压缩机课程设计论文

目录第1章压缩机的热力计算111初步确定压力比及各级名义压力112初步计算各级排气温度213计算各级排气系数314计算各级凝析系数及抽加气系数415初步计算各级气缸行程容积516确定活塞杆直径517计算各级气缸直径718计算气缸直径圆整后实际行程容积，各级名义压力及压力比719按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力8110根据实际压力比，计算各级实际排气温度9111计算缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径9112复算排气量10113计算功率，选取电机11114热力计算结果数据12第2章压缩机的动力计算1321运动计算1322气体力计算1423往复惯性力计算1524摩擦力的计算1625综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制1726切向力的计算及切向力图的绘制1727作幅度面积向量图1828飞轮矩的计算1829分析本压缩机动力平衡性能19第3章计算结果分析35参考文献36第1章压缩机的热力计算11初步确定压力比及各级名义压力1按等压力比分配原则确定各级压力比21ZZKP两级压缩总压力比217430P取934852各级名义进、排气压力如下，21KKP21KP表11各级名义进、排气压力（MPA）级次名义排气压力P1名义排气压力P2014048804881712初步计算各级排气温度按绝热过程考虑，各级排气温度可用下式求解12KT介质为空气，K14。计算结果如表12所示。计算结果表明排气温度T2160，在允许使用范围内。表12各级名义排气温度名义吸气温度计算参数名义排气温度级次KK1KK1829134851414274153140303033485141427432415413计算各级排气系数因为压缩机工作压力不高，介质为空气，全部计算可按理想气体处理。由排气系数的计算公式分别求各级的排气系数。1VPT1计算容积系数1MV其中，多变膨胀指数M的计算按表131查得I级多变膨胀指数M105105412K级多变膨胀指数M6265则各级容积系数为112075348063MV112987V2压力系数P的选择考虑到用环状阀，气阀弹簧力中等，吸气管中压力波动不大，两级压力差也不大，可选取P097，P098。3温度系数T的选取考虑到压缩比不大，气缸有较好的水冷却，气缸尺寸及转速中等，从图161查得T在095090范围内，可选取TT094。4泄漏系数1的计算1IV用相对漏损法计算1A考虑气阀成批生产，质量可靠，阀弹簧力中等，选取气阀相对泄漏VVVV002B活塞均为双作用，有油润滑，缸径中等，压力不高。选活塞环相对泄漏值VR0007，VR0008C因有油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值VP00005，VP0001由于填料为外泄漏，需在第级内补足，所以第级相对泄漏中也包括第级填料的外泄漏量在内，泄漏系数的计算列入表13。表13泄漏系数的计算相对泄漏值泄损部位级级VV002气阀VV002VR0007活塞环VR0008VP00001填料VP00020002总相对泄漏V003003泄漏系数I1/1VI097109715各级排气系数计算结果列入表14。表14各级排气系数计算结果级数VPTLVPTL08630970940971076408370980940971074914计算各级凝析系数及抽加气系数1计算各级凝析系数A计算在级间冷却器中有无水分凝析出来查表151得水在35和40时的饱和蒸汽压KPA（35）206BPKPA（40）421BP则KPAKPA108638579BP421BP所以在级间冷却器中必然有水分凝析出来，这时11。B计算各级凝析系数1140826480971BPP2抽加气系数O因级间无抽气，无加气，故OO115初步计算各级气缸行程容积M30170184649DHVNM3017056129DHPTV16确定活塞杆直径为了计算双作用气缸缸径，必须首先确定活塞杆直径，但活塞杆直径要根据最大气体力来确定，而气体力又需根据活塞面积（气缸直径）来计算，他们是互相制约的。因此需先暂选活塞杆直径，计算气体力，然后校核活塞杆是否满足要求。1计算任一级活塞总的工作面积，（Z同一级气缸数）有HKVFSM2CM2018476958327M2CM2HZ52暂选活塞杆直径根据双作用活塞面积和两侧压差估算出该空压机的最大气体力约为18吨左右，由附录21，暂选活塞杆直径D35MM。活塞杆面积CM222358474DF3非贯穿活塞杆双作用活塞面积的计算盖侧活塞工作面积12GKDFF轴侧活塞工作面积Z级CM2769583478615GDFCM212ZF级CM2129GDFCM23758415Z4计算活塞上所受气体力A第一列（第级）外止点12ZGPFP外N545414038260836710351内止点21ZGPP内5454486701326984NB第二列（第II级）外止点12ZGPFP外5454480910718690156724N内止点21ZGPP内54547092081691037568N由以上计算可知，第二列的气体力最大，为17920N，约合18吨。由附表21可知，若选取活塞杆直径D30MM是可以的，但考虑留有余地，取D35MM。17计算各级气缸直径1计算非贯穿活塞杆双作用气缸直径根据，有2HKKVDDSZM220184790673HM225638HVDDSZ2确定各级气缸直径根据查表161，将计算缸径圆整为公称直径D710MM；D390MM18计算气缸直径圆整后实际行程容积，各级名义压力及压力比1计算各级实际行程容积VH非贯穿活塞杆直径双作用气缸行程容积24HKKDDSZM322071904184HVDDSZM3235792各级名义压力及压力比因各级实际行程容积VHK与计算行程容积VHK不同，各级名义压力及压力比必然变化。各级进、排气压力修正系数K及K1分别为A各级进气压力修正系数HKK1HV01845610279HVB各级排气压力修正系数11HKK110845610279HV12HPC修正后各级名义压力及压力比11KK22P1K计算结果列入表15。表15气缸直径圆整后的实际行程容积，各级名义压力及压力比级次计算行程容积VHKM30184700561实际行程容积VHKM30188400558KVHIVHK/VHIVHK11026修正系数K1VHIVHK1/VHIVHK110261P1K0140488名义吸气压力（MPA）P1KKP1K0140501P2K048817名义排气压力（MPA）P2KK1P2K039617修正后名义压力比P2K/P1K357933919按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力缸内实际压力，1SSP21DDP由图1101，查得S，D，计算各级气缸内实际压力，结果见下表。表16考虑压力损失后的缸内实际压力比修正后名义压力MPA）相对压力损失缸内实际压力MPA实际压力比级次P1P2SD1S1DPSPDPD/PS0140501006501150935111501309055864270501170043007109571071047951821380110根据实际压力比，计算各级实际排气温度12KT按K14和M1085两种情况计算，计算结果见下表。从中可以看出，按K13计算出的排气温度超过了160的允许范围，但实际测出的排气温度接近多变压缩M13的结果，认为在允许的范围内。表17根据实际压力比求得各级实际排气温度吸气温度K14M1085级次K实际压力比K1/KT2KT2M1/MT2KT218291427151544091679139849681338303033801465443917090136141241398111计算缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径气缸直径的圆整，活塞杆直径的选取及各级吸排气压力的修正都直接影响到气体力，需重新计算如下1第列第级A活塞面积盖侧M222406937104GDF轴侧M2444371038710369810ZGDFFB压力PA59SPPA8610DC气体力外止点SZDGPFP外N5454130968310863710635217内止点DZSG内N54549992第列第级A活塞面积盖侧M22240375104GDF轴侧M244683610ZGDFB压力PA57910SPPA82DC气体力外止点SZDGPFP外N54544791036218076106内止点DZSG内N5454829371由以上计算表明，最大气体力在第列外止点（1460116N），约为1370吨，没有超过活塞杆的允许值，可用。112复算排气量气缸直径圆整后，压力比发生变化，引起容积系数相应的变化。1120753908MV11259V如其它系数不变，则排气系数为089764753V6V经上述修正后的排气量为M3/MIN0184795429DHN计算结果与题目要求接近，说明所选用的气缸是合适的。113计算功率，选取电机1计算各级指示功率1160KIKSKVHNNPV1160KISVHKNNPV14549630982710KW21160KISVHKNNPV1451496785958310KW201782整机总指示功率KW2193078421IIIN3轴功率NZ因本机为中型压缩机，取机械效率M092，则KW42157209IZ4所需电机功率因本机是齿轮箱传动，取传动效率E099，则KW45721051084695239ZEENN实际本机选用JB50012型隔爆异步电动机，功率为500KW是够的，说明以上计算可用。114热力计算结果数据1各级名义，实际压力及压力比见下表表18各级名义、实际压力及压力比名义压力MPA实际压力MPA级次P1P2PSPD0140488348501309055864270488173485047951821382各级实际排气温度T24068K或T21338T24124K或T213983气缸直径D710MMD390MM4气缸行程容积VH01884M3VH005579M35实际排气量VD996M3/MIN6活塞上最大气体力PMAXP外1460116N7电动机功率NE500KW8活塞杆直径D90MM第2章压缩机的动力计算动力计算部分需使用热力计算部分所得结果，现将动力计算已知数据汇总见表21。表21动力计算已知数据级次FG0373701075活塞面积M2FZ0369900244P10140448吸入PS0130904795P2048817压力MPA排出PD055861821TS1830吸入TSK291303TD13381398温度排出TDK40684124相对余隙容积00750095行程MMS240240余隙容积折合行程CMS0S18228指示功率KWNI2193320178轴功率KWNZ45772机械效率M092转速R/MINN496连杆长MML48021运动计算1作X，C，A运动曲线图MM2401SR58L960NM/S125RM/S2932位移盖侧211COSSINGXRKR轴侧ZGS速度SINI2CR加速度2OCSA每隔10按上述计算XG、XZ、C、A，将结果列入表22中，其中是第列及第列本列的曲柄转角，两者结果一样，故共用一个表。3由表22中值描点连线作出曲线图如图21。作图比例尺MX40MM/CM，MC1M/S/CMMA40M/S2/CM，MA20/CM22气体力计算用列表计算法作各级气缸指示图及气体力展开图。1各过程压力膨胀过程0MIDISPX进气过程ISP压缩过程0MISISX排气过程IDP本机属于中型压缩机，取MM14，XI是活塞位移，用运动计算中各点的位移值。因本机为双作用活塞，盖侧气体力与轴侧气体力应分别列表计算。2气体力盖侧GIIPF轴侧IIZ对双作用活塞盖侧与轴侧气体力应分别计算，然后将同一转角时两侧气体力合成。气体力符号规定轴侧气体力使活塞杆受拉，为正；盖侧气体力使活塞杆受压，为负。3将计算结果列入表中级盖侧气体力列入表23，级轴侧气体力列入表24，级盖侧气体力列入表25，级轴侧气体力列入表26，合成气体力列入表27。4作各级气缸指示图用活塞行程为横坐标，以气体力为纵坐标，将表中的数据在坐标上描点连线即成，级气缸指示图如图22，级气缸指示图如图23。作图比例尺MX1CM/CM，MP2KN/CM5作气体力展开图以曲柄转角为横坐标，以气体力为纵坐标，将指示图展开。轴侧气体力为正，绘在横坐标上，盖侧气体力为负，绘在横坐标以下，并将合成气体力绘出，级气缸气体力展开图如图24，级气缸气体力展开图如图25。作图比例尺MA20/CM，MP4KN/CM23往复惯性力计算1往复运动质量的计算连杆质量KG4529LM取小头折算质量KG10345291385LM级活塞组件及十字头组件质量KGP级活塞组件及十字头组件质量KG60于是得到各级往复运动质量KG1875376SPMKG629092活塞加速度加速度值由运动计算已知。3计算各级往复惯性力SIMA计算结果列入表28。关于惯性力的符号规定以使活塞杆受拉为正，受压为负，这一规定恰好和惯性力与加速度方向相反的规定一致。24摩擦力的计算往复摩擦力与旋转摩擦力分别计算如下1往复摩擦力的计算取往复摩擦力为总摩擦力的70107602IKMSKNRSN级往复摩擦力N311076079060925224IMSNRSN级往复摩擦力N3110760780609247324IMSSN关于往复摩擦力的符号规定A仍以使活塞杆受拉为正，受压为负。B在001800之间为向轴行程，摩擦力使活塞杆受拉，定为正；在18003600之间为向盖行程，摩擦力使活塞杆受压，定为负。2旋转摩擦力的计算旋转摩擦力为总摩擦力的30N311036034210609217344IMNRSN25综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制1将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成就得到综合活塞力PSPIR计算结果列入表29、表210。活塞力P是随着曲柄转角而变化的其正负号规定同前。2列的综合活塞力图的绘制将每列的气体力、往复惯性力及往复摩擦力相迭加，绘在同一比例尺的图上，就到列的综合活塞力图，横坐标为曲轴转角，纵坐标为活塞力P如图26、图27。作图比例尺MA20/CM，MP4KN/CM26切向力的计算及切向力图的绘制1切向力的计算2SINSINSICO1TPP计算结果列入表29、表210。2总切向力的计算将、列切向力和旋转摩擦力合成就得出总切向力，合成时要注意列的相位差，列按旋转方向超前2700，即将列2700时的切向力与列00时的切向力迭加，列2800时的切向力与列100时的切向力迭加，依次类推，合成结果列入表211。3作切向力图A横坐标为曲柄转角，比例尺为MA20/CM，换算为长度比例尺M/CM02403148LSMCMB纵坐标为切向力，比例尺TM2KN/CMC根据切向力的计算表作切向图，如图284平均切向力的计算A由列表计算的切向力求平均切向力TMKN36195467MB由热力计算所得的轴功率计算平均切向力KN023049ZNTRNC计算作图误差7613M误差没有超过5在允许的范围内。D将平均切向力TM水平线画在切向力图上。27作幅度面积向量图1用求机仪（或其它方法）求得平均切向力与总切向力曲线所包围的面积F1007CM2,F28525CM2,F34885CM2,F4145CM2,F5276CM2,F63855CM2,F7187CM2,F81505CM2,F93155CM22作幅度面积向量图将平均切向力下方的面积定为向上作向量，平均切向力上方的定为向下作向量，把所有这些向量依次首尾相接平行作出（最末一个向量的终点与第一个向量的始点在同一水平线），得到向量图上最高点与最低点间的差值FMAX1213CM2，如图29。比例尺1CM2CM2。28飞轮矩的计算1压缩机一转中的能量最大变化量LNMMAX04192013849LTLF2旋转不均匀度的选取本压缩机与电机是用三角皮带传动，由表243取。03飞轮矩的计算KGM22236084917160LMDN29分析本压缩机动力平衡性能图29是L型压缩机，一列水平配置，一列垂直配置，90，垂直列常是低压气缸，水平列为高压气缸。设两列的往复运动质量为MS。图29L型压缩机惯性力平衡情况垂直列的往复惯性力21COSSIMR2水平列的往复惯性力290211COSSINSSIMRMR222CO将两列的惯性力合成得22111SIIR222M一阶惯性合力的方向角为，从图29看1SINTATACOI故知二阶惯性合力的方向角为“2COSTAN1I故知45以上表明一阶往复惯性力的合力是个定值，方向始终沿曲柄方向外指，这样就可在曲柄的反方向加平衡质量，产生的离力惯性力IR0，可使一阶惯性力完全平衡。二阶惯性力的合力方向总是在与垂直轴线成450角的射线方向上，其大小呈周期性变化，故不能用平衡质量加以平衡。旋转惯性力可用平衡质量离心惯性力IR0平衡。由于角度式压缩机各列连杆置于同一曲柄销上，列间距很小，所以各种惯性力矩很小，可忽略不计。表22活塞位移、速度、加速度计算表活塞位移曲柄转角（）MXGXZ活塞速度/SMC活塞加速度/2SA曲柄转角（）0000000176176010222217917642551020632822231761219620309217445117617997304075476551176179184050697984591761370050605702643917611551607041817035176912570802918732417674618090235573841767519901001149244871761877310011092107999176182551101207301101471761453612013057307088176114641301404410435617688711401503241226017665721501602146926176441016017010722661762293170180000000176176180190350185717670519020025245692176492320021047608604176938721022068431019517613571220230668765451761532223024076905673176143052402508348476817615559250260860443671761610426027085224988176160832702808341710417640302802908513886817616688290300126257058176229483003109182555717616446310320602542861761055832033034933154176592933034017332089176283534035066410441761106350360000000176176360表23I级气缸盖侧气体力计算表活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力KN曲柄转角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表24I级气缸轴侧气体力计算表活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力KN曲柄转角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表25II级气缸盖侧气体力计算表活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力KN曲柄转角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表26II级气缸轴侧气体力计算表活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力KN曲柄转角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表27气体力合成计算表曲柄转角I级II级盖侧GP轴侧Z合成P盖侧G轴侧ZP合成00020875397816897195763979155971000860140194581923840325206200029894145115634564195740300014044366296216634485282140004892469719596349273964500048925166275524655703246000489258159235246648612407000489267071816524677942548800048927942305052469685443990004892967947875246124877241100004892214041651252461678111535110004892214041651252462094215696120004892214041651252462094215696130004892214041651252462094215696140004892214041651252462094215696150004892214041651252462094215696160004892214041651252462094215696170004892214041651252462094215696180004892214041651252462094215696190004922115726650527812566728820000501546973185378554516821000517722902887555127942757220005421130941125812162041922300057653978178761811041514024000624139782262668955141175250006893397829147386551418722600077933978381583485514283427000905839785080969855144184280001088039786902000551455142900013605397896271454255149028300002087539781689719576551414062310002087539781689719576551414062320002087539781689719576551414062330002087539781689719576551414062340002087539781689719576551414062350002087539781689719576551414062360002087539781689719576551414062表28往复惯性力计算表曲柄转角活塞加速度AI级往复惯性力AMSIII级往复惯性力AMISI曲柄转角0403814687136343601039401433113304350203654132911233834030320111644108093304026159511882932050193670426538310601211440640903007048617681642290801987206682809080829372727270100132048004456260110172362695819250120201973436817240130221680627485230140233484917882220150239487078083210160241787918161200170242288118179190180242388128181180表29I级气缸切向力计算表曲柄转角气体力KNIP往复惯性力KNI往复摩擦力KNSIR活塞力KNIPCOSIN切向力KNIT016897146875051705000000010458114331505102550217222220115613291505149520423632830296211644505151110610921740195951150598210768754750275704250578220892697960923440650558350977570270181617685054089102341818030507205052836102929189047872937505235510002355100165124800505122170941114921101651262695051074908579210120165127343505967407557301130165128062505895506405730140165128491505852705174410150165128707505831103903241160165128791505822702612146170165128811505820701311072180165128812505719500000001906650881150526650131350200318879150596140263252421028878707505120990393476022041128491505131080522684323017878062505103550646668724022627343505101110761769025029146269505968808628348260381548005059121094386042705080293750585221000852228069027205058127102683412909627176850583641018851330016897440650512996097112625310168977042505103590886918232016897951150578910763602533016897116445055758060734933401689713291505411104221733350168971433150530710216664360168971468750527150000000表210II级气缸切向力计算表曲柄转角气体力KNIP往复惯性力KNI往复摩擦力KNSIR活塞力KNIPCOSIN切向力KNIT01559713634474148900000001052061330447485720217185720740123384741355204205692302821108094741410406108604403964882947413267076810195503246538474733508926545601240409047458040977567370254816424744663102347688044396684744244102943679072412727474498810004988100115354456474755209417104110156965819474103500857886812015696681747493520755705813015696748547486840640555714015696788247482870517428615015696808347480860390315416015696816147480080261208917015696817947479900131104418015696818147470410000000190728881794741365013117920016881614748467026322232102757808347411313039344512204192788247412548052265512305140748547413098064684592401175681747484650761643925018725819474816508627035260283444564747764094373242704184272747473841000738428055146684744372102644872909028164247478591018799930014062409047410445097110147310140626538474799708867088320140628829474570607634356330140621080947437260607226034014062123384742197042292635014062133044741231021626636014062136344749010000000表211总切向力计算表曲柄转角I级切向力KNITII级切向力KNIT旋转摩擦力KNRR总切向力KNT00000001761761022221791764255206328222317612196309217445117617997407547655117617918506979845917613700605702643