離心式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)說明書

1、畢 業(yè) 論 文離心式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)姓 名 院（系） 機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化081 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 職 稱 論文答辯日期 2012年5月20日仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院教務(wù)處制學(xué)生承諾書本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成，沒有抄襲別人的結(jié)果。畢業(yè)設(shè)計(jì)所采用的數(shù)據(jù)及原理除小部分是通過查找相關(guān)文獻(xiàn)資料得到，其余數(shù)據(jù)都是來自計(jì)算，絕對(duì)沒有捏造成分。本人鄭重承諾：本人愿對(duì)文章負(fù)全部責(zé)任！本人簽名： 二零一二年五月十日摘 要31 前言51.1 離心式壓縮機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)51.2 離心式壓縮機(jī)發(fā)展方向62. 離心壓縮機(jī)氣動(dòng)參數(shù)計(jì)算82.1 原始數(shù)據(jù)82.2 進(jìn)氣道參數(shù)92.3 壓縮機(jī)葉輪參

2、數(shù)102.4 無葉擴(kuò)壓器段參數(shù)152.5 葉片擴(kuò)壓器參數(shù)172.6 蝸殼參數(shù)192.7 壓縮機(jī)參數(shù)校核202.8 軸的強(qiáng)度校核212.9 軸承和鍵的選擇212.10 軸承蓋的參數(shù)計(jì)算213 結(jié)論22參 考 文 獻(xiàn)23致 謝24摘 要離心式壓縮機(jī)的用途很廣。例如氨化肥生產(chǎn)中的氮、氫氣體的離心壓縮機(jī)，空氣分離工程、煉油和石化工業(yè)中普遍使用的各種壓縮機(jī)，天然氣輸送和制冷等場(chǎng)合的各種壓縮機(jī)。在動(dòng)力工程中，離心式壓縮機(jī)主要用于小功率的燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)增壓以及動(dòng)力風(fēng)源等。本課題研究的內(nèi)容是設(shè)計(jì)一臺(tái)離心式壓縮機(jī)。葉輪和擴(kuò)壓器是離心式壓縮機(jī)的關(guān)鍵部件，葉輪設(shè)計(jì)制造的好壞及其與擴(kuò)壓器的匹配將對(duì)壓縮機(jī)的性能產(chǎn)生決

3、定性的影響。關(guān)鍵詞：進(jìn)氣道 葉輪 擴(kuò)壓器英 文 摘 要The Design of Centrifugal CompressorAbstract:Centrifugal compressor is very versatile. A variety of occasions such as nitrogen, hydrogen, ammonia fertilizer production in the centrifugal compressor, air separation engineering, commonly used in the refining and petrochemica

4、l industries, compressors, natural gas transportation and refrigeration compressors. In power engineering, the centrifugal compressor is mainly used for low-power gas turbines, internal combustion engine supercharged and dynamic wind source. The content of this research is the design of a centrifuga

5、l compressor. Impeller and diffuser is a key component of the centrifugal compressor impeller design and manufacture of the good or bad a decisive impact on the match will be the compressor diffuser performance.Key words:Inlet;Impeller;Diffuser1 前言1.1 離心式壓縮機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)離心式空氣壓縮機(jī)屬于速度式壓縮機(jī)，在用氣負(fù)荷穩(wěn)定時(shí)離心式空氣壓縮機(jī)

6、工作穩(wěn)定、可靠。 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，排氣量范圍大； 易損件少，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、壽命長； 排氣不受潤滑油污染，供氣品質(zhì)高； 大排量時(shí)效率高、且有利于節(jié)能。目前離心式壓縮機(jī)發(fā)展趨勢(shì)是：容量不斷增大，以滿足石化生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大的要求隨著新技術(shù)的發(fā)展，新型氣體密封、磁力軸承和無潤滑聯(lián)軸器的出現(xiàn)，不斷開發(fā)高壓壓縮機(jī)和小流量壓縮機(jī)產(chǎn)品進(jìn)一步研究三元流動(dòng)理論，不僅應(yīng)用到葉輪設(shè)計(jì)，還發(fā)展到葉片擴(kuò)壓器靜止元件設(shè)計(jì)中，以期達(dá)到最高的機(jī)組效率低噪聲化，采用噪聲防護(hù)以改善操作環(huán)境。 國內(nèi)可以生產(chǎn)石化用離心壓縮機(jī)的制造企業(yè)主要有沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠、上海鼓風(fēng)機(jī)廠、陜西鼓風(fēng)機(jī)廠等。他們引進(jìn)國外技術(shù)，經(jīng)過消化吸收，可以生產(chǎn)石化用大

7、型離心壓縮機(jī)。沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠從意大利新比隆公司引進(jìn)了MCL、BCL、PCL三個(gè)離心壓縮機(jī)系列的全套設(shè)計(jì)制造專利技術(shù)從日本日立公司引進(jìn)了DH型離心壓縮機(jī)、HS型工業(yè)冷凍機(jī)設(shè)計(jì)制造專利技術(shù)，從美國費(fèi)城齒輪公司引進(jìn)了MHS、HS、HSS、HSD四個(gè)系列的高速齒輪變速器的設(shè)計(jì)制造專利技術(shù)從德國德馬格公司引進(jìn)了VK8型組裝式離心壓縮機(jī)設(shè)計(jì)制造專利技術(shù)和從日本川崎重工株式會(huì)社引進(jìn)了GM型污水處理鼓風(fēng)機(jī)技術(shù)。沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠生產(chǎn)的離心壓縮機(jī)在國內(nèi)石化企業(yè)已經(jīng)應(yīng)用200多臺(tái)，市場(chǎng)占有率已達(dá)80以上。沈鼓廠生產(chǎn)的300萬t/a催化裂化裝置富氣壓縮機(jī)進(jìn)口流量達(dá)到81 600Nm 3 /h，功率達(dá)到7 166kW離心式循

8、環(huán)氫壓縮機(jī)流量達(dá)到250 000Nm 3 /h，功率達(dá)到1 600kW，出口壓力達(dá)到18MPa，已經(jīng)應(yīng)用于120萬t/a加氫裂化裝置沈鼓廠自行設(shè)計(jì)、制造的裂解氣壓縮機(jī)流量達(dá)到120 000Nm 3 /h，功率達(dá)到18 000kW同國外合作設(shè)計(jì)、制造的丙烯壓縮機(jī)流量達(dá)到58 000Nm 3 /h，功率達(dá)到7 500kW乙烯壓縮機(jī)流量達(dá)到74 000Nm 3 /h，功率達(dá)到5 500kW，已經(jīng)應(yīng)用到3050萬t/a乙烯裂解裝置。沈鼓廠自行設(shè)計(jì)和制造的大化肥裝置的空氣壓縮機(jī)、天然氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、二氧化碳?jí)嚎s機(jī)已應(yīng)用于2030萬t/a化肥裝置沈鼓設(shè)計(jì)制造的空氣壓縮機(jī)流量達(dá)到220 000Nm 3

9、/h，功率達(dá)到17 580kW，已經(jīng)應(yīng)用于40 000Nm 3空分裝置1。目前國內(nèi)離心壓縮機(jī)在高技術(shù)、高參數(shù)、高質(zhì)量和特殊產(chǎn)品方面還不能滿足國內(nèi)需要。另外在技術(shù)水平、質(zhì)量、成套性上和國外還有差距。隨著石化生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，離心壓縮機(jī)大型化方面面臨新的課題。100萬t/a乙烯三機(jī)中的裂解氣壓縮機(jī)，進(jìn)口流量達(dá)到403 000kg/h，出口壓力達(dá)到3.89MPa，軸功率達(dá)到45770kW。45萬t/aPTA裝置原料空氣壓縮機(jī)帶尾氣透平進(jìn)口流量162 413Nm 3 /h，進(jìn)出口壓力0.1/1.46MPa，軸功率22 000kW,國內(nèi)在設(shè)計(jì)制造這些大型氣體壓縮機(jī)上還沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)。因此，對(duì)離心式壓縮機(jī)

10、的設(shè)計(jì)理論進(jìn)行深入、系統(tǒng)的研究非常有必要，從而設(shè)計(jì)出符合實(shí)際工作要求的離心式壓縮機(jī)。1.2 離心式壓縮機(jī)發(fā)展方向 大型離心壓縮機(jī)組屬技術(shù)密集型、高難度產(chǎn)品，必須擁有先進(jìn)的專業(yè)設(shè)計(jì)制造技術(shù)。由于化工和石油化工裝置不斷向大型化發(fā)展，用戶對(duì)壓縮機(jī)組的能耗、可靠性、配套水平等技術(shù)指標(biāo)的要求也越來越高。 在二氧化碳?jí)嚎s機(jī)方面，過去出現(xiàn)了一些壓縮機(jī)性能與工藝條件不匹配的事故?，F(xiàn)在西安交大、沈陽鼓風(fēng)機(jī)廠都有自己的二氧化碳閉式試驗(yàn)臺(tái)，問題已得到解決。因此，對(duì)大型化肥和石油化工壓縮機(jī)的改進(jìn)已基本上集中在壓縮機(jī)性能本身的改進(jìn)上。目前，世界上先進(jìn)的壓縮機(jī)制造廠家都在致力于這方面的研究。如在壓縮機(jī)的氣動(dòng)性能設(shè)計(jì)上使用

11、的程序，能夠適用于幾百個(gè)大氣壓，在近臨界區(qū)域條件下適用于幾十種復(fù)雜氣體，大大提高了計(jì)算精度；在轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性研究上，已經(jīng)研制出超二階、三階的高柔性轉(zhuǎn)子，并已成功使用；還在部件成套技術(shù)上有了很大發(fā)展，如在密封、軸承、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、輔機(jī)配套水平等方面。因此，如何跟蹤世界上先進(jìn)的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)是當(dāng)務(wù)之急。大型離心壓縮機(jī)組的改進(jìn)，需要加強(qiáng)以下方面研究。1三維工程設(shè)計(jì)CAD開發(fā)。采用三維工程設(shè)計(jì)可以優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)組布置，使機(jī)組布置美觀，且具有自動(dòng)進(jìn)行干涉檢查的功能，避免設(shè)計(jì)缺陷。能夠自動(dòng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，提高設(shè)計(jì)精度和設(shè)計(jì)效率。CAD的主要開發(fā)內(nèi)容有：建立三維實(shí)體造型設(shè)計(jì)模型，建立三維實(shí)體設(shè)備圖庫、數(shù)據(jù)庫等。2轉(zhuǎn)子

12、-軸承系統(tǒng)動(dòng)力特性設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的開發(fā)。在設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力特性不能滿足設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，或已經(jīng)制造出來的機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)過大、運(yùn)行不穩(wěn)定等情況時(shí)，就必須修改原機(jī)組的結(jié)構(gòu)參數(shù)、物性參數(shù)值。但是影響轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力特性的結(jié)構(gòu)參數(shù)有很多，修改哪一個(gè)或幾個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)最有效，能立竿見影地解決設(shè)計(jì)和機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行問題，是建立該專家系統(tǒng)軟件的目標(biāo)。主要研究內(nèi)容有：各種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)轉(zhuǎn)子-軸承系統(tǒng)動(dòng)力特性的影響、建立智能型專家系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算軟件包等。3智能型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)開發(fā)。目前世界上已廣泛采用了微機(jī)控制的三重冗余、容錯(cuò)控制器、多功能防喘振、性能調(diào)節(jié)、安全保護(hù)綜合控制系統(tǒng)，使離心壓縮機(jī)控制由傳

13、統(tǒng)的模擬儀表控制變?yōu)槎喙δ艿膶＜铱刂葡到y(tǒng)。主要研究內(nèi)容有：研制大化肥裝置用離心壓縮機(jī)組專用的、具有防喘振、性能調(diào)節(jié)、安全保護(hù)的數(shù)字式微機(jī)綜合控制系統(tǒng)2。2. 離心壓縮機(jī)氣動(dòng)參數(shù)計(jì)算2.1 原始數(shù)據(jù)1) 空氣流量m: 2.5kg/s2) 壓強(qiáng)比: 2.43) 環(huán)境壓強(qiáng)p: 1.01310Pa4) 環(huán)境溫度T: 293K5) 環(huán)境密度: 1.205kg/m6) 空氣氣體常數(shù)R: 287J/(kg.K)7) 空氣絕熱指數(shù)k: 1.48)2.2 進(jìn)氣道參數(shù)吸氣室是為了把氣體從進(jìn)氣管或中間冷卻器引到工作葉輪中去。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少氣體的流動(dòng)損失，避免出現(xiàn)氣流局部降速和分離。吸氣室的出口氣流要均勻，不產(chǎn)生切

14、向的旋繞，以保證葉輪進(jìn)口有均勻的速度場(chǎng)與壓力場(chǎng)。除了上述氣動(dòng)要求外，還要注意到加工制造的方便。吸氣室的形式較多，常見的有：軸向進(jìn)氣的吸氣管、徑向進(jìn)氣的進(jìn)氣管、雙支承軸承所采用的徑向吸氣室、水平進(jìn)氣所采用的進(jìn)氣室。本設(shè)計(jì)采用的是軸向進(jìn)氣的吸氣管，如圖1，這種進(jìn)氣管形狀最簡單，一般用于單機(jī)懸臂式鼓風(fēng)機(jī)或增壓器中。進(jìn)氣管可做成收斂狀，以使氣體能均勻進(jìn)入后面的葉輪。這種進(jìn)氣管形狀簡單，氣流均勻，損失較小，故比其它形式的具有較好的性能。圖19) 葉輪對(duì)氣體所做的絕熱壓縮功ll=83739J/kg10) 葉輪出口的圓周速度=346m/s(取=0.70)11) 取進(jìn)氣道出口的速度C(=50150m/s)取

15、C=100m/s12) 進(jìn)氣道內(nèi)空氣降溫=4.98K13) 進(jìn)氣道出口溫度TT=T-=288.02K14) 進(jìn)氣道多變指數(shù)n(=1.371.39)n=1.3715) 進(jìn)氣道出口空氣壓強(qiáng)pp=0.9510P16) 進(jìn)氣道出口空氣密度=1.15kg/m17) 進(jìn)氣道出口面積ff=217cm2.3 壓縮機(jī)葉輪參數(shù)壓氣機(jī)葉輪一般分為兩部分：前一部分為導(dǎo)風(fēng)輪，后一部分叫工作輪。這是由于壓氣機(jī)葉片前緣部分彎曲較大，形狀復(fù)雜。大型的壓氣機(jī)為了便于制造把前后二部分分開制造，而形成兩個(gè)輪子。尤其實(shí)對(duì)于徑向直葉片的工作輪（如圖2），前面設(shè)導(dǎo)風(fēng)輪是必要的。因?yàn)槿~輪進(jìn)口處從輪轂到輪緣的半徑是變化的，圓周速度也就是變化

16、的，那么進(jìn)口氣流角是變化的。全進(jìn)口葉片角為，那么                               式中為沖角，那么葉輪進(jìn)口葉片角也是變化的。圖2 徑向直葉片式的葉輪導(dǎo)風(fēng)輪也是一個(gè)擴(kuò)張性流道，出口速度大于進(jìn)口速度，故氣體靜壓有所提高。葉數(shù)的結(jié)構(gòu)形式分為以下幾種：（1） 閉式葉輪，由于輪盤、葉片、輪蓋

17、三部分組成，由于輪蓋的強(qiáng)度不夠，使葉輪的轉(zhuǎn)速受到限制，一般閉式葉輪的周圍速度在320m/s以下。（2） 半開式葉輪，這種葉輪強(qiáng)度和剛度均好，可達(dá)到450540m/s圓周速度，用于高壓比，高轉(zhuǎn)速壓氣機(jī)中，在內(nèi)燃機(jī)的透平增壓器和小功率燃?xì)廨啓C(jī)中得到廣泛應(yīng)用。（3） 此外還有雙進(jìn)氣葉輪，全開式葉輪。本設(shè)計(jì)采用半開式葉輪。18) 取葉輪外徑DD=290mm19) 轉(zhuǎn)速nn=22798r/min20) 取葉輪進(jìn)出口直徑比D取 =0.721) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑=203mm22) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口內(nèi)徑=116mm（取110mm）23) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口平均直徑=163mm24) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口外徑處的圓周速度=242m/s2

18、5) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口處的圓周速度=194m/s26) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口處的圓周速度=131m/s27) 導(dǎo)風(fēng)輪葉片=1737取=2028) 取導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口的阻塞系數(shù)=0.850.95取=0.9029) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口軸向速度111m/s30) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口相對(duì)速度266m/s31) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口馬赫數(shù)0.782（0.782<0.9滿足條件，如果>0.9則需要重新調(diào)整參數(shù)、重新計(jì)算）32) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口處的氣流角=33) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口處的氣流角34) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口處的氣流角35) 取沖角ii=36) 導(dǎo)風(fēng)輪進(jìn)口處的葉片角=37) 取工作輪葉片數(shù)38) 滑移系數(shù)39) 工作輪出口氣流圓周向分速287m/s40)

19、 工作輪出口氣流徑向分速取 111m/s41) 工作輪出口氣流速度308m/s42) 工作輪出口氣流角43) 取工作輪出口葉片角（徑向直葉片）44) 取工作輪出口葉片厚度1.6mm45) 工作輪出口阻塞系數(shù)0.96546) 取工作輪出口氣流密度取 =1.68kg/m47) 葉輪出口寬度15.3mm48) 取輪阻損失系數(shù)取 49) 葉輪出口氣溫=350K50) 取葉輪多變效率取 =0.8351) 多變指數(shù)項(xiàng)52) 多變指數(shù)1.5253) 葉輪出口氣體壓強(qiáng)1.6854) 葉輪出口氣體密度=1.67kg/m55) 氣體密度誤差=0.60%<2%56) 葉輪出口馬赫數(shù)0.82 <1認(rèn)可2.

20、4 無葉擴(kuò)壓器段參數(shù)57) 無葉擴(kuò)壓器寬度 58) 入口氣流周向分速=287m/s59) 入口氣流徑向分速=107m/s60) 入口氣流角=61) 入口氣流速度=306m/s62) 入口氣流溫度=350.61K63) 入口氣流壓強(qiáng)=1.6964) 入口氣流密度=1.68kg/m65) 取出口直徑比取為1.1666) 出口直徑=336mm67) 出口密度（?。?.78kg/m68) 出口氣流速度=249m/s69) 出口氣流溫度366K70) 馬赫數(shù)=0.65<0.95認(rèn)可71) 取多變效率取為0.6072) 多變指數(shù)項(xiàng)=2.173) 出口空氣壓強(qiáng)=1.86Pa74) 出口空氣密度=1.7

21、7kg/m75) 密度誤差0.56%<2%76) 出口寬度15.3mm77) 出口徑向分速=87.5m/s78) 出口周向分速=233m/s79) 出口氣流角=80) 長度23mm2.5 葉片擴(kuò)壓器參數(shù)81) 取直徑比取為1.5082) 出口直徑435mm83) 出口寬度15.3mm84) 進(jìn)氣口沖角取85) 葉片進(jìn)口角86) 葉片出口角=87) 葉片進(jìn)口阻塞系數(shù)，取=0.988) 進(jìn)口通道面積=56cm89) 葉片數(shù)，取2990) 進(jìn)口喉部寬度12.6mm91) 設(shè)出口氣流密度=2.01kg/m92) 出口氣流速度=97m/s93) 出口空氣溫度=392K94) 多變效率，取為0.89

22、5) 多變指數(shù)項(xiàng)=2.896) 出口空氣壓強(qiáng)97) 出口空氣密度=0.49%<2%2.6 蝸殼參數(shù)98) 蝸殼出口氣流速度=60m/s99) 出口空氣溫度=395K100) 多變效率，取為0.60101) 多變指數(shù)項(xiàng)102) 出口壓強(qiáng)103) 蝸殼出口密度kg/m104) 出口滯止溫度=396.8K105) 出口滯止壓強(qiáng)2.7 壓縮機(jī)參數(shù)校核106) 壓強(qiáng)比2.39107) 滯止壓強(qiáng)比=2.43108) 等熵壓縮功l=83194J109) 壓強(qiáng)系數(shù)=0.695110) 絕熱效率=0.77111) 功率=262kW2.8 軸的強(qiáng)度校核112) 軸的材料選45鋼，=25軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為可得

23、軸的直徑軸上有兩個(gè)鍵槽，應(yīng)增大(取30mm)2.9 軸承和鍵的選擇查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用61806-2RZ型深溝球軸承，油潤滑葉輪與軸采用雙平鍵聯(lián)接，鍵的規(guī)格為：鍵寬12，鍵高8，長度50，B型，代號(hào)B2.10 軸承蓋的參數(shù)計(jì)算軸承蓋采用透蓋凸緣式，鑄鐵制造，無套杯，螺釘選用開槽盤頭螺釘GB/T67 M412,材料為鋼113) e=1.2d=4.8mm,d-軸承蓋螺釘直徑114) mm115) mm116) ,取為36mm117) mm3 結(jié)論經(jīng)過了幾個(gè)月，我總算把畢業(yè)設(shè)計(jì)這個(gè)大難題攻克下來了。期間有過不少的不眠之夜，還有到珠海盈德氣體有限公司實(shí)習(xí)的經(jīng)歷。當(dāng)初決定要做離心式壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)這課題就是因?yàn)楸挥落浻?，想做個(gè)跟自己以后工作相關(guān)的畢業(yè)設(shè)計(jì)。當(dāng)初沒有太多考慮做這個(gè)課題的難度，后來在資料匱乏的條件下才發(fā)現(xiàn)做起來步步維艱。特別是在繪圖過程中出現(xiàn)了很多問題。比如說繪制葉輪，一開始根本不知道計(jì)算出來的參數(shù)在模型上應(yīng)該怎么表示，結(jié)果畫出來的圖總感覺不對(duì)勁。后來終于畫出一個(gè)自己覺得可以的