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燃气
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结构设计
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毕业设计(论文)开题报告题目：燃气透平式压缩机的结构设计 1.毕业设计（论文）综述（题目背景、研究意义及国内外相关研究情况）1.1 题目背景透平式压缩机是在通风机的基础上发展起来的，它广泛用于各种生产工艺过程中输送空气和各种气体，并提高压力。本课题针对燃气透平式压缩机，合理设计其机构以提高工作效率。现代燃气透平最广泛的是作为喷气式飞机的推进动力，有的用作舰船动力、发电厂、尖峰负荷小型电站，也作为远距离输送天然气的气泵的动力。燃气透平压缩机主要用于提高天然气的压力，克服管道输送的生产阻力和罐装存储运输，提高工作效率。1.2 研究意义透平式压缩机是一种叶片旋转机械，它利用叶片和气体的相互作用，提高气体的压力和动能，并利用相继的通流原件使气体减速，将动能转变为压力的提高。 9透平一词是英语中的 turbine 译音，源于拉丁文 turbo词，意为旋转的物体。透平机械是一种具有叶片的流体机械，流体（气体或液体）与叶片相互作用并传递能量。 1根据能量转化方向的不同，可将透平机械分为动力式透平（相当于原动机）和从动式透平（相当于从动机） 。透平式压缩机属于后一种。透平压缩机是天然气输运与液化、石油开采与炼制煤液化与煤化工等能源工业的核心装备，也是石化、钢铁等领域的重要耗能动力装备。压缩机宽工况、稳定、高效和长周期运行对能源及动力系统的安全、节能有重要意义。近年来，随着经济的高速发展，透平压缩机在内部流动机理、设计及制造技术，运行及控制等方面得到了充分的研究，使我国透平压缩机设计制造技术有了长足的发展。但装置大型化及系统高效节能的发展趋势，对透平压缩机技术发展又提出了新的课题，需要解决透平压缩机的气动设计，系统协调匹配及自动控制等方面的关键技术，开发高效节能、安全可靠的大型压缩机组，提高我国石油化工装置用压缩机的技术水平。1.3 国内外相关研究情况实用透平式压缩机在工业上出现之前，活塞式压缩机早已获得了普遍应用。我国大型透平压缩机装备的发展历史较短。通过国外先进技术的引进，消化吸收和自主开发，大型压缩机组等关键装备的国产化水平已经有了很大提高。初步形成了一些大型压缩机的自主开发能力。可以基本满足 1000 万 t/a 炼油、8 万 m3/h 空分等的要求。但天然气长输管线压缩机还基本依赖进口，油气深度开采，天然气液化等所需的高参数压缩机尚在研制。国产化大型透平压缩机的技术水平与国外相比还有一定差距。在装备技术开发跟不上能源需求和工艺流程技术发展的速度，在装备能耗和可靠性等方面还有明显差距。随着石油化工等工业装置的不断增大，透平压缩机向高参数、大容量发展，由于基础研究的缺乏导致透平压缩机基本级系列不全，不能满足很多应用场合要求。如“西气东输”项目的管线大型压缩机。目前国内还没有生产，仍需要进口。在设计技术方面，由于基本级系列不全，效率偏低，设计计算的准确性较差，导致同规格压缩机比国际先进产品效率低 25；传统方法只重视在设计工况点获得高效率。对压缩机的调节性能研究不够。而实际中大多数压缩机不是仅在设计点运行而是通过调节在一定工况范围内运行，从而导致很多“高拙”产品在使用时是在偏离设计点的区域低效运行，致使许多国内压缩机机组同进口机组相比实际运行效率低 520。国内缺乏压缩机系统与工艺流程匹配特性方面的研究，对工艺系统的理解欠缺，压缩机组的设计往往不到位造成较大浪费，易出现机组与工艺系统不匹配，或偏离最佳工况运行，自适应调控能力差。而国外公司对各种化工工艺系统的理解深，经验丰富，压缩机的设计总是恰到好处。控制技术存在差距。国内机组都依靠紧急停车系统确保机组安全。经常停车对大型化过程装置经济损失巨大。国外机组已经采用智能控制系统，针对不同的机组和工艺装置开发相应的专用控制软件包，使机组控制系统监控功能适应不同的机组和相应的工艺装置，使机器的安全运行能够得到保证。总之，我国大型透平压缩机组设计效率偏低，整体落后。使得机组的实际运行效率更低。造成极大的能源浪费。主辅设备缺乏协同性，影响了压缩机组的运行效率和安全可靠性。致使高新技术装备依赖国外的现象依然存在。国际上透平压缩机在向大型、节能、高可靠性发展，技术开发的重点转向了提高产品的可靠性和运行效率，降低能源消耗，改进生产工艺方法等方面。机组的大型化使得透平压缩机在设计技术、主辅设备的协调工作及智能化控制技术几个方面部面临新的挑战，因此，发展设计理论、研究压缩机可靠性及智能控制方法是大型透平压缩机组技术发展的必然趋势。随着石化装置的大型化、数字化、智能化和炼化一体化，产业集成度越来越高，国产化装备的技术水平与国外相比还有逐步拉大的趋势。2.本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施2.1 研究的主要内容(1)收集与查阅相关文献资料，了解目前透平式压缩机研究现状，分析压缩机的类型、使用要求的具体情况，利用相关专业知识设计透平式压缩机主要结构；(2)对主要的零部件选取合适的材料考虑如何加工，完成主要功能与结构设计；(3)利用 AutoCAD 等相关绘图软件绘制相关原理及重要零件工作图；(4)分析该结构的原理、特点等。2.2 拟采用的研究方案、研究方法或措施一般透平式压缩机按气体主要运动方向分有：离心式，气体在压缩机大致径向流动；轴流式，气体在压缩机内大致沿平行于轴线方向流动；轴流离心组合式，有时在轴流式的高压段配以离心式段，形成轴流、离心组合式压缩机。离心式和轴流式压缩机相比各有优缺点。轴流式压缩机具有效率高（设计工况下绝热效率可比离心式高出 5%10%）、流量大等优点，但排气压力不高，稳定工作范围窄，对工质中的杂质敏感，叶片易受磨损；离心式压缩机则不同，除效率比轴流式压缩机低外，可达到很高的排气压力，允许输送较小的流量。因此本设计选取透平式压缩机中的离心式压缩机作为设计对象。离心式压缩机的本体结构分为两大部分：转子，定子。转子由主轴、叶轮、平衡盘、定距套、推力盘、半联轴节等部分组成。定子由气缸、隔板、支撑轴承、推力轴承、轴端密封等零部件组成。按结构大致可分为，水平剖分型、筒型、等温型三种。水平剖分型，气缸被剖分为上、下两部分，一般用于空压机，排气压力限在 45MPa。不适合用于高压和含氢多且分子量小的气体压缩。筒形，也就是垂直剖分型，筒形气缸里装入上、下剖分的隔板和转子，气缸二侧端盖用螺栓紧固。由于气缸是圆筒形的，抗内压能力强，对温度和压力所引起的变形也较均匀。主要用于汽油改质、脱硫等石油精制装置的循环机和其他石油化工用的循环机，使用压力可达45MPa。等温型，这种压缩机就为了能在较小的动力下对气体进行高效的压缩，把各级叶轮压缩的气体，通过级间冷却器冷却后再导入下一级的一种压缩机。本此设计的压缩机工质为燃气，天然气主要成分为 CH4，分子相对质量为 16，小于空气的相对分子质量 29，此外燃气采用液化罐装运输时所需压力很大，因此选用筒型。叶轮又称工作轮，是压缩机的最主要的部件。叶轮随主轴高速旋转，对气体做功。气体在叶轮叶片的作用下，跟着叶轮作高速旋转，受旋转离心力的作用以及叶轮里的 扩压流动，在流出叶轮时，气体的压强、速度和温度都得到提高。按结构型式叶轮分为开式、半开式、闭式三种， 本次设计选用性能好、效率高闭式叶轮。扩压器的种类一般可分为无叶扩压器、叶片扩压器和直叶壁形扩压器。无叶扩压器，由二个隔板平行壁构成的等宽度环形通道。这种扩压器结构最简单，造价最低，工作范围大，一般离心式压缩机都采用这种结构型式的扩压器。气封：内部密封如轮盖、定距套和平衡盘上的密封，一般做成迷宫型，防止机器内部通流部分各空腔之间泄漏。防止或减少气体由机器向外部泄漏或由外部向机器内部泄漏的密封，称外部密封。对于外部密封来说，本次设计需要压缩的气体为燃气，易燃，不允许漏至机外，必须采用液体密封、机械接触式密封、抽气密封或充气密封等。本次设计选用浮环密封，主要是高压油在浮环与轴套之间形成油膜而产生节流降压阻止机内与机外的气体相通。3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作设计透式压缩机的重点在于缸体的气动计算，压缩机强度轴向推力的设计计算与效验以及密封的设计。前期已开展的工作搜集阅读关于燃气透平式压缩机的文献与书籍，对燃气透平式压缩机的结构、原理、国内外研究现状与发展以及应用有一定的了解。4.完成本课题的工作方案及进度计划（按周次填写）第 1-3 周(2014 年 11 月 24 日2014 年 12 月 14 日)：选题、收集与课题相关资料、文献，通过文献阅读，了解透平式压缩机研究现状，初步形成本课题设计思路与方案，并完成开题报告；第 4 周(2014 年 12 月 15 日2014 年 12 月 21 日)：准备并参加开题答辩；第 5 周(2014 年 12 月 22 日2014 年 12 月 28 日)：修改开题答辩提出的问题，修改并完善开题报告；第 6-7 周(2014 年 12 月 29 日2015 年 1 月 11 日)：明确透平式压缩机具体设计思路、设计方案与框架确定，完成一篇外文翻译；第 8-10 周(2015 年 1 月 12 日2015 年 3 月 15 日)：完成燃气透平式压缩机主要结构参数设计与传动装置设计，出装配图，完成中期报告；第 11 周(2015 年 3 月 16 日2015 年 3 月 22 日)：中期答辩第 12 周(2015 年 3 月 23 日2015 年 3 月 29 日)：修改中期答辩提出的问题，修改并完善中期报告,绘制主要零件图；第 13-15 周(2015 年 3 月 30 日2015 年 4 月 19 日)：绘制主要零件图，完成论文撰写；第 16 周(2015 年 4 月 20 日2015 年 4 月 26 日)：完善零件图，修改论文；第 17 周(2015 年 4 月 27 日2015 年 5 月 3 日)：送论文评阅，准备答辩；第 18 周(2015 年 5 月 4 日2015 年 5 月 10 日)：论文答辩；第 19 周(2015 年 5 月 11 日2015 年 5 月 17 日)：修改答辩中提出的问题，修改并完善论文；第 20 周(2015 年 5 月 18 日2015 年 5 月 24 日)：修改论文格式，提交论文。指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见）参考文献1 张超. 静叶可调型向心透平的结构设计及实验研究D.大连：大连理工大学，2013. 2 秦国良.大型透平压缩机发展现状及趋势J.通用机械，2012， （10）：37-39.3 李良明.燃气透平离心压缩机的设计特点及参数选择J.维普资讯，1995.4 天津市制冷压缩技术研究所第四研究室.国内外天然气压缩机应用概况J.压缩机技术，1984，61-64.5 李连生. 压缩机技术研究进展及其应用M.通用机械，2006， （9） ，20-26.6 田明航，冯毅. 一种新型压缩机结构设计与分析J. 现代制造工程，2012， （2） ，122-125.7 齐智勇. 大型单轴悬臂水平剖分离心压缩机结构的三维优化设计方法C.第十一届沈阳科学学术年会暨中国汽车产业集聚区发展与合作论坛论文集（信息科学与工程技术分册） ，2014.8 西安交通大学透平压缩机教研室.离心式压缩机原理M.北京：机械工业出版社,1980.9 黄钟岳，王晓放.透平式压缩机M.北京：化学工业出版社，2004.8.10 沈阳鼓风机厂工人大学，西安交大透平机压缩机教研室. 透平式压缩机第三册（试验指导教师： 年 月 日 所在系审查意见：系主管领导： 年 月 日技术）M.南昌：江西科学技术出版社，2002.11李燕生，陆桂林.向心透平与离心压气机M. 北京：机械工业出版社，1987.12 杭州求是透平机制造有限公司. 我国氯气透平压缩机的现状与前景展望C. 氯氢处理、氯气液化及包装工艺、设备交流会论文集，1988.13 C.Pfleiderer. 叶片泵与透平压缩机 M. 奚启棣译.北京:机械工业出版社,198314 温建新. 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