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：二零一三年七月精心整理课程设计题目已知参数:排气量1.5 ( m3 /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：Q =15m3/mi n进气压力：Ps=0.5MPa绝对压力）进气温度：ts=293K排气压力：Pd=6.9MPa绝对压力）热力计算：1、计算总压力比2、压力比的分配：3、计算容积系数：查工程热力学（第四版）沈维道主编，得：20C, 0.

2、5MPa时，天然气 k =血=22451 .3195； Cv11.701530C ,1.8575MPa 时，天然气並二23471 ；Cv21.701550C, 6.9MPa时，天然气 “虫二26706。Cv31.8231所以可以大致取值：第I级压缩过程，绝热指数ki =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mi二1.255 ;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，P29内容可取：第I级压缩过程，相对余隙容积：1二0.14 ；-*. f厂一r.J I. JC ”第H级压缩过

3、程，相对余隙容积2=0.16。1由公式：v -： ( m -1)，得：第I级压缩过程，容积系数 v二0.742 ;第H级压缩过程，容积系数 =0738。v j_l! I1 / f /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：I I -.第I级压力系数、1=0.99 ;第H级压力系数 p2 =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 ,1 =0.95 ;第H级压缩过程，温度系数 “=0.9

4、5。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0.00120.00180.00189 斗. 1 ”旷V总相对泄漏量0.0290.02780.97180.97307、计算析水系数：因进入第二级前气体压力为 巳=1.8575 106Pa，设冷却后气体温度为t35 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Ps广2337Pa ； 35C时的饱和蒸汽压Ps 5622Pa .故-Psi i - Ps2，有水分析出。第二级的析水

5、系数为：I、.I&计算气缸的工作容积：第I级气缸的工作容积：第H级气缸的工作容积：_ 1513080.9993 3753.715 3030.738 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=300mm得活塞平均速度：取活塞杆直径d=30mm由于Vh1 =p12 S 丄二（D12 -d2） S44得:圆整成：Q =355mm圆整后的实际行程容积：Vh1 = 0.05915m3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

6、大了, / j二、i j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：I一级新的相对余隙容积：二级新的容积系数：4 / /二级新的相对余隙容积：11、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:I 气缸内实际进、排气压力：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）精心整理垂直列（一级）=-127038N=1

7、25441N水平列（二级）=-131364N=125344N12、验证连杆的强度：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，弹性模量为63GPa./A * j . 铸铁在100C时，弹性模量约为lOOGPajf f f |r Jc ”低压级的活塞杆：高压级的活塞杆：所以所选活塞杆的强度足够。-八 | I r; i-yk夕I -1/13、计算排气温度：6If ； j /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n1.4 ;第二级压缩指数门厂15第一级排气温度：第二级排气温度：14、计算功率：3751 4

8、竺=0.485 106 0.742 0.059 3.715（10.08）1.4 1600.41 5 3.715(10.055)150.5=226.324Kw =375 1.82 106 0.738 0.01660=232.362Kw 总的指示功率:Ni 二 Nii Ni2 =226.324 232.362 = 458.7 Kw取机械效率m =0.94得轴功率：精心整理NzNi 458.7m - 0.94=488Kw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:375=0.5 106 0.742 0.059 In 3.71560= 179.542Kw375*

9、=01.8575 106 0.738 0.016 In 3.71560= 179.905KwI I总的等温压缩功率：N飞=179.524 179.905 =359.447 Kw等温指示效率：Ni359.447=78.4%458.7等温轴效率:is = i4s m =0.784 0.94 =73.7%动力计算图解法图1L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PS1 =0.485MPaI级气缸内实际排气压力Pd； =1.765MPaH级气缸内实际进气压力PS2 =1.820MPaH级气缸内实际排气压力Pd2 =6.659MPaI级气缸直径D1 = 355mmH级气缸

10、直径D 185mm活塞杆直径d=30mmI级气缸的相对余隙容积:1 = 0.1047H级气缸的相对余隙容积.二 2 =0.1573活塞行程S=300mm曲轴转速n=375rpm曲柄连杆比入=0.2I级气缸指示功率N厂226.324 KwH级气缸指示功率 Ni2二232.362 Kw机械效率m=0.94 _ . - |I级膨胀指数m =1.255II级膨胀指数m2二1.352I级压缩指数m .4I级压缩指数n2 =1.5由压缩机的零部件结构图得出：连杆组件总质量m8Kg十字头组件总质量m =4.5KgI级铝活塞总质量 mp1 =18.5156KgH级铸铁活塞总质量mP2 =18.4974Kg、绘

11、制各级气体力指示图：Fg.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（一）、一级盖侧气缸气体力1、膨胀过程V。其中xe按公式y”求取Pd2、吸气过程Pi,c=Ps1 , Xe Xi 空 S3、压缩过程1_!其中Xc按公式:V。Pd1 一 Ps1（Vo（2S匚Xc）A?4、排气过程然后利用公式FgU=-叽代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: 同理（二）、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（三）、二级盖侧气体力：（四）、二级轴侧气体力：使用matlab作气体力图如下：图2气体力指示图三、绘制活塞力图1、惯性

12、力的求解计算往复运动部件质量I 级列 ms1 =0.3m mc mp1 = 0.3 8 4.5 18.5156 二 25.4156H 级列 ms2 =0.31 mc mp2 =0.3 8 4.5 18.4974 = 25.3974. ra ! 1.各级惯性力的表达式为-. f一r.J Ir Jc ”I 级列 Fj 二 ms1 g2(cos0 + 入 cos28)H级列 F2 = ms2(cost cos2v)其中，和X的关系为 I i | r-,-p?当0乞二乞二时：当-二 2 二时：2、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原理林梅主编，P104,式(6-40) III 、

13、 .-f J,计算。、 |1 226.324( -1) 1000汉 60I 级列 Ff1 =0.650942504N2汇0.3汇3751232.362( -1)x10060H 级列 Ff2 =0.650942571N2X0.3X375叠加活塞力曲线，用 matlab编程得如下活塞力图：图3I级列活塞力图图4H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 ）其中Fp二气体力+惯性力+摩擦力用matlab绘制切向力图如下：图5L型压缩机切向力图图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:(226.324 232.362)(= 0.3510.94-1) 1000 603.14 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。J、 | J, 匸五、计算飞轮矩：由积分可知，平均切向力为校核作图误差：热力计算得平均切向力为作图误差为故作图合格作得幅度面积矢量图，各切向力图各块面积值如下:（mm2）f1f2f3f4f5f6f7+116-44+113-782+453-418+562