燃氣透平式壓縮機的結構設計,燃氣,透平,壓縮機,結構設計 畢業(yè)設計(論文)開題報告 題目：燃氣透平式壓縮機的結構設計 1. 畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內外相關研究情況） 1.1題目背景 透平式壓縮機是在通風機的基礎上發(fā)展起來的，它廣泛用于各種生產(chǎn)工藝過程中輸送空氣和各種氣體，并提高壓力。本課題針對燃氣透平式壓縮機，合理設計其機構以提高工作效率?，F(xiàn)代燃氣透平最廣泛的是作為噴氣式飛機的推進動力，有的用作艦船動力、發(fā)電廠、尖峰負荷小型電站，也作為遠距離輸送天然氣的氣泵的動力。燃氣透平壓縮機主要用于提高天然氣的壓力，克服管道輸送的生產(chǎn)阻力和罐裝存儲運輸，提高工作效率。 1.2研究意義 透平式壓縮機是一種葉片旋轉機械，它利用葉片和氣體的相互作用，提高氣體的壓力和動能，并利用相繼的通流原件使氣體減速，將動能轉變?yōu)閴毫Φ奶岣?。[9]透平一詞是英語中的turbine譯音，源于拉丁文turbo—詞，意為旋轉的物體。透平機械是一種具有葉片的流體機械，流體（氣體或液體）與葉片相互作用并傳遞能量。[1]根據(jù)能量轉化方向的不同，可將透平機械分為動力式透平（相當于原動機）和從動式透平（相當于從動機）。透平式壓縮機屬于后一種。 透平壓縮機是天然氣輸運與液化、石油開采與煉制煤液化與煤化工等能源工業(yè)的核心裝備，也是石化、鋼鐵等領域的重要耗能動力裝備。壓縮機寬工況、穩(wěn)定、高效和長周期運行對能源及動力系統(tǒng)的安全、節(jié)能有重要意義。近年來，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，透平壓縮機在內部流動機理、設計及制造技術，運行及控制等方面得到了充分的研究，使我國透平壓縮機設計制造技術有了長足的發(fā)展。但裝置大型化及系統(tǒng)高效節(jié)能的發(fā)展趨勢，對透平壓縮機技術發(fā)展又提出了新的課題，需要解決透平壓縮機的氣動設計，系統(tǒng)協(xié)調匹配及自動控制等方面的關鍵技術，開發(fā)高效節(jié)能、安全可靠的大型壓縮機組，提高我國石油化工裝置用壓縮機的技術水平。 1.3國內外相關研究情況 實用透平式壓縮機在工業(yè)上出現(xiàn)之前，活塞式壓縮機早已獲得了普遍應用。我國大型透平壓縮機裝備的發(fā)展歷史較短。通過國外先進技術的引進，消化吸收和自主開發(fā)，大型壓縮機組等關鍵裝備的國產(chǎn)化水平已經(jīng)有了很大提高。初步形成了一些大型壓縮機的自主開發(fā)能力。可以基本滿足1000萬t/a煉油、8萬m3/h空分等的要求。但天然氣長輸管線壓縮機還基本依賴進口，油氣深度開采，天然氣液化等所需的高參數(shù)壓縮機尚在研制。國產(chǎn)化大型透平壓縮機的技術水平與國外相比還有一定差距。在裝備技術開發(fā)跟不上能源需求和工藝流程技術發(fā)展的速度，在裝備能耗和可靠性等方面還有明顯差距。 隨著石油化工等工業(yè)裝置的不斷增大，透平壓縮機向高參數(shù)、大容量發(fā)展，由于基礎研究的缺乏．導致透平壓縮機基本級系列不全，不能滿足很多應用場合要求。如“西氣東輸”項目的管線大型壓縮機。目前國內還沒有生產(chǎn)，仍需要進口。 在設計技術方面，由于基本級系列不全，效率偏低，設計計算的準確性較差，導致同規(guī)格壓縮機比國際先進產(chǎn)品效率低2％～5％；傳統(tǒng)方法只重視在設計工況點獲得高效率。對壓縮機的調節(jié)性能研究不夠。而實際中大多數(shù)壓縮機不是僅在設計點運行而是通過調節(jié)在一定工況范圍內運行，從而導致很多“高拙”產(chǎn)品在使用時是在偏離設計點的區(qū)域低效運行，致使許多國內壓縮機機組同進口機組相比實際運行效率低5％～20％。 國內缺乏壓縮機系統(tǒng)與工藝流程匹配特性方面的研究，對工藝系統(tǒng)的理解欠缺，壓縮機組的設計往往不到位．造成較大浪費，易出現(xiàn)機組與工藝系統(tǒng)不匹配，或偏離最佳工況運行，自適應調控能力差。而國外公司對各種化工工藝系統(tǒng)的理解深，經(jīng)驗豐富，壓縮機的設計總是恰到好處。 控制技術存在差距。國內機組都依靠緊急停車系統(tǒng)確保機組安全。經(jīng)常停車對大型化過程裝置經(jīng)濟損失巨大。國外機組已經(jīng)采用智能控制系統(tǒng)，針對不同的機組和工藝裝置開發(fā)相應的專用控制軟件包，使機組控制系統(tǒng)監(jiān)控功能適應不同的機組和相應的工藝裝置，使機器的安全運行能夠得到保證。 總之，我國大型透平壓縮機組設計效率偏低，整體落后。使得機組的實際運行效率更低。造成極大的能源浪費。主輔設備缺乏協(xié)同性，影響了壓縮機組的運行效率和安全可靠性。致使高新技術裝備依賴國外的現(xiàn)象依然存在。國際上透平壓縮機在向大型、節(jié)能、高可靠性發(fā)展，技術開發(fā)的重點轉向了提高產(chǎn)品的可靠性和運行效率，降低能源消耗，改進生產(chǎn)工藝方法等方面。機組的大型化使得透平壓縮機在設計技術、主輔設備的協(xié)調工作及智能化控制技術幾個方面部面臨新的挑戰(zhàn)，因此，發(fā)展設計理論、研究壓縮機可靠性及智能控制方法是大型透平壓縮機組技術發(fā)展的必然趨勢。隨著石化裝置的大型化、數(shù)字化、智能化和煉化一體化，產(chǎn)業(yè)集成度越來越高，國產(chǎn)化裝備的技術水平與國外相比還有逐步拉大的趨勢。 2.本課題研究的主要內容和擬采用的研究方案、研究方法或措施 2.1研究的主要內容 (1)收集與查閱相關文獻資料，了解目前透平式壓縮機研究現(xiàn)狀，分析壓縮機的類型、使用要求的具體情況，利用相關專業(yè)知識設計透平式壓縮機主要結構； (2)對主要的零部件選取合適的材料考慮如何加工，完成主要功能與結構設計； (3)利用AutoCAD等相關繪圖軟件繪制相關原理及重要零件工作圖； (4)分析該結構的原理、特點等。 2.2擬采用的研究方案、研究方法或措施 一般透平式壓縮機按氣體主要運動方向分有：離心式，氣體在壓縮機大致徑向流動；軸流式，氣體在壓縮機內大致沿平行于軸線方向流動；軸流離心組合式，有時在軸流式的高壓段配以離心式段，形成軸流、離心組合式壓縮機。 離心式和軸流式壓縮機相比各有優(yōu)缺點。軸流式壓縮機具有效率高（設計工況下絕熱效率可比離心式高出5%~10%）、流量大等優(yōu)點，但排氣壓力不高，穩(wěn)定工作范圍窄，對工質中的雜質敏感，葉片易受磨損；離心式壓縮機則不同，除效率比軸流式壓縮機低外，可達到很高的排氣壓力，允許輸送較小的流量。因此本設計選取透平式壓縮機中的離心式壓縮機作為設計對象。 離心式壓縮機的本體結構分為兩大部分：轉子，定子。轉子由主軸、葉輪、平衡盤、定距套、推力盤、半聯(lián)軸節(jié)等部分組成。定子由氣缸、隔板、支撐軸承、推力軸承、軸端密封等零部件組成。按結構大致可分為，水平剖分型、筒型、等溫型三種。 水平剖分型，氣缸被剖分為上、下兩部分，一般用于空壓機，排氣壓力限在4—5MPa。不適合用于高壓和含氫多且分子量小的氣體壓縮。筒形，也就是垂直剖分型，筒形氣缸里裝入上、下剖分的隔板和轉子，氣缸二側端蓋用螺栓緊固。由于氣缸是圓筒形的，抗內壓能力強，對溫度和壓力所引起的變形也較均勻。主要用于汽油改質、脫硫等石油精制裝置的循環(huán)機和其他石油化工用的循環(huán)機，使用壓力可達45MPa。等溫型，這種壓縮機就為了能在較小的動力下對氣體進行高效的壓縮，把各級葉輪壓縮的氣體，通過級間冷卻器冷卻后再導入下一級的一種壓縮機。 本此設計的壓縮機工質為燃氣，天然氣主要成分為CH4，分子相對質量為16，小于空氣的相對分子質量29，此外燃氣采用液化罐裝運輸時所需壓力很大，因此選用筒型。 葉輪又稱工作輪，是壓縮機的最主要的部件。葉輪隨主軸高速旋轉，對氣體做功。氣體在葉輪葉片的作用下，跟著葉輪作高速旋轉，受旋轉離心力的作用以及葉輪里的 擴壓流動，在流出葉輪時，氣體的壓強、速度和溫度都得到提高。按結構型式葉輪分為開式、半開式、閉式三種， 本次設計選用性能好、效率高閉式葉輪。 擴壓器的種類一般可分為無葉擴壓器、葉片擴壓器和直葉壁形擴壓器。無葉擴壓器，由二個隔板平行壁構成的等寬度環(huán)形通道。這種擴壓器結構最簡單，造價最低，工作范圍大，一般離心式壓縮機都采用這種結構型式的擴壓器。 氣封：內部密封如輪蓋、定距套和平衡盤上的密封，一般做成迷宮型，防止機器內部通流部分各空腔之間泄漏。防止或減少氣體由機器向外部泄漏或由外部向機器內部泄漏的密封，稱外部密封。對于外部密封來說，本次設計需要壓縮的氣體為燃氣，易燃，不允許漏至機外，必須采用液體密封、機械接觸式密封、抽氣密封或充氣密封等。本次設計選用浮環(huán)密封，主要是高壓油在浮環(huán)與軸套之間形成油膜而產(chǎn)生節(jié)流降壓阻止機內與機外的氣體相通。 3. 本課題研究的重點及難點，前期已開展工作 設計透式壓縮機的重點在于缸體的氣動計算，壓縮機強度軸向推力的設計計算與效驗以及密封的設計。前期已開展的工作搜集閱讀關于燃氣透平式壓縮機的文獻與書籍，對燃氣透平式壓縮機的結構、原理、國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展以及應用有一定的了解。 4. 完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫） 第1-3周(2014年11月24日—2014年12月14日)：選題、收集與課題相關資料、文獻，通過文獻閱讀，了解透平式壓縮機研究現(xiàn)狀，初步形成本課題設計思路與方案，并完成開題報告； 第4周(2014年12月15日—2014年12月21日)：準備并參加開題答辯； 第5周(2014年12月22日—2014年12月28日)：修改開題答辯提出的問題，修改并完善開題報告； 第6-7周(2014年12月29日—2015年1月11日)：明確透平式壓縮機具體設計思路、設計方案與框架確定，完成一篇外文翻譯； 第8-10周(2015年1月12日—2015年3月15日)：完成燃氣透平式壓縮機主要結構參數(shù)設計與傳動裝置設計，出裝配圖，完成中期報告； 第11周(2015年3月16日—2015年3月22日)：中期答辯 第12周(2015年3月23日—2015年3月29日)：修改中期答辯提出的問題，修改并完善中期報告,繪制主要零件圖； 第13-15周(2015年3月30日—2015年4月19日)：繪制主要零件圖，完成論文撰寫； 第16周(2015年4月20日—2015年4月26日)：完善零件圖，修改論文； 第17周(2015年4月27日—2015年5月3日)：送論文評閱，準備答辯； 第18周(2015年5月4日—2015年5月10日)：論文答辯； 第19周(2015年5月11日—2015年5月17日)：修改答辯中提出的問題，修改并完善論文； 第20周(2015年5月18日—2015年5月24日)：修改論文格式，提交論文。 指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見） 指導教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主管領導： 年 月 日 參考文獻 [1] 張超. 靜葉可調型向心透平的結構設計及實驗研究[D].大連：大連理工大學，2013. 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