压缩机课程设计.doc

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1.5（）进气压力0.5MPa排气压力6.8MPa(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：进气压力：Ps=0.5MPa(绝对压力)进气温度：ts=293K排气压力：Pd=6.9MPa(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： 20，0.5MPa时，天然气; 30,1.8575MPa时，天然气； 50，6.9MPa时，天然气。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。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。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； 第级压缩过程，相对余隙容积。由公式： ，得： 第级压缩过程，容积系数； 第级压缩过程，容积系数。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，压力系数在0.981.0之间。故取： 第级压力系数； 第级压力系数。 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。 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： 项目相对 泄漏值 级 次第一级第二级气阀一级0.020.02二级活塞环一级0.0060.006二级填料一级0.00120.00180.0018二级总相对泄漏量0.0290.02780.97180.97307、计算析水系数： 因进入第二级前气体压力为，设冷却后气体温度为。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；35时的饱和蒸汽压.故，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： = =0.0169、 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。由于得： 圆整成：圆整后的实际行程容积：圆整成：圆整后的实际行程容积：10、 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：（单位：） 轴侧As盖侧Ac第一级0.098270.09898第二级0.026170.02688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： 第二级排气温度： 14、 计算功率： = =226.324 Kw = =232.362 Kw 总的指示功率： Kw 取机械效率 得轴功率： Kw 电动机的余度取10.6%，则电动机取540Kw.15、 等温效率： 各级等温压缩功率： = =179.542 Kw = =179.905 Kw总的等温压缩功率： Kw等温指示效率： =78.4%等温轴效率： =73.7%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 =0.2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 十字头组件总质量 级铝活塞总质量 级铸铁活塞总质量 2、 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.(1) 、一级盖侧气缸气体力1、膨胀过程 ,0其中按公式 求取2、 吸气过程 ，3、压缩过程 其中按公式：4、 排气过程 然后利用公式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（2） 、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。 （3） 、二级盖侧气体力： （4） 、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3、 绘制活塞力图 1、惯性力的求解计算往复运动部件质量 级列 级列 各级惯性力的表达式为 级列 级列 其中和x的关系为当时： 当时： 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 叠加活塞力曲线，用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4、 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 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： = =1740N将合成切向力曲线图的横坐标轴乡下移动相当于的距离，总切向力曲线是以移动后的新横坐标轴为计算依据。5、 计算飞轮矩：由积分可知，平均切向力为 校核作图误差：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:()f1f2f3f4f5f6f7+116-44+113-782+453-418+562易得。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