压缩机专业课程设计

压缩机专业课程设计压缩机课程设计学号:班级:姓名:专业:指导老师: 二零一三年七月课程设计题目已知参数：排气量 1.5（min/3m） 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。

热力计算一、 设计原始数据： 排气量：min /1530m Q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)二、 热力计算： 1、计算总压力比: 8.135.09.6===MPaMPaPs Pd z ε2、压力比的分配： 715.321===z εεε3、计算容积系数：查《工程热力学》（第四版）沈维道主编，得： 20℃，0.5MPa 时，天然气3195.17015.12451.211===Cv Cp k ; 30℃,1.8575MPa 时，天然气35.17015.13471.222===Cv Cp k ； 50℃，6.9MPa 时，天然气46.18231.16706.233===Cv Cp k 。

所以可以大致取值：第Ⅰ级压缩过程，绝热指数34.11=k ； 第Ⅱ级压缩过程，绝热指数46.12=k 。

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255.11=m ； 第Ⅱ级压缩过程，膨胀指数352.12=m 。

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14.01=α； 第Ⅱ级压缩过程，相对余隙容积16.02=α。

由公式： )1(11--=mv εαλ ，得：第Ⅰ级压缩过程，容积系数742.0=v λ； 第Ⅱ级压缩过程，容积系数738.0=v λ。

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 λ在0.98——1.0之间。

故取：第Ⅰ级压力系数99.01=p λ； 第Ⅱ级压力系数0.12=p λ。

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95.01=T λ； 第Ⅱ级压缩过程，温度系数95.02=T λ。

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：项目第一级第二级相对泄漏值级次 气阀 一级 0.02 0.02 二级 活塞环一级 0.006 0.006 二级 填料一级 0.0012 0.00180.0018二级总相对泄漏量0.029 0.0278υλ∑+=11l0.97180.97307、计算析水系数：因进入第二级前气体压力为Pa P 62108575.1⨯=，设冷却后气体温度为C t ︒=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Pa P s 23371=；35℃时的饱和蒸汽压Pa P s 56222=.故211s s P P >εϕ，有水分析出。

第二级的析水系数为：9993.0122112=--=εϕλϕs s P P P P8、计算气缸的工作容积：第Ⅰ级气缸的工作容积： 311111059.09718.095.099.0742.037515m n QV l t p v h =⨯⨯⨯⨯=⋅⋅⋅⋅=λλλλ第Ⅱ级气缸的工作容积： 2222212212l t p v h T T P P n Q V λλλλϕλ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅= =973.095.00.1738.09993.0303308715.3137515⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =0.0163m9、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： s m n S v m /75.3303753.030=⨯=⋅=取活塞杆直径d=30mm 。

由于S d D S D V h ⋅-+⋅=)(4141221211ππ 得：m d S V D h 3546.0203.03.0059.02222211=+⨯⨯=+⋅=ππ圆整成：mm D 3551=圆整后的实际行程容积：3'105915.0m V h =m d S V D h 1855.0203.03.0016.02222222=+⨯⨯=+⋅=ππ圆整成：mm D 1852=圆整后的实际行程容积：3'101591.0m V h =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(742.02'111'1=⨯=⋅=A A v v λλ 一级新的相对余隙容积： 1047.01715.37403.0111255.1111'1'11=--=--=m v ελα二级新的容积系数： 7420.0)185.01855.0(738.02'222'2=⨯=⋅=A A v v λλ 二级新的相对余隙容积： 1573.01715.37420.0111352.1112'2'22=--=--=m v ελα11、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：03.01=S δ 05.01=d δ 02.02=S δ 035.02=d δ 气缸内实际进、排气压力：MPa P S 485.0105.0)03.01(6'1=⨯⨯-= MPa P d 765.1108575.1)05.01(6'1=⨯⨯-= MPa P S 820.1108575.1)02.01(6'2=⨯⨯-= MPa P d 659.6109.6)035.01(6'2=⨯⨯-= 轴侧和盖侧活塞面积分别为：（单位：2m ） 轴侧As 盖侧Ac 第一级 0.09827 0.09898 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）垂直列（一级）1'11'11s s c d a A P A P F +-==-127038N1'11'11c s s d i A P A P F -==125441N水平列（二级）2'22'22s s c d a A P A P F +-==-131364N2'22'22c s s d i A P A P F -==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125℃时，弹性模量为63GPa ； 铸铁在100℃时，弹性模量约为100GPa 。

低压级的活塞杆： GPa GPa m NS F 6318.003.04112703822max 1max 1<<=⋅==πσ 高压级的活塞杆： GPa GPa m NS F 10019.003.04113136422max 2max 2<<=⋅==πσ 所以所选活塞杆的强度足够。

13、计算排气温度：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4.11=n ； 第二级压缩指数5.12=n . 第一级排气温度： K T T n n d 3.426715.32934.14.0111111=⨯==-ε第二级排气温度： K T T n n d 3.469715.33035.15.0122222=⨯==-ε14、计算功率：}1)]1({[1601110111111'11-+-⋅=-n n h v s i n nV P n N δελ=}1)]08.01(715.3{[4.04.1059.0742.010485.0603754.14.06-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =226.324 Kw}1)]1({[1602210222222'22-+-⋅=-n n h v s i n nV P n N δελ=}1)]055.01(715.3{[5.05.1016.0738.01082.1603755.15.06-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =232.362 Kw 总的指示功率：7.458362.232324.22621=+=+=i i N N Ni Kw 取机械效率94.0=m η 得轴功率： 48894.07.458===miz N N η Kw 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：11111ln 60ελ⋅=-h v s is i V P nN =715.3ln 059.0742.0105.0603756⨯⨯⨯⨯⨯=179.542 Kw22222ln 60ελ⋅=-h v s is i V P nN =715.3ln 016.0738.0108575.01603756⨯⨯⨯⨯⨯=179.905 Kw 总的等温压缩功率：447.359905.179524.179=+=-is i N Kw 等温指示效率： 7.458447.359==--i is i is i N N η=78.4%等温轴效率：94.0784.0⨯=⋅=-m is i is ηηη=73.7%动力计算——图解法图1 L 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 MPa P S 485.0'1= Ⅰ级气缸内实际排气压力 MPa P d 765.1'1= Ⅱ级气缸内实际进气压力 MPa P S 820.1'2= Ⅱ级气缸内实际排气压力 MPa P d 659.6'2= Ⅰ级气缸直径 mm D 3551= Ⅱ级气缸直径 mm D 1852= 活塞杆直径 d=30mmⅠ级气缸的相对余隙容积 1047.0'1=α Ⅱ级气缸的相对余隙容积 1573.0'2=α 活塞行程 S=300mm 曲轴转速 n=375rpm 曲柄连杆比 λ=0.2 Ⅰ级气缸指示功率 Kw 226.3241=i N Ⅱ级气缸指示功率 Kw 232.3622=i N 机械效率 94.0=m η Ⅰ级膨胀指数 255.11=m Ⅱ级膨胀指数 352.12=m Ⅰ级压缩指数 4.11=n Ⅱ级压缩指数 5.12=n 由压缩机的零部件结构图得出：连杆组件总质量 Kg m l 8= 十字头组件总质量 Kg m c 5.4= Ⅰ级铝活塞总质量 Kg m p 5156.181= Ⅱ级铸铁活塞总质量 Kg m p 4974.182=二、绘制各级气体力指示图：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m ci d c i A x V V p p )(00'1,+= ,0≤i X ≤e X其中e x 按公式m ce d s A x V V p p )(00''+= 求取2、吸气过程'1,s c i p p = ，S X X i e ≤≤3、压缩过程 c i n ci s c i X X S A x S V V p p ≤≤-+=,))2((00'1,其中c X 按公式：n cc sd A x S V V p p ))2((00'1'1-+=4、排气过程S X X p p i c d c i 2,'1,≤≤=然后利用公式c c i c g A p F ,,1-=即可求得第一级盖侧气体力。