D-5.72-3-250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；2；2；2 6）:94%CO :0.467%N :4.019%C H :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：Pd0=25.1 MPa（绝对压力）6.大气压力：P0 =0.1MPa（绝对压力）7.吸入温度：tS0=35(TS0=308K)8.排气温度：td0=45(Td0=318K)9.压缩机转速：n=740rpm10.压缩机行程：S=120mm11.压缩机结构型式：D 型12.压缩级数：4

2、 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 P0TS0（ PS0-Psa） T0进气温度状态下的饱和蒸汽压为Psa=0.005622 MPaP0 =0.1MPaT0=273K其余参数详见初始条件。Q= 20 0.1308（ 0.4-10.005622） 273=5.72m3/min第1页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机四、 级数的选择和各级压力要求为四级压缩0总压缩比 0= Pd 40 = 25.1 =62.75PS10.410=20=30=40= 4 62.75 =2.81

3、45求出各级名义压力如下表级别PS0(MPa)Pd0(MPa)压力比 0Pd0=PS00.41.12582.81451.12583.16862.81453.16868.9182.81458.91825.12.8145五、 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=1.1931=ri0.94 0.00467 0.04019 0.01514 =3.2464K 1Ki 11.308 11.3 11.4 11.1931得 K1=K2=K3=K4=1.308一级进气温度 tS1=3

4、5，考虑回冷不完善，二三四级进气温度取 tS2= tS3=tS4=40级吸气温度压力比绝 热K 1排气温度指 数别tS0 TS0 K00 KK 1td0KTd0= TS00 K K353082.81451.3081.276393120403132.81451.3081.276399126403132.81451.3081.276399126403132.81451.3081.276399126一级排气温度 =120 130符合初始条件要求。六、 计算各级排气系数H =V PT g容积系数 V第2页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机相对余隙容积 a，取 a1=0.2；a2=0.2；a

5、3=0.2；a4=0.2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+0.88(K-1)=1+0.88(1.308-1)=1.271m3=m4= K=1.30811(3) V1=1a1( 10 m11)=10.2( 2.81451 .2311)=0.73611V2=1a2( 20 m 2 1)=10.2 (2.8145 1.271 1)=0.74911V3 =1a3( 3 0 m 3 1)=10.2( 2.81451.308 1)=0.75911V4 =1a4( 40 m 4 1)=10.2 (2.81451. 308 1)=0.75

6、9压力系数 P，取 P1=0.98；P2=0.99；P3=1；P4=1温度系数 T，取 T1=0.96；T2=0.96；T3=0.96；T4 =0.96气密系数 g漏气部位相对值 V一级二级三级四级一级0.02-气阀二级-0.02-三级-0.02-四级-0.02一级0.005-二级-0.01-三级-0.02-活塞环四级-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0.020.020.020.02一级0.01-填料二级0.010.01-三级-四级-总相对损失 V0.0950.0850.0750.06

7、g=10.9130.9220.930.943V1各级排气系数 H 如下：级别VPTg=V PTg0.7360.980.960.9130.6320.7490.990.960.9220.6560.75910.960.930.678第3页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机0.75910.960.9430.687七、 计算干气系数 d 和抽气系数 035时饱和蒸汽压Psa1= 0.005622MPa;40时饱和蒸汽压Psa2= Psa3= Psa4=0.007374MPapsa11=10.0056222.8145=0.0175 Psa2则d1=1d2= PS101Psa1PS2 0PS20

8、2 Psa2PS10d3= PS10Psa101PS33Psa3d4= PS101Psa1PS30PS4 0PS404 Psa4PS101.125810.0073740.4=0.41 0.005622 3.1686 =0.9883.168610.0073740.40.4 1 0.005622 8.918 =0.9878.91810.0073740.4中间级均无抽气，则 01=02=03=04=1八、 计算气缸行程容积Vt0Vt10=Q01d1=5.72 1 1 =9.05 m3/min10.632002d 2PS10TS2010.992 0.4 3133V t2=Q2PS 20TS10 =5.

9、720.6561.1258308=3.12 m /min3 PS1010.988 0.4 3130030TS33V t3=Q3PS30TS10=5.720.6783.1686308 =1.07 m /min0=QPS10TS4010.987 0.4 313 =0.375 m3/minV t404d 400 =5.724PS 4TS10.6878.918308九、 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= 1000Ps10Qln0= 10000.45.72ln2.8145=39.5KW6060因一二三四级压力比相同则 Nis1=Nis2=Nis3= Nis4=39

10、.5KW两列等温功率相等，列最大功率 N=Nis1Nis2=39.5 39.5=132KWis0.6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。第4页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机D10=4V t10d 2=4 9.050.06 2=0.365msni0.127401D20=4V t20d 2=4 3.120.062=0.220msni0.127401三、四级气缸均为盖侧单作用的盖侧容积。D30=4V t30=41.07=0.

11、124msni0.127401D40=4V t40=40.375=0.073msni0.127401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 Vt2d 20.3620.062Vt1=D1S n=3440.12 740=8.79 m /minVt2=D 22d 2Sn=0.2220.0623440.12740=3.12 m /minVt3=D 32Sn=0.1252340.12740=1.09 m /min24Vt4=D 4Sn=0.0752340.12740=0.392 m /min42.修正各级公称

12、压力级次计算行程容积 V t0实际行程容积 V t0V t /V t修正系数 =Vt1Vti0Vt10Vti初步确定的进气 Ps0公称压力 MPa排气d0P修正后的进气 Ps公称压力 MPa排气 Pd修正后的公称压力比 3.修正各级排气温度级吸气温度修正后压力比别tS TS K353082.725403132.771一级二级三级四级9.053.121.070.3758.793.121.090.3921.0310.9820.95610.9710.9530.930.41.12583.16868.9181.12583.16868.91825.10.41.093.028.291.093.028.292

13、5.12.7252.7712.7453.028绝 热K 1排气温度指 数K 1KKdSKKT = T1.3081.2663901.3081.271398td117125第5页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机403132.7451.3081.268397124403133.0281.3081.298406133十二、 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：级修正后公称相对压力考虑压力损失后的实际实际压压力 MPa损失 %压力 MPa力比 1- S1+ d进气排气= P别PSPdPS =Pd =dS dPS (1

14、-S)Pd (1+d)PS0.41.090.040.070.961.070.3841.1663.0371.093.020.030.050.971.051.0573.1733.028.290.020.040.981.042.968.622.9138.2925.10.010.030.991.038.2125.853.152.气缸内压缩终了排气温度如下表：级吸气温度实际压力绝 热K 1气缸内压缩终了排气温度指 数K1别tS TS K比 Kt dTd= TS KKK353083.0371.3081.2994001274031331.3081.295405132403132.9131.3081.2864

15、03130403133.151.3081.314101373.计算各列活塞力，按式1-5 计算，结果列于下表内止点外止点级次缸内压力活塞面积气体力缸内压力活塞面积气体力P MPaAmm2F NP MPaA mm2F N一级1.166989601153880.3849896038001三级2.9612272-363258.6212272-105873列平衡容积0.498960-395840.498960-39584（一级侧）列平衡容积0.41202548100.4120254810（三级侧）列气体力44289N-102646N二级3.17351861115391.0573518637191四级8

16、.214418-3627125.854418-114202列平衡容积0.433595-134380.433595-13438列气体力61830N-90449N气体力均匀系数 u= Fg maxFg min=44289 102646，符合要求。2Fg max2 102646=0.7160.6十三、 计算轴功率1.实际排气量 Q0 = V t11=8.790.632=5.56 m3/min第6页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机实际等温功率1000P Q lnPd=153.4KWPS603.绝热容积系数11V1 =1a1( 1 m1 1)=10.2( 3.0371.231 1)=0.7

17、1=1a2( 211V2 m 2 1)=10.2 (31. 271 1)=0.71211V3=1a3( 3 m3 1)=10.2(2.9131.308 1)=0.74711V4 =1a4( 4 m 4 1)=10.2 (3.15 1.308 1)=0.72 4.实际各级指示功率查 表 得 ZS1 =0.99, Zd1 =0.99, Z S 2 =0.98, Z d 2 =0.98, Z S 3 =0.96, Zd 3 =0.97, Z S 4 =0.95, Z d 4 =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 = 1000 nini1Ps1Vt1v1

18、1 ( Pd 1 ) ni -160niPS1Nid21000P Vt2v2 ni ( Pd 2 ) nnii1ni1PS 2601000 ni ( Pd 3ni1Nid3P Vt3v3 ) nini1PS360Nid41000P Vt4v4 ni ( Pd 4 ) nnii1ni1PS 460ZS1Z d1ZS1Z S2Z d 2ZS2Z S3Zd 3Z S3Z S4Z d 4ZS4=52.8KW= 50.6KW50KW=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= N id = 205.4

19、=241.6 KW0.85采用直联传动，传动效率，取d=1Ne = 241.6 =241.6 KW1十五、 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 = 280 - 241.6 100%=15.8%241.6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 = Nis = 153.4 =0.747N id205.4第7页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机等温效率 is = Nis = 153.4 =0.635N241.6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 120mmms=120/200

20、=0.6图纸高度 100mm=100000Nmp=100000/100=1000N/mm相对余隙容积 a 在图纸上长度第8页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机Sa1= a1200=0.2200=40mmSa2= a2200=0.2200=40mmSa3= a3200=0.2200=40mmSa4= a4200=0.2200=40mmn压缩过程膨胀过程akam一级14.041.30818.72 14.041.23117.54二级14.041.30818.72 14.041.27118.16三级14.041.30818.72 14.041.30818.72四级14.041.30818.

21、7214.041.30818.72各级气体力如下表级次内止点外止点气体力 FN 图纸高度 mm气体力 FN 图纸高度 mm一级115388115.43800138三级-3632536.3-105873105.9列平衡容积-3958439.6-3958439.6（一级侧）列平衡容积48104.848104.8（三级侧）二级111539111.53719137.2四级-3627136.3-114202114.2列平衡容积-1343813.4-1343813.4第9页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机第10页共16页D-5.72/3-250 天然气压缩机二、列的惯性力往复运动部件质量根据

22、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=m s=0.3ml +mc=0.340+25+70=107Kg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 = n = 740 =77.5m/s3030两列惯性力极大值相等max=m sr2（1+）=1070.0677.52(1+0.167)=45000N(45mm)两列惯性力极小值相等min = -msr2（1 -）= -1070.0677.52(1 -0.167)= -3212