毕业设计（论文）-离心式压缩机设计-离心压缩机气动及结构设计.docx

毕业论文离心式压缩机的设计姓名院（系）专业班级学号指导致师职称论文答辩日期年月日学生承诺书本毕业设计是在老师的指导下独立完成，没有抄袭别人的结果。毕业设计所采用的数据及原理除小部分是通过杳找相关文献资料得到，其余数据都是来自计算，绝对没有捏造成分。本人郑重承诺：木人愿对文章负全部货任！本人卷名:摘要31 前言51.1 离心式压缩机技术现状和发展趋势51.2 离心式压缩机发展方向72.需心压缩机气动参数计算132.1 原始数据132.2 进气道参数132.3 压缩机叶轮参数152.4 无叶扩压器段参数202.5 叶片扩压潺参数222.6 蜗壳参数242.7 压缩机参数校核242.8 轴的强度校核252.9 轴承和段的选择262.10 轴承蕊的参数计算263结论26参考文献27致谢29摘要离心式压缩机的用途很广。例如公化肥生产中的城、氢,气体的离心压缩机，空气分腐工程、炼油和石化工业中普遍使用的各种压缩机,天然气输送和制冷等场合的各种压缩机.在动力工程中，离心式压缩机主耍用于小功率的燃气轮机、内燃机增压以及动力风源等。本课题研究的内容是设计一台离心式压缩机。叶轮和扩压器是离心式压缩机的关键部件，叶轮设计制造的好坏及其与扩压泯的匹配将对压缩机的性能产生决定性的影响。关键词：进气道叶轮扩压器英文摘要TheDesignofCentrifuga1.CompressorbstractZCcntrifugaIcompressorisVCryversati1.e.Avarietyofoccasionssuchasnitrogen,hydrogen,ammoniaferti1.izerp11pressor,airseparationengineering,common1.yusedintherefiningandPeIroCbemiCa1.industries,compressors,natura1.gastransportationandrefrigerationcompressors.Inpowerengineering,pressorismain1.yusedforIoW-POWergasturbines,bustionengineSUPerehargedanddynamicwindsource.Tpressor.Impe1.1.eranddifFpressorimpe1.1.erdesignandmanufactureofthegoodorbadadecisiveimpactonthematchwi1.1.bethecompressordiffuserperformance.KeyWordsjnIetdmpeIIenDfffuser1前言1.1 离心式压缩机技术现状和发展趋势18世纪初期Papin给出了最早的离心式叶轮机械的设计方法,在他出版的著作中介绍J'离心泵的设计方法.从那以后，离心式叶轮机械开始逐步得到发展.19世纪，离心式压缩机伴随着叶轮机械理论的发展而得到了迅速的发展。在这-时期,1.eonhardEUIar建立了叶轮机械中的基本能量方程：1.aZareCarnot指出在叶轮进口流体应光滑顺利的流入叶轮，即零攻角状态，他还指出为了获得富效率应减小叶轮出口动能。这一阶段的标志性成果是离心压缩机中开始使用有叶扩压器。从20世纪开始至今是离心压缩机技术迅猛发展的时代。在这一时期，产生了对离心压缩机发展具有划时代意义的理论和方法。正是这些理论和方法的诞生，使得离心压缩机在全世界范围内得到f极为广泛的应用。1930年,FrankwhittIe申请了他的第一项专利，在国际上首次应用了双向进气单级离心压缩机，这个离心压缩机由轴向透平驱动，果用双向进气不但可以避免在转子进口叶尖产生超音速流动，而且可以减小轴向推力。从那时开始，FrankRhi1.1.Ie就将目标畸准单级压比达到4,而此前单级压比最高值只达到2.5。离心压缩机因为受旋转、曲率及粘性等诸多因素的影响及相互作用而使其内部流动表现为相当复杂的非定常、有粘性的三维湍流流动.但在早期，因为三元理论及计算手段的缺乏，使得离心压缩机的设计主要采用几何设计或二维气动设计方法进行。20世纪50年代，我国著名的科学家吴仲华教授提出J'对离心压缩机发展具有划时代意义的两簇潦面理论，奠定了叶轮机械内部三元流场求解的基础。他首先提出叶轮机械叶片通道内的三元流动可以看作是两类相交的流面（SKS2流面，S1.流面为是从一个叶片到相邻叶片之间的周向扭曲流面，S2流面是从轮教导轮盖的径向扭曲流面）之和，这样就可以把一个更杂的三元问题转化为两个二元问题，从而使计尊简化.随着吴氏三元理论的提出，离心压缩机的设计方法开始由几何设计或二维气动设计向准三维气动设计及全三维气动设i方法转变,许多国内外专家学者利用这理论对离心压缩机进行了研究并取得了许多有益的成果8离心式空气压缩机属于速度式压缩机，在用气负荷稳定时离心式空气压缩机工作和定、可靠。优点是结构紧凑、重量轻，排气量范圉大：易损件少，运转可靠、寿命长：持气不受润滑油污染，供气品质离：大排量时效率高、且有利于节能。目前离心式压缩机发展趋势是：容显不断增大，以满足石化生产规模不断扩大的要求随着新技术的发展，新型气体密封、磁力轴承和无润滑联轴器的出现，不断开发高压压缩机和小流量压缩机产品进一步研究三元流动理论，不仅应用到叶轮设计，还发展到叶片扩压器静止元件设计中，以期达到最高的机组效率低噪声化，采用噪声防护以改善操作环境，国内可以生产石化用离心压缩机的制造企业主要有沈阳鼓风机厂、上海鼓风机厂、陕西鼓风机厂等。他们引进国外技术，经过消化吸收，可以生产石化用大型离心压缩机。沈阳鼓风机厂从意大利新比隆公司引进rMC1.、BC1.sPC1.三个离心压缩机系列的全套设计制造专利技术从日本H立公司引进了DH型离心压缩机、HS型工业冷冻机设计制造专利技术，从美国费城齿轮公司引进了MHS,HS、HSS.HSD四个系列的高速齿轮变速器的设计制造专利技术从德国馆马格公司引进VK8型组装式离心压缩机设计制造专利技术和从日木川崎重工株式会社引进了GM型污水处理鼓风机技术。沈阳鼓风机厂生产的离心压缩机在国内石化企业已经应用200多台，市场占有率已达8()以上。沈鼓厂生产的300万MI催化裂化装置富气压缩机进口流量达到81600Nm3小，功率达到7166kW离心式循环氢压缩机流量达到250O(X)Nm3h.功率达到I600kW,出口压力达到8MPa,已经应用于120万t/a加翅裂化装置沈鼓厂自行设计、制造的裂解气压缩机流量达到120OOONm3力，功率达到1800OkW同国外合作设计、制造的丙烯压缩机流量达到58O(X)Nm3h,功率达到750OkW乙烯压缩机流量达到74OOONm3h.功率达到55OOkW,已经应用到3050万Ua乙烯裂解装置.沈鼓厂自行设计和制造的大化肥装置的空气压缩机、天然气压缩机、氮压缩机、二氧化碳压缩机已应用于2O3O万t/a化肥装置沈鼓设计制造的空气压缩机流量达到22()000Nm3,h功率达到17580kW,已经应用于40OOONm3空分装网1.口前国内高心压缩机在富技术、1.参数、海质量和特殊产品方面还不能满足国内需要。另外在技术水平、痂量、成套性上和国外还石差距。随着石化生产规模不断扩大，离心压缩机大型化方面面临新的课腮.100万Va乙烯三机中的裂解气压缩机，进口流是达到403OoOkgh,出口压力达到389MPa,轴功率达到45770kW045万的PTA装践原料空气压缩机带尾气透平进口流量162413Nm3,h进出口压力0.11.46MPa,轴功率22OookW.国内在设计制造这些大型气体压缩机上还没有成熟的经验。因此，对离心式压缩机的设计理论进行深入、系统的研究非常有必要，从而设计出符合实际工作要求的离心式压缩机.1.2离心式压缩机发展方向大型离心压缩机组属技术密集型、高难度产品，必须拥有先进的专业设计制造技术.由于化工和石油化工装巴不断向大型化发展，用户对压缩机组的能耗、可靠性、配套水平等技术指标的要求也越来越高。在二氧化碳压缩机方面，过去出现/一些压缩机性能与工艺条件不匹配的事故.现在西安交大、沈阳鼓风机厂都有自己的二氧化碳闭式试验台，问题已得到解决。因此，对大型化肥和石油化工压缩机的改进已基本上集中在*缩机性能本身的改进上。目前，世界上先进的压缩机制造厂家都在致力于这方面的研究。如在压缩机的气动性能设计上使用的程序，能够适用于几百个大气压，在近临界区域条件卜适用于几十种发杂气体，大大提高J'计算精度：在转子稔定性研究上，己经研制出超二阶、三阶的离柔性转子.并已成功使用；还在部件成套技术上有了很大发展，如在密封、轴承、调节系统、辅机配套水平等方面。因此，如何跟踪世界上先进的压缩机设计制造技术是当务之急。大型离心压缩机组的改进，需要加强以下方面研究1 .三维工程设计C八D开发。采用三维工程设计可以优化设计机组布置，使机组布置美观，且具有自动进行干涉检查的功能，避免设计缺陷。能够自动进行结构分析，提高设计精度和设计效率。CAD的主要开发内容有：建立三维实体造型设计模型，建立三维实体设备图库、数据库等。2 .转子一轴承系统动力特性设计专家系统的开发.在设计过程中，当转子一轴承系统动力特性不能满足设计规范的要求，或己经制造出来的机组出现振动过大、运行不稳定等情况时，就必须修改原机组的结构参数、物性参数值。但是影晌转子一轴承系统动力特性的结构参数有很多，修改哪一个或几个结构参数最有效，能立竿见影地解决设汁和机组桎定运行问题，是建立该专家系统软件的目标。主要研究内容有：各种转子结构、轴承结构参数对转子一轴承系统动力特性的影响、建立智能型专家系统设计计算软件包等。3 .智能型计算机控制系统开发。目前世界上已广泛采用了微机控制的三重冗余、容钳控制器、多功能防喘振、性能调节、安全保护粽合控制系统，使离心压缩机控制由传统的模拟仪表控制变为多功能的专家控制系统。主要研究内容有：研制大化肥装置用离心压缩机组专用的、具有防喘振、性能调节、安全保护的数字式微机综合控制系统德国宇航院（DFV1.R）Krain博士基于准三维气动设计方法，通过计卯机辅助设计完成了离心压缩机后向三元叶轮的设计，并应用激光测试技术对该叶轮内都流场进行了非常详细地测地9。迄今为止，Krain叶轮仍然是许多研究人员校验自己设计方法的对象.国内在离心压缩机三元叶轮的各类反命题设计方法中，以用动量的不同分布来控制叶片几何型线的方法应用较广10。角动员的分布规律直接决定叶片载荷的大小并影响流动方向、跨就盖方向的速度分布，而速度分布对叶轮二次潦的强度及叶片表面边界层的发展有决定性的影响，这必然影响到对叶轮边界层损失、分离损失和二次流损失的控制，因此合适的角动量分布是设计高性能叶轮最有效的手段。席光等人以上文提到的德国宇航院（DFV1.R）Krain博士设计并试脸的后向三元叶轮为研究对缴，对其内部潦动及气动性能进行了计算，在保留子午型线的前提下，改变角动量分布，对叶片重新设计，以研究角动fit分布对叶轮内部三维流场及总体性能的影响，发展了一种以三维粘性分析为参考准则的实用设计方法，并利用CFD软件F1.IENT5.4进行了数值计算，计籁结果表明：角动量的不同分布对离心压