液化天然气装备设计技术:动力储运卷

第1章混合制冷剂离心压缩机设计计算

1.1设计中所涉知识点介绍/002

1.1.1连续方程/002

1.1.2欧拉方程/002

1.1.3能量方程/003

1.1.4速度三角形/004

1.1.5伯努利方程/004

1.2压缩过程和压缩功的说明/005

1.2.1等熵压缩/005

1.2.2多变压缩/006

1.2.3压缩功与叶轮中的气体变化过程关系/006

1.2.4压缩过程在T-S图上的表示/007

1.2.5总耗功和功率/009

1.2.6滞止参数的表示/009

1.3压缩机效率的表达式/010

1.3.1多变效率/010

1.3.2绝热效率/011

1.3.3等温效率ηis和流动效率ηhyd/012

1.4压缩机各部的压缩过程/012

1.4.1工作级间的等熵压缩过程/012

1.4.2级中实际压缩过程/013

1.5混合制冷剂压缩机设计/013

1.5.1混合制冷剂压缩机设计任务/013

1.5.2压缩机**段设计计算/014

1.5.3压缩机第二段设计计算/035

1.5.4主轴的计算/056

1.6离心式压缩机强度设计及轴向推力计算/056

1.6.1转子强度设计/056

1.6.2定子强度设计/057

1.6.3机壳部分计算/058

1.6.4轴向推力计算/059

1.7离心式压缩机结构设计/060

1.7.1转子的结构设计/060

1.7.2定子的结构设计/061

参考文献/063

第2章天然气往复式压缩机设计计算

2.1总体设计/064

2.1.1设计原始资料/064

2.1.2天然气的物性参数/065

2.1.3热力计算/068

2.2动力计算/076

2.2.1曲柄连杆机构及运动关系/076

2.2.2作用力计算/076

2.3气缸部分主要零件设计/080

2.3.1气缸/080

2.3.2气阀/083

2.3.3活塞/086

2.3.4填料和刮油器/088

2.4基本部件的设计/089

2.4.1曲轴/089

2.4.2连杆/090

2.4.3十字头/096

2.4.4轴承/097

2.5其他部件的设计/097

2.5.1盘车装置/097

2.5.2皮带轮和飞轮/097

2.6气路系统/098

2.6.1空气滤清器/098

2.6.2液气分离器、缓冲器和储气罐/098

2.7冷却系统/098

2.7.1冷却系统及其对水质的要求/098

2.7.2冷却器的结构设计/098

参考文献/098

第3章BOG压缩机设计计算

3.1压缩机的作用及分类/100

3.1.1BOG压缩机的用途/100

3.1.2BOG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

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

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

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

6.3LNG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

7.1LNG温控阀设计计算/237

7.1.1LNG温控阀密封比压计算/238

7.1.2LNG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

7.1.5LNG温控阀阀杆应力校核/240

7.1.6LNG温控阀阀杆稳定性分析/241

7.1.7阀杆头部强度验算/241

7.1.8LNG温控阀阀瓣应力校核/242

7.1.9LNG温控阀中法兰连接螺栓/242

7.1.10LNG温控阀中法兰强度验算/243

7.1.11LNG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

7.3.1GMA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

8.1液化天然气（LNG）汽车综述/261

8.1.1LNG汽车的燃料系统/261

8.1.2LNG汽车的充装/262

8.1.3LNG汽车的运行及维护注意事项/263

8.2LNG车载气瓶/264

8.2.1LNG车载气瓶发展现状及应用/264

8.2.2LNG车载气瓶的特点/267

8.2.3LNG车载气瓶结构及操作原理/268

8.3LNG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

8.3.3LNG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

9.1LNG大型储罐/293

9.1.1LNG的低温储罐运输/293

9.1.2LNG低温储罐的特殊要求/293

9.2LNG储罐内罐总体结构尺寸确定/294

9.2.1储罐设计数据/294

9.2.2LNG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

9.5LNG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

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*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

11.1LNG立式储罐的特点/340

11.2LNG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

11.2.2LNG储罐结构的初步设计/342

11.2.3LNG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

11.4LNG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

11.5LNG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

11.6LNG立式储罐管路的设计/360

11.7LNG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

12.1概述/364

12.1.1背景/364

12.1.2低温容器/365

12.1.3LNG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

12.3LNG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

12.4LNG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

12.5LNG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

12.6LNG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

致谢

附录