流体机械习题2.1压缩机设计昆明理工大学

1、设计一台往复式天然气压缩机，结构见图2-114。已知数据：吸气 压 力0.3MPa(G),排气压力25MPa(G，行程95mrp转速980r/min,排气 量1.5 m3 / min，并要求一级气缸直径175mm活塞杆直径d=35mm 一 级进气温度为25C，若用户要求排气压力为 31MPa(G)则各级压力 如何变化？.下载可编辑、设计条件吸气压力：0.3MPa(G)=0.4MPa (绝压)排气压力：25MPa(G)=25.1 MPa (绝压)要求排气压力：31MPa(G)=31.1 MPa(绝压)由题意知：FS1=0.4MPaPi4=25.1MPa行程 s=95mm=0.095m转速 n=9

2、80r/minD=175mm=0.175m d=35mm=0.035m 天然气：k=1.32Ts1 25C =298.15K、确定各级直径总压比 总=旦4 = 25.1 =62.75Ri 0.4按等压比分配：4：总=4 62.75=2.8146Psi0.4MPqPeaP 站P 时0s00-dlPd2 Pd3 Pd4二25MPo级次In皿IVPs(MPa)0.41.12583.1685648.917924Pd(MPa)1.12583.1685648.91792425.12.81462.81462.81462.8146假设此压缩机冷却完善，所以Tsi Ts2 Ts3 Ts4 25 C =298.1

3、5K由图2-114可得:Vs1 D；d2 s4Vs2 D；d2 s42Vs3D；s4Vs4匚 D：s4有已知条件带入(1)式得2 2Vs1D1d ss1 412 2(0.1750.035 ) 0.0954332.193 10 m又有公式(2-38)Vsi勺圧nPsi&亠Ts1vi勻其中Zs1_Zsi _i ci =1a、- =、 v1 v1 p1 t1 11) Zs1所以V1出nVs1v11.510980 2.19330.698容积系数计算:(1) 压力系数取 p1 0.97 p2 0.99P30.99(2) 温度系数取 t1 0.95 t2 0.96t30.97t4 0.98(3) 泄露系数

4、(无油润滑)l1 0.95 l2 0.960.97 l40.98(4) 膨胀指数(由表2-1得)级次In皿IVPs(MPa)0.41.12583.1685648.917924Ps(bar)411.25831.6856489.17924m1.2251.3081.41.4由公式v1v1v1 p1 t1 l1丄1 1( 1m1)v10.698则=0.97 爲5 0.9507971 v11 11 07970.152m11112.8146 五 1分别取 20.130、30.135、40.145确定各级气缸直径:(II)级直径2V：2Ap29S4 D2d2 sVqvps1Ts2S2nPs2Ts1v2 p2

5、 t2 12联立以上两式可得:TT：；Ap29 v2 生电，S2nPs2p2 t2 12S带入数据可得:Ap29 V2亚卫n Ps2Ts2Ts1p2 t2 12S980 1.125836.274 100.99 0.960.96 0.0951v2 12( 2m21)Ap2d2联立以上二式得：Ap2 g v2d2丄2m； 1)O.13O(2.8146.308 1)即 6274 10 3 ;(D； O.。352) 1.50.4解之得 D2=0.103m=103mm查表取气缸直径d2 =105mm则实际行程容积为:0.095 7.308 10 4 m3Vs2Ap2gS D； d2 s -(0.1052

6、 0.0352)44活塞有效面积:Ap24 D；d2P2N。1052 .0352)769310 3m2(皿)级直径Ap3g V3qv 电nPs31.50.4 d19803.16862.1835 10 30.99 0.97p3 t3 I3S10.97 0.095又 A”4D31(m3( 31)带入数据得2.1835103D310.135(2.814&4 1)解之得D30.057m=57mm查表圆整取D3 60mm则实际行程容积为:22Vs3Ap3gsD3 cs 0.06440.0952.685 10 4m3活塞有效面积:22Ap3 4“ 40.062.82610 3m(IV)级直径Ap4g v4

7、qvnPs1Ps4Ts4Ts11.50.4p4 t4 l4S11.00.98 0.98 0.095980 8.917947.5246 10丄4(产 1)带入数据得 7.5246 10 4& D： 1 0.145(2.814丽 1)解之得 D4 0.034m=34mm查表得D4 36mm则实际行程容积为：Ap4gs -D2gs -0.0362 0.095 9.665 10 5m344活塞有效面积:P4-0.036241.017 103m2J计算出新的m 1级次III皿IV气缸实际直径d( m0.1750.1050.060.036有效实际面积A(m)2.193 10 37.308 10 42.68

8、5 10 49.665105气缸直径D( m0.1750.1030.0570.034有效面积Ap(m)32.193 1046.998 1042.423 108.621 105v0.7972.3976.78218.487实际v0.7972.2956.12116.4900.1530.1300.1350.145实际0.1530.1530.2080.238实际V2.193 10 37.308 10 42.685 10 49.665 10 5由公式vApvAp与，结果如下表:三、计算活塞力由课本P22图2-14分别取:s1 0.029 s2 0.021 s3 0.019 s4 0.017d 10.058

9、 d2 0.043 d3 0.027 d4 0.014各级进、排气压力和实际压力比级次公称压力压力损失实际压力/MPa实际压力比Ps1s1dRP/I0.41.12580.0290.0580.38841.19113.067II1.12583.168560.0210.0431.10223.30482.998皿3.168568.91790.0190.0273.10849.15872.946V8.917925.10.0170.0148.766325.45142.903Ps、Pd由公式 PsPs(1s)FdR (1 d)压力比由氏计算得出，结果如上表Ps止点气体力计算:列次内止点(kN外止点(kN)I

10、- V16.27-19.23I -皿16.06-17.99I - IV内止点气体力：F 1 Pd1 gA P平少2 Dv2） PsvgAv =16.27kN（拉应力）外止点气体力：Fc1 Pi gA P平D2-dVV）-Pdv ? Av =-19.23kN （压应力）H -皿内止点气体力：F 2 Pdi gAn P平 牙（DI Dm） Ps 皿gA皿=16.06kN（拉应力）外止点气体力：Fc2 Pi gAn P平g（Dl D：） Pdm gAm =-17.99kN（压应力）四、确定各级排气温度因假设冷却完善，故：级次In皿IVTs(K)298.15298.15298.15298.15Td(K

11、)391.21389.09387.44386.06n 1上表由Td； Tsi(n=1.32)计算得出各级排气温度五、计算轴功率并选配电机各级指示功率为Nj一n60njVPM沽(nj 1nj1总的指示功率为j 4NiNjj 1计算结果如下表:Ni1Ni2Ni3Ni4Ni14283W13498W13008W12447W53237W取机械效率m 0.94，轴功率为:NzNi 532370.9456635(W)56.635( kW)取电机功率余度10% 56.635 1.1 62.3(kW)，则选择电机功率为65kW六、变工况热力计算1、确定与容积有关的系数级次压力系数pj温度系数tj泄露系数ij0j

12、pj tj IjI0.970.950.950.8754II0.990.960.960.9124皿0.990.970.970.9315IV1.000.980.980.96042、设想容积的计算级次Ts入0入k设想容积I298.150.8754131.919 10I298.150.912416.668 10 4皿298.150.931512.501 10 4V298.150.9604159.282 103、压力比及容积系数级次V0PsjPs/MPa Fdj/MPj1m.vj 1jjj1I0.41.1512.8780.790I1.1513.0702.6660.829皿3.0708.2712.6940.786V8.27131.13.7600.6254、各级压力比复算次数级次0Psj 巳密-1/MPV sjvjPdj / MPjvjV JVs0vj/m3Vmin /VmaxI0.41.20803.010.771.4910 31II1.20803.05252.530.841.7010387.1%皿3.05258.55302.800.771.4810 3IV8.553031.13.640.821.6410 3I0.41.11282.780.801.5410 32I1.11283.06052.7