\o"100萬噸/年柴油加氫精制裝置新氫與循環(huán)氫二合一壓縮機組設計"某柴油加氫壓縮機的結構設計摘要壓縮機是柴油加氫精制裝置的核心設備，選用更高效的壓縮機是柴油加氫過程中的關鍵。柴油加氫壓縮機包括新氫壓縮機和循環(huán)氫壓機。本設計采用新型氫氣和循環(huán)氫氣二合一壓縮機組，可節(jié)省有效占地面積，減少投資，效率高，運行維護費用經(jīng)濟，降低能耗?；诮橘|(zhì)、氣量、壓力等設計參數(shù)，本文首先確定了整體結構方案，然后經(jīng)過了熱力學數(shù)據(jù)計算和動力學數(shù)據(jù)計算完成了氣缸、活塞、曲軸等主要零部件的設計，并對主要零部件進行了強度校核，最終繪制了壓縮機裝配圖及主要零部件圖。關鍵詞：柴油加氫精制；循環(huán)氫壓縮機；新氫壓縮機；設計目錄TOC\o"1-3"\h\u第1章引言 第4章主要零部件設計經(jīng)過熱力計算初步完成二合一壓縮機組的結構示意圖，如圖4-1所示。圖4-1二合一壓縮機組結構示意圖二合一壓縮機組共有4個汽缸，其中圖4-1中左側(cè)2個汽缸輸送循環(huán)氫，右側(cè)2個汽缸輸送新氫。循環(huán)氫為2列2缸一級壓縮，2個汽缸共用口緩沖罐和出口緩沖罐。新氫為2列2缸兩級壓縮，共有2個入口緩沖罐和2個出口緩沖罐及1個中間冷卻器。二合一壓縮機組為往復活塞式壓縮機，由四個汽缸、活塞、氣閥等工作部件、曲軸、連桿、十字頭等運動部件及缸體組成，同時還有潤滑系統(tǒng)、安全調(diào)節(jié)系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。4.1氣缸的設計4.1.1基本結構型式及選材氣缸部件是一種活塞式空氣壓縮機中主要零部件。，氣缸可以由強度的各異材質(zhì)制成，當工作壓力低于6MPa的氣缸用鑄鐵制造。工作壓力低于20MPa的氣缸常使用鑄鐵進行制造。工作壓力更高的氣缸使用碳鋼，合金鋼等材料進行制造。鑄鐵易于鍛造性，對形狀構造的限制較小，因此鑄鐵筒體有單壁型筒體，多壁型筒體。大中型壓縮機的鑄鐵氣缸多是使用多層壁結構，故選用多層壁鑄鐵氣缸，鑄鐵型號為HT200。4.1.2氣缸主要尺寸的確定氣缸的壁厚按鑄造要求確定工作壓力為(0.2～0.3)MPa時：（4-1）直徑較小，壓力大的鑄鐵材料的氣缸的壁厚通常采取薄壁圓筒的公式計算（4-2）式中：是每一級氣缸的工作壓力；是每一級氣缸內(nèi)徑；是壁厚常數(shù)附加量，其值可以按（5～8）mm選取，大直徑氣缸時值就大；是氣缸材料最大許用拉伸應力。按照[41]選取為15MPa，各級氣缸壁厚按公式（4-2）計算。則各級氣缸的壁厚為：mm，mm，mm。徑向壁厚（4-3）軸向壁厚（4-4）法蘭套壁厚（4-5）由公式（4-3）公式（4-4）公式（4-5）計算數(shù)據(jù)記入表4-1。表4-1各類壁厚數(shù)據(jù)級數(shù)ⅠⅡⅢ水套徑向壁厚δ'/mm406555氣缸軸向壁厚δ"/mm508565連接法蘭壁厚δ'"/mm75125100本次設計冷卻方式是水冷，氣缸靠氣缸外壁水來冷卻。這樣冷卻較均勻，吸收氣缸壁產(chǎn)生的能量，減少預熱，潤滑油在氣缸中的分解延緩，使氣缸散熱變得充分，氣缸其它尺寸由工藝條件確定。4.1.3氣缸強度校核氣缸與氣缸套的材料相同。氣缸與氣缸套之間的壓力：（4-6）氣缸內(nèi)表面切向應力：（4-7）氣缸內(nèi)表面徑向應力：（4-8）氣缸套內(nèi)表面切向應力：（4-9）由于E遠遠超過r1與r2多，r1與r2是氣缸套內(nèi)外半徑，可以令r1=r2，r3為氣缸內(nèi)徑。由公式（4-6）、公式（4-7）、公式（4-8）、公式（4-9）計算可得計入表4-2。表4-2氣缸應力數(shù)據(jù)級數(shù)ⅠⅡⅢ氣缸與氣缸套之間的壓力:p0.67520.43820.3452氣缸軸向壁厚氣缸內(nèi)表面切向應力：σtc4.2383.43773.1453氣缸內(nèi)表面徑向應力σrc-0.6752-0.4382-0.3452鑄鐵氣缸的應力一般不允許大于20~35MPa，由以上計算所得數(shù)據(jù)可知，各級氣缸強度符合要求。4.2活塞組件設計4.2.1活塞的設計根據(jù)以往經(jīng)驗，本設計采用盤型活塞。（1）活塞材質(zhì)的選取據(jù)文獻[42]中表4-20，活塞材質(zhì)均采用為HT200。（2）活塞結構尺寸的確定不計密封環(huán)和刮油環(huán)高度時的活塞高度（4-10）式中：是最大的側(cè)方向應力；是一個連桿的直徑和長度之間的比值，是已求最大的活塞力的數(shù)據(jù)；D是活塞的直徑數(shù)值；[k1]是盤形活塞的最大的許用比壓數(shù)值。取0.2MPa，=1/4.5由公式(4-10)計算得：mm。mm。mm?；钊目偢叨龋?-11）式中：n，m活塞環(huán)數(shù)；h，h3活塞環(huán)的軸向高度。一般取=（1-2）h。由公式(4-11)計算得：一級活塞高度：mm，二級活塞高度：mm，三級活塞高度mm?；钊偢叨纫话闩c活塞直徑D的關系為（4-12）由公式(4-12)計算得：一級活塞高度范圍：mm。二級活塞高度范圍：mm。三級活塞的高度范圍：(0.65～1.5)綜上所述：取一級活塞高度=250mm，取二級活塞高度=280mm三級高度H3=200mm。4.2.2活塞環(huán)設計（1）活塞環(huán)的材料活塞環(huán)可以采用鑄鐵制造?；诣T鐵牌號見表4-3。表4-3不同活塞直徑的灰鑄鐵牌號活塞環(huán)直徑，mm灰鑄鐵牌號HT300或HT250HT200或HT250HT200本次設計活塞環(huán)材料為牌號為HT200灰鑄鐵。（2）活塞環(huán)的結構設計常用的活塞環(huán)的結構有4種：直切口式、斜切口式、搭接口式、組合式。本設計采用直切口式。（3）活塞環(huán)環(huán)數(shù)的確定活塞環(huán)的數(shù)目按下列經(jīng)驗公式估算：（4-13）式中：為活塞環(huán)兩邊壓差最大值。通過了公式4-13進行計算后，進行圓整得Z1=ΔZ2=ΔZ3=Δ（4）主要尺寸的確定1）徑向厚度t徑向厚度t取t=（1/22~1/36）D。D是活塞環(huán)外徑（mm），大直徑活塞環(huán)的t常較小的值，小直徑活塞環(huán)的t常常取較大值，再取標準值。t1=(1/22?1/36)Dt2=(1/22?1/36)Dt3=(1/22?1/36)D2）軸向厚度h軸向厚度h通常要取h=（0.4~1.4）t。較小值用大直徑活塞環(huán)，較大值用小直徑活塞環(huán)和壓差較大的活塞環(huán)，再取標準值。?1=(0.4～1.4)t?2=(0.4～1.4)t?3=(0.4～1.4)t3）開口熱間隙開口熱間隙按下式計算（4-14）式中：是活塞環(huán)的外徑；是活塞工作時的溫度；為在檢驗溫度，取/℃。公式4-14進行計算δ1=aπD1t2?t1=（4）自由開口寬度A查文獻資料[42]得：A1=75.8mm，A2=52.5mm，A3=40mm根據(jù)已知的條件=560mm，=450mm，D3=320mm選用文獻[42]中的標準活塞環(huán)。4.2.3活塞強度校核穩(wěn)定的操作工況下,因為一個活塞僅僅只能同時承受一直到一個不同軸向的滑動推力和一個軸向拉力,所以我們通常可近似為一個滑動桿子來計算承受拉壓載荷的強度進行計算。（4-15）式中：F為活塞的作用力；d是活塞體的直徑；σp是材最大的許用應力數(shù)值，此處σ由式（4-15）計算可得：[σ]1=23.62Mpa，[σ]2=19.43Mpa，[σ]3=15.62Mpa。故三個活塞強度合格。4.3曲軸的設計4.3.1曲軸的結構形式及選材曲軸一般用優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造或球墨鑄鐵制造成型。因此，本設計曲軸采取的材料為QT600-3。4.3.2主要結構尺寸的確定（1）曲柄銷直徑（4-16）式中：為最大活塞力，N。由公式（4-16）得：mm，取D=400mm。mm取=200mm（2）主軸頸直徑（4-17）在確定軸頸尺寸時，應顧及軸頸重合度，應盡量避免等于零或接近零。由公式（4-17）可知新氫壓縮機一側(cè)為400mm，另一側(cè)為350mm；循環(huán)氫壓縮機兩側(cè)均為200mm（3）軸頸長度軸頸的長度應與軸承的寬度適配。為了減少熱膨脹，制造偏差的影響。取新氫壓縮機一側(cè)為200mm另一側(cè)為175mm，循環(huán)氫壓縮機兩側(cè)均為200mm。（3）曲柄厚度（4-18）那么由公式（4-18）可知新氫壓縮機一側(cè)曲柄厚度=300mm，循環(huán)氫壓縮機側(cè)為曲柄厚度=200mm。（4）曲柄寬度（4-19）鑄造曲軸以取小大的曲柄寬度為宜，以減少機加工切削量。由公式（4-19）可知則?1=(565～880)mm，取?1=800mm,h（5）曲柄半徑已知活塞行程300mm曲柄半徑，則曲柄半徑r=150mm。4.3.3曲軸的強度校核（1）靜強度校核τ=TW式中：τ是切應力；T是曲軸的扭矩；WT是抗扭截面系數(shù)。由式（4-20）可求得曲軸最大切應力τ=18.4952Mpa曲軸材料為鑄鐵，許用切向力[τ]=20~25MPa，所以符合要求。（2）疲勞強度校核按法向應力計算的安全系數(shù)值：（4-21）式中：σ?1是材料的最大疲勞極限；σa是連桿的應力幅；按切向應力計算的安全系數(shù)：（4-22）式中：τ?1為材料的疲勞極限；τ?α為應力幅；總安全系數(shù)為：（4-23）由公式（4-22）、公式（4-23）得：n由公式（4-23）得：n=4.36>[n4.4連桿的設計4.4.1連桿的結構型式及選材桿壓縮材料通常也都是直接使用優(yōu)質(zhì)不銹碳素鋼或優(yōu)質(zhì)球墨鋼等鑄鐵材料進行研發(fā)生產(chǎn)設計制造。本設計中連桿采用的材料為40Cr。4.4.2連桿主要結構尺寸的確定（1）連桿長度的確定連桿長度，即連桿大小頭孔中心距，由曲柄半徑與連桿長度的比值決定。取=16，L=rλ=900mm。（2）連桿大頭瓦尺寸的確定常將曲柄銷的主軸直徑長度設計得與它的主軸頸相同,因此它的大頭軸瓦的主軸直徑長度設計也與它的主軸曲柄銷相同。軸瓦的材料為15ChSnSb11-6，取一級二級大頭瓦內(nèi)徑為400mm，三級內(nèi)徑則為200mm。（3）連桿小頭襯套尺寸的確定小頭軸瓦近年廣泛采用襯套結構，襯套的厚度及寬度取（4-24）（4-25）式中：為活塞銷直徑。小頭襯套材料常使用銅合金。取小頭襯套內(nèi)徑=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）連桿寬度的確定考慮到每個連桿頭的尺寸不同的連接頭寬度可采用相等數(shù)據(jù)。對于連桿寬度取，式中是軸瓦的寬度值；對于大頭定位時，B是大頭瓦寬度值，對于小頭定位時，則為小頭襯套寬度。大頭寬度B1=180mm，可取與大頭軸瓦寬度相同的尺寸，則取B小頭寬度B2=90mm，可取與小頭襯套寬度相同的尺寸，則取B（5）連桿大小頭孔徑的確定一級二級大頭孔徑令大頭瓦外徑為D=400mm，小頭孔徑取小頭襯套外徑為d=200mm，大頭孔徑取大頭瓦外徑為D=200mm，小頭孔徑取小頭襯套外徑為d=100mm。（6）連桿桿體結構尺寸的確定桿體中間截面面積的尺寸（4-26）式中：是桿體中間截面面積的當量直徑；是計算出的最大活塞力。從式（4-26）求得后，必須再計算成面積：，以為桿體的中間截面面積，再求得工字形或矩形的尺寸。（4-27）（4-28）桿體的中間截面，即為與的平均值處截面。公式（4-28）中系數(shù)取16.5～21.5，則由公式（4-27）、公式（4-28）可知：截面當量高度一級Hm1=220mm，二級H截面當量寬度一級Bm1=150mm，二級B4.4.3連桿的強度校核連桿桿體的穩(wěn)定性計算：由于桿體截面沿長度變化，計算時均以桿體中間截面為計算截面。（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、4.5十字頭的設計十字頭體內(nèi)壁直徑（4-31）式中:D1為十字頭內(nèi)壁直徑;l為連桿中心距;β為連桿擺角;H由（4-31）計算取整可知：D11=400mm,D12=400mm,D13=300mm。兩銷座孔內(nèi)壁距離（4-32）式中：B為連桿大小頭寬度。由（4-32）計算取整可知：b1=183，b2=183，b3=93。兩銷座的寬度Ss式中：Fmax為連桿大小頭寬度；d0'由式（4-33）計算取整可得：Ss1=60，Ss2=60，Ss十字頭的壁厚（4-34）由式（4-34）計算取整可得：S1=50，S2=50，S第5章二合一壓縮機組動力學計算第5章二合一壓縮機組動力學計算5.1列的往復慣性力計算5.1.1活塞組件質(zhì)量活塞構件的質(zhì)量一般是由傳動活塞,活塞環(huán),活塞和軸銷等主要零件的質(zhì)量所直接決定。它主要是通過不斷增加組件的最大厚度以及通過減少每一級的活塞內(nèi)部開口的最大直徑使組件總體的質(zhì)量基本相等，平衡往復的運動慣性應力。作直線往復運動的活塞組件總質(zhì)量分別為：一級：=230+13+10+50=303kg；二級：=168+18+10+100+7=303kg；三級=160+15+15+100+10+303kg。5.1.2連桿質(zhì)量計算對于一個連桿的質(zhì)心在其特定位置上沒有任何相關統(tǒng)計資料，故在本次工程設計上依據(jù)相關統(tǒng)計資料，可以認為采用(30~40)%的連桿質(zhì)量可以進縱向往復運動，(60~70)%的連桿質(zhì)量可以進行橫向回轉(zhuǎn)往復運動,（5-1）（5-2）根據(jù)各種材質(zhì)連桿的主體結構、設計及其尺寸及所需要選用各種材料的測定密度，連桿的質(zhì)量是250kg。則連桿的往復運動的質(zhì)量是連桿質(zhì)量的35%，其余為連桿回轉(zhuǎn)運動質(zhì)量，則往復運動的質(zhì)量87.5kg；則回轉(zhuǎn)運動質(zhì)量為162.5kg。5.1.3列的往復運動總質(zhì)量計算列的往復運動總質(zhì)量由下式確定：（5-3）則列的往復運動總質(zhì)量為一級：=303+87.5=390.5kg；二級：=303+87.5=390.5kg；三級：=303+87.5=390.5kg。5.2壓縮機作用力計算5.2.1往復慣性力計算根據(jù)牛頓慣性定律，所以往復質(zhì)量產(chǎn)生的往復慣性力應該是：（5-4）式中：是曲柄半徑其值為s的一半；是曲柄角速度數(shù)值，；是曲柄半徑與連桿長度的比值；是曲柄轉(zhuǎn)角的數(shù)值。已知氣缸行程是0.3m，則有曲柄半徑是0.15m，可以求出曲柄的旋轉(zhuǎn)角的速度ω=由公式（5-4）計算出曲柄轉(zhuǎn)角從0°～360°一轉(zhuǎn)的變化值，得：I將計算結果記入表5-1。表5-1列的往復慣性力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續(xù)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中的數(shù)據(jù)，以曲柄轉(zhuǎn)角α為橫坐標，繪制往復慣性力圖，如圖5-1。圖5-1列的往復慣性力圖5.2.2往復摩擦力計算往復摩擦力可以被我們看成是驅(qū)動活塞環(huán)和驅(qū)動氣缸壁之間等一切往復物體移動時產(chǎn)生摩擦力的一種綜合力量總和。由于其中的絕對值比較小,為了更加便于數(shù)學分析,故我們可以將其近似的變化函數(shù)當成一個固定值函數(shù)來對其進行近似處理。統(tǒng)計資料表明一般來說往復式摩擦力消耗的能量和功率約占總機械摩擦力的比例（60～70）%。即（5-5）式中：是總摩擦功率的數(shù)值；Nt是指示功率的數(shù)值；是機械效率的數(shù)值；是壓縮機行程的值；是已定壓縮機的轉(zhuǎn)速。往復摩擦運動的方式總是和活塞運動的方式完全相反。因此,按照連桿上的拉力行程為正的原則,往復式摩擦力在整個軸向行程中總是為正,在橫向行程中總是為負。由計算可知，壓縮機的機械效率，一級列指示功率N1=1525kW，二級列N2=3525kW三級列N3=4016kw，壓縮機行程s=300mm，壓縮機轉(zhuǎn)速n=500r/min。可由公式（5-5）得R5.2.3旋轉(zhuǎn)摩擦力計算旋轉(zhuǎn)式軸向摩擦力主要由曲柄銷和連桿銷的大頭傳動瓦兩個小部分機構組成,主軸和軸承動作控制機構與傳動主體和軸承之間的軸向摩擦力。旋轉(zhuǎn)時的傳動摩擦力所產(chǎn)生需要同時消耗的傳動功率大約等于占總旋轉(zhuǎn)摩擦力的半功率的(40～30)%。其計算式為（5-6）式中：為總摩擦功率；為指示功率；為機械效率；為壓縮機行程；為壓縮機轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)摩擦力是旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的被折算成作用在曲柄銷上阻止曲軸旋轉(zhuǎn)的摩擦力。要在繪制切向力圖時，將其考慮進去。旋轉(zhuǎn)摩擦力的方向規(guī)定：凡與壓縮機轉(zhuǎn)向相反的為正值，相同的為負值。壓縮機的機械效率，一級列指示功N1=1525kw，二級列N2=3525kw三級列N3=4016kw，壓縮機行程s=150mm，壓縮機轉(zhuǎn)速n=500r/min?？捎晒剑?-6）得R5.2.4蓋側(cè)氣體力的計算氣缸工作容積內(nèi)作用在活塞上的氣體力稱為工作容積內(nèi)的氣體力。氣體作用力等于工作容積內(nèi)氣體瞬時壓力與活塞面積的乘積，即（5-7）活塞在止點時的氣體力數(shù)值最大，稱為最大活塞力。如果列上有兩個或兩個以上的行程容積，則此列往復機構上的氣體力應為所有氣缸軸側(cè)和蓋側(cè)行程容積上同一時刻氣體力的代數(shù)和。如果活塞的一側(cè)與大氣接觸，還應考慮大氣壓力的影響。柱的總強度為（5-8）為了要將氣體力和慣性力、摩接力的瞬時值相加求其代數(shù)和，所以要將氣體力作成曲線形式.氣體力曲線圖的作法有圖解法及解析法。主要使用一種比較簡明的解析法。但本設計的活塞位移用解析法公式比較復雜，因此采用圖解法與解析法并用的方式?；钊灰茷閳D解法測得，而各個過程的壓力用解析法算得。如圖5-2所示。圖5-2氣體力曲線圖圖5-2氣體力曲線圖上圖是簡化的實際壓縮循環(huán)指示圖,圖中為代表余隙容積的當量行程（式中為相對余隙容積）。壓縮過程l-2中的氣體壓力根據(jù)過程方程應為（5-9）式中：s為活塞行程；s0為當量行程；pi為壓縮過程中任意某位置時的氣體壓力；m為壓縮過程當量多變指數(shù)。上式是對應于蓋側(cè)氣缸工作容積的活塞位移，壓縮過程應從內(nèi)止點算起，直到pipd為止，壓縮過程完畢。排氣過程線2-3，是等壓線，。膨脹過程線3-4，也取為當量多變指數(shù)，則氣體壓力為（5-10）蓋側(cè)氣缸的氣體膨脹過程從外止點，()算起，直算到為止。進氣過程線4-l是ps的等壓線，。計算時，以為自變量，從開始，每隔5°或10°求出相應的值，將xi代入上式中，分別求得壓縮及膨脹過程的一系列壓力pi值。氣體力隨即求得。計算過程及結果用表格形式列出，見表。在求膨脹過程線時，曲柄轉(zhuǎn)角的間隔可取較小值，以便多計算幾個點。一級余隙行程為s0=s=300×0.03=9mm。二級余隙行程為s0=s=300×0.04=12mm。三級活塞余隙行程為s0=s=300×0.04=12mm。一級活塞面積為Fz1=0.246m2，二級活塞面積為Fz2=F計算時，以曲柄轉(zhuǎn)角為自變量，從開始，每隔10°求出相應的，將代入式（5-9）和（5-10），分別求出壓縮過程及膨脹過程的一系列壓力值。氣體力隨即求得。計算過程及結果用表格形式列出，一級蓋側(cè)氣體力計算見表5-2，二級蓋側(cè)氣體力計算見表5-3循環(huán)氫壓縮機蓋側(cè)氣體力見表5-4。軸側(cè)氣體力計算：活塞的軸側(cè)與大氣相通，所以軸側(cè)氣體力為一常數(shù)，即P1=p5.3綜合活塞力計算及列的切向力圖的繪制列的切向力可按下式計算：曲柄轉(zhuǎn)角α（°）活塞位移xi（mm）膨脹過程pi進氣過程pi=ps壓縮過程pi排氣過程pi=pd蓋側(cè)氣體力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5-2一級蓋側(cè)氣體力計算表表5-2二級蓋側(cè)氣體力計算表表5-2二級蓋側(cè)氣體力計算表二級蓋側(cè)氣體力計算表曲柄轉(zhuǎn)角α（°）活塞位移xi（mm）膨脹過程pi進氣過程pi=ps壓縮過程pi排氣過程pi=pd蓋側(cè)氣體力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5-3二級活塞蓋側(cè)氣體力計算表表5-2二級蓋側(cè)氣體力計算表表5-2二級蓋側(cè)氣體力計算表二級蓋側(cè)氣體力計算表100.1136843.75-450續(xù)表5-2曲柄轉(zhuǎn)角α（°）活塞位移xi（mm）膨脹過程pi進氣過程pi=ps壓縮過程pi排氣過程pi=pd蓋側(cè)氣體力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曲柄轉(zhuǎn)角α（°）活塞位移xi（mm）膨脹過程pi進氣過程pi=ps壓縮過程pi排氣過程pi=pd蓋側(cè)氣體力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續(xù)表5-3續(xù)表5-3曲柄轉(zhuǎn)角α（°）活塞位移xi（mm）膨脹過程pi進氣過程pi=ps壓縮過程pi排氣過程pi=pd蓋側(cè)氣體力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續(xù)表5-3表5-4循環(huán)氫活塞蓋側(cè)氣體力計算表表5-2二級蓋側(cè)氣體力計算表表5-2二級蓋側(cè)氣體力計算表二級蓋側(cè)氣體力計算表曲柄轉(zhuǎn)角α（°）活塞位移xi（mm）膨脹過程pi進氣過程pi=ps壓縮過程pi排氣過程pi=pd蓋側(cè)氣體力（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續(xù)表5-4曲柄轉(zhuǎn)角α（°）活塞位移xi（mm）膨脹過程pi進氣過程pi=ps壓縮過程pi排氣過程pi=pd蓋側(cè)氣體力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活塞綜合應力在列表中計算。在繪制綜合活塞圖時，應注意疊加的各種力的比例應一致，橫坐標長度應相等。應將力的正值和負值視為連桿拉伸時的正值和壓縮時的負值。各種力的疊加是同一角度瞬時力的代數(shù)和。列的切向力還應加上該列的旋轉(zhuǎn)摩擦力。綜合活塞力列表計算見表5-5和表5-6表5-7。表5-5一級列綜合活塞力及切向力計算表表5-5一級列綜合活塞力及切向力計算表曲柄轉(zhuǎn)角α（°）慣性力往復摩擦力氣體力（kN）綜合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（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曲柄轉(zhuǎn)角α（°）慣性力往復摩擦力氣體力（kN）綜合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（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續(xù)表5-5 注：表中函數(shù)一欄中的函數(shù)式為。續(xù)表5-5膨脹過程的多變指數(shù)為1.2，壓縮過程指數(shù)均為1.2，蓋側(cè)氣缸的氣體力為負值。計算時，以曲柄轉(zhuǎn)角為自變量，從開始，每隔10°求出相應的xi分別求出壓縮過程及膨脹過程的一系列壓力值以及氣體力。曲柄轉(zhuǎn)角α（°）慣性力往復摩擦力氣體力（kN）綜合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（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5-6二級列綜合活塞力及切向力計算表表5-6二級列綜合活塞力及切向力計算表續(xù)表5-6曲柄轉(zhuǎn)角α（°）慣性力往復摩擦力氣體力（kN）綜合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（kN）（kN）（-）初步觀察一級、二級列綜合活塞力及切向力表，當壓縮機空負荷運行時，氣體力為零，此時綜合活塞力既只是往復慣性力和往復摩擦力之代數(shù)和。當滿負荷而突然停車時，慣性力和摩擦力為零，此時綜合活塞力就是氣體力?？偳邢蛄χ凳请S曲柄轉(zhuǎn)角α而周期變化的。各瞬時切向力的算術平均值被稱為平均切向力。工程上常用作圖法求出平均切向力。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5-7三級列綜合活塞力及切向力計算表表5-7三級列綜合活塞力及切向力計算表曲柄轉(zhuǎn)角α（°）慣性力往復摩擦力氣體力綜合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（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續(xù)表5-7曲柄轉(zhuǎn)角α（°）慣性力往復摩擦力氣體力（kN）綜合活塞力切向力I1RsΣPT（kN）（kN）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（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由上表中數(shù)據(jù)繪制切向力圖，如圖5-3、5-4、5-5所示。圖5-3一級列的切向力圖圖5-4二級列的切向力圖圖5-5三級列的切向力圖5.4計算飛輪矩5.4.1計算面積矢量由于采用對稱平衡式壓縮機，所作切向力圖的正確性可用熱力學中計算所得處的軸功率計算平均切向力來校核應保證：誤差TmΔ=以平均切向力直線為基準，計算盈虧功的當量面積，作出幅度面積矢量圖，如圖5.6所示。圖圖5-6幅度面積矢量圖1111圖中：f1=?9745.25mm2；f2=94計算飛輪矩工程上飛輪矩常采用下式確定（5-16）式中：fmax為幅度面積；mt為力比例尺；ml為長度比例尺，ml=；為旋轉(zhuǎn)不均勻度。為了保證電動機的安全運行，必須把壓縮機的控制在某一范圍內(nèi)。根據(jù)驅(qū)動機類型和傳動方式的不同，的選擇也有所不同。本次設計驅(qū)動用皮帶驅(qū)動壓縮機，。取為1/35，如圖f2=fmax=430.84mm2，mt=1kN/mm。則kg·m2。以此作為飛輪的設計依據(jù)之一。第6章經(jīng)濟性與環(huán)保性分析6.1經(jīng)濟性分析（1）占地面積相對于分開機組來說，新氫和循環(huán)氫二合一壓縮機機器結構緊湊，體積小，重量輕，占地面積少，在工廠生產(chǎn)中，減少了廠房的使用，節(jié)約了空間減少了房屋設施的投資。（2）能耗方面在往復式壓縮機運行期間產(chǎn)生的熱量十分巨大，通常由壓縮機組的冷卻系統(tǒng)進行冷卻。有壓縮機運行時，15%的電能消耗做有用功，其余的電能消耗通過冷卻系統(tǒng)傳入大氣做了無用功。采用二合一壓縮機更高效率做有用功。相對于單個壓縮機可以增加能源利用率，降低能源消耗。（3）生產(chǎn)能力兩種結構形式均衡且能充分滿足工業(yè)生產(chǎn)中的需要，新氫和循環(huán)式二合一壓縮機組的流量大，排氣均勻，氣流流動無較大脈沖，轉(zhuǎn)速高相同時間處理量要遠遠超過分開機組。（4）使用壽命新氫和循環(huán)氫二合一壓縮機整機結構設計合理，易于保養(yǎng)，操作環(huán)境好，利于長期穩(wěn)定運行。采用油潤滑，還可以稀釋從氣缸過來的工藝介質(zhì)，防止結焦。有油潤滑的填料環(huán)的壽命是無油潤滑的2.5倍（5）運行成本新氫和循環(huán)氫二合一壓縮機組功率5000kw,單個壓縮功率1500kw需要四個壓縮機，以一年8000h，電費0.45元/（kwh），二合一壓縮機組：5000×8000×0.45=1800萬，分開單個機組：1500×8000×0.45×4=2160萬。使用新氫和循環(huán)氫二合一壓縮機組一年要節(jié)省360萬元。（6）設備造價核算根據(jù)設備總重、加工難度、技術難度、材料材質(zhì)等方面的因素來綜合考慮。當前，一臺相當容積流量的新氫和循環(huán)氫二合一壓縮機組的價格1800萬元。其中，設計費占2%；制造費用占20%；材料費用占45%；機械費25%；其余占8%。經(jīng)過整理，可以得到表6-1?？傎M用/萬元設計費/萬元制造費/萬元材料費/萬元機械費/萬元其余/元180036360810450144表6-1價格核算表6.2環(huán)保性分析6.2.1壓縮機的泄露隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展,對整個地球的環(huán)境污染越來越嚴重。環(huán)境資源保護已開始成為當今全球廣泛關注的重要社會問題，防止進入臭氧層和氣候全球化對氣候快速變暖的嚴重破壞已開始引起來自世界各國的高度重視，使得各個國家和政府對此達成許多共識并為此簽署了許多相關合作協(xié)議。二合一壓縮機組所用的制冷劑和潤滑劑對大氣臭氧層的破壞以及能源消耗引起的全球變暖是壓縮機設計中應注意的問題。本設計雖然處理的是氫氣，本身的泄漏對于環(huán)境并無太大的影響，但如果泄漏的話，將會直接造成往復式壓縮機的生產(chǎn)效率降低，增大設備的運行費用，從而間接對環(huán)境產(chǎn)生極其不利的影響。另外壓縮氣體的泄漏，可能會引起火災排放有害氣體一定要注意。由于本設備采用的是有油潤滑，也應格外注意潤滑油的泄漏，防止其在設備運行過程中的泄漏。所以在設備設計過程中，一定要保證良好密封性。6.3.1壓縮機的噪音壓縮機在運行過程中會產(chǎn)生很大的噪音，因盡量減少壓縮機噪音的產(chǎn)生，設計好良好優(yōu)質(zhì)的曲軸，防止曲軸在運轉(zhuǎn)過程中振動產(chǎn)生異常噪音。同時要將其設置遠離居民區(qū)的地方，防止影響居民正常生活。第7章結論壓縮機是柴油加氫裝置的核心設備，在石油石化行業(yè)具有重要作用，本文針對柴油加氫新氫和循環(huán)氫二合一壓縮機組進行設計，得到如下結論：（1）針對所給條件設計壓縮機組為新氫側(cè)兩列兩缸二級，循環(huán)氫側(cè)兩列兩缸一級。形式采用對稱平衡式，氣缸為雙作用油潤滑水冷式氣缸，轉(zhuǎn)速取500r/min。（2）通過熱力計算及動力計算，對曲軸、氣缸、連桿、活塞等主要零部件進行尺寸計算以及強度校核。參考文獻[1]舒黎斌.石油煉制中的加氫技術原理與應用研究[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.汽油加氫裝置運行優(yōu)化及節(jié)能改造[J].石油石化能,2021,11(02):22-25+8.[4]蔣靜.離心式壓縮機干氣密封系統(tǒng)常見故障分析[J].設備管理與維修,2021,(02):77-78.[5]呂文浩,魯悅,劉云龍.離心式空氣壓縮機喘振故障分析與控制預防[J].科學技術創(chuàng)新,2020,(26):195-196.[6]CongL,JeffreyCB,FMagali,etal.Developmentofactivity–descriptorrelationshipsforsupportedmetalionhydrogenationcatalystsonsilica[J].Polyhedron,2018,152:73-83.[7]金澤洲.加氫裝置循環(huán)氫壓縮機試車的相關要素分析[J].化工管理,2020,(16):149-150.[8]董元亮,張博強,孫德超,欒碩,趙小陽.離心式壓縮機常見故障分析及處理措施[J].化工管理,2019,(20):137-138.[9]曹林.加氫裝置循環(huán)氫壓縮機試車相關要素分析[J].化工管理,2019,(07):152.[1