压缩机课程设计

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1、压缩机课程设计学号:班级:姓名:专业:指导老师 :二零一三年七月课程设计题目已知参数：排气量（ m3 / min ）进气压力排气压力(表压)进气温度293K转速375rpm行程300mm相对湿度80%冷却水温303K工作介质天然气结构形式L 型，双级，双作用设计任务：对活塞压缩机进行热力和动力计算。热力计算一、设计原始数据：排气量： Q0m3 / min15进气压力： Ps=(绝对压力 )进气温度： ts=293K排气压力： Pd=(绝对压力 )二、热力计算：1、计算总压力比 :2、压力比的分配：3、计算容积系数：查工程热力学（第四版）沈维道主编，得：20 ，时，天然气30 , 时，天然气50

2、 ，时，天然气k Cp1 2.2451 1.3195 ; Cv1 1.7015k Cp22.3471 1.35； Cv2 1.7015k Cp3 2.6706 1.46。 Cv3 1.8231所以可以大致取值：第级压缩过程，绝热指数第级压缩过程，绝热指数k11.34 ；k21.46 。查往复活塞压缩机郁永章主编，P31，表 1-2 算得：第级压缩过程，膨胀指数第级压缩过程，膨胀指数m11.255 ；m21.352 。据往复活塞压缩机郁永章主编，P29内容可取：第级压缩过程，相对余隙容积1第级压缩过程，相对余隙容积21由公式：v1( m1)，得：0.14 ；0.16 。第级压缩过程，容积系数第级

3、压缩过程，容积系数vv0.742 ；0.738 。4、确定压力系数：由于各级因为弹簧力相对气体压力要小的多，压力系数p 在之间。故取：第级压力系数p10.99 ；第级压力系数p21.0 。5、确定温度系数：查往复活塞压缩机郁永章主编，P32，图 1-23.由于所设计的压缩机为水冷式压缩机，且天然气成分多为小绝热指数的多原子气体。故查表在区中查。查得：第级压缩过程，温度系数第级压缩过程，温度系数T 1T 20.95；0.95。6、计算泄漏系数：据往复活塞压缩机郁永章主编，P47内容，可查得如下表格：项目第一级第二级相对泄漏值级次气阀一级二级活塞环一级二级填料一级二级总相对泄漏量7、计算析水系数：

4、因进入第二级前气体压力为P2 1.8575 106 Pa ，设冷却后气体温度为 t2 35 C 。由往复活塞压缩机郁永章主编，P318附录表 2，查得20时的饱和蒸汽压 Ps1 2337 Pa ；时的饱和蒸汽压 Ps2 5622 Pa.故35Ps1 1Ps2 ，有水分析出。第二级的析水系数为：8、计算气缸的工作容积：第级气缸的工作容积：第级气缸的工作容积：=1513080.99933753.7153030.7381.00.950.973= m39、确定缸径及实际工作容积：已知 n=375rpm,行程 S=300mm,得活塞平均速度：取活塞杆直径d=30mm。由于 Vh11D12 S1(D12d

5、 2 ) S44得：圆整成： D1355mm圆整后的实际行程容积：Vh10.05915m3圆整成： D 2185mm圆整后的实际行程容积：Vh10.01591m310、调整余隙容积：可以用调整相对余隙容积的办法，维持压力比不变。即第一级气缸直径增大了，相对余隙容积也相应增大，使吸进的气量不变；第二级气缸直径缩小了，相对余隙容积也缩小，使二级吸进的气量也不变。由此可得：一级新的容积系数：一级新的相对余隙容积：二级新的容积系数：二级新的相对余隙容积：11、计算各列最大活塞力：据往复活塞压缩机郁永章主编， P35,图 1-27 ，取进排气相对压力损失：气缸内实际进、排气压力：轴侧和盖侧活塞面积分别为

6、：（单位：m2 ）轴侧 As盖侧 Ac第一级第二级最大活塞力（以连杆受拉伸为正）：活塞在外止点 （盖侧） 活塞在内止点 （轴侧）垂直列（一级）=-127038N=125441N水平列（二级）=-131364N=125344N12、验证连杆的强度：为了保证两级的活塞质量相等，不妨用密度大的铸铁做低压级活塞，用密度小的铝做高压级活塞。查参考书材料力学知：铝在 125时，弹性模量为63GPa；铸铁在 100时，弹性模量约为100GPa。低压级的活塞杆：高压级的活塞杆：所以所选活塞杆的强度足够。13、计算排气温度：由于压缩指数比膨胀指数略微大一点，故取：第一级压缩指数第二级压缩指数第一级排气温度：第二

7、级排气温度：14、计算功率：n11.4 ；n21.5 .=3750.485 1061.40.40.742 0.059 3.715(1 0.08) 1.4 1600.4= Kw= Kw375 1.82 1060.738 0.016 1.50.5 3.715(1 0.055) 1.51600.5总的指示功率：NiN i 1N i 2226.324232.362458.7 Kw取机械效率m0.94得轴功率：Ni458.7488KwNz0.94m电动机的余度取 %，则电动机取 540Kw.15、等温效率：各级等温压缩功率：= Kw375 0.5 106 0.742 0.059 ln 3.71560=

8、Kw375601.8575100.7380.016ln 3.715总的等温压缩功率：Niis179.524179.905 359.447 Kw等温指示效率：iisNi is359.447 =%Ni458.7等温轴效率：isi ism0.784 0.94 =%动力计算图解法图 1 L型双级双作用压缩机结构示意图1、计算的原始数据：级气缸内实际进气压力级气缸内实际排气压力级气缸内实际进气压力级气缸内实际排气压力级气缸直径级气缸直径活塞杆直径d=30mm级气缸的相对余隙容积级气缸的相对余隙容积活塞行程S=300mm曲轴转速n=375rpm曲柄连杆比级气缸指示功率级气缸指示功率机械效率级膨胀指数级膨胀

9、指数级压缩指数级压缩指数由压缩机的零部件结构图得出：连杆组件总质量PS10.485MPaPd 11.765MPaPS 21.820MPaPd 26.659MPaD1355mmD 2185mm0.104710.15732 =Ni1226.324 KwNi 2232.362 Kwm 0.94 m1 1.255 m2 1.352n11.4n21.5ml8Kg十字头组件总质量mc4.5Kg级铝活塞总质量mp118.5156Kg级铸铁活塞总质量mp218.4974Kg二、绘制各级气体力指示图：取指示图的横坐标为活塞行程S，纵坐标为作用在活塞上的气体力Fg.( 一) 、一级盖侧气缸气体力1、膨胀过程V0m

10、,0 X i X epi ,cpd 1(V0xi Ac )其中 xe 按公式 ps(V0)m 求取V0xe Acpd2、吸气过程pi ,cps1， X eX iS3、压缩过程其中 X c 按公式： pd 1ps1 (V0) nV0(2Sxc ) Ac4、排气过程然后利用公式Fg 1,cpi,c Ac 即可求得第一级盖侧气体力。带入数据可以得到如下公式：一级盖侧气体力：同理（二）、一级轴侧气体力：由于大气压力相对来说非常小，所以忽略作用在连杆上的大气压力。（三）、二级盖侧气体力：（四）、二级轴侧气体力：使用 matlab 作气体力图如下 :图 2气体力指示图三、绘制活塞力图1 、惯性力的求解计算

11、往复运动部件质量级列ms10.3mlmcmp10.384.518.515625.4156级列ms20.3mlmcmp20.384.518.497425.3974各级惯性力的表达式为级列级列F1ms1r2 (coscos2)F2ms2r2 (coscos 2)其中和 x 的关系为当0时：当2时：2、摩擦力的求解假设往复摩擦力Ff 是恒量，其值按活塞式压缩机原理林梅主编， P104，式（ 6-40 ）计算。级列级列226.324(11)1000600.94F f 10.653752504N20.3232.362(11)100060F f 20.650.943752571N20.3叠加活塞力曲线，用

12、matlab 编程得如下活塞力图：图 3级列活塞力图图 4级列活塞力图四、绘制切向力曲线各列切向力值按活塞式压缩机原理林梅主编，P108，式（6-51 ）其中Fp气体力 +惯性力 +摩擦力用 matlab 绘制切向力图如下：图 5 L 型压缩机切向力图图 6 压缩机切向力合成图由活塞式压缩机原理林梅主编，P104，式（ 6-41 ）知，旋转摩擦力为：(226.324232.362)(11) 100060=0.350.943.140.3375=1740N将合成切向力曲线图的横坐标轴乡下移动相当于Fr 的距离，总切向力曲线是以移动后的新横坐标轴为计算依据。五、计算飞轮矩：由积分可知，平均切向力为校

13、核作图误差：热力计算得平均切向力为作图误差为故作图合格作得幅度面积矢量图，各切向力图各块面积值如下:( mm2 )f1f2f3f4f5f6f7+116-44+113-782+453-418+562易得f max782 。所作图的切向力曲线的长度比例为：作图时所取的力的比例为：所以：根据公式（ 6-65 ）其中的取值依据为往复活塞压缩机郁永章主编，P107内容。由于电机功率大于150kW,所以取1/100 。六、绘制法向力图：各列切向力值按活塞式压缩机原理林梅主编，P108，式（6-51 ）得：其中Fp气体力 +惯性力 +摩擦力用 matlab 绘制切向力图如下：图 6 法向力曲线图图 7 法向力合成图