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:课程设计题目已知参数:排气量, 一/3 11.5 ( 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：Q0 15m3/min进气压力：Ps=0.5MPaC色对压力）进气温度：ts=293K排气压力：Pd=6.9MPag色对压力）热力计算:.1、计算总压力比：Pd. Ps6.9MPa0.5MPa13.82、压力比的分配:z 3.7153、计算容积系

2、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 Cp1 22竺1 1.3195；Cv11.701530 C,1.8575MPa 时，天然气 k Cp2 竺471 1.35；Cv21.701550 C, 6.9MPa时，天然气 k Cp3 竺706 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II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II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，P29内容可取：第I级压

3、缩过程，相对余隙容积 1 0.14;第II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II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0.98 1.0之间。故取：第I级压力系数pi 0.99; p第II级压力系数p2 1.0。 p5、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II级压缩过程，温度系数 T

4、2 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0.0290.02781l10.97180.97307、计算析水系数:因进入第二级前气体压力为P2 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20c时的饱和蒸汽压巳2337Pa ； 35c时的饱和蒸汽压 22 5622Pa.故Psi i之，有水分析出。第二级的析水系数为：2 P_匕

5、1 0.9993B Ps28、计算气缸的工作容积：第I级气缸的工作容积:VhiQn vi pi ti li 0.059m3375 0.742 0.99 0.95 0.97i8第II级气缸的工作容积:Vh2Q Pi T2 2nP2 Tlv2 p2 t2 12_V5i 308 0.9993375 3.7i5 303 0.738 i.0 0.95 0.973=0.0i6m39、确定缸径及实际工作容积:已知n=375rpm,行程S=300mm#活塞平均速度:Vm300.3 375303.75m/s取活塞杆直径d=30mm由于Vhi；Di2 S ； (Di2 d2) S44得:,.Di2Vh1d2S 2

6、2 0.0590.30.0320.3546m2圆整成:D1 355 mm圆整后的实际行程容积:30.05915m3D22Vh2 d2S 22 0.016 0.032 ” 0.1855m0.32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:一级新的容积系数:A0.3546 2v1 V1 0.742 ()2 0.7403A0.355一级新的相对余隙容积:1 -1 0.

7、74030.1047F 13.7151255 1二级新的容积系数:A" 0.738 (落)2 a“20二级新的相对余隙容积:v21 0.74202112m2 1 3.7151 10.157311、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 0.05SId IS2 0.02d2 0.035S 2d 2气缸内实际进、排气压力：P'1 (1 0.03) 0.5 106 0.485MPaPd'1 (1 0.05) 1.8575 106 1.765MPaP2 (1 0.02) 1.85 75 1 06 1.820

8、MPaPd2 (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）一一。一'。Fa1PdHAd P51Asi=-127038N一'-'Fi1 PdA PS1A1=125441N水平列（二级）一'-'Fa2Pd2 AC2 P52 As2=-131364N'-'Fi2 Pd2As2 P52 Ac2=125344N12、验证连杆的强度

9、：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125c时，弹1i模量为63GPa产3眄 0.18GPa 63GPa0.032 m2 4铸铁在100c时，弹性模量约为100GPa 低压级的活塞杆：F 1max 1 maxS31364N0.19GPa 100GPa0.032 m24高压级的活塞杆：F2max 2max o S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n1 1.4;第二级压缩指数n2 1.5.第一级排气温度：ni 10.4Tdi Ti ” 293 3.715

10、" 426.3K第二级排气温度：Td2 T2 2n2303 3.715市 469.3K14、计算功率:1 1Ni1 60P一心号 1(101产 137560.485 106 0.742600.414_. . ._ _ _ _7_0.059 14 3.715(1 0.08)14 10.4=226.324 KwNi2 60 ZB” 2门？ 102）产 13751.82601060.7381 5050.016 -5 3.715(1 0.055)1.5 10.5=232.362 Kw总的指示功率:Ni Ni1 Ni2 226.324 232.362 458.7 Kw取机械效率m 0.94得轴

11、功率：Nz M 4587 488 Kw m 0.94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:.nN i is1Ps1 v1Vh11n 160375600.5 1060.742 0.059 In 3.715= 179.542 KwNi is2 Ps26037560v2Vh2 ln01.8575106 0.738 0.016 ln3.715= 179.905 Kw总的等温压缩功率:Ni is179.524 179.905 359.447 Kw等温指示效率:i isNi isN*=78.4%458.7等温轴效率:isi is m0.784 0.94 =73.

12、7%动力计算一一图解法图1 L型双级双作用压缩机结构示意图1、计算的原始数据:I级气缸内实际进气压力PS10.485MPaI级气缸内实际排气压力Pdi1.765MPaII级气缸内实际进气压力Ps21.820MPaII级气缸内实际排气压力Pd'26.659MPaI级气缸直径D1355mmII级气缸直径D2185mm活塞杆直径d=30mmI级气缸的相对余隙容积10.1047II级气缸的相对余隙容积20.1573n=375rpm活塞行程S=300mm曲轴转速I级气缸指7K功率*226.324 Kwn级气缸指tk功率Ni2232.362 Kw机械效率m0.94I级膨胀指数m11.255n级膨胀

13、指数m21.352I级压缩指数n11.4n级压缩指数n21.5曲柄连杆比入=0.2由压缩机的零部件结构图得出：连杆组件总质量ml 8 Kg十字头组件总质量mc 4.5KgI级铝活塞总质量n级铸铁活塞总质量mp1 18.5156Kgmp2 18.4974Kg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Pi,c Pd1（/ V0 八）m ,0 <Xi< XeV xAc ' 其中Xe按公式压（/V）m求取 PdV0 XeAc.同理2、吸气过程P,c Ps1 , Xe Xi S3、压缩过程Pi,c

14、 Ps1( V0其中Xc按公式:4、排气过程Pi,cPd1,Xc(2SPdiXi然后利用公式FgU)n,S Xi Xc Xi)AcPsl(2SVoVo (2S (A)nPi,cAc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:Fg1,c(二)压力。0.0031091255174699.7 ( )1.255,0 Xi 0.05650.003109 0.09898Xi48005.3,0.0565 Xi 0.348005.3 (0.0328030.003109 0.09898(0.6 Xi)174699.7,0.4997 Xi 0.6、一级轴侧气体力:)1.4,0.3 Xi 0

15、.4997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47660.95 (0.032568)1.4,0 Xi 0.1997Fg1,s0.003087 0.09827(0.3 Xi)173446.55,0.1997 Xi 0.30.0030871 .255173446.55 (),0.3 Xi 0.35650.003087 0.09827(Xi 0.3)47660.95,0.3565 Xi 0.6（三）、二级盖侧气体力:0.0012685、1.352 6 xz0.076178993.92 (),0 Xi0.0012685 0.02688 XiFg2,c48921.6,0.076 Xi

16、0.30.009332548921.6 (0.0012685 0.02688(0.6 Xi)178993.92,0.501 Xi 0.6、1.5 ,),0.3Xi 0.501（四）、二级轴侧气体力:0.009086Fg2,s47629.4 (0.001235 0.02617(0.3 Xi)174266.03,0.20097 Xi 0.31 5 一).,0 Xi0.20097174266.03 (0.0012350.001235 0.02617(Xi 0.3),0.3 Xi 0.37617629.4,0.376 Xi 0.6使用matlab作气体力图如下：D-a 5不何姓犷.行程S/mWLK及

17、r.。0.1。20.30,50E行科5/m-1-1 5-2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ms10.3mlmcmp10.384.518.515625.4156II 级列ms20.3mlmcmp20.384.518.497425.3974各级惯性力的表达式为I 级列F1ms1 r2 (coscos2)II 级列F2ms2 r 2(coscos2 )其中和X的关系为当0 时：x 0.750.62 (0.15sin )2 0.15cosx0.62 (0.15sin )2 0.15cos 0.152、摩擦力的求解假设往复摩擦力Ff是恒量，其值按活塞式压缩机

18、原理 林梅主编，P104,式(6-40)计算。1Ni(- 1)Ff (0.6 0.7)m2Sn1226.324(1) 1000 60I 级歹!JFf1 0.65094 2504N2 0.3 3751232.362(1) 1000 60丑 级歹！JFf2 0.65094 2571N2 0.3 375叠加活塞力曲线，用 matlab编程得如下活塞力图:160.65W-O-SWL6肥之咛程军加,.图3 I级列活塞力图*30102030405行程S/m45 山-PSF图4 II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)Fpsin2T sin( )fp

19、n22cos2 12 sin2其中Fp气体力+惯性力+摩擦力用matlab绘制切向力图如下:x 10切向力合成图I列切向力X飞0 祚必 1.5F08?加6?3 U163 就了 4 71245 4978 S V旋转角ndM-LR叵平II列切向力0 7旺41.570623562114163.52T4 八2d5 4379S2S32旋转角Sd工1-R叵军.图5 L型压缩机切向力图0078541.57092.35623.14163.9274.71241 49786.2932旋转角ad4 2 0 8 6 4 2 O-1- 1NF1-R叵忘图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-

20、41）知，旋转摩擦力为：1Ni (- 1)Fr (0.4 0.3)mSn1(226.324 232.362)( 1) 1000 600.35 0943.14 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NTm11i 60(226.324 232.362) 100060m0.948.29 10A4Sn3.14 0.3 375作图误差为'一_ Tm-vTm8.18 8.29 1.33% 3%Tm8.29作得幅度面积矢量