(不包含传动部件)无油。无油润滑压缩机关键特点为：(1)被压缩气体不带油污，不需脱油处理，不污染环境。(2)能耗低。仅以节省润滑油为例，一台无油润滑高压循环机每十二个月可节省润滑油3600kg。(3)无油润滑压缩机系统取消了注油器、油分离器等设备，大大降低系统阻力，有利于增加产量，而且还降低了注油器、离器检修工作量和检修费用。(4)理想无油润滑压缩机因为密封摩擦件摩擦因数小，所以使用寿命长，降低了非生产检修时间及其费用。所以，比有油润滑压缩机效益高。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，从压缩机工作机理研究入手，综合利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，利用制图CAD技术对天然气压缩机工作原理机型描述。总体设计内容包含：a.热力计算，包含：结构选型及方案选择、设计原始数据、排气温度确实定、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、活塞力计算和轴功率计算。b.动力计算,包含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，包含曲轴设计、连杆设计和其它相关尺寸确实定。d.作出相关坐标图（汽缸示功图、综合活塞力图、切向力图），压缩机装配图，和曲轴和连杆零件图。2压缩机热力计算2.1机构选型及方案选择依据压力比ε=18/4=4.5，压缩机确定为二级，选定为：V型压缩机，采取水冷形式，单缸双作用。以下图3所表示：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：0.1Mp排气压力：1.8Mp转速：1000r/min2.3初步确定各级名义压力依据工况需要，选择级数为两级，根据等压比分配标准，，但为使第一级有较高容积系数，第一级压力比取稍低值，各级名义压力及压力比见表1级次ⅠⅡ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依据公式：，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：选择=0.97（3）、确定温度系数查相关资料选择=0.96（4）、确定泄露系数依据所定结构方案，选择=0.92（5）容积效率计算依据公式：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饱和蒸汽压=2383Pa，=3229Pa2.6确定汽缸行程容积依据公式：，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则得活塞平均速度：（2）确定活塞杆直径取活塞直径d=30mm,得依据汽缸直径标准，圆整为=195mm，实际行程容积为活塞有效面积为同理可得，依据汽缸直径标准，圆整为=92mm,实际行程容积=0.00126活塞有效面积为=0.0126考虑到圆整值和计算值之间差值，这里采取维持压力比不变，调整相对余隙容积方法，利用下列公式计算容积系数=计算新得到容积系数为再经过下式计算新相对余隙容积计算结果为2.8计算活塞力⑴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Ⅰ0.10.40.050.080.0950.4324.55Ⅱ0.41.80.0350.060.3861.9084.94⑵活塞力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/ⅠⅡ止点气体力计算，见下表列次内止点/KN外止点/KNⅠⅡ2.9确定各级排气温度因为排气压力不高，所以天然气能够近似看做理想气体，等熵指数k=1.4,因为采取水冷方法，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依据公式：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已知条件和数据依据第一部分热力计算结果，得出所用数据以下所表示：活塞行程：s=100mm转速：n=1000r/min3.2压缩机汽缸示功图A、动力计算基础数据，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（%）KtantanvⅠ45982043444942090912.812.81.40.2500.351Ⅱ41691831737062060613.613.61.40.2500.351B、确定设计示功图中力百分比尺和长度百分比尺选择:力百分比尺：200N/mm长度百分比尺：1mm/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示功图下方作两个半圆，找出行程S和曲柄转交α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，则依据公式能够分别算得曲柄销旋转半径为：r=50mm曲柄销旋转角速度：连杆径长比选择为：查相关资料得和值，计算惯性力I=13119.58=13519.57和和I值如表3.1所表示：表3.1、和I值01.199915742.2116222.1700360151.139114944.5415400.180.04072.035345300.966012673.5313059.930.15897.945330450.70719276.879559.710.342817.14315600.39995246.535406.490.575028.75300750.08561123.041157.280.834441.7228590-0.-2623.92-2703.921.100055270105-0.4320-5667.67-5840.471.352167.605255120-0.6000-7871.76-8111.761.575078.75240135-0.7071-9276.87-9559.711.751187.855225150-0.7660-10049.61-10356.011.891094.55210165-0.7921-10399.91-10716.991.972698.63195180-0.7999-10494.37-10814.332.000100180（单位：Nmm）（4）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，综合活塞力能够依据上图得悉，然后代入下表，作切向力图，依据一定结构方案，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-.12-989.72345-0.3088-1141.46654.18-352.48202.01360-0.0000-343.791476.170.000.00（单位：Nmm）（2）百分比尺确实定依据实际选择百分比尺：力百分比尺：200N/mm长度百分比尺：1mm/mm（3）旋转摩擦力计算在总切向力图中，为计入旋转摩擦力将横坐标下移。（4）依据切向力图，测得总切向力图曲线和横坐标所包围面积为45则其平均切向力为：则：要求误差不超出5%.所求结果在许可范围内。3.5计算飞轮矩查相关资料，选择δ=1/35，由作出切向力图能够计算出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、曲轴设计曲轴材料取45号优质碳素钢，示意图以下图4.1所表示：图4.1曲轴示意图1、曲柄销直径确实定：已知则取2、主轴径直径取则3、轴颈长度确实定轴径长度要和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、曲柄厚度确实定依据公式：取5、曲柄宽度确实定依据公式：曲轴为铸造,则曲柄宽度为:h=72mm4.2、连杆设计连杆材料取45号优质碳素钢，示意图以下图4.2所表示：图4.2连杆示意图1、已知参数活塞力P=1吨，行程S=100mm2、连杆关键尺寸确实定以下表4.1所表示：表4.1连杆关键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连杆计算连杆相关计算以下表4.2所表示：表4.2连杆具体计算序号名称代号参数计算结果说明1小头衬套比压P2杆体惯性半径i3柔度L/i4杆体拉应力5系数C6惯性矩7连杆摆动平面纵外应力8杆体长度9惯性矩10垂直于连杆摆动平面纵弯应力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弯曲截面系数14截面A-A弯曲应力15大头盖截面bb抗弯截面系数16小头截面C-C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、其它零部件基础尺寸确定（1）、曲轴箱和机体基础尺寸：机座壁厚：S=20mm中体壁厚：中体和机身连接法兰厚度取（2）、连接螺栓部署机体间连接螺栓间距t及法兰厚度h：（3）、活塞环环数确实定：依据公式：活塞环数取（4）、十字头基础尺寸确实定：销空座壁厚确实定：十字头体壁厚：表4.3十字头关键尺寸尺寸代号DLBb关键尺寸130mm100mm60mm30mm(5)、轴承选择依据其受力情况和整体结构选择轴承为：角接触球轴承，型号为7220C表4.4轴承基础尺寸代号dDBa尺寸100mm180mm34mm35.8mm5结论及压缩机发展前景5.1压缩机发展现实状况中国首套天然气三联发电装置已正式投入运行，此举表明中国提升天然气在能源组成中百分比发展战略已进入实施阶段。但现在中国4种关键用途天然气压缩机制造技术水平普遍不高，和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、压缩机零部件加工精度较低等不足，造成直到现在中国这些压缩机仍然依靠进口。现在，中国天然气压缩机制造业和优异国家相比，仍存在一定距离，关键表现在以下多个方面：1、用于长输管线增压站压缩机。在西气东输工程中，天然气长距离输送必需铺设输送管道并建立天然气增压站，经过天然气压缩机多级增压实现天然气长距离输送。而现在中国仅有几家企业能够涉足长输管线增压站用压缩机制造，其技术水平和产品质量和世界优异水平存在较大差距。结果，国产天然气压缩机在西气东输这么关键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，中国共进口了30多套大化肥成套装置，所用压缩机也是伴随成套装置进口。也就是说，多年来中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，中国首套以煤为原料大化肥国产化示范装置才在山东华鲁恒升投产成功。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，这标志着中国大化肥装置用压缩机能够实现国产化。不过从"能够"到"完全"，这其中还要经历多少磨砺？3、适适用于三联发电装置压缩机。现在，国际上以天然气为燃料发电装置所占比率平均高达85%左右，而中国和这一比率相距甚远，造成中国天然气三联发电装置中所用压缩机制造和应用寥寥无几。据了解，这类压缩机中国企业完全有能力制造，但巨大商机就是无法取得。4、用于汽车加气站CNG压缩机。在天然气汽车加气站用CNG压缩机制造方面，因为中国天然气汽车应用还处于早期阶段，所以天然气汽车加气站用压缩机研究和开发才刚刚引发中国重视。即使现在中国已经有能力制造这类压缩机，但市场上运行国产天然气加气站压缩机往往全部是由其它压缩机改装而成，产品质量良莠不齐。业内教授认为，中国天然气压缩机制造业应该在开发设计、产品整体质量、强化标准规范落实和服务、增加品种等方面加把劲，才能满足中国加紧发展天然气工业需求。天然气作为一个清洁能源,多年来在能源市场中份额不停扩大。中国属于天然气资源丰富国家,到1996年,中国已发觉气田132个,其中已投入开发89个。探明天然气资源量40万亿,估计到,中国天然气年产量可达成300亿。然而,因为天然气在开采过程中不可避免地会出现压力递减,所以,处于天然气开采中、晚期气田,必需借助天然气压缩机来进行增压气举开采,才能把低压井天然气开采出来,并经过天然气压缩机增压,进入天然气主管道。所以,天然气压缩机组,是用于天然气开采和天然气增压集输关键技术装置。天然气压缩机生产和应用,伴伴随石油天然气工业发展而发展,其装备技术水平也伴伴随科学技术发展而提升。现在,国外天然气压缩机生产厂家,关键集中在美国。以库伯企业、艾里尔企业和德来赛兰企业等为代表。生产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。库伯企业以生产撬装整体式(DPC)天然气摩托天然气压缩机为主,而艾里尔和德来赛兰企业则以生产撬装分体式(JG)天然气压缩机著称。库伯企业生产天然气压缩机产品,即使经历数十年生产发展,但就其基础结构而言,并无多大改变,依旧保留着原来特点:结构简单、技术优异、性能可靠、适应性强、便于操作及维护保养等。所以,在中西部油田得到了广泛应用。就整体式压缩机规格而言,现在已发展成系列产品。从最早单列机组,发展到双列、三列、四列机组;机组功率也由小到大从45kW马力发展到657kW马力以上;在机组自动控制方面,应用了超温、超压、振动、超负荷、超转速、超油位、超液位等方面自动保护装置,大大提升了压缩机组自动化程度和工作可靠性。而伴随计算机技术和通讯技术快速发展,还实现了天然气压缩机联机控制和远程控制。总而言之,伴随科学技术快速发展,目前天然气压缩机自动化水平得到快速提升,压缩机操作可靠性、便捷性也大为提升。中国天然气压缩机制造,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,铸件采取一般粘土砂铸造,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显著改善,铸件尺寸精度和内压质量得到有效控制。5.2天然气压缩机不足现在使用在CNG站中天然气压缩机存在很多不足之处，依据现在最新技术发展方向，能够改善地方确实不少。1.压缩天然气净化无油认识不足　　CNG站中进口澳大利亚PRESCON3D350/6D/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，采取飞溅润滑。至今进口意大利SAFE(塞福)Sr1W型压缩机、SW132F2-EM型仍为飞溅润滑。这种落后技术导向，造成中国部分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，但并未在气体完全无油上下功夫。有开始搞无油结构，搞了几年又倒退到有油润滑。有对用户宣传无油，采取立式部署，气缸不注油等，但机身里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。如含有无油结构，最少在活塞杆上应设抛油环，抛油环伴随活塞杆上、下移动，故必需在中间接筒部位加大于一个往复行程S高度，其刮油装置必需把机身稀油刮洁净返回机身，不得窜入或沿活塞杆向上爬进而经过填料带入气缸。假如在机身中体和气缸之间接筒处暴露活塞杆，经过运行一段时间最少有20~30mm长一段发黑，而其它部位发亮，这种现象肯定气体绝对无油。　　意大利Nuovopiginone和美国Nowalk等企业为实现压缩机气体不含油，将机器设计为整体撬装，立式无油结构并采取AP1618要求长形单室接筒，它用于无油润滑结构，含有足够长度以预防带油进入气缸，活塞杆上装有防火花材料抛油环，环通常设计成剖分结构。对于卧式要实现无油结构，气缸填料无油润滑，应采取长、短形双室接筒，而且能够实现易燃易爆气体漏气回收，填料密封至多达成万分之五泄漏水平。一个一般小型CNG站用气10000Nm3/d，则漏气可达5Nm3/d故从节省能源见解，应进行漏气回收。　　处理CNG气体带油问题根本措施，就是采取无油润滑压缩机。因为设计得再好除油器也只能除去气体中直径大于1μm油雾滴，但不可能除尽气体中全部油雾。　　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调压阀发生胶结，甚至当排气温度过高，进而积碳，造成不安全事故发生。2.无油气体压缩机磨擦热认识不足　　对无油气体压缩机磨擦热认识不足是造成无油压缩失败关键原因，尤其是倒级差活塞杆。作者提议该列活塞杆中心钻孔通油冷却，直接冷却填料密封和活塞杆磨擦表面，可立即导走磨擦热，而且中心孔活塞杆结构不仅能够减轻该列往复重量，而且增加了活塞杆刚性。再利用不锈钢填料盒通水冷却导走压缩热，这么能够实现填料密封环长寿命。　　对于气缸镜面能够设置水套来冷却，1965年意大利辛庇隆企业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，因为二乙二醇醚为吸水性极强醚，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压缩机上采取最新型气阀结构菌状阀或称蘑茹头阀(POPPETVALVE)，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。世界上唯一工业芳族聚酮生产商Victex企业于1993年成立生产PEEK以来需要量不停增加，美国是最大市场，占销售额48%。美国喷索维尼亚州哈特费尔德市格林特德企业专门为博尔其格、库珀能源、德莱塞兰等企业生产压缩机密封件，PEK网状阀片，菌状阀，因为比金属轻，有阻尼作用，可缓冲击，所以寿命长，通常8000h寿命是可确保，中国油气田进口燃气摩托压缩机于1997年前就已经使用验证，1997年七月贺尔碧格(上海)已经向用户提供POPPETVALVE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企业订购仅为1/5价格。现在，中国已经在浙江温州等小批量生产，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，在中小氮肥合成氨工艺中用波纹管替换传统列管换热器，采取薄壁不锈钢波纹管元件，其传热系数为直壁列方法2～3倍，波纹管为柔性元件，在大温差和大压差场所含有自动赔偿性能，对管板和筒体拉压应力小，对工况改变适应能力强，对中、低压力安全可靠；因为波纹管表面光滑弧线能抑制水垢生成，而含有自清垢能力；因为含有较高换热能力，所以能够减小设备体积和占地面积，降低冷却水量，降低运行和维护费用；独立完全自由成型工艺，波纹形成过程中没有强制变型，不会造成应力集中，残余应力小，应力分布均匀，没有晶间缺点。　　波节管式为一节波纹和一节直段交叉组成，仍有自清垢能力，管壁厚，能够向高压方向发展。四川华西通用机器企业大力推进CNG技术创新中央在相关第十个五年计划提议中指出，在加紧传统产业技术改造中，要“大力振兴装备制造业”。四川华西通用机器企业是国家石油化工设备及一、二、三类压力容器设计制造专业企业，多年来，企业针对CNG站用压缩机进行了广泛调查和技术筛选，前后开发出2Z3.5及3Z3.5立式无油CNG压缩机，两种机型涵盖了进气压力为0.2MPa、0.4MPa、0.8MPa、2.5MPa等多个工况条件，气量涵盖了340Nm3/h至1500Nm3/h不一样需求，在CNG用天然气压缩机开发上，2ZW3.5-1.1/8-250型和3Zw3.5-3/3-250型天然气压缩机分别在铜梁、简阳和江油3个CNG站投入用户使用考评并进行深入技术改善。长距离输送管道和建立天然气增压站,经过天然气压缩机多级增压,才能实现天然气长距离输送,中国已将发展天然气长输管道列为全国关键基础建设项目,计划到向长江中、下游地域年供量将达成190亿。天然气压缩机还可用于液化天然气配套用装备和城市工业及民用天然气增压储存。天然气压缩机生产和应用,伴伴随石油天然气工业发展而发展,其装备术水平也伴伴随科学技术发展而提升。现在,国外天然气压缩机生产厂家,关键集中在美国。以库伯企业、艾里尔企业和德来赛兰企业等为代表。生产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。中国天然气压缩机制造,始于80年代初。现在,中国压缩机生产厂家加工技术装备普遍落后,压缩机零部件加工精度较低,形位公差难以控制和检测。所以,中国天然气压缩机制造业,和国外相比,不管在开发设计,品种规格,还是压缩机整体质量方面,全部存在较大差距,不能适应中国天然气工业发展和天然气市场对压缩机需求[12]。5.3天然气压缩机发展前景：据相关资料估计,现在全球天然气总储量大约可供人类开采2。到天然气在世界能源组成中份额将从现在23%上升到28%,然而中国现在天然气在中国能源组成中份额只占2%,大大低于世界平均水平。为此,二十一世纪中国将大力发展天然气工业,到,中国天然气在中国能源组成中百分比估计达成10%。中国天然气资源公布极不均衡,关键分布在工业并不发达、人口相对较少中西部地域,要把中国中西部地域天然气输送到东部地域大城市,必需附设长距离输送管道和建立天然气增压站,经过天然气压缩机多级增压,才能实现天然气长距离输送,中国已将发展天然气长输管道列为全国关键基础建设项目,计划到向长江中、下游地域年供量将达成190亿m3。天然气压缩机还可用于液化天然气配套用装备和城市工业及民用天然气增压储存。所以,发展天然气压缩机产业,不仅符合中国天然气工业发展需要,同时能够替换天然气压缩机进口,为国家节省大量外汇支出,符合中国产业政策,只要经过技术装备改造,调整产品结构,就能充足满足这一新市场需求。所以,发展天然气压缩机产业,不仅符合中国天然气工业发展需要,同时能够替换天然气压缩机进口,为国家节省大量外汇支出,符合中国产业政策,只要经过技术装备改造,调整产品结构,就能充足满足这一新市场需求。5.3小结设计结束后收获颇多，不过，也发觉了很多自己不足和缺点总来说有以下几点：1.全方面学习了相关专业理论知识，对于压缩机和相关机械知识全部有了较大提升。2.对于动手能力有了很大提升，尤其是绘图、查阅资料和相关计算全部比以前提升很多。3.对于学习上大毅力和信心也增强了，相信对于以后走上工作岗位会有很大帮助4.不过发觉大不足也很多。首先，是对设计了解不够充足，压缩机设计要求专业知识和了解能力较高，刚开始时候并没有对其原理和结构有充足认识造成中期出现很多问题。5.设计中计算和绘图还需要进行加强，这个在以后生活和工作中很关键。参考文件[1]《活塞式压缩机设计》编写组.活塞式压缩机设计.北京：化学工业出版社，1987.12[2]郁永章.活塞式压缩机[M].北京：机械工业出版社，1987.3[3]黄仕年.化工机械.北京：化学工业出版社，1987.12[4]林梅.活塞式压缩机原理.北京：机械工业出版社，1987.11[5]全国压缩机标准化技术委员会编.压缩机卷（上）.北京：中国标准出版社，.12.[6]中国机械工业部.无油润滑液化石油气压缩机.蚌埠：蚌埠压缩机总厂，1996.[7]姜培正.过程流体机械.北京：化学工业出版社，.[8]董怀武，等.画法几何和机械制图.武汉：武汉理工大学出版社，.[9]濮良贵，等.机械设计.北京：高等教育出版社，.[10]孙恒，等.机械原理.北京：高等教育出版社，.[11]陈玉，等.机械设计课程设计.北京：机械工业出版社，[12]CNG用天然气压缩机技术探讨.中国空压机网.(​​)，.04[13]Maclaren,J.F.T.,TramschekA.B.,Sanjines,AandPastrana,O.P.,《UnsteadyFlowinTwo-StageInterooledReciprocatingCompressorSysten,Vibration;andNoistinPunp,FanandCompressorInstallations》,1975.[14]徐鸿，董其武，等过程装备和控制工程专业英语.北京：化学工业出版社，.01致谢这次毕业论文从选题、开题、动手做到现在结束历时三个多月。首先感谢教导老师李坤老师，从在科海实习时候李老师就帮我们系统介绍了压缩机工作原理，工作方法和可能出现问题，对我们设计起到指导作用。在设计期间从开题汇报开始李老师一直不停教导、帮助。每七天三全部会在教研室里帮我们处理一系列问题，督促监督我们设计进度，帮我们找资料、改毛病。同时李老师还会让我们尝试多种设计方法，让我对于Word、Excel、CAD全部有很大提升。中期答辩时候也帮我们找到了很多问题，并对于我们任务作了明确分工。李老师帮助很大，在此表示感谢。在设计期间还得到了凃星剑、王仲举、汪耿、种国相等同学帮助，她们帮我处理了很多设计中出现疑问和不足，尤其是数据处理、作图方面给我很大帮助使我从开始不熟悉到以后能独立处理多种问题，在此很想说：谢谢你们！这次设计让我学到了很多以前没有学到或没有学好知识，天然气压缩机工作原理、工作方法和多种部件设计全部很熟练了。对于无油润滑也有了很全方面了解。当然在设计同时存在部分不足，这也是需要学习和改善地方，经过这次设计对于个人学习能力和数据处理和作图能力全部有很大提升，对于压缩机多种知识全部能很熟练掌握，同时提升了文字处理、数据计算、计算机绘图等能力。这些对于以后工作全部有很帮助。最终感谢母校四年来培养，感谢朱满超老师、李坤老师在实习和设计期间帮助，谢谢你们！