本科毕业设计题目：天然气汽车常规加气站压缩机和系统设计指导老师：高秀峰学生姓名：刘洋洋2011.9.8

课题背景

能源短缺

环境污染

寻求清洁替代能

源 ---- 用CNG( 压缩天然气作为转来

车辆燃料 )

加气站核心设备：常规 CNG 压缩机母站 CNG 压缩机子站 CNG 压缩机

天然气加气站

常规站

母站 子站

课题背景

课题任务 本论文设计了一种天然气汽车常规加气站压缩机。主要参数： 额定进气压力是 0.3MPa ，排气压力为 25MPa 。 供气量为 700N m3 , 电动机功率 220kw, 转速

980r/min 。 采用两列四缸结构，以实现四级压缩。 主机采用了两列带平衡腔的正级差结构，第！ 、Ⅳ级设

置在一列，第Ⅱ、Ⅲ级设置在一列。 两列按平衡对动方案布置，压缩机采用风冷，气缸有油

润滑。

设计内容及步骤

热力计算 •额定工况（0.3MPa）•热力复算：四种变工况

动力计算 •额定工况下受力计算，得出飞轮矩•变工况下的受力计算和分析

零部件强度校核•气缸部分：气缸、气阀、活塞等•基本部件：机身、连杆、十字头等•附属部件：中冷器传热量计算

绘制装配图 •曲轴、连杆、高压级气缸零件图•总装图

压缩机选型 压缩机为卧式对动结构，选择列数为 2 列。第一列

布置两级压缩，即 I ，Ⅳ级正级差带平衡腔的气缸，第二列也是布置了两级压缩，即Ⅱ，Ⅲ级正级差带平衡腔的气缸。

额定工况下的热力计算 估算各级排气温度 Td 用 MATLAB 编程计算各级进出口压缩因子 估算进气系数、泄漏系数、析水系数和抽气系数

热力计算结果 计算各级气缸工作容积 计算气缸的直径

气缸圆整后各级容积参数

顾及压力损失后各级实际压力和压力比 计算各列最大活塞力

计算各级指示功率、所需轴功率、等温效率

变工况下的热力计算 工作容积的确定、确定与容积流量有关的系数、确定

假想工作容积。 选定四种变工况

变工况 1 编程结果

动力计算

额定工况下 变工况下

额定工况下综合活塞力

第一列动力计算 第二列动力计算

变工况下

第一列动力计算 第二列动力计算

计算飞轮矩 额定工况下曲轴旋转一周切向力变化图线，得飞轮矩为1434kg*m2

变工况下，总切向力和平均切向力，得飞轮矩 1287kg*m2

气缸部分设计 1

气缸的设计与强度校核 一级气缸的设计与强度校核 ：气缸选用材料为铸铁

HT250 ，气缸壁厚 s=1.6 cm 。 二级气缸的设计和强度：气缸选用材料为铸铁材料，

气缸内壁厚 s=2.5 cm 。 三级气缸的设计和强度校核：气缸选用材料为铸铁材

料气缸内壁厚 s= 3.5 cm 。 四级气缸的设计及强度校核：气缸材料为 45 钢，

气缸壁厚 =1.5cm ，干式气缸套材料为铸铁 ,HT250, 缸套壁厚 = 1.2 (cm) 。

气阀的设计计算及结构计算气缸部分设计 2

活塞杆的设计与强度校核 活塞环、活塞的设计：活塞为级差式 填料、刮油环的设计：填料采用三、六瓣结构，气缸

侧为三瓣结构，另一侧为六瓣结构。

气缸部分设计 3

基本部件设计机身、中体、 连杆、十字头、曲轴、轴承、轴瓦

中冷器的设计 采取一个比较平均的比定压热容的算法，质量

流量不变，可以在标准状态下计算，求得各种工况下的传热量。

系统流程和控制逻辑关系图设计

总装图

连杆零件图

缸体零件图

缸体零件图

学术价值 1. 本设计中的原始数据，均根据实际情况得来，所

以经由这些原始数据进行的计算具有一定的实际意义。 2. 求解任何压力和温度下的压缩因子的 MATLAB 子

程序，可以为任何需用到天然气压缩因子的计算提供帮助 .

3. 热力和动力计算程序可以为以后设计往复式压缩机提供清晰的思路和参考。

4. 本设计吸收了中国石化集团公司江汉三机厂 2D4-3/3-250 机型的许多优点，比如，选定额定转速为980r/min ，这在我国同功率的高压压缩机中是最高的；级在列中的配置，选定为无高压填料，仅出现中低压填料的方案；传动机构采用反向润滑系统。

问题与展望缺陷：1. 天然气仅仅考虑了甲烷的情况，未考虑其他气体的存在，把压缩指数和膨胀指数都当成了定值。

2.将天然气当成干气处理也不太准确。3. 工程制图的知识缺乏，在画图细节上可能有些错误。4. 在设计进度上，前期编程计算用的时间过多，导致

后期画图时间有些紧张，一些零件也没来得及校

改进：考虑天然气的实际成分，以及水分的影响。更加合理分配进度和执行任务，在设计过程中投入更多在画图任务上。

参考文献