【《某柴油加氢压缩机的结构设计》18000字（论文）】

\o"100万吨/年柴油加氢精制装置新氢与循环氢二合一压缩机组设计"某柴油加氢压缩机的结构设计摘要压缩机是柴油加氢精制装置的核心设备，选用更高效的压缩机是柴油加氢过程中的关键。柴油加氢压缩机包括新氢压缩机和循环氢压机。本设计采用新型氢气和循环氢气二合一压缩机组，可节省有效占地面积，减少投资，效率高，运行维护费用经济，降低能耗。基于介质、气量、压力等设计参数，本文首先确定了整体结构方案，然后经过了热力学数据计算和动力学数据计算完成了气缸、活塞、曲轴等主要零部件的设计，并对主要零部件进行了强度校核，最终绘制了压缩机装配图及主要零部件图。关键词：柴油加氢精制；循环氢压缩机；新氢压缩机；设计目录TOC\o"1-3"\h\u第1章引言 第4章主要零部件设计经过热力计算初步完成二合一压缩机组的结构示意图，如图4-1所示。图4-1二合一压缩机组结构示意图二合一压缩机组共有4个汽缸，其中图4-1中左侧2个汽缸输送循环氢，右侧2个汽缸输送新氢。循环氢为2列2缸一级压缩，2个汽缸共用口缓冲罐和出口缓冲罐。新氢为2列2缸两级压缩，共有2个入口缓冲罐和2个出口缓冲罐及1个中间冷却器。二合一压缩机组为往复活塞式压缩机，由四个汽缸、活塞、气阀等工作部件、曲轴、连杆、十字头等运动部件及缸体组成，同时还有润滑系统、安全调节系统和冷却系统。4.1气缸的设计4.1.1基本结构型式及选材气缸部件是一种活塞式空气压缩机中主要零部件。，气缸可以由强度的各异材质制成，当工作压力低于6MPa的气缸用铸铁制造。工作压力低于20MPa的气缸常使用铸铁进行制造。工作压力更高的气缸使用碳钢，合金钢等材料进行制造。铸铁易于锻造性，对形状构造的限制较小，因此铸铁筒体有单壁型筒体，多壁型筒体。大中型压缩机的铸铁气缸多是使用多层壁结构，故选用多层壁铸铁气缸，铸铁型号为HT200。4.1.2气缸主要尺寸的确定气缸的壁厚按铸造要求确定工作压力为(0.2～0.3)MPa时：（4-1）直径较小，压力大的铸铁材料的气缸的壁厚通常采取薄壁圆筒的公式计算（4-2）式中：是每一级气缸的工作压力；是每一级气缸内径；是壁厚常数附加量，其值可以按（5～8）mm选取，大直径气缸时值就大；是气缸材料最大许用拉伸应力。按照[41]选取为15MPa，各级气缸壁厚按公式（4-2）计算。则各级气缸的壁厚为：mm，mm，mm。径向壁厚（4-3）轴向壁厚（4-4）法兰套壁厚（4-5）由公式（4-3）公式（4-4）公式（4-5）计算数据记入表4-1。表4-1各类壁厚数据级数ⅠⅡⅢ水套径向壁厚δ'/mm406555气缸轴向壁厚δ"/mm508565连接法兰壁厚δ'"/mm75125100本次设计冷却方式是水冷，气缸靠气缸外壁水来冷却。这样冷却较均匀，吸收气缸壁产生的能量，减少预热，润滑油在气缸中的分解延缓，使气缸散热变得充分，气缸其它尺寸由工艺条件确定。4.1.3气缸强度校核气缸与气缸套的材料相同。气缸与气缸套之间的压力：（4-6）气缸内表面切向应力：（4-7）气缸内表面径向应力：（4-8）气缸套内表面切向应力：（4-9）由于E远远超过r1与r2多，r1与r2是气缸套内外半径，可以令r1=r2，r3为气缸内径。由公式（4-6）、公式（4-7）、公式（4-8）、公式（4-9）计算可得计入表4-2。表4-2气缸应力数据级数ⅠⅡⅢ气缸与气缸套之间的压力:p0.67520.43820.3452气缸轴向壁厚气缸内表面切向应力：σtc4.2383.43773.1453气缸内表面径向应力σrc-0.6752-0.4382-0.3452铸铁气缸的应力一般不允许大于20~35MPa，由以上计算所得数据可知，各级气缸强度符合要求。4.2活塞组件设计4.2.1活塞的设计根据以往经验，本设计采用盘型活塞。（1）活塞材质的选取据文献[42]中表4-20，活塞材质均采用为HT200。（2）活塞结构尺寸的确定不计密封环和刮油环高度时的活塞高度（4-10）式中：是最大的侧方向应力；是一个连杆的直径和长度之间的比值，是已求最大的活塞力的数据；D是活塞的直径数值；[k1]是盘形活塞的最大的许用比压数值。取0.2MPa，=1/4.5由公式(4-10)计算得：mm。mm。mm。活塞的总高度（4-11）式中：n，m活塞环数；h，h3活塞环的轴向高度。一般取=（1-2）h。由公式(4-11)计算得：一级活塞高度：mm，二级活塞高度：mm，三级活塞高度mm。活塞总高度一般与活塞直径D的关系为（4-12）由公式(4-12)计算得：一级活塞高度范围：mm。二级活塞高度范围：mm。三级活塞的高度范围：(0.65∼1.5)综上所述：取一级活塞高度=250mm，取二级活塞高度=280mm三级高度H3=200mm。4.2.2活塞环设计（1）活塞环的材料活塞环可以采用铸铁制造。灰铸铁牌号见表4-3。表4-3不同活塞直径的灰铸铁牌号活塞环直径，mm灰铸铁牌号HT300或HT250HT200或HT250HT200本次设计活塞环材料为牌号为HT200灰铸铁。（2）活塞环的结构设计常用的活塞环的结构有4种：直切口式、斜切口式、搭接口式、组合式。本设计采用直切口式。（3）活塞环环数的确定活塞环的数目按下列经验公式估算：（4-13）式中：为活塞环两边压差最大值。通过了公式4-13进行计算后，进行圆整得Z1=ΔZ2=ΔZ3=Δ（4）主要尺寸的确定1）径向厚度t径向厚度t取t=（1/22~1/36）D。D是活塞环外径（mm），大直径活塞环的t常较小的值，小直径活塞环的t常常取较大值，再取标准值。t1=(1/22−1/36)Dt2=(1/22−1/36)Dt3=(1/22−1/36)D2）轴向厚度h轴向厚度h通常要取h=（0.4~1.4）t。较小值用大直径活塞环，较大值用小直径活塞环和压差较大的活塞环，再取标准值。ℎ1=(0.4∼1.4)tℎ2=(0.4∼1.4)tℎ3=(0.4∼1.4)t3）开口热间隙开口热间隙按下式计算（4-14）式中：是活塞环的外径；是活塞工作时的温度；为在检验温度，取/℃。公式4-14进行计算δ1=aπD1t2−t1=（4）自由开口宽度A查文献资料[42]得：A1=75.8mm，A2=52.5mm，A3=40mm根据已知的条件=560mm，=450mm，D3=320mm选用文献[42]中的标准活塞环。4.2.3活塞强度校核稳定的操作工况下,因为一个活塞仅仅只能同时承受一直到一个不同轴向的滑动推力和一个轴向拉力,所以我们通常可近似为一个滑动杆子来计算承受拉压载荷的强度进行计算。（4-15）式中：F为活塞的作用力；d是活塞体的直径；σp是材最大的许用应力数值，此处σ由式（4-15）计算可得：[σ]1=23.62Mpa，[σ]2=19.43Mpa，[σ]3=15.62Mpa。故三个活塞强度合格。4.3曲轴的设计4.3.1曲轴的结构形式及选材曲轴一般用优质碳素钢锻造或球墨铸铁制造成型。因此，本设计曲轴采取的材料为QT600-3。4.3.2主要结构尺寸的确定（1）曲柄销直径（4-16）式中：为最大活塞力，N。由公式（4-16）得：mm，取D=400mm。mm取=200mm（2）主轴颈直径（4-17）在确定轴颈尺寸时，应顾及轴颈重合度，应尽量避免等于零或接近零。由公式（4-17）可知新氢压缩机一侧为400mm，另一侧为350mm；循环氢压缩机两侧均为200mm（3）轴颈长度轴颈的长度应与轴承的宽度适配。为了减少热膨胀，制造偏差的影响。取新氢压缩机一侧为200mm另一侧为175mm，循环氢压缩机两侧均为200mm。（3）曲柄厚度（4-18）那么由公式（4-18）可知新氢压缩机一侧曲柄厚度=300mm，循环氢压缩机侧为曲柄厚度=200mm。（4）曲柄宽度（4-19）铸造曲轴以取小大的曲柄宽度为宜，以减少机加工切削量。由公式（4-19）可知则ℎ1=(565∼880)mm，取ℎ1=800mm,h（5）曲柄半径已知活塞行程300mm曲柄半径，则曲柄半径r=150mm。4.3.3曲轴的强度校核（1）静强度校核τ=TW式中：τ是切应力；T是曲轴的扭矩；WT是抗扭截面系数。由式（4-20）可求得曲轴最大切应力τ=18.4952Mpa曲轴材料为铸铁，许用切向力[τ]=20~25MPa，所以符合要求。（2）疲劳强度校核按法向应力计算的安全系数值：（4-21）式中：σ−1是材料的最大疲劳极限；σa是连杆的应力幅；按切向应力计算的安全系数：（4-22）式中：τ−1为材料的疲劳极限；τ−α为应力幅；总安全系数为：（4-23）由公式（4-22）、公式（4-23）得：n由公式（4-23）得：n=4.36>[n4.4连杆的设计4.4.1连杆的结构型式及选材杆压缩材料通常也都是直接使用优质不锈碳素钢或优质球墨钢等铸铁材料进行研发生产设计制造。本设计中连杆采用的材料为40Cr。4.4.2连杆主要结构尺寸的确定（1）连杆长度的确定连杆长度，即连杆大小头孔中心距，由曲柄半径与连杆长度的比值决定。取=16，L=rλ=900mm。（2）连杆大头瓦尺寸的确定常将曲柄销的主轴直径长度设计得与它的主轴颈相同,因此它的大头轴瓦的主轴直径长度设计也与它的主轴曲柄销相同。轴瓦的材料为15ChSnSb11-6，取一级二级大头瓦内径为400mm，三级内径则为200mm。（3）连杆小头衬套尺寸的确定小头轴瓦近年广泛采用衬套结构，衬套的厚度及宽度取（4-24）（4-25）式中：为活塞销直径。小头衬套材料常使用铜合金。取小头衬套内径=200mm。那么，由公式（4-24）、公式（4-25）可知：S=（12~16）mm，取S=16mm；b=（200~280）mm，取b=200mm。（4）连杆宽度的确定考虑到每个连杆头的尺寸不同的连接头宽度可采用相等数据。对于连杆宽度取，式中是轴瓦的宽度值；对于大头定位时，B是大头瓦宽度值，对于小头定位时，则为小头衬套宽度。大头宽度B1=180mm，可取与大头轴瓦宽度相同的尺寸，则取B小头宽度B2=90mm，可取与小头衬套宽度相同的尺寸，则取B（5）连杆大小头孔径的确定一级二级大头孔径令大头瓦外径为D=400mm，小头孔径取小头衬套外径为d=200mm，大头孔径取大头瓦外径为D=200mm，小头孔径取小头衬套外径为d=100mm。（6）连杆杆体结构尺寸的确定杆体中间截面面积的尺寸（4-26）式中：是杆体中间截面面积的当量直径；是计算出的最大活塞力。从式（4-26）求得后，必须再计算成面积：，以为杆体的中间截面面积，再求得工字形或矩形的尺寸。（4-27）（4-28）杆体的中间截面，即为与的平均值处截面。公式（4-28）中系数取16.5～21.5，则由公式（4-27）、公式（4-28）可知：截面当量高度一级Hm1=220mm，二级H截面当量宽度一级Bm1=150mm，二级B4.4.3连杆的强度校核连杆杆体的稳定性计算：由于杆体截面沿长度变化，计算时均以杆体中间截面为计算截面。（4-29）（4-30）由公式(4-29)算得：=0.00234m4，=0.00194m4=0.00236m4。由公式(4-30)算得：ix1、ix2、4.5十字头的设计十字头体内壁直径（4-31）式中:D1为十字头内壁直径;l为连杆中心距;β为连杆摆角;H由（4-31）计算取整可知：D11=400mm,D12=400mm,D13=300mm。两销座孔内壁距离（4-32）式中：B为连杆大小头宽度。由（4-32）计算取整可知：b1=183，b2=183，b3=93。两销座的宽度Ss式中：Fmax为连杆大小头宽度；d0'由式（4-33）计算取整可得：Ss1=60，Ss2=60，Ss十字头的壁厚（4-34）由式（4-34）计算取整可得：S1=50，S2=50，S第5章二合一压缩机组动力学计算第5章二合一压缩机组动力学计算5.1列的往复惯性力计算5.1.1活塞组件质量活塞构件的质量一般是由传动活塞,活塞环,活塞和轴销等主要零件的质量所直接决定。它主要是通过不断增加组件的最大厚度以及通过减少每一级的活塞内部开口的最大直径使组件总体的质量基本相等，平衡往复的运动惯性应力。作直线往复运动的活塞组件总质量分别为：一级：=230+13+10+50=303kg；二级：=168+18+10+100+7=303kg；三级=160+15+15+100+10+303kg。5.1.2连杆质量计算对于一个连杆的质心在其特定位置上没有任何相关统计资料，故在本次工程设计上依据相关统计资料，可以认为采用(30~40)%的连杆质量可以进纵向往复运动，(60~70)%的连杆质量可以进行横向回转往复运动,（5-1）（5-2）根据各种材质连杆的主体结构、设计及其尺寸及所需要选用各种材料的测定密度，连杆的质量是250kg。则连杆的往复运动的质量是连杆质量的35%，其余为连杆回转运动质量，则往复运动的质量87.5kg；则回转运动质量为162.5kg。5.1.3列的往复运动总质量计算列的往复运动总质量由下式确定：（5-3）则列的往复运动总质量为一级：=303+87.5=390.5kg；二级：=303+87.5=390.5kg；三级：=303+87.5=390.5kg。5.2压缩机作用力计算5.2.1往复惯性力计算根据牛顿惯性定律，所以往复质量产生的往复惯性力应该是：（5-4）式中：是曲柄半径其值为s的一半；是曲柄角速度数值，；是曲柄半径与连杆长度的比值；是曲柄转角的数值。已知气缸行程是0.3m，则有曲柄半径是0.15m，可以求出曲柄的旋转角的速度ω=由公式（5-4）计算出曲柄转角从0°～360°一转的变化值，得：I将计算结果记入表5-1。表5-1列的往复惯性力α（°）cosα+cos2αI（kN）01.25400495.2266101.2197390797.1252201.1312362433.3559300.9910317520.7549400.8095259346.7675500.5994192037.6423600.375120148.5680700.150548222.519380-0.0613-19632.268890-0.25-80099.0453100-0.4086-130904.6948110-0.5335-170941.3764120-0.625-200247.6133130-0.6862-219855.7488140-0.7226-231528.6610150-0.7410-237421.7096160-0.7482-239714.4987续表5-1α（°）cosα+cos2αI（kN）170-0.7499-240260.1616180-0.75-240297.1360190-0.7499-240260.1616200-0.7482-239714.4987210-0.7410-237421.7096220-0.7226-231528.661260-0.4086-130904.6948270-0.25-80099.0453280-0.0613-19632.26882900.150548222.51933000.375120148.56803100.5994192037.64233200.8095259346.76753300.9910317520.75493401.1312362433.35593501.2197390797.12523601.25400495.2266由表5-1中的数据，以曲柄转角α为横坐标，绘制往复惯性力图，如图5-1。图5-1列的往复惯性力图5.2.2往复摩擦力计算往复摩擦力可以被我们看成是驱动活塞环和驱动气缸壁之间等一切往复物体移动时产生摩擦力的一种综合力量总和。由于其中的绝对值比较小,为了更加便于数学分析,故我们可以将其近似的变化函数当成一个固定值函数来对其进行近似处理。统计资料表明一般来说往复式摩擦力消耗的能量和功率约占总机械摩擦力的比例（60～70）%。即（5-5）式中：是总摩擦功率的数值；Nt是指示功率的数值；是机械效率的数值；是压缩机行程的值；是已定压缩机的转速。往复摩擦运动的方式总是和活塞运动的方式完全相反。因此,按照连杆上的拉力行程为正的原则,往复式摩擦力在整个轴向行程中总是为正,在横向行程中总是为负。由计算可知，压缩机的机械效率，一级列指示功率N1=1525kW，二级列N2=3525kW三级列N3=4016kw，压缩机行程s=300mm，压缩机转速n=500r/min。可由公式（5-5）得R5.2.3旋转摩擦力计算旋转式轴向摩擦力主要由曲柄销和连杆销的大头传动瓦两个小部分机构组成,主轴和轴承动作控制机构与传动主体和轴承之间的轴向摩擦力。旋转时的传动摩擦力所产生需要同时消耗的传动功率大约等于占总旋转摩擦力的半功率的(40～30)%。其计算式为（5-6）式中：为总摩擦功率；为指示功率；为机械效率；为压缩机行程；为压缩机转速。旋转摩擦力是旋转运动产生的被折算成作用在曲柄销上阻止曲轴旋转的摩擦力。要在绘制切向力图时，将其考虑进去。旋转摩擦力的方向规定：凡与压缩机转向相反的为正值，相同的为负值。压缩机的机械效率，一级列指示功N1=1525kw，二级列N2=3525kw三级列N3=4016kw，压缩机行程s=150mm，压缩机转速n=500r/min。可由公式（5-6）得R5.2.4盖侧气体力的计算气缸工作容积内作用在活塞上的气体力称为工作容积内的气体力。气体作用力等于工作容积内气体瞬时压力与活塞面积的乘积，即（5-7）活塞在止点时的气体力数值最大，称为最大活塞力。如果列上有两个或两个以上的行程容积，则此列往复机构上的气体力应为所有气缸轴侧和盖侧行程容积上同一时刻气体力的代数和。如果活塞的一侧与大气接触，还应考虑大气压力的影响。柱的总强度为（5-8）为了要将气体力和惯性力、摩接力的瞬时值相加求其代数和，所以要将气体力作成曲线形式.气体力曲线图的作法有图解法及解析法。主要使用一种比较简明的解析法。但本设计的活塞位移用解析法公式比较复杂，因此采用图解法与解析法并用的方式。活塞位移为图解法测得，而各个过程的压力用解析法算得。如图5-2所示。图5-2气体力曲线图图5-2气体力曲线图上图是简化的实际压缩循环指示图,图中为代表余隙容积的当量行程（式中为相对余隙容积）。压缩过程l-2中的气体压力根据过程方程应为（5-9）式中：s为活塞行程；s0为当量行程；pi为压缩过程中任意某位置时的气体压力；m为压缩过程当量多变指数。上式是对应于盖侧气缸工作容积的活塞位移，压缩过程应从内止点算起，直到pipd为止，压缩过程完毕。排气过程线2-3，是等压线，。膨胀过程线3-4，也取为当量多变指数，则气体压力为（5-10）盖侧气缸的气体膨胀过程从外止点，()算起，直算到为止。进气过程线4-l是ps的等压线，。计算时，以为自变量，从开始，每隔5°或10°求出相应的值，将xi代入上式中，分别求得压缩及膨胀过程的一系列压力pi值。气体力随即求得。计算过程及结果用表格形式列出，见表。在求膨胀过程线时，曲柄转角的间隔可取较小值，以便多计算几个点。一级余隙行程为s0=s=300×0.03=9mm。二级余隙行程为s0=s=300×0.04=12mm。三级活塞余隙行程为s0=s=300×0.04=12mm。一级活塞面积为Fz1=0.246m2，二级活塞面积为Fz2=F计算时，以曲柄转角为自变量，从开始，每隔10°求出相应的，将代入式（5-9）和（5-10），分别求出压缩过程及膨胀过程的一系列压力值。气体力随即求得。计算过程及结果用表格形式列出，一级盖侧气体力计算见表5-2，二级盖侧气体力计算见表5-3循环氢压缩机盖侧气体力见表5-4。轴侧气体力计算：活塞的轴侧与大气相通，所以轴侧气体力为一常数，即P1=p5.3综合活塞力计算及列的切向力图的绘制列的切向力可按下式计算：曲柄转角α（°）活塞位移xi（mm）膨胀过程pi进气过程pi=ps压缩过程pi排气过程pi=pd盖侧气体力00.000003.75003.75000-450.000100.002842.55302.55298-306.358200.011241.20551.50000-180.000300.024800.58811.50000-180.000400.042890.32271.50000-180.000500.064690.19751.5-180.000600.089231.5-180.000700.115491.5-180.000800.142421.5-180.000900.169051.5-180.0001000.194521.5-180.0001100.218091.5-1801200.239231.5-1801300.257521.5-1801400.27271.5-1801500.284611.5-1801600.293151.5-1801700.298291.5-1801800.31.5-1801900.298291.5117211.51172-181.407表表5-2一级盖侧气体力计算表表5-2二级盖侧气体力计算表表5-2二级盖侧气体力计算表二级盖侧气体力计算表曲柄转角α（°）活塞位移xi（mm）膨胀过程pi进气过程pi=ps压缩过程pi排气过程pi=pd盖侧气体力2000.293151.5478151.54781-185.7382100.284611.6112181.61122-193.3462200.27271.7073481.70735-204.8822300.257521.8450261.84503-221.4032400.239232.038142.03814-244.5772500.218092.3085722.30857-277.0292600.194522.6915032.6915-322.982700.169053.2453823.24538-389.4462800.142424.0716463.75-4502900.115495.3561373.75-4503000.089237.4624843.75-4503100.0646911.1604333.75-4503200.0428918.2349123.75-4503300.024833.2285343.75-4503400.0112468.1136843.75-4503500.0112470.1136843.75-4503600.01124表5-3二级活塞盖侧气体力计算表表5-2二级盖侧气体力计算表表5-2二级盖侧气体力计算表二级盖侧气体力计算表100.1136843.75-450续表5-2曲柄转角α（°）活塞位移xi（mm）膨胀过程pi进气过程pi=ps压缩过程pi排气过程pi=pd盖侧气体力009.69.6-755.76100.002847.12747.12744-567.154200.011243.80463.80455-307.647300.02481.99943.75-301.5400.042891.14243.75-301.5曲柄转角α（°）活塞位移xi（mm）膨胀过程pi进气过程pi=ps压缩过程pi排气过程pi=pd盖侧气体力500.064690.71533.75-301.5600.089233.75-301.5700.115493.75-301.5800.142423.75-301.5900.169053.75-301.51000.194523.75-301.51100.218093.75-301.51200.239233.75-301.51300.257523.75-301.51400.27273.75-301.51500.284613.75-301.51600.293153.75-301.51700.298293.75-301.51800.33.75-301.51900.298293.7790193.77902-303.9882000.293153.8683563.86836-311.6462100.284614.0252064.02521-325.0782200.27274.2628094.26281-345.4012300.257524.6026884.60269-374.4272400.239235.0786065.07861-415.0012500.218095.7435265.74353-471.5842600.194526.6820896.68209-551.3052700.169058.0338078.03381-665.912800.1424210.038219.6-755.762900.1154913.1276739.6-755.76续表5-3续表5-3曲柄转角α（°）活塞位移xi（mm）膨胀过程pi进气过程pi=ps压缩过程pi排气过程pi=pd盖侧气体力3000.0892318.1303899.6-755.763100.0646926.7443829.6-755.763200.0428942.7115699.6-755.763300.024874.7524319.6-755.763400.01124142.2415619.6-755.763500.0284142.2415619.6-755.763600.0324142.2415619.6-755.76续表5-3表5-4循环氢活塞盖侧气体力计算表表5-2二级盖侧气体力计算表表5-2二级盖侧气体力计算表二级盖侧气体力计算表曲柄转角α（°）活塞位移xi（mm）膨胀过程pi进气过程pi=ps压缩过程pi排气过程pi=pd盖侧气体力（kN）009.49.4-755.76100.002737.05427.4-594.96200.01083.82657.4-594.96300.023862.03057.4-594.96400.041321.16517.4-594.96500.062440.73037.4-594.96600.086347.4-594.96700.112067.4-594.96800.138647.4-594.96900.165157.4-594.961000.190747.4-594.961100.214677.4-594.961200.236347.4-594.961300.255277.4-594.96续表5-4曲柄转角α（°）活塞位移xi（mm）膨胀过程pi进气过程pi=ps压缩过程pi排气过程pi=pd盖侧气体力1400.271137.4-594.961500.283667.4-594.961600.292717.4-594.961700.298177.4-594.961800.37.4-594.961900.298177.4610757.46107-599.872000.292717.6490157.64902-614.9812100.283667.9786967.9787-641.4872200.271138.4774978.4775-681.5912300.255279.1899169.18992-738.8692400.2363410.185769.4-755.762500.2146711.5745319.4-755.762600.1907413.5312059.4-755.762700.1651516.3440619.4-755.762800.1386420.5075669.4-755.762900.1120626.9126769.4-755.763000.0863437.2608429.4-755.763100.0624455.0234629.4-755.763200.0413287.7886819.4-755.763300.02386152.9918039.4-755.763400.0108288.3127699.4-755.763500.00273531.5100989.4-755.763600708.2627599.4-755.76活塞综合应力在列表中计算。在绘制综合活塞图时，应注意叠加的各种力的比例应一致，横坐标长度应相等。应将力的正值和负值视为连杆拉伸时的正值和压缩时的负值。各种力的叠加是同一角度瞬时力的代数和。列的切向力还应加上该列的旋转摩擦力。综合活塞力列表计算见表5-5和表5-6表5-7。表5-5一级列综合活塞力及切向力计算表表5-5一级列综合活塞力及切向力计算表曲柄转角α（°）惯性力往复摩擦力气体力（kN）综合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）轴侧（+）盖侧（kN）（kN）（kN）（-）013.961968.3707238.5-755.76-434.9275001013.623868.3707238.5-567.15402-246.65960.2079-51.2732012.63568.3707238.5-307.6474911.85810.40644.823011.069368.3707238.5-301.516.43990.5879.651409.041268.3707238.5-301.514.41190.742110.695506.694768.3707238.5-301.512.06540.865710.445604.188668.3707238.5-301.59.55920.9549.119701.681168.3707238.5-301.57.05181.00517.08880-0.684468.3707238.5-301.54.68621.01974.77990-2.792468.3707238.5-301.52.578312.578100-4.563568.3707238.5-301.50.80710.94990.767110-5.959368.3707238.5-301.5-0.58860.8742-0.515120-6.980968.3707238.5-301.5-1.61030.7781-1.253130-7.664568.3707238.5-301.5-2.29380.6664-1.529140-8.071468.3707238.5-301.5-2.70080.5435-1.468150-8.276968.3707238.5-301.5-2.90620.413-1.2160-8.356868.3707238.5-301.5-2.98620.2776-0.829170-8.375868.3707238.5-301.5-3.00520.1394-0.419180-8.377168.3707238.5-301.5-3.006500190-8.3758-68.3707238.5-303.98838-142.2349-0.139419.831曲柄转角α（°）惯性力往复摩擦力气体力（kN）综合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）轴侧（+）盖侧（kN）（kN）（-）200-8.3568-68.3707238.5-311.64569-149.8732-0.277641.603210-8.2769-68.3707238.5-325.07794-163.2255-0.41367.406220-8.0714-68.3707238.5-345.40072-183.3428-0.543599.644230-7.6645-68.3707238.5-374.42699-211.9621-0.6664141.249240-6.9809-68.3707238.5-415.00088-251.8525-0.7781195.965250-5.9593-68.3707238.5-471.58392-307.4139-0.8742268.756260-4.5635-68.3707238.5-551.30519-385.7394-0.9499366.422270-2.7924-68.3707238.5-665.91005-498.5731-1498.573280-0.6844-68.3707238.5-755.76-586.3151-1.0197597.8612901.6811-68.3707238.5-755.76-583.9495-1.0051586.953004.1886-68.3707238.5-755.76-581.4421-0.954554.6713106.6947-68.3707238.5-755.76-578.9359-0.8657501.1863209.0412-68.3707238.5-755.76-576.5894-0.7421427.88333011.0693-68.3707238.5-755.76-574.5614-0.587337.2934012.635-68.3707238.5-755.76-572.9957-0.4064232.89435013.6238-68.3707238.5-755.76-572.0069-0.2079118.90436013.9619-68.3707238.5-755.76-571.668800续表5-5 注：表中函数一栏中的函数式为。续表5-5膨胀过程的多变指数为1.2，压缩过程指数均为1.2，盖侧气缸的气体力为负值。计算时，以曲柄转角为自变量，从开始，每隔10°求出相应的xi分别求出压缩过程及膨胀过程的一系列压力值以及气体力。曲柄转角α（°）惯性力往复摩擦力气体力（kN）综合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）轴侧（+）盖侧（kN）（kN）（-）013.961978.088592-755.76-71.7101001013.623878.088592-594.9688.75180.207918.4492012.63578.088592-594.9687.7630.406435.6713011.069378.088592-594.9686.19730.58750.601409.041278.088592-594.9684.16920.742162.461506.694778.088592-594.9681.82270.865770.834604.188678.088592-594.9679.31660.95475.665701.681178.088592-594.9676.80911.005177.20480-0.684478.088592-594.9674.44361.019775.9190-2.792478.088592-594.9672.3356172.336100-4.563578.088592-594.9670.56450.949967.031110-5.959378.088592-594.9669.16870.874260.471120-6.980978.088592-594.9668.14710.778153.025130-7.664578.088592-594.9667.46350.666444.957140-8.071478.088592-594.9667.05660.543536.444150-8.276978.088592-594.9666.85110.41327.607160-8.356878.088592-594.9666.77120.277618.535170-8.375878.088592-594.9666.75220.13949.307180-8.377178.088592-594.9666.750900190-8.3758-78.088592-599.87-94.3339-0.139413.153表5-6二级列综合活塞力及切向力计算表表5-6二级列综合活塞力及切向力计算表续表5-6曲柄转角α（°）惯性力往复摩擦力气体力（kN）综合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）轴侧（+）盖侧（kN）（kN）（-）初步观察一级、二级列综合活塞力及切向力表，当压缩机空负荷运行时，气体力为零，此时综合活塞力既只是往复惯性力和往复摩擦力之代数和。当满负荷而突然停车时，惯性力和摩擦力为零，此时综合活塞力就是气体力。总切向力值是随曲柄转角α而周期变化的。各瞬时切向力的算术平均值被称为平均切向力。工程上常用作图法求出平均切向力。200-8.3568-78.088592-614.98-109.4258-0.277630.376210-8.2769-78.088592-641.48-135.8519-0.41356.102220-8.0714-78.088592-681.59-175.7505-0.543595.517230-7.6645-78.088592-738.86-232.6215-0.6664155.016240-6.9809-78.088592-755.76-248.829-0.7781193.612250-5.9593-78.088592-755.76-247.8073-0.8742216.645260-4.5635-78.088592-755.76-246.4116-0.9499234.072270-2.7924-78.088592-755.76-244.6404-1244.64280-0.6844-78.088592-755.76-242.5324-1.0197247.3092901.6811-78.088592-755.76-240.1669-1.0051241.4013004.1886-78.088592-755.76-237.6595-0.954226.7173106.6947-78.088592-755.76-235.1533-0.8657203.5733209.0412-78.088592-755.76-232.8068-0.7421172.76433011.0693-78.088592-755.76-230.7788-0.587135.47634012.635-78.088592-755.76-229.213-0.406493.16435013.6238-78.088592-755.76-228.2242-0.207947.44136013.9619-78.088592-755.76-227.886100表5-7三级列综合活塞力及切向力计算表表5-7三级列综合活塞力及切向力计算表曲柄转角α（°）惯性力往复摩擦力气体力综合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）轴侧（+）盖侧（kN）（kN）（-）013.961943.3364369-450-23.7018001013.623843.3364369-306.35119.60220.207924.8622012.63543.3364369-180244.97140.406499.5693011.069343.3364369-180243.40560.587142.889409.041243.3364369-180241.37760.7421179.124506.694743.3364369-180239.03110.8657206.93604.188643.3364369-180236.52490.954225.635701.681143.3364369-180234.01751.0051235.2280-0.684443.3364369-180231.6521.0197236.21490-2.792443.3364369-180229.5441229.544100-4.563543.3364369-180227.77280.9499216.367701.681143.3364369-180234.01751.0051235.2280-0.684443.3364369-180231.6521.0197236.21490-2.792443.3364369-180229.5441229.544110-5.959343.3364369-180226.37710.8742197.91120-6.980943.3364369-180225.35540.7781175.348130-7.664543.3364369-180224.67190.6664149.718140-8.071443.3364369-180224.26490.5435121.884150-8.276943.3364369-180224.05950.41392.528160-8.356843.3364369-180223.97960.277662.175170-8.375843.3364369-180223.96050.139431.226180-8.377143.3364369-180223.959300190-8.3758-43.336369-181.40135.8808-0.1394-18.945200-8.3568-43.336369-185.73131.5688-0.2776-36.522续表5-7曲柄转角α（°）惯性力往复摩擦力气体力（kN）综合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）轴侧（+）盖侧（kN）（kN）（-）210-8.2769-43.336369-193.34124.0407-0.413-51.224220-8.0714-43.336369-204.88112.7102-0.5435-61.256230-7.6645-43.336369-221.4096.5961-0.6664-64.37240-6.9809-43.336369-244.5774.1057-0.7781-57.661250-5.9593-43.3364369-277.02942.6753-0.8742-37.309260-4.5635-43.3364369-322.98-1.8799-0.94991.786270-2.7924-43.3364369-389.446-66.5747-166.575280-0.6844-43.3364369-450-125.0208-1.0197127.4832901.6811-43.3364369-450-122.6553-1.0051123.2853004.1886-43.3364369-450-120.1478-0.954114.6163106.6947-43.3364369-450-117.6417-0.8657101.8433209.0412-43.3364369-450-115.2952-0.742185.5633011.0693-43.3364369-450-113.2671-0.58766.49234012.635-43.3364369-450-111.7014-0.406445.40135013.6238-43.3364369-450-110.7126-0.207923.01436013.9619-43.3364369-450-110.374500由上表中数据绘制切向力图，如图5-3、5-4、5-5所示。图5-3一级列的切向力图图5-4二级列的切向力图图5-5三级列的切向力图5.4计算飞轮矩5.4.1计算面积矢量由于采用对称平衡式压缩机，所作切向力图的正确性可用热力学中计算所得处的轴功率计算平均切向力来校核应保证：误差TmΔ=以平均切向力直线为基准，计算盈亏功的当量面积，作出幅度面积矢量图，如图5.6所示。图图5-6幅度面积矢量图1111图中：f1=−9745.25mm2；f2=94计算飞轮矩工程上飞轮矩常采用下式确定（5-16）式中：fmax为幅度面积；mt为力比例尺；ml为长度比例尺，ml=；为旋转不均匀度。为了保证电动机的安全运行，必须把压缩机的控制在某一范围内。根据驱动机类型和传动方式的不同，的选择也有所不同。本次设计驱动用皮带驱动压缩机，。取为1/35，如图f2=fmax=430.84mm2，mt=1kN/mm。则kg·m2。以此作为飞轮的设计依据之一。第6章经济性与环保性分析6.1经济性分析（1）占地面积相对于分开机组来说，新氢和循环氢二合一压缩机机器结构紧凑，体积小，重量轻，占地面积少，在工厂生产中，减少了厂房的使用，节约了空间减少了房屋设施的投资。（2）能耗方面在往复式压缩机运行期间产生的热量十分巨大，通常由压缩机组的冷却系统进行冷却。有压缩机运行时，15%的电能消耗做有用功，其余的电能消耗通过冷却系统传入大气做了无用功。采用二合一压缩机更高效率做有用功。相对于单个压缩机可以增加能源利用率，降低能源消耗。（3）生产能力两种结构形式均衡且能充分满足工业生产中的需要，新氢和循环式二合一压缩机组的流量大，排气均匀，气流流动无较大脉冲，转速高相同时间处理量要远远超过分开机组。（4）使用寿命新氢和循环氢二合一压缩机整机结构设计合理，易于保养，操作环境好，利于长期稳定运行。采用油润滑，还可以稀释从气缸过来的工艺介质，防止结焦。有油润滑的填料环的寿命是无油润滑的2.5倍（5）运行成本新氢和循环氢二合一压缩机组功率5000kw,单个压缩功率1500kw需要四个压缩机，以一年8000h，电费0.45元/（kwh），二合一压缩机组：5000×8000×0.45=1800万，分开单个机组：1500×8000×0.45×4=2160万。使用新氢和循环氢二合一压缩机组一年要节省360万元。（6）设备造价核算根据设备总重、加工难度、技术难度、材料材质等方面的因素来综合考虑。当前，一台相当容积流量的新氢和循环氢二合一压缩机组的价格1800万元。其中，设计费占2%；制造费用占20%；材料费用占45%；机械费25%；其余占8%。经过整理，可以得到表6-1。总费用/万元设计费/万元制造费/万元材料费/万元机械费/万元其余/元180036360810450144表6-1价格核算表6.2环保性分析6.2.1压缩机的泄露随着现代工业的快速发展,对整个地球的环境污染越来越严重。环境资源保护已开始成为当今全球广泛关注的重要社会问题，防止进入臭氧层和气候全球化对气候快速变暖的严重破坏已开始引起来自世界各国的高度重视，使得各个国家和政府对此达成许多共识并为此签署了许多相关合作协议。二合一压缩机组所用的制冷剂和润滑剂对大气臭氧层的破坏以及能源消耗引起的全球变暖是压缩机设计中应注意的问题。本设计虽然处理的是氢气，本身的泄漏对于环境并无太大的影响，但如果泄漏的话，将会直接造成往复式压缩机的生产效率降低，增大设备的运行费用，从而间接对环境产生极其不利的影响。另外压缩气体的泄漏，可能会引起火灾排放有害气体一定要注意。由于本设备采用的是有油润滑，也应格外注意润滑油的泄漏，防止其在设备运行过程中的泄漏。所以在设备设计过程中，一定要保证良好密封性。6.3.1压缩机的噪音压缩机在运行过程中会产生很大的噪音，因尽量减少压缩机噪音的产生，设计好良好优质的曲轴，防止曲轴在运转过程中振动产生异常噪音。同时要将其设置远离居民区的地方，防止影响居民正常生活。第7章结论压缩机是柴油加氢装置的核心设备，在石油石化行业具有重要作用，本文针对柴油加氢新氢和循环氢二合一压缩机组进行设计，得到如下结论：（1）针对所给条件设计压缩机组为新氢侧两列两缸二级，循环氢侧两列两缸一级。形式采用对称平衡式，气缸为双作用油润滑水冷式气缸，转速取500r/min。（2）通过热力计算及动力计算，对曲轴、气缸、连杆、活塞等主要零部件进行尺寸计算以及强度校核。参考文献[1]舒黎斌.石油炼制中的加氢技术原理与应用研究[J].化工管理,2021,(06):61-62.[2]PageJFL,MorelF,TrassardAM,etal.Thermalcrackingunderhydrogenpressure:Preliminarysteptotheconversionofheavyoilsandresidues[J].AmericanChemicalSocietyDivisionofPetroleumChemistryPreprints,1987,32(1):470-476.[3]郭林超.汽油加氢装置运行优化及节能改造[J].石油石化能,2021,11(02):22-25+8.[4]蒋静.离心式压缩机干气密封系统常见故障分析[J].设备管理与维修,2021,(02):77-78.[5]吕文浩,鲁悦,刘云龙.离心式空气压缩机喘振故障分析与控制预防[J].科学技术创新,2020,(26):195-196.[6]CongL,JeffreyCB,FMagali,etal.Developmentofactivity–descriptorrelationshipsforsupportedmetalionhydrogenationcatalystsonsilica[J].Polyhedron,2018,152:73-83.[7]金泽洲.加氢装置循环氢压缩机试车的相关要素分析[J].化工管理,2020,(16):149-150.[8]董元亮,张博强,孙德超,栾硕,赵小阳.离心式压缩机常见故障分析及处理措施[J].化工管理,2019,(20):137-138.[9]曹林.加氢装置循环氢压缩机试车相关要素分析[J].化工管理,2019,(07):152.[1