压缩机课程设计.pdf

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1、 压 缩 机 课 程 设 计(总 2 3 页)-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小-2 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 3 课程设计题目 已知参数：排气量（min/3m）进气压力 排气压力(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 一、设计原始数据：排气量：min/1530mQ 进气压力：Ps=(绝对压力)进气温度：ts=293K 排气压力：Pd=(绝对

2、压力)二、热力计算：1、计算总压力比:8.135.09.6MPaMPaPsPdz 2、压力比的分配：715.321z 3、计算容积系数：4 查工程热力学（第四版）沈维道主编，得：20，时，天然气3195.17015.12451.211CvCpk;30,时，天然气35.17015.13471.222CvCpk；50，时，天然气46.18231.16706.233CvCpk。所以可以大致取值：第级压缩过程，绝热指数34.11k；第级压缩过程，绝热指数46.12k。查往复活塞压缩机郁永章主编，P31，表 1-2 算得：第级压缩过程，膨胀指数255.11m；第级压缩过程，膨胀指数352.12m。据往复

3、活塞压缩机郁永章主编，P29 内容可取：第级压缩过程，相对余隙容积14.01；第级压缩过程，相对余隙容积16.02。由公式：)1(11mv，得：第级压缩过程，容积系数742.0v；第级压缩过程，容积系数738.0v。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在之间。故取：第级压力系数99.01p；5 第级压力系数0.12p。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。故查表在区中查。查得：第级压缩过程，温度系数95.01T；第级压缩过程，温度系数95.02T。6、计算泄

4、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 活塞环 一级 二级 填料 一级 二级 总相对泄漏量 11l 6 7、计算析水系数：因进入第二级前气体压力为PaP62108575.1，设冷却后气体温度为Ct 352。由往复活塞压缩机郁永章主编，P318 附录表 2，查得 20时的饱和蒸汽压PaPs23371；35时的饱和蒸汽压PaPs56222.故211ssPP，有水分析出。第二级的析水系数为：9993.0122112ssPPPP 8、计算气缸的工作容积：第级气缸的工作容积：311111059.09718.095.0

5、99.0742.037515mnQVltpvh 第级气缸的工作容积：2222212212ltpvhTTPPnQV =973.095.00.1738.09993.0303308715.3137515 =3m 9、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：smnSvm/75.3303753.030 取活塞杆直径 d=30mm。由于SdDSDVh)(4141221211 得：7 mdSVDh3546.0203.03.0059.02222211 圆整成：mmD3551 圆整后的实际行程容积：3105915.0mVh mdSVDh1855.0203.03.00

6、16.02222222 圆整成：mmD1852 圆整后的实际行程容积：3101591.0mVh 10、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大了，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：7403.0)355.03546.0(742.021111AAvv 一级新的相对余隙容积：1047.01715.37403.0111255.1111111mv 二级新的容积系数：7420.0)185.01855.0(738.022222AAvv 二级新的相对余隙容积：8 157

7、3.01715.37420.0111352.1112222mv 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：03.01S 05.01d 02.02S 035.02d 气缸内实际进、排气压力：MPaPS485.0105.0)03.01(61 MPaPd765.1108575.1)05.01(61 MPaPS820.1108575.1)02.01(62 MPaPd659.6109.6)035.01(62 轴侧和盖侧活塞面积分别为：（单位：2m）轴侧 As 盖侧 Ac 第一级 第二级 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

8、点（轴侧）垂直列（一级）11111sscdaAPAPF =-127038N 11111cssdiAPAPF =125441N 水平列（二级）22222sscdaAPAPF =-131364N 22222cssdiAPAPF =125344N 10 14、计算功率：1)1(160111011111111nnhvsinnVPnN =1)08.01(715.34.04.1059.0742.010485.0603754.14.06 =Kw 1)1(160221022222222nnhvsinnVPnN =1)055.01(715.35.05.1016.0738.01082.1603755.15.06

9、=Kw 总的指示功率：7.458362.232324.22621iiNNNi Kw 取机械效率94.0m 得轴功率：48894.07.458mizNN Kw 电动机的余度取%，则电动机取 540Kw.15、等温效率：各级等温压缩功率：11111ln60hvsisiVPnN =715.3ln059.0742.0105.0603756 =Kw 12 1、计算的原始数据：级气缸内实际进气压力 MPaPS485.01 级气缸内实际排气压力 MPaPd765.11 级气缸内实际进气压力 MPaPS820.12 级气缸内实际排气压力 MPaPd659.62 级气缸直径 mmD3551 级气缸直径 mmD1

10、852 活塞杆直径 d=30mm 级气缸的相对余隙容积 1047.01 级气缸的相对余隙容积 1573.02 活塞行程 S=300mm 曲轴转速 n=375rpm 曲柄连杆比 =级气缸指示功率 Kw 226.3241iN 级气缸指示功率 Kw 232.3622iN 机械效率 94.0m 级膨胀指数 255.11m 级膨胀指数 352.12m 级压缩指数 4.11n 级压缩指数 5.12n 由压缩机的零部件结构图得出：连杆组件总质量 Kgml8 13 十字头组件总质量 Kgmc5.4 级铝活塞总质量 Kgmp5156.181 级铸铁活塞总质量 Kgmp4974.182 二、绘制各级气体力指示图：

11、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 Fg.(一)、一级盖侧气缸气体力 1、膨胀过程 mcidciAxVVpp)(001,0iXeX 其中ex按公式mcedsAxVVpp)(00 求取 2、吸气过程 1,scipp，SXXie 3、压缩过程 cincisciXXSAxSVVpp,)2(001,其中cX按公式：nccsdAxSVVpp)2(0011 4、排气过程 SXXppicdci2,1,然后利用公式ccicgApF,1即可求得第一级盖侧气体力。带入数据可以得到如下公式：14 一级盖侧气体力：6.04997.0,7.1746994997.03.0,)6.0(09898.

12、0003109.0032803.0(3.480053.00565.0,3.480050565.00,)09898.0003109.0003109.0(7.1746994.1255.1,1iiiiiicgXXXXXXF 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。6.03565.0,95.476603565.03.0,)3.0(09827.0003087.0003087.0(55.1734463.01997.0,55.1734461997.00,)3.0(09827.0003087.0032568.0(95.47660255.14.1,1iiiiiis

13、gXXXXXXF（三）、二级盖侧气体力：6.0501.0,92.178993501.03.0,)6.0(02688.00012685.00093325.0(6.489213.0076.0,6.48921076.00,)02688.00012685.00012685.0(92.1789935.1352.1,2iiiiiicgXXXXXXF（四）、二级轴侧气体力：6.0376.0,4.17629376.03.0),)3.0(02617.0001235.0001235.0(03.1742663.020097.0,03.17426620097.00,)3.0(02617.0001235.0009086

14、.0(4.476295.1,2iiiiiisgXXXXXXF 15 使用 matlab 作气体力图如下:图 2 气体力指示图 16 三、绘制活塞力图 1、惯性力的求解 计算往复运动部件质量 级列 4156.255156.185.483.03.011pclsmmmm 级列 3974.254974.185.483.03.022pclsmmmm 各级惯性力的表达式为 级列 )2cos(cos211rmFs 级列 )2cos(cos222rmFs 其中和 x 的关系为 当0时：cos15.0)sin15.0(6.075.022x 当2时：15.0cos15.0)sin15.0(6.022x 2、摩擦力

15、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）计算。SnNFmif2)11()7.06.0(级列 NFf25043753.02601000)194.01(324.22665.01 级列 NFf25713753.02601000)194.01(362.23265.02 叠加活塞力曲线，用 matlab 编程得如下活塞力图：18 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）)sin12sin2(sin)sin(cos22ppFFT 其中 pF气体力+惯性力+摩擦力 用 matlab 绘制切向力图如下：19 图

16、5 L 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：SnNFmir)11()3.04.0(=3753.014.3601000)194.01)(362.232324.226(35.0 =1740N 将合成切向力曲线图的横坐标轴乡下移动相当于rF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。20 五、计算飞轮矩：由积分可知，平均切向力为 NTm41018.8 校核作图误差：热力计算得平均切向力为 41029.83753.014.36094.011000)362.232324.226(601SnNTmim 作图误差为%3

17、%33.129.829.818.8mmmTTT 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:(2mm)f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7+116-44 +113-782 +453-418 +562 易得782maxf。所作图的切向力曲线的长度比例为：3105547.32653.0lSml 作图时所取的力的比例为：mmNmmNmp/35.135174100000 所以：80365.4plammm JfmLa45.375678280365.4max 根据公式（6-65）21 223600nLGD 其中的取值依据为往复活塞压缩机郁永章主编，P107 内容。由于电机功率大于 150kW,所以取100/1。2225.9616100137545.37563600mNGD 六、绘制法向力图：各列切向力值按活塞式压缩机原理林梅主编，P108，式（6-51）得：)sin1sin(coscos)cos()cos(222pplFFFR 其中 pF气体力+惯性力+摩擦力 用 matlab 绘制切向力图如下：22 23 图 6 法向力曲线图 图 7 法向力合成图 24