压缩机课程设计

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word文档可编辑课程设计题目已知参数:排气量31.5 （ m / min）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设计原始数据：排气量：Q015m3/min热力计算:进气压力：Ps=0.5MPa绝对压力）进气温度：ts=293K排气压力：Pd=6.9MPa絶对压力）1、计算总压力比：Pd Ps6.9MPa0.5MPa13.82、压力比的分配:23.71

2、53、计算容积系数:查工程热力学(第四版)沈维道主编，得：20 C, 0.5MPa时，天然气 k CPl 22451 1.3195； Cv11.701530 C ,1.8575MPa 时，天然气 k 坐 空471 1.35 ；Cv21.701550 C, 6.9MPa时，天然气 k Cp3 26706 1.46。Cv31.8231所以可以大致取值：第I级压缩过程，绝热指数k1 1.34 ;第H级压缩过程，绝热指数k2 1.46。查往复活塞压缩机郁永章主编，P31，表1-2算得:第I级压缩过程，膨胀指数m1 1.255 ;第H级压缩过程，膨胀指数m2 1.352。据往复活塞压缩机郁永章主编，P2

3、9内容可取：第I级压缩过程，相对余隙容积 1 0.14 ;第H级压缩过程，相对余隙容积 2 0.16。1由公式：V 1( m 1)，得：第I级压缩过程，容积系数 V 0.742 ；第H级压缩过程，容积系数 v 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0.981.0之间。故取:第I级压力系数pi 0.99 ;第H级压力系数卩2 1.0。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I区中查。查得：第I级压缩过程，温度系数 ti 0.95 ；第H级压缩过程

4、，温度系数 T2 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:项目相对泄漏值 级次第一级第二级气阀一级二级0.020.02活塞环一级二级0.0060.006填料一级二级0.00120.00180.0018总相对泄漏量0.0290.027811 10.97180.97307、计算析水系数:因进入第二级前气体压力为 卩2 1.8575 106Pa ,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 °C时的饱和蒸汽压P51 2337Pa ; 35 °C时的饱和蒸汽压 P.2 5622 Pa .故P

5、si i氏，有水分析出。第二级的析水系数为：2 E 总 10.9993l2 Ps2&计算气缸的工作容积：第I级气缸的工作容积:Vh1Qn “ p1 t1 i1一0.059m3375 0.742 0.99 0.95 0.9718第H级气缸的工作容积:Vh2Q Pi T22nP2 £ v2 p2 t2 12=1308 0.9993375 3.715 303 0.738 1.0 0.95 0.973=0.016 m39、确定缸径及实际工作容积:已知n=375rpm,行程S=300mn得活塞平均速度:S n°3 3753.75m/s3030取活塞杆直径d=30mm由于Vh1

6、1 D12 S 1 (D12 d2) S44得:2Di2Vh1d2S 22 0.0590.3°.°320.3546m2圆整成:D1355mm圆整后的实际行程容积:0.05915m3D22Vh2d2S 22 0.0160.3°.°320.1855mword文档可编辑圆整成：D2 185mm圆整后的实际行程容积:Vh1 0.01591m310、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

7、积系数：v1V1 殳 0.742 (誇0.7403一级新的相对余隙容积:1 v1 1 0.7403111 3.715 五 10.1047二级新的容积系数:v20.738 (0.18550.185)20.7420二级新的相对余隙容积:v21 0.74200.15732m2 13.7151.352111、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：S1 0.03d1 0.05S2 0.02d2 0.035气缸内实际进、排气压力：(1 0.03) 0.5 1060.485MPa巳；(1 0.05) 1.8575 1061.765MPaP2(1 0.02)

8、 1.85 75 1 061.820MPaFd'2 (1 0.035 ) 6.9 1 06 6.659MPa轴侧和盖侧活塞面积分别为：(单位：m2)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）F a1巳1 Ac1 巳1 As1=-127038NF i1I"d1 As1R1A1=125441N水平列（二级）Fa2Pd2Ac2Ps2 As2Fi2Pd2As2Is2 AC2=-131364N=125344N12、验证连杆的强度:为了保证两级的活塞质量相等，不

9、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125C时，弹性模量为63GPa铸铁在100 C时，弹性模量约为100GPa低压级的活塞杆:1 maxF 1maxS127038N0.18GPa63GPa高压级的活塞杆:2 maxF2maxS131364N0.19GPa100GPa4°站2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n11.4 ;第二级压缩指数n21.5.第一级排气温度:ni 10.4Td1T1 1n12933.7151.4426.3Kword文档可编辑第二级排气温度:n2 1T

10、d2 T2 尸0.5303 3.7151.5469.3K14、计算功率:“ n “Ni1 60Ps1i1v1Vh11(1n 101)产1375 0.485 106 0.742600.059 U 3.715(1 0.08朋下0.4=226.324 Kw“ n Ni2 60Ps212(1n? 102)可 13751.82601060.7381 5050.016 3.715(10.055)乔 10.5=232.362 Kw总的指示功率:Ni Ni1 Ni2 226.324 232.362458.7 Kw取机械效率m 0.94得轴功率:4587 488 Kw0.94电动机的余度取10.6%,则电动机取

11、540Kw.15、等温效率：各级等温压缩功率:nNiis160Ps1v1Vh1 ln 1375 0.5 1060.742 0.059 ln 3.715word文档可编辑= 179.542 KwNi is260Ps2 v2Vh2 ln 237501.8575 1060.738 0.016 In 3.715= 179.905 Kw总的等温压缩功率:Ni is 179.524 179.905359.447 Kw等温指示效率:i isNi isNi359447 =78.4%458.7等温轴效率:isi is0.784 0.94 =73.7%动力计算图解法f图1 L型双级双作用压缩机结构示意图1、计算的

12、原始数据：I级气缸内实际进气压力PS10.485MPaI级气缸内实际排气压力Pd11.765MPaH级气缸内实际进气压力PS21.820MPaH级气缸内实际排气压力R26.659MPaI级气缸直径Di355mmH级气缸直径D2185mm活塞杆直径d=30mmI级气缸的相对余隙容积110.1047H级气缸的相对余隙容积120.1573活塞仃程S=300mm曲轴转速n=375rpmword文档可编辑I级气缸指示功率叫1226.324 KwH级气缸指示功率Ni2232.362 Kw机械效率m0.94I级膨胀指数mi1.255H级膨胀指数m21.352I级压缩指数ni1.4H级压缩指数I1.5由压缩机

13、的零部件结构图得出：连杆组件总质量mi8Kg十字头组件总质量mc4.5KgI级铝活塞总质量mpi18.5156KgH级铸铁活塞总质量mp218.4974Kg曲柄连杆比入二 0.2二、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Pi,c Pd1( Vo)m ,0 < Xi < XeVoI其中Xe按公式( V0)m求取PdVo XeAcword文档可编辑同理2、吸气过程IPi ,cPsi , X e X j S3、压缩过程pj ,cps1( V0其中Xc按公式:4、排气过程Pi ,cPd1, X c(2

14、SPdiXj然后利用公式FglQVoPs1(V0(2S Xc)Ac)2SPj,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:0.003109Fg1,c174699.7 ()1255,0 Xj 0.05650.003109 0.09898Xj48005.3,0.0565 Xj 0.30.03280348005.3(0.003100.098赢.6 Xj)1.4。3 Xj O.4997174699.7,0.4997 Xj0.6、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。0.032568Fg1,s47660.95 ()1.4,0 Xj0.

15、19970.0030870.09827(0.3 Xj)173446.55,0.1997 Xj 0.30.003087173446.55 ()1.255,0.3 Xj 0.35650.0030870.09827(Xj 0.3)47660.95,0.3565 Xj 0.6（三）、二级盖侧气体力:0.0012685Fg2,c178993.92 ()1.352,0 Xi 0.0760.00126850.02688Xi48921.6,0.076 Xi 0.30.009332548921.6 ()1'5,0.3 Xi 0.5010.0012685 0.02688(0.6 Xi)178993.92,

16、0.501 Xi 0.6（四）、二级轴侧气体力:0.009086Fg2,s_ 1 547629.4 ()0 Xi 0.200970.001235 0.02617(0.3 Xi)174266.03,0.20097 Xi 0.30.001235174266.°3(0.001235 0.02617区 0.3严3 Xi。刃617629.4,0.376 Xi 0.6使用matlab作气体力图如下：外止点1/r/“干*级轴侧气体力内止点外止点1t% -L/【级盖侧吒仿力1IIa i(J *i打(T 琨 S/m-1-1 s畀/. /y十*11维轴侧气偉力殉止点外止点*1 _ *X 1H级羞侧气体力

17、 !1?00.102Q.3o.d0,5O 玉抒程5/m图2气体力指示图三、绘制活塞力图1 、惯性力的求解计算往复运动部件质量I 级列ms10.3mlmcmp10.384.518.515625.4156H级列ms20.3mlmcmp20.384.518.497425.3974各级惯性力的表达式为I 级列Ftms1 r2 (coscos2)H 级列F2 ms2 r 2(cos cos2 )其中和X的关系为当0 时：x 0.75. 0.62 (0.15sin )20.15cos2时:x0.62 (0.15sin )2 0.15cos 0.152、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

18、机原理 林梅主编，P104,式(6-40)计算。1Ni(1)Ff(0.6 0.7)m2SnI级列II级列1226.324(1) 1000 60Ff1 0.650942504N2 0.3 375232.362(Ff20.6510.941) 1000 602 0.3 3752571N叠加活塞力曲线，用matlab编程得如下活塞力图:0.30.40.5670.S5WO-S 盒£医出图3 I级列活塞力图图4 H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 ）Fpcossin()Fp(sinsi n22一 1si n2其中Fp气体力+惯性力+摩擦

19、力用matlab绘制切向力图如下：K 10切向力合成圏I列切*D0 托比 1.5F08 P 36?3 U163 9274 71245 4978 S ?fi VHff fi/rad2.10 7K41.57062.3&62工 14163.52T.H245 4379& 2632施梓角仙H图5 L型压缩机切向力图word文档可编辑4!1078541.57092.35623.14163.9274.71245.49786.2932旋转角価18 6 4 2NAL-R叵尽图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：1Ni (1)Fr(0.4 0.3)mSn1(226.324 232.362)(1) 1000 60=0.35°943.14 0.3 375=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Tm 8.18 10A4N校核作图误差：热力计算得平均切向力为Tm1Ni 60mSn(226.324232.362) 100010.94608.29 1