液化天然气装备设计技术 动力储运卷PDF电子书下载

第1章 混合制冷剂离心压缩机设计计算 2

1.1 设计中所涉知识点介绍 2

1.1.1 连续方程 2

1.1.2 欧拉方程 2

1.1.3 能量方程 3

1.1.4 速度三角形 4

1.1.5 伯努利方程 4

1.2 压缩过程和压缩功的说明 5

1.2.1 等熵压缩 5

1.2.2 多变压缩 6

1.2.3 压缩功与叶轮中的气体变化过程关系 6

1.2.4 压缩过程在T-S图上的表示 7

1.2.5 总耗功和功率 9

1.2.6 滞止参数的表示 9

1.3 压缩机效率的表达式 10

1.3.1 多变效率 10

1.3.2 绝热效率 11

1.3.3 等温效率ηis和流动效率ηhya 12

1.4 压缩机各部的压缩过程 12

1.4.1 工作级间的等熵压缩过程 12

1.4.2 级中实际压缩过程 13

1.5 混合制冷剂压缩机设计 13

1.5.1 混合制冷剂压缩机设计任务 13

1.5.2 压缩机第一段设计计算 14

1.5.3 压缩机第二段设计计算 35

1.5.4 主轴的计算 56

1.6 离心式压缩机强度设计及轴向推力计算 56

1.6.1 转子强度设计 56

1.6.2 定子强度设计 57

1.6.3 机壳部分计算 58

1.6.4 轴向推力计算 59

1.7 离心式压缩机结构设计 60

1.7.1 转子的结构设计 60

1.7.2 定子的结构设计 61

参考文献 63

第2章 天然气往复式压缩机设计计算 64

2.1 总体设计 64

2.1.1 设计原始资料 64

2.1.2 天然气的物性参数 65

2.1.3 热力计算 68

2.2 动力计算 76

2.2.1 曲柄连杆机构及运动关系 76

2.2.2 作用力计算 76

2.3 气缸部分主要零件设计 80

2.3.1 气缸 80

2.3.2 气阀 83

2.3.3 活塞 86

2.3.4 填料和刮油器 88

2.4 基本部件的设计 89

2.4.1 曲轴 89

2.4.2 连杆 90

2.4.3 十字头 96

2.4.4 轴承 97

2.5 其他部件的设计 97

2.5.1 盘车装置 97

2.5.2 皮带轮和飞轮 97

2.6 气路系统 98

2.6.1 空气滤清器 98

2.6.2 液气分离器、缓冲器和储气罐 98

2.7 冷却系统 98

2.7.1 冷却系统及其对水质的要求 98

2.7.2 冷却器的结构设计 98

参考文献 98

第3章 BOG压缩机设计计算 100

3.1 压缩机的作用及分类 100

3.1.1 BOG压缩机的用途 100

3.1.2 BOG压缩机的种类 100

3.2 压缩机机组结构设计 101

3.2.1 主机结构设计 101

3.2.2 辅助设备设计 102

3.3 热力计算 103

3.3.1 初始条件 103

3.3.2 计算初始条件 103

3.3.3 确定压缩级数 104

3.3.4 计算各级名义压力 104

3.3.5 计算各级排气温度 104

3.3.6 计算各级排气系数 105

3.3.7 计算干气系数和抽气系数 107

3.3.8 压缩机的行程容积 107

3.3.9 确定活塞杆直径 108

3.3.10 确定气缸直径 108

3.3.11 修正各级公称压力和温度 109

3.3.12 计算活塞力 110

3.3.13 计算指示轴功率 111

3.3.14 计算实际轴功率 112

3.3.15 计算等温指示效率和等温效率 112

3.3.16 选用电动机 112

3.4 动力计算 113

3.4.1 绘制气体指示图 113

3.4.2 列的惯性力 113

3.4.3 计算飞轮矩 116

3.5 主要部件及零部件设计 117

3.5.1 活塞组件设计 117

3.5.2 气缸的设计 124

3.5.3 连杆的设计 124

3.5.4 曲轴设计 131

3.5.5 气阀 132

3.5.6 十字头 136

3.5.7 填料及密封材料 136

参考文献 136

第4章 混合制冷剂膨胀机设计计算 137

4.1 透平膨胀机的应用 137

4.1.1 透平膨胀机的分类 137

4.1.2 国内外透平膨胀机的发展概况 139

4.2 制冷剂 139

4.2.1 制冷剂的选用原则 139

4.2.2 混合制冷剂及其性质 140

4.2.3 混合制冷剂的选定 140

4.3 透平膨胀机的工艺计算 141

4.3.1 膨胀过程 141

4.3.2 多变过程分析 142

4.3.3 等熵过程分析 143

4.3.4 膨胀混合气体进入气相区的计算 145

4.4 混合制冷剂透平膨胀机的设计与计算 147

4.4.1 设计资料 147

4.4.2 混合制冷剂透平膨胀机的热力计算 148

4.5 透平膨胀机的损失和效率 158

4.5.1 工作轮轮背摩擦损失 159

4.5.2 工作轮轮背摩擦损失计算 159

4.5.3 工作轮内泄漏损失 160

4.6 透平膨胀机的运行、维护和故障处理 160

4.6.1 透平膨胀机的运行 160

4.6.2 透平膨胀机的维护和检修 161

参考文献 163

第5章 螺旋压缩膨胀制冷机设计计算 164

5.1 螺旋压缩膨胀制冷机 164

5.1.1 制冷压缩机的发展 164

5.1.2 螺旋压缩膨胀制冷机工作原理 165

5.1.3 螺旋压缩膨胀制冷机技术特点 166

5.1.4 螺旋压缩膨胀制冷机设计步骤 167

5.1.5 螺旋压缩膨胀制冷机设计方法 167

5.2 离心叶轮的设计计算 168

5.2.1 离心叶轮主要结构参数 168

5.2.2 后弯形叶轮参数的计算 168

5.2.3 压缩段级的总耗功 171

5.2.4 叶轮叶片强度计算 172

5.2.5 密封原理及结构形式 175

5.2.6 叶片扩压器设计计算 178

5.3 螺旋叶片的设计计算 183

5.3.1 压缩段膨胀段螺线方程 183

5.3.2 螺旋叶片设计参数 185

5.3.3 压缩过程计算 186

5.4 空气冷却器传热计算 188

5.4.1 传热系数和传热热阻 188

5.4.2 翅片效率和翅片热阻 191

5.4.3 空冷器管外传热及阻力计算 195

5.5 制冷过程设计计算 198

5.5.1 布雷顿制冷循环 198

5.5.2 膨胀过程计算 203

5.6 制冷剂的选择与应用 204

5.6.1 制冷系统常用制冷剂 204

5.6.2 对制冷剂要求 205

5.6.3 载冷剂 205

5.6.4 冷冻油 206

5.7 制冷机热工性能计算 207

5.8 空心轴壳体强度计算 207

5.8.1 空心轴圆筒强度 207

5.8.2 弹性分析 208

5.8.3 弹塑性分析 209

5.8.4 加肋圆柱形壳体强度和稳定性计算 211

5.8.5 相关案例 212

参考文献 213

第6章 LNG潜液泵设计计算 216

6.1 泵的主要零部件 216

6.2 泵的水力设计方法 216

6.2.1 模拟设计法 216

6.2.2 变型设计法 217

6.2.3 速度系数设计法 217

6.2.4 设计中关键问题的解决 217

6.3 LNG潜液泵的设计技术指标和设计计算 218

6.3.1 泵的基本参数的确定 218

6.3.2 泵转速的确定 219

6.3.3 泵比转速的计算 219

6.3.4 计算泵的效率 220

6.3.5 叶轮主要参数的选择和计算 221

6.4 压水室、吸水室的水力设计 225

6.4.1 压水室 225

6.4.2 压水室的设计 226

6.4.3 吸水室 227

6.4.4 吸水室的设计 228

6.5 泵的轴向力、径向力计算及平衡 228

6.5.1 轴向力的平衡 228

6.5.2 轴向力的计算 228

6.5.3 径向力的计算及平衡 230

6.6 低温潜液泵电机的选择 231

6.6.1 低温潜液泵电机的相关问题解决 231

6.6.2 电机的选择 232

6.6.3 电缆的选择 232

6.6.4 电气连接处的密封 233

6.7 泵主要零部件的强度计算 233

6.7.1 叶轮强度计算 233

6.7.2 轴承的选择 234

6.8 泵的各零部件材料的设计 234

6.8.1 奥氏体不锈钢 234

6.8.2 镍基硬质合金 235

6.8.3 等离子堆焊技术 235

6.8.4 深冷处理 235

6.8.5 冲击试验 236

6.8.6 拉伸试验 236

参考文献 236

第7章 LNG温控阀及其附件设计计算 237

7.1 LNG温控阀设计计算 237

7.1.1 LNG温控阀密封比压计算 238

7.1.2 LNG温控阀阀体壁厚计算 239

7.1.3 阀杆轴向力计算 239

7.1.4 阀杆总转矩计算 239

7.1.5 LNG温控阀阀杆应力校核 240

7.1.6 LNG温控阀阀杆稳定性分析 241

7.1.7 阀杆头部强度验算 241

7.1.8 LNG温控阀阀瓣应力校核 242

7.1.9 LNG温控阀中法兰连接螺栓 242

7.1.10 LNG温控阀中法兰强度验算 243

7.1.11 LNG温控阀阀盖强度验算 244

7.1.12 阀盖支架（T形加强筋） 244

7.1.13 中法兰螺栓扭紧力矩 245

7.1.14 密封结构计算 246

7.2 毛细管的设计计算与分析 251

7.2.1 毛细管的节流特性 251

7.2.2 毛细管长度对系统的影响 252

7.2.3 影响毛细管设计的几个参数 252

7.2.4 毛细管的计算方法 254

7.3 温控阀执行器 256

7.3.1 GMA热变形机理分析 256

7.3.2 感温包 257

7.3.3 感温介质 257

7.3.4 隔膜 257

7.4 温控阀截面弹簧的设计计算 258

7.4.1 异形钢丝弹簧特性及基本设计公式 258

7.4.2 异型钢丝弹簧设计变形公式的推导 259

参考文献 260

第8章 LNG汽车加气系统设计计算 261

8.1 液化天然气（LNG）汽车综述 261

8.1.1 LNG汽车的燃料系统 261

8.1.2 LNG汽车的充装 262

8.1.3 LNG汽车的运行及维护注意事项 263

8.2 LNG车载气瓶 264

8.2.1 LNG车载气瓶发展现状及应用 264

8.2.2 LNG车载气瓶的特点 267

8.2.3 LNG车载气瓶结构及操作原理 268

8.3 LNG汽车加气 269

8.3.1 稳定供气条件 269

8.3.2 气化量与供气量关系 270

8.3.3 LNG车载气瓶的计算 273

8.3.4 换热器的设计计算 290

8.4 加气机 291

8.4.1 加气机管路 291

8.4.2 加气机结构 291

参考文献 292

第9章 LNG大型储罐设计计算 293

9.1 LNG大型储罐 293

9.1.1 LNG的低温储罐运输 293

9.1.2 LNG低温储罐的特殊要求 293

9.2 LNG储罐内罐总体结构尺寸确定 294

9.2.1 储罐设计数据 294

9.2.2 LNG储罐几何尺寸 294

9.2.3 主要构件结构尺寸的计算 296

9.2.4 加强圈 297

9.2.5 罐底板尺寸 300

9.2.6 内罐罐底边缘板厚度与宽度确定 300

9.3 大型LNG储罐绝热计算 302

9.3.1 传热机理 302

9.3.2 基础数据 302

9.3.3 绝热计算 303

9.4 内罐罐体强度计算 307

9.4.1 水压试验 307

9.4.2 水压试验校核 308

9.4.3 气压试验 309

9.4.4 负压试验 309

9.5 LNG储罐抗震计算 309

9.5.1 自震周期的计算 309

9.5.2 储罐水平地震作用 310

9.5.3 罐壁抗震验算 311

9.5.4 罐内液面晃动波高 312

9.5.5 锚固罐的罐壁抗震验算 312

9.5.6 地脚螺栓个数确定 313

9.6 气升顶方案设计 313

9.6.1 平衡导向系统 313

9.6.2 密封装置系统 314

9.6.3 供气系统 315

参考文献 317

第10章 10000m3液化天然气球罐设计计算 318

10.1 球罐用钢 318

10.1.1 国内外球罐的常用钢种 318

10.1.2 几种典型球罐用钢 318

10.2 球罐设计 320

10.2.1 球壳结构 320

10.2.2 支座结构 320

10.2.3 拉杆结构 320

10.2.4 支柱与球壳连接下部结构 321

10.2.5 接管补强结构 321

10.2.6 球罐的设计方法 321

10.3 球罐设计 322

10.3.1 基本参数 322

10.3.2 基础资料 322

10.4 设计原则 323

10.4.1 设计规范的确定 323

10.4.2 压力试验方法 323

10.5 球壳设计 324

10.5.1 材料选用 324

10.5.2 内压球壳的计算 325

10.5.3 外压球壳的计算 325

10.5.4 球壳薄膜应力校核 327

10.6 球罐质量计算 328

10.7 载荷计算 329

10.7.1 自振周期 329

10.7.2 地震力 330

10.7.3 风载荷计算 330

10.7.4 弯矩计算 330

10.7.5 支柱计算 330

10.7.6 单个支柱弯矩 331

10.7.7 支柱稳定性校核 332

10.7.8 地脚螺栓计算 333

10.7.9 支柱底板计算 334

10.7.10 拉杆计算 335

10.7.11 支柱与球壳连接最低点a的应力校核 336

10.7.12 支柱与球壳连接焊缝的强度校核 337

10.8 安全泄放计算 338

10.8.1 安全阀排泄量 338

10.8.2 安全阀排放面积的计算 338

参考文献 339

第11章 LNG立式储罐设计计算 340

11.1 LNG立式储罐的特点 340

11.2 LNG立式储罐的设计 341

11.2.1 设计依据的标准及主要设计参数 341

11.2.2 LNG储罐结构的初步设计 342

11.2.3 LNG立式储罐强度校核 348

11.3 外罐的开孔补强计算 356

11.3.1 强度削弱系数计算 356

11.3.2 有效补强范围计算 356

11.3.3 有效补强面积Ae的计算 357

11.4 LNG立式储罐安全附件 357

11.4.1 安全阀的设计计算 357

11.4.2 爆破片的设计计算 358

11.5 LNG立式储罐及相关设备的选型 359

11.5.1 测温装置的选型 359

11.5.2 液位测量装置的选型 359

11.5.3 真空测量装置的选型 360

11.5.4 真空夹层安全泄放装置的选型 360

11.6 LNG立式储罐管路的设计 360

11.7 LNG储罐的漏热校核 360

11.7.1 夹层允许漏热 360

11.7.2 真空粉末绝热层综合漏热 361

11.7.3 内外罐下支撑漏热 361

11.7.4 内外罐定位支撑漏热 361

11.7.5 管道漏热近似计算 362

参考文献 363

第12章 LNG槽车设计计算 364

12.1 概述 364

12.1.1 背景 364

12.1.2 低温容器 365

12.1.3 LNG运输工具发展趋势 366

12.2 设计依据的标准及主要设计参数 367

12.2.1 设计依据的标准 367

12.2.2 主要设计参数 367

12.3 LNG槽车结构的初步设计 367

12.3.1 内胆的应变强化设计 367

12.3.2 内胆的常规设计 369

12.3.3 保冷层的设计计算 369

12.3.4 外胆的设计计算 371

12.3.5 内胆加强圈的设计 372

12.3.6 内压容器下支撑结构的设计 372

12.4 LNG槽车强度校核 373

12.4.1 设计条件 373

12.4.2 槽车质量载荷计算 374

12.4.3 内胆的轴向定位支撑结构的设计计算 375

12.4.4 开孔及补强计算 375

12.5 LNG槽车安全附件和管路的设计 379

12.5.1 安全阀的设计计算 379

12.5.2 爆破片的设计计算 381

12.5.3 测温装置的选型 381

12.5.4 液位测量装置的选型 382

12.5.5 真空测量装置的选型 382

12.5.6 真空夹层安全泄放装置的选型 382

12.5.7 管路的设计 383

12.6 LNG槽车的漏热校核 383

12.6.1 夹层允许漏热 383

12.6.2 高真空绝热层综合漏热 383

12.6.3 内外胆下支撑漏热 384

12.6.4 内外胆定位支撑漏热 384

12.6.5 管道漏热近似计算 385

12.7 校核表 385

12.7.1 内压圆筒校核 385

12.7.2 内压椭圆左封头校核 386

12.7.3 内胆椭圆右封头校核 387

12.7.4 外压圆筒校核 388

12.7.5 外压碟形左封头校核 389

12.7.6 外胆碟形右封头校核 391

12.7.7 卧式容器（三鞍座）校核 392

12.8 设计结果汇总 395

参考文献 396