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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ηhya12

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