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课程设计说明书题目:ZW-5/1-15天然气压缩机设计院(部):机械工程学院专业班级:学号:学生姓名:指导教师:2012年6月7日安徽理工大学课程设计(论文)任务书机械工程学院(部)过控教研室学号2010305734学生姓名专业(班级)题目ZW-5/1-15天然气压缩机设计设计技术参数V型,无油润滑式,额定排气量2、5m3/min,额定吸气压力、02MPa,额定排气压力4MPa,天然气压缩机。第一级进气温度:20℃,第二级进气温度:25℃,吸入气体得相对湿度:。设计要求1热力计算:结构方案选择,压力比非配,活塞力得计算,选择电机。2动力计算:综合活塞力图。3曲轴与连杆得计算4图纸:曲轴与连杆零件图各一张工作量要求课程设计说明书页数不少于20页,并附有曲轴与连杆零件图各一张。工作计划5、28-5、30进行热力计算,5、31-6、4进行动力计算,6、4-6、7进行曲轴与连杆得计算,5、8-5、10画出曲轴与连杆得零件图参考资料PaulC、Hanlon、压缩机手册[M]、郝点,译、北京:中国石化出版社,2003、高慎琴、化工机器[M]、北京:化学工业出版社,1992、李云,姜培正.过程流体机械[M].北京:化学工业出版社,2008郁永章,陈洪俊、容积式压缩机技术手册[M]、北京:机械工业出版社,2000、指导教师签字教研室主任签字目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK第一章概述ﻩPAGEREF_Toc326919099\h4HYPERLINK1、1压缩机得分类及命名ﻩPAGEREF_Toc326919100\h4HYPERLINK\l"_Toc326919101"1、2压缩机得基本结构 PAGEREF_Toc326919101\h5HYPERLINK\l"_Toc326919102"1、3活塞压缩机得优点 PAGEREF_Toc326919102\h5HYPERLINK\l"_Toc326919103"1、4活塞压缩机得缺点 PAGEREF_Toc326919103\h5HYPERLINK\l"_Toc326919104"1、5活塞式压缩机得工作原理 PAGEREF_Toc326919104\h6HYPERLINK\l"_Toc326919105"第二章总体设计ﻩPAGEREF_Toc326919105\h6HYPERLINK\l"_Toc326919106"2、1设计活塞式压缩机应符合以下基本原则ﻩPAGEREF_Toc326919106\h6HYPERLINK\l"_Toc326919107"2、2压缩机得驱动ﻩPAGEREF_Toc326919107\h6HYPERLINK\l"_Toc326919108"2、3压缩机得转速与行程得确定 PAGEREF_Toc326919108\h6HYPERLINK3、1结构形式与方案选择ﻩPAGEREF_Toc326919111\h8HYPERLINK\l"_Toc326919112"3、1、1计算总压力比ﻩPAGEREF_Toc326919112\h8HYPERLINK\l"_Toc326919113"3、1、2选择级数 PAGEREF_Toc326919113\h8HYPERLINK\l"_Toc326919114"3、1、3压力比分配 PAGEREF_Toc326919114\h8HYPERLINK\l"_Toc326919115"3、2确定汽缸直径 PAGEREF_Toc326919115\h8HYPERLINK\l"_Toc326919116"3、2、1计算容积系数ﻩPAGEREF_Toc326919116\h8HYPERLINK\l"_Toc326919117"3、2、2确定压力系数ﻩPAGEREF_Toc326919117\h9HYPERLINK\l"_Toc326919118"3、2、3确定温度系数ﻩPAGEREF_Toc326919118\h9HYPERLINK\l"_Toc326919119"3、2、4确定泄露系数ﻩPAGEREF_Toc326919119\h9HYPERLINK3、2、5确定容积效率 PAGEREF_Toc326919120\h9HYPERLINK\l"_Toc326919121"3、2、6确定析水系数 PAGEREF_Toc326919121\h10HYPERLINK\l"_Toc326919122"3、2、7确定各级行程容积ﻩPAGEREF_Toc326919122\h10HYPERLINK\l"_Toc326919123"3、2、8确定各级汽缸直径,行程与实际行程容积 PAGEREF_Toc326919123\h10HYPERLINK\l"_Toc326919124"3、3计算活塞力 PAGEREF_Toc326919124\h11HYPERLINK\l"_Toc326919125"3、3、1修正各级公差压力 PAGEREF_Toc326919125\h11HYPERLINK\l"_Toc326919126"3、3、2修正后各级排气温度ﻩPAGEREF_Toc326919126\h12HYPERLINK\l"_Toc326919127"3、3、3计算汽缸实际吸排气压力 12HYPERLINK\l"_Toc326919128"3、3、4活塞力得计算 PAGEREF_Toc326919128\h13HYPERLINK\l"_Toc326919129"3、3、5计算轴功率并选配电机ﻩPAGEREF_Toc326919129\h13HYPERLINK\l"_Toc326919130"第四章动力计算 PAGEREF_Toc326919130\h14HYPERLINK\l"_Toc326919131"4、1计算第一列得惯性力ﻩPAGEREF_Toc326919131\h15HYPERLINK4、2计算各列摩擦力 PAGEREF_Toc326919132\h16HYPERLINK4、2、1往复摩擦力ﻩPAGEREF_Toc326919133\h16HYPERLINK\l"_Toc326919134"4、2、2旋转摩擦力 PAGEREF_Toc326919134\h16HYPERLINK\l"_Toc326919135"4、3计算第I列气体力 PAGEREF_Toc326919135\h17HYPERLINK4、3、1第I级盖侧得气体力ﻩPAGEREF_Toc326919136\h17HYPERLINK\l"_Toc326919137"4、3、2一级轴侧得气体力ﻩPAGEREF_Toc326919137\h19HYPERLINK\l"_Toc326919138"4、3、3计算第I列综合活塞力及切向力 PAGEREF_Toc326919138\h20HYPERLINK\l"_Toc326919139"第五章曲轴与连杆得计算ﻩPAGEREF_Toc326919139\h23HYPERLINK5、1I级活塞销尺寸 PAGEREF_Toc326919140\h23HYPERLINK\l"_Toc326919141"5、2曲轴结构尺寸得确定ﻩPAGEREF_Toc326919141\h24HYPERLINK安徽理工大学课程设计(论文)成绩评定表 PAGEREF_Toc326919144\h28第一章概述压缩机就是一种用于压缩气体,借以提高气体得机械。它得种类很多,用途广泛,压缩机已成为国民经济各个部门中得重要通用机械。在化工生产中,往复式压缩机已成为关键设备,根据压缩机得原理,压缩机可分为“容积式”与“动力式”两大类。压缩机得种类与形式很多,不同压缩机得结构与特点差别很大,因而其适用得场合、性能、造价、尺寸重量等指标也相差甚远。1、1压缩机得分类及命名按工作原理按工作腔中运动件或气流工作特征按工作中运动件结构特征容积式往复式活塞式柱塞式隔膜式回转式双螺杆式单螺杆式涡旋式罗茨式滑片式滚动活塞式螺旋叶片式单齿转子式液环式三角转子式动力式离心式叶轮式轴流式旋涡式喷射式喷射式1、2压缩机得基本结构其组成可以分为三个部分基本部分:包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头组成,其作用就是传递动力。连接基础与气缸部分。气缸部分:包括气缸、气阀、活塞、填料以及安置在气缸上得排气量调节装置等部分,其作用就是形成压缩容积与组织气体泄漏。辅助部分:包括冷凝器、缓冲器、液体分离器、滤清器、安全阀、油泵、注油器及各种管路系统,这些部件就是保证压缩机正常运转。1、3活塞压缩机得优点1、活塞压缩机得适用压力范围广,流量大小,均能达到所需压力;2、活塞压缩机得热效率高,单位耗电量少;3、适应性强,即排气范围较广,且不受压力高低影响,能适应较广阔压力范围与制冷量要求;4、活塞压缩机得可维修性强;5、活塞压缩机对材料要求低,多用普通钢铁材料,加工较容易,造价也较低廉;6、活塞压缩机技术上较为成熟,生产使用上积累了丰富得经验;7、活塞压缩机得装置系统比较简单。1、4活塞压缩机得缺点1、转速不高,机器大而重;2、结构复杂,易损件多,维修量大;3、排气不连续,造成气流脉动;4、运转时有较大震动。活塞式压缩机在各种场合,特别就是在中小制冷范围内,成为应用最广、生产批量最大得一种机型。1、5活塞式压缩机得工作原理压缩过程活塞从下止点向上运动,吸、排汽阀处于关闭状态,气体在密闭得气缸中被压缩,由于气缸容积逐渐缩小,则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被瞧作就是等熵过程。排气过程活塞继续向上移动,致使气缸内得气体压力大于排气压力,则排气阀开启,气缸内得气体在活塞得推动下等压排出气缸进入排气管道,直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力与阀片本身重力得作用,排气阀关闭排气结束。至此,压缩机完成了一个由吸气、压缩与排气三个过程组成得工作循环。此后,活塞又向下运动,重复上述三个过程,如此周而复始地进行循环。这就就是活塞式制冷压缩机得理想工作过程与原理。第二章总体设计2、1设计活塞式压缩机应符合以下基本原则满足用户提出得排气量、排气压力以及有关使用条件得要求;有足够长得使用寿命(应理解为压缩机需要大修被迫停车得次数);有良好得运转经济性;有良好得动力平衡性;维护检修方便;尽可能采用新结构;制造工艺性良好;机器尺寸小。2、2压缩机得驱动活塞式压缩机得驱动包括驱动机与传动装置,本设计中拟采用电动机驱动,这就是综合考虑使用部门得动力装置,压缩机得功率与转速、工作条件来选定得形式。2、3压缩机得转速与行程得确定转速与行程得选取对机器得尺寸、质量、制造难易与成本有重大影响,并且还直接影响机器得效率寿命与动力特性。活塞式压缩机设计中在一定得参数与使用条件下,首先应考虑选择适宜得活塞平均速度。应为:活塞平均速度得高低,对运动几件中得摩擦与磨损具有直接得影响,对气缸内得工作过程也很有影响。活塞速度过高气阀在汽缸上难以得到足够得安装面积,所以气阀管道中得阻力损失很大,功率得消耗及排气温度将会过高,严重影响压缩机运转得经济型与使用性。微型与小型压缩机为使结构紧凑而只能采用较小行程,虽有较高转速,但活塞平均速度却较低,只有2m/s左右,在一定得速度下,活塞行程得选取与下列因素有关:(1)排气量得大小;排气量大者行程应取得长些,反而则要短一些。(2)机器结构型式:考虑到压缩机得使用与维护条件,对于立式、V式、W式、扇式等结构,活塞行程不宜取得过长。(3)行程得确定式中S--活塞行程A--系数,其值在0、062--0、095之间P--活塞力(吨)则之间取S=100mm转速得确定近代压缩机得转速n通常在下列范围:微型与小型1000~3000(转/分)中型500~1000(转/分)大型250~500(转/分)取n=750转/分2、4压缩机得设计条件及要求压缩机得热力计算就是根据气体压力容积与温度之间存在一定得关系,给结合压缩机得具体特性与使用要求而进行得。其目得就是要求得到最有力得热力参数(各级得吸排气温度,所消耗力)与适宜得主要结构尺寸(活塞行程、汽缸直径等)。已知:设计条件:VW-2、5/2-40天然气压缩机排气体积:Vd=2、5m3/min压缩介质:天然气吸气压力:P1=0、2MPa(绝压)排气压力:P2=4MPa第一级进气温度:20℃第二级进气温度:25℃吸入气体得相对湿度:第三章热力计算3、1结构形式与方案选择3、1、1计算总压力比Ɛt= P2/P1=4/0、2=20根据总压力比为20,压缩机得级数取两级比较合适,而且采用双作用汽缸,另外压缩机采用水冷方式。3、1、2选择级数z=23、1、3压力比分配Ɛ1=Ɛ2=(Ɛt)1/2=(20)1/2=4、47各级进、排气压力比列表如下级次名义进气压力(105Pa)名义排气压力(105Pa)压力比ɛⅠ28、944、47Ⅱ8、94404、473、2确定汽缸直径3、2、1计算容积系数取余隙体积指数α1=0、1α2=0、12由文献查得绝热指数为k=1、3,各级膨胀过程得等端点指数m为m1=1、186m2=1、225容积系数λv1=1-0、1×(4、471/1、186-1)=0、747,λv2=1-0、12×(4、471/1、225-1)=0、7133、2、2确定压力系数查化工机器可取3、2、3确定温度系数查化工机器可取λT1=0、92,λT2=0、923、2、4确定泄露系数各级各部位相对泄露系数值ⅠⅡ填料Ⅰ0、0060、001Ⅱ0、0010、001气阀Ⅰ0、020、02Ⅱ0、020、02活塞环Ⅰ0、060、06Ⅱ0、060、060、02760、0270、9730、973取λL1=0、973λL2=0、9733、2、5确定容积效率3、2、6确定析水系数第一级无水析出,故。当T1=20℃时,Psa1=2337Pa;当T2=25℃时Psa2=3167Pa,则:3、2、7确定各级行程容积3、2、8确定各级汽缸直径,行程与实际行程容积已知转速n=750r/min,取行程s=100mm,得活塞平均速度取活塞杆直径d=30mm,得根据汽缸直径标准,圆整为,实际行程容积活塞有效面积为同理,,根据汽缸直径标准,圆整为,实际行程容积活塞有效面积为。考虑到圆整值与计算值之间有差值,这里采用维持压力比不变,调整相对余隙体积得方法,利用下式计算容积系数计算得新得容积系数为再通过下式计算新得相对余隙得新得相对余隙3、3计算活塞力3、3、1修正各级公差压力计算结果如下表级次ⅠⅡ计算行程容积,m30、005130、00121实际行程容积,m30、00560、00126修正系数βk11、0481、048名义进气压力(bar)28、94(bar)29、37名义排气压力(bar)8、9440(bar)9、3741、92修正后名义压力比4、6854、3973、3、2修正后各级排气温度级次压力比吸气温度(K)绝热系数k排气温度Td(K)Td(℃)I4、6852931、31、428418145II4、3972981、31、4074191463、3、3计算汽缸实际吸排气压力式子中Psi,Psi'为i级得名义与实际吸气压力Pdi,Pdi'为i级得名义与实际排气压力级次修正得工程压力(x105)相对压力损失%1-δs1+δd实际工程压力(x105)实际压力比PsPdδsδdPs'Pd'Ⅰ29、373、860、9621、061、9249、9325、162Ⅱ9、3741、922、240、9781、049、16443、64、7583、3、4活塞力得计算表盖侧与轴侧活塞工作面积级次轴侧/盖侧/ⅠAw1=0、0276Ac1=0、0283ⅡAw2=0、00594Ac2=0、00664表止点气体力计算在压缩机实际时,假定连杆(或活塞杆)受拉伸时为正。受压时为负。列次内止点/kN外止点/kNⅠ-Ⅰ=21、97=-22、8Ⅱ-Ⅱ=19、81=-23、503、3、5计算轴功率并选配电机各级指示功率为总得指示功率为查过程流体机械,取机械效率,所以轴功率为取电机功率余度0、1,则电动机功率为根据电动机标准,可选功率为45kW得电机。可选电动机得型号为Y280M-8。第四章动力计算动力计算得目得在于计算压缩机中得作用力,确定压缩机所需要得飞轮矩以及各种形式压缩机惯性力。惯性力矩得平衡情况初步设计压缩机所需得基础压缩机中作用力得分析,就是进行压缩机零件强度与刚度计算得一局,也就是判断这些力对压缩机装置影响得基础。压缩机中主要得作用力有气体力,曲柄连杆机构运动时产生得惯性力与摩擦力。曲柄连杆机构示意图4、1计算第一列得惯性力往复惯性力分为一阶往复惯性力与二阶往复惯性力。由上章计算可知本压缩机最大得活塞力为23、50kN,查表可选用得往复运动构件得质量,先取连杆长度,曲柄旋转角速度。曲柄销旋转半径。往复惯性力计算表/°/kN01、250026、96101、219726、306201、131224、397300、991021、374400、809417、457500、599312、926600、37498、086700、15053、24680-0、0612-1、3290-0、2500-5、392100-0、4085-8、81110-0、5335-11、506120-0、6250-13、48130-0、6862-14、8140-0、7226-15、585150-0、7410-15、982160-0、7481-16、135170-0、7498-16、172180-0、7500-16、176190-0、7498-16、172200-0、7481-16、135210-0、7410-15、982220-0、7226-15、585230-0、6882-14、8240-0、6250-13、48250-0、5335-11、506260-0、4085-8、81270-0、2500-5、392280-0、0612-1、322900、15053、2463000、37498、0863100、599312、9263200、809417、4573300、991021、3743401、131224、3973501、219726、3063601、250026、964、2计算各列摩擦力4、2、1往复摩擦力取往复摩擦力为总摩擦力得65%4、2、2旋转摩擦力取旋转摩擦力为总旋转摩擦力得35%4、3计算第I列气体力4、3、1第I级盖侧得气体力各过程压力计算公式如下:压缩过程:膨胀过程:进气过程:排气过程:气体力:余隙行程:,活塞面积,压缩及膨胀过程得多变指数可取为,盖侧得气体力为负值。计算结果见下表:第I级盖侧得气体力计算表曲柄转角/°活塞位移/mm膨胀过程/bar进气过程压缩过程/bar排气过程/bar气体力/kN009、932-28、1100、9459、078-25、69203、7457、197-20、37308、265、337-15、14014、283、921、924-5、445021、5251、924-5、446029、6851、924-5、447038、4151、924-5、448047、3751、924-5、449056、251、924-5、4410064、741、924-5、4411072、621、924-5、4412079、6851、924-5、4413085、8051、924-5、4414090、881、924-5、4415094、861、924-5、4416097、7151、924-5、4417099、4251、924-5、441801001、924-5、4419099、4251、936-5、4820097、7151、972-5、5821094、862、034-5、7622090、882、128-6、0223085、8052、259-6、3924079、6852、439-6、925072、622、683-7、5926064、743、013-8、5327056、253、462-9、828047、3754、084-11、5629038、4154、958-14、0330029、6856、2139、932-28、131021、5259、932-28、132014、289、932-28、13308、269、932-28、13403、7459、932-28、13500、9459、932-28、136009、932-28、14、3、2一级轴侧得气体力活塞面积活塞面积,其余参数同盖侧,轴侧气体力为正值。计算结果见下表:曲柄转角/°活塞位移/mm膨胀过程/bar进气过程压缩过程/bar排气过程/bar气体力/kN01001、9245、311099、051、9445、3652096、252、0035、5283091、7352、1075、8154085、7052、2626、2435078、4352、4796、8426070、2552、7757、6597061、5053、178、7498052、5253、710、2129043、654、4112、17210035、165、3679、93227、41211027、39、93227、41212020、2559、93227、41213014、169、93227、4121409、19、93227、4121505、139、93227、4121602、2859、93227、4121700、579、93227、41218009、9329、93227、4121900、579、425、9442002、2858、07722、2932105、136、51217、9732209、15、08614、03723014、163、9411、9245、3124020、2551、9245、3125027、31、9245、3126035、161、9245、3127043、651、9245、3128052、5251、9245、3129061、5051、9245、3130070、2551、9245、3131078、4351、9245、3132085、7051、9245、3133091、7351、9245、3134096、251、9245、3135099、051、9245、313601001、9245、314、3、3计算第I列综合活塞力及切向力将同一曲柄转角下得惯性力、往复摩擦力、及气体力P(轴侧与盖侧)进行相加,求出综合活塞力,然后按下式计算出切向力T:第I级综合活塞力及切向力曲柄转角惯性力/kN往复摩擦力/kN气体力综合活塞力/kN函数切向力/kN轴侧(+)/kN盖侧(-)/kN026、960、5215、31-28、14、69100、001026、3060、5215、365-25、696、5020、21641、4072024、3970、5215、528-20、3710、0760、42264、2583021、3740、5215、815-15、112、610、60917、6814017、4570、5216、243-5、4418、7810、767514、4145012、9260、5216、842-5、4414、8490、891413、236608、0860、5217、659-5、4410、8260、976810、575703、2460、5218、749-5、447、0761、02207、23280-1、320、52110、212-5、443、9731、02884、08790-5、3920、52112、172-5、441、8611、00001、861100-8、810、52127、412-5、4413、6830、940712、872110-11、5060、52127、412-5、4410、9870、85709、416120-13、480、52127、412-5、449、0130、75516、806130-14、80、52127、412-5、447、6930、64064、928140-15、5850、52127、412-5、446、9080、51803、578150-15、9820、52127、412-5、446、5110、39082、544160-16、1350、52127、412-5、446、3580、26131、661170-16、1720、52127、412-5、446、3210、13080、827180-16、1760、52127、412-5、446、31700、00190-16、1720、52125、944-5、484、813-0、1308-0、63200-16、1350、52122、293-5、581、099-0、2613-0、287210-15、9820、52117、973-5、76-2、284-0、39080、893220-15、5850、52114、037-6、02-7、047-0、51803、65230-14、80、5215、31-6、39-15、359-0、64069、839240-13、480、5215、31-6、9-14、594-0、755111、02250-11、5060、5215、31-7、59-13、265-0、857011、368260-8、810、5215、31-8、53-11、509-0、940710、827270-5、3920、5215、31-9、8-9、361-1、00009、361280-1、320、5215、31-11、56-7、049-1、02887、2522903、2460、5215、31-14、03-4、953-1、02205、0623008、0860、5215、31-28、1-14、183-0、976813、85431012、9260、5215、31-28、1-9、343-0、89148、32832017、4570、5215、31-28、1-4、812-0、76753、69333021、3740、5215、31-28、1-0、895-0、60910、54534024、3970、5215、31-28、12、128-0、4226-0、89935026、3060、5215、31-28、14、037-0、2164-0、87436026、960、5215、31-28、14、69100同理,可依此计算出第II列气体力。第五章
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