D-572-3-250天然气压缩机-计算书

1、D-5.72/3-250天然气压缩机第一部分 热力计算一、 初始条件1. 排气量：QN=20Nm3/min2. 压缩介质：天然气（气体组分：CH4:94%；CO2:0.467%；N2:4.019%；C2H6:1.514%）3. 相对湿度： =100%4. 吸入压力：PS0=0.4 MPa（绝对压力）5. 排出压力：Pd 0=25.1 MPa（绝对压力）6. 大气压力： P0 =0.1 MPa（绝对压力）7. 吸入温度：tS0=35(TS0=308°K)8. 排气温度： td0=45(Td0=318°K)9. 压缩机转速： n=740rpm10. 压缩机行程： S=120mm

2、11. 压缩机结构型式： D型12. 压缩级数： 4级13. 原动机： 低压隔爆异步电机，与压缩机直联14. 一级排气温度： 130二、 初步结构方案三、 初始条件换算（以下计算压力均为绝对压力）Q= QN×P0×TS0（PS0-×Psa）×T0进气温度状态下的饱和蒸汽压为Psa=0.005622 MPaP0 =0.1MPa T0=273°K其余参数详见初始条件。Q= 20×0.1×308（0.4-1×0.005622）×273=5.72m3/min四、 级数的选择和各级压力要求为四级压缩总压缩比0=62

3、.7510=20=30=40=2.8145求出各级名义压力如下表级别PS0(MPa)Pd0(MPa)压力比0=0.41.12582.81451.12583.16862.81453.16868.9182.81458.91825.12.8145五、 计算各级排气温度查各组分气体绝热指数如下：CH4: 94% K=1.308； CO2: 0.467% K=1.30N2: 4.019% K= 1.40； C2H6: 1.514% K=1.193=3.2464得K1=K2=K3=K4=1.308一级进气温度tS1=35，考虑回冷不完善，二三四级进气温度取tS2=tS3=tS4=40级别吸 气 温 度压力

4、比0绝 热指 数K排 气 温 度tS0 TS0 °KTd0= TS0 °Ktd0353082.81451.3081.276393120403132.81451.3081.276399126403132.81451.3081.276399126403132.81451.3081.276399126一级排气温度=120130符合初始条件要求。六、 计算各级排气系数H=VPTg1. 容积系数V(1) 相对余隙容积a，取a1=0.2；a2=0.2；a3=0.2；a4=0.2(2) 膨胀过程的多变指数m，m1=1+0.75(K-1)=1+0.75(1.308-1)=1.231m2=1

5、+0.88(K-1)=1+0.88(1.308-1)=1.271m3=m4= K=1.308(3) V1=1a1(1)=10.2(1)=0.736V2=1a2(1)=10.2 (1)=0.749V3=1a3(1)=10.2(1)=0.759V4=1a4(1)=10.2 (1)=0.7592. 压力系数P，取P1=0.98；P2=0.99；P3=1；P4=13. 温度系数T，取T1=0.96；T2=0.96；T3=0.96；T4=0.964. 气密系数g漏 气 部 位相 对 值V一级二级三级四级气阀一级0.02-二级-0.02-三级-0.02-四级-0.02活塞环一级0.005-二级-0.01-

6、三级-0.02-四级-0.02一级与一列平衡容积0.005-二级与二列平衡容积0.010.01-三级与一列平衡容积0.0150.0150.015-四级与二列平衡容积0.020.020.020.02填料一级0.01-二级0.010.01-三级-四级-总相对损失V0.0950.0850.0750.06g=0.9130.9220.930.943各级排气系数H如下：级别VPTg=VPTg0.7360.980.960.9130.6320.7490.990.960.9220.6560.75910.960.930.6780.75910.960.9430.687七、 计算干气系数d和抽气系数035时饱和蒸汽压

7、Psa1= 0.005622MPa;40时饱和蒸汽压Psa2= Psa3= Psa4=0.007374MPapsa11=1×0.005622×2.8145=0.0175> Psa2则d1=1d2=×= ×=0.992d3=×= ×=0.988d4=×= ×=0.987中间级均无抽气，则01=02=03=04=1八、 计算气缸行程容积 Vt0Vt10=Q=5.72×=9.05 m3/minV t20=Q=5.72×××=3.12 m3/minV t30=Q=5.72

8、15;××=1.07 m3/minV t40=Q=5.72×××=0.375 m3/min九、 确定活塞杆直径1.初步确定各级等温度功率Nis和最大功率NNis1= ·Ps10·Q·ln0=×0.4×5.72×ln2.8145=39.5KW因一二三四级压力比相同则Nis1=Nis2 =Nis3= Nis4=39.5KW两列等温功率相等，列最大功率N=132KW其中等温效率is由查表2-9求得。2.确定活塞杆直径根据最大的功率查表2-10，初步选取活塞杆直径为d=60mm。十、 计算气缸

9、直径一、二级气缸均为轴侧单作用的轴侧容积，应考虑活塞杆的影响。D10=0.365mD20=0.220m三、四级气缸均为盖侧单作用的盖侧容积。D30=0.124mD40=0.073m圆整后气缸直径D1=360、D2=220、D1=125、D2=75十一、 修正各级公称压力和温度1.确定各级实际行程容积VtVt1=Sn= ×0.12×740=8.79 m3/minVt2=Sn= ×0.12×740=3.12 m3/minVt3=Sn=×0.12×740=1.09 m3/minVt4=Sn=×0.12×740=0.392

10、 m3/min2.修正各级公称压力级次一级二级三级四级计算行程容积Vt09.053.121.070.375实际行程容积Vt8.793.121.090.392Vt0/Vt1.0310.9820.956修正系数= 10.9710.9530.93初步确定的公称压力MPa进气Ps00.41.12583.16868.918排气Pd01.12583.16868.91825.1修正后的公称压力 MPa进气Ps0.41.093.028.29排气Pd1.093.028.2925.1修正后的公称压力比2.7252.7712.7453.0283.修正各级排气温度级别吸 气 温 度修正后压力比绝 热指 数K排 气 温

11、 度tS TS °KTd= TS °Ktd353082.7251.3081.266390117403132.7711.3081.271398125403132.7451.3081.268397124403133.0281.3081.298406133十二、 计算活塞力1.考虑损失后，计算各级气缸内实际压力及压力比，压力损失数值由图2-15查得，计算结果列表如下：级别修正后公称压力MPa相对压力损失%1-S1+d考虑压力损失后的实际压力MPa实际压力比PSPd进气S排气dPS=PS (1-S)Pd=Pd (1+d)=0.41.090.040.070.961.070.3841.

12、1663.0371.093.020.030.050.971.051.0573.1733.028.290.020.040.981.042.968.622.9138.2925.10.010.030.991.038.2125.853.152.气缸内压缩终了排气温度如下表：级别吸 气 温 度实际压力比绝 热指 数K气缸内压缩终了排气温度tS TS °KTd= TS °Kt d353083.0371.3081.2994001274031331.3081.295405132403132.9131.3081.286403130403133.151.3081.314101373.计算各列活

13、塞力，按式1-5计算，结果列于下表级次内止点外止点缸内压力P MPa活塞面积A mm2气体力F N缸内压力P MPa活塞面积A mm2气体力F N一级1.166989601153880.3849896038001三级2.9612272-363258.6212272-105873列平衡容积（一级侧）0.498960-395840.498960-39584列平衡容积（三级侧）0.41202548100.4120254810列气体力44289N-102646N二级3.17351861115391.0573518637191四级8.214418-3627125.854418-114202列平衡容积0.

14、433595-134380.433595-13438列气体力61830N-90449N气体力均匀系数u=0.7160.6，符合要求。十三、 计算轴功率1.实际排气量Q0 = Vt1×1=8.79×0.632=5.56 m3/min2.实际等温功率Nis= ·Ps1·Q0·ln=153.4KW3.绝热容积系数V1=1a1(1)=10.2(1)=0.71V2=1a2(1)=10.2 (1)=0.712V3=1a3(1)=10.2(1)=0.747V4=1a4(1)=10.2 (1)=0.724.实际各级指示功率查表得=0.99, =0.99, =0

15、.98, =0.98, =0.96, =0.97, =0.95, =0.97.由于压缩机转速高，取压缩过程指数ni=绝热指数K=1.308.Nid1= ·Ps1·Vt1·v1··-1·=52.8KWNid2= ·Ps2·Vt2·v2··-1·= 50.6KWNid3= ·Ps3·Vt3·v3··-1·= 50KWNid4= ·Ps4·Vt4·v4··-1·=

16、52KW5.总的指示功率Nid= Nid3+ Nid2+ Nid3+ Nid4=205.4KW十四、 计算轴功率取机械效率m=0.85N=241.6 KW采用直联传动，传动效率，取d=1Ne=241.6 KW十五、 选用电动机据电动机额定功率等级，选取电机功率N=280KW功率储备=×100%=15.8%满足功率储备为515%的要求。十六、 计算等温指示效率和等温效率等温指示效率is-id=0.747等温效率is =0.635第二部分 动力计算一、 绘制各列气体力指示图图纸长度200mm=行程120mm ms=120/200=0.6图纸高度100mm=100000N mp=10000

17、0/100=1000N/mm相对余隙容积a在图纸上长度Sa1= a1×200=0.2×200=40mmSa2= a2×200=0.2×200=40mmSa3= a3×200=0.2×200=40mmSa4= a4×200=0.2×200=40mm由公式(tga+1)n=tg+1 得压缩过程膨胀过程akam一级14.04°1.30818.72°14.04°1.23117.54°二级14.04°1.30818.72°14.04°1.27118.16&

18、#176;三级14.04°1.30818.72°14.04°1.30818.72°四级14.04°1.30818.72°14.04°1.30818.72°各级气体力如下表级次内止点外止点气体力F N图纸高度mm气体力F N图纸高度mm一级115388115.43800138三级-3632536.3-105873105.9列平衡容积（一级侧）-3958439.6-3958439.6列平衡容积（三级侧）48104.848104.8二级111539111.53719137.2四级-3627136.3-114202114.

19、2列平衡容积-1343813.4-1343813.4二、 列的惯性力1. 往复运动部件质量根据结构设计可知：连杆部件质量约为ml=40Kg；十字头部件质量约为mc=25Kg；两列活塞部件重量大致相等约为mp=70Kg；往复运动部件总质量ms=ms=0.3×ml +mc=0.3×40+25+70=107Kg2. 计算惯性力极大、极小值S=120mm; L=360mm; r=S/2=60mm=0.06m; = r/L=1/360=0.167=77.5m/s两列惯性力极大值相等max=ms·r·2·（1+）=107×0.06×77.52×(1+0.167)=45000N(45mm)两列惯性力极小值相等min= -ms&