过程流体机械空气压缩机课程设计

目录TOC\o"1-2"\u一、热力学计算 21.1初步确定压力比及名义压力 21.2初步计算各级排气温度 31.3计算各级排气系数 41.4确定气缸行程容积： 61.5确定气缸直径 71.6修正压力及压力比 91.7实际压力与压力比 91.8各级温度 101.9计算止点活塞力 101.10复核实际排气量 111.11计算指示功率 111.12计算功率 121.13比功率计算 12二、第一级缸动力分析 142.1曲柄长度： 142.2余隙容积折合的长度 142.3气体力分析 142.4摩擦力的计算 172.5往复运动质量的计算 172.6总活塞力的计算 182.7切向力计算 18三、第二级缸图解法 203.1运动曲线 203.2Ⅱ各级气缸指示图 203.3作气体力展开图 213.4作切向力图 22参考文献 24一、热力学计算1.1初步确定压力比及名义压力两级压缩总压力比按等压力比分配原那么确定各级压力比：各级名义进、排气压力如下：式中：——两级压缩总压力比——第一级名义进气压力——第一级名义排气压力——第二级名义进气压力——第二级名义排气压力——一级压力比——二级压力比故各级名义进、排气压力如下表：级别名义进气压力名义排气压力压力比Ⅰ1.0093.0273.0Ⅱ3.0279.0813.01.2初步计算各级排气温度第一级进气温度：第一级排气温度：由公式可得：由于介质是空气取k=1.4。第二级进气温度：第二级排气温度：式中：——第一级进气温度——第一级排气温度——第二级进气温度——第二级排气温度故各级名义排气温度如下表：级别吸气温度压力比k排气温度〔k〕〔℃〕1.4〔k〕〔℃〕Ⅰ300273.01.41.369411.0138Ⅱ315423.01.41.369431.01581.3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。容积系数：按等熵指数确定膨胀过程指数进气压力/〔〕任意k值k=1.401.51.5~4.04.0~1010~30>30m=1+0.5(k-1)m=1+0.62(k-1)m=1+0.75(k-1)m=1+0.88(k-1)m=k1.21.251.301.351.4查表得；一级压缩膨胀系数；二级压缩膨胀系数近似取得：一级相对余隙容积：二级相对余隙容积： 由公式得:一级容积系数：二级容积系数：式中：——一级缸相对余隙容积——二级缸相对余隙容积压力系数：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

和温度系数:考虑到压缩比不大，气缸有较好的水冷却，气缸尺寸及转速等，得在0.835-0.975范围内，可选取==0.90。泄露系数:考虑到活塞双作用，无油润滑，压力不高，缸径中等，选活塞的相对泄漏系数：参阅文献〔1〕和凝析系数：根据附表可查的在20℃时水的饱和蒸汽压，假设气体经冷却后有冷却水析出，那么满足如下公式：，所以级间必然有水分凝析出来，所以工程上常忽略抽加气对凝析系数的影响，故把取为1，即所以水份凝析系数：取无析水要求〔第二级〕排气系数：由公式得：一级排气系数：二级排气系数：式中：——排气系数——容积系数——压力系数——温度系数——泄漏系数1.4确定气缸行程容积：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。一级气缸行程容积：双作用气缸：式中：——冲程——转数——活塞工作面积——活塞杆截面积——活塞截面积——排气量二级气缸行程容积：——水份凝析系数，取0.99；——抽气系数，取1；1.5确定气缸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。结构参数中活塞行程：电机转速：n=375r/min连杆长度：l=760mm由公式得一级活塞工作面积：二级活塞工作面积：活塞力估算：一级气缸活塞力：二级气缸活塞力：根据最大活塞力冲程S=300mm查表得活塞直径取90mm。那么活塞杆截面积气缸直径计算如下表：级别轴侧活塞工作面积轴侧活塞工作面积缸径圆整值Ⅰ0.6520.6580.91680.95Ⅱ0.2320.2380.5530.56根据圆整值的直径，复核活塞工作面积及气缸行程容积如下：级别轴侧活塞工作面积轴侧活塞工作面积各级总活塞工作面积气缸行程容积Ⅰ0.7020.7081.410.423Ⅱ0.2390.2460.4850.1461.6修正压力及压力比校核系数所以修正后名义压力比：一级修正后名义压力比：二级修正后名义压力比：式中：代入上式中解得：1.7实际压力与压力比查阅文献列表如下〔虚线为准〕虚线4.87.83.26.1表中=+其中；。所以：式中：——总的相对压力损失——吸气相对压力损失——排气相对压力损失根据以上数据可得表格如下：级别修正名义压力损失实际压力压力比Ⅰ1.0093.1570.9521.0780.9613.4033.54Ⅱ3.1579.0450.9681.0613.0569.5973.141.8各级温度按公式计算得下表：级别吸气温度压力比按多方压缩计算m=1.3Ⅰ300273.541.3394021129Ⅱ315423.141.3024111371.9计算止点活塞力内止点〔向轴行程终点〕时的活塞力：外止点〔向盖行程终点〕时的活塞力：列表如下：级别内止点外止点Ⅰ3.4030.9610.7020.7082.3890.68040.67462.4091.709-1.735Ⅱ9.5973.0560.2390.2462.2940.7520.7302.3611.592-1.630表中“+”表示受拉，“—”表示受压。所以最大活塞力为173500N查文献得d=90mm根本满足要求。1.10复核实际排气量近似认为排气系数变化不大，可取为那么满足要求1.11计算指示功率一级：查文献得公式：代入数据解得：二级：查文献得公式：代入数据解得：总功率：1.12计算功率压缩机的机械功率：该压缩机要求容积流量为为大型压缩机取0.90由上面公式解得：因为连接为电机与压缩机直接相连故1.13比功率计算取储藏系数为1.1那么：所以比功率为：上式中：——一级指示功率——二级指示功率——总功率——联轴器效率——压缩机机械功率——联轴器功率——轴功率二、第一级缸动力分析2.1曲柄长度：随着角度α的变化位移x根据下公式可以求出：当=0时X=0；当时X=0.1647m；当时X=0.3m2.2余隙容积折合的长度轴侧：盖侧：2.3气体力分析轴侧气体力：吸气时：排气时：压缩过程：膨胀过程：盖侧气体力：吸气时：排气时：压缩过程：膨胀过程：气体力受力图气体力符号规定：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。上述公式计算结果列于表一盖侧轴侧过程气体力压力活塞位移QUOTE曲柄转角活塞位移QUOTE压力气体力过程膨胀过程-240.93.403003000.96167.46压缩过程-222.013.1362.7310297.270.97168.17-179.022.52910.8020289.201.00270.36-137.101.93622.8530277.151.05173.77-99.071.39941.2940258.711.13879.88-73.901.04962.3850237.621.25287.90进气过程-68.040.96186.2560213.751.40898.85-68.040.961111.9470188.061.619113.65-68.040.961138.5080161.501.904133.63-68.040.961165.0090135.002.289160.72-68.040.961190.59100109.412.817197.72-68.040.961214.5511085.453.403238.9排气过程-68.040.961236.2512063.753.403238.9-68.040.961255.2213044.783.403238.9-68.040.961271.1014028.903.403238.9-68.040.961283.6515016.353.403238.9-68.040.961292.711607.293.403238.9-68.040.961298.171701.833.403238.9压缩过程-68.040.96130018003.403238.9-68.520.968298.171901.833.205224.97膨胀过程-69.970.988292.712007.292.864201.03-72.511.024283.6521016.352.152151.10-76.311.078271.1022028.901.648115.69-81.651.153255.2223044.781.25387.94-88.961.256236.2524063.750.96167.46进气过程-98.861.396214.5525085.450.96167.46-112.291.586190.59260109.410.96167.46-130.661.854165.00270135.000.96167.46-156.112.205138.50280161.500.96167.46-191.972.711111.94290188.060.96167.46排气过程-240.93.40386.25300213.750.96167.46-240.93.40362.38310237.620.96167.46-240.93.40341.29320258.710.96167.46-240.93.40323.85330277.150.96167.46-240.93.40310.80340289.200.96167.46-240.93.4032.73350297.270.96167.46-240.93.403036030002.402.4摩擦力的计算取往复摩擦力为总摩擦力的65%即：往复摩擦力:关于往复摩擦力的符号规定：1.仍以使活塞杆受拉为正，受压为负。

2.在

00-1800之间为向轴行程，摩擦力使活塞杆受拉，定为正；在

1800-3600之间为向盖行程，摩擦力使活塞杆受压，定为负。2.5往复运动质量的计算惯性力图是L型压缩机，一级缸垂直配置，二级缸水平配置，υ=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L型压缩机惯性力平衡情况惯性力：往复运动质量：角速度：所以又所以值随变化结果列于表二2.6总活塞力的计算值随变化结果列于表二2.7切向力计算式中值随变化结果列于表二综合活塞力及切向力计算表力单位：KN三、第二级缸图解法3.1运动曲线由表2-11中值描点连线作出曲线图如附图1。

3.2Ⅱ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，Ⅱ级气缸指示图如附图2。3.3作气体力展开图

以曲柄转角α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，Ⅱ级气缸气体力展开图如附图3。〔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α，纵坐标为活塞力P∑图4。3.4作切向力图

根据切向力的计算表作切向图，如图5〔1〕求得平均切向力与总切向力曲线所包围的面积：F1=-0.36cm2,

F2=6.12cm2,

F3=-4.23cm2,

F4=0.382cm2,F5=-0.094cm2,

F6=0.086cm2,

F7=-1.152cm2,

F8=0.242cm2,

F9=-2.821cm2〔2〕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