流体机械课程设计—校核计算2D12型压缩机

对称平衡式无油润滑石油气压缩机学院机电工程学院专业过程装备与控制工程姓名学号指导教师目录1章绪论 (1)1.1 压缩机的分类 (1)1.2 压缩机的工作原理 (3)1.3 压缩机的基本结构 (3)1.4 活塞式压缩机的应用 (3)1.5 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则 (4)2章压缩机的热力计算 (5)2.1步确定压力比及各级名义压力 (5)2.1.1等压力比分配原则确定各级压力比 (5)2.1.2级名义进、排气压力如下 (5)2.2步计算各级排气温度 (5)2.3算各级排气系数 (6)2.3.1算容积系数λV (6)2.3.2压力系数λp的选择 (7)2.3.3温度系数λT的选取 (7)2.3.4泄漏系数λ1的计算: (7)2.3.5各级排气系数计算结果列入表1-5 (8)2.4算各级凝析系数及抽加气系数 (8)2.4.1凝析系数 (8)2.4.2 抽加气系数μ0 (10)2.5 初步计算各级气缸行程容积 (10)2.6 确定活塞杆直径 (10)2.6.1 计算任一级活塞总的工作面积 (11)2.6.2 暂选活塞杆直径 (11)2.6.3 非贯穿活塞杆双作用活塞面积的计算 (11)2.6.4 计算活塞上所受气体力 (11)2.7 计算各级汽缸直径 (12)2.7.1 计算非贯穿活塞杆双作用气缸直径 (12)2.7.2 确定各级气缸直径 (13)2.8 计算气缸直径圆整后的实际行程容积、各级名义压力及压力比 (13)2.8.1 计算各级实际行程容积V h＇ (13)2.8.2 各级名义压力及压力比 (13)2.9 按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力 (14)2.10 根据实际压力比，计算各级实际排气温度 (16)2.11 计算缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径 (16)2.11.1 第I列（第I级） (17)2.11.2 第II列（第II级） (17)2.12复算排气量 (18)2.13 计算功率并选取电机 (19)1.13.1 计算各级指示功率 (19)2.13.2 整机总指示功率 (19)2.13.3 轴功率N z (19)2.13.4 所需电机功率 (19)2.14 热力计算结果数据 (20)2.14.1 各级名义、实际压力及压力比 (20)2.14.2 各级实际排气温度 (20)2.14.3 气缸直径 (20)2.14.4 气缸行程容积 (20)2.14.5 实际排气量 (20)2.14.6 活塞上最大气体力 (20)2.14.7 电动机功率 (20)2.14.8 活塞杆直径 (20)3 章压缩机的动力计算 (21)3.1 运动计算 (21)3.1.1 速度 (22)3.1.2 位移 (22)3.2 气体力计算 (22)3.2.1 各过程压力： (22)3.2.2 气体力： (23)3.2.3 将计算结果列入表中： (23)3.3 往复惯性力计算 (23)3.3.1 往复运动质量的计算 (23)3.3.2 活塞加速度 (23)3.3.3 计算各级往复惯性力 (23)3.4 摩擦力的计算 (23)3.4.1 往复摩擦力的计算R s (24)3.4.2旋转摩擦力R r的计算 (24)3.5综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制 (25)P (25)3.5.1将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成得到就是综合活塞力∑3.5.2列的综合活塞力图的绘制 (25)3.6切向力的计算及切向力图的绘制 (26)3.6.1切向力的计算 (26)3.6.2作切向力图 (26)3.6.3平均切向力的计算 (26)3.7作列中各相关力图 (27)3.8作幅度面积向量图 (27)3.8.1求曲线包围面积 (27)3.8.2作幅度面积向量图 (27)3.9 飞轮矩的计算 (28)3.9.1 压缩机一转中的能量最大变化量L (28)3.9.2 旋转不均匀度δ的选取 (28)3.9.3 飞轮矩的计算 (28)3.10 分析本压缩机动力平衡性能 (28)参考文献 (39)1 绪论容积式流体机械（Positive displacement fluid machinery）：靠泵腔容积的变化来吸入与排出介质,来转换能量的为容积式流体机械。

主要有：容积式压缩机；容积泵。

1.1 压缩机的分类一、按工作原理分类1．容积式压缩机直接对一可变容积中的气体进行压缩，使该部分气体容积缩小、压力提高。

其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。

2．动力式压缩机它首先使气体流动速度提高，即增加气体分子的动能；然后使气流速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减小。

其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。

二、按排气压力分类表1-1 压缩机按排气压分类表三、按压缩级数分类单级压缩机气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩两级压缩机气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩多级压缩机气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几级压缩机。

四、容积流量分类名称容积流量／(m3／min)微型压缩机 <1小型压缩机 1～10中型压缩机 10～100大型压缩机≥100五、压缩机按结构或工作特征的分类图1-1 压缩机按结构或工作特征的分类图表容积式压缩机--直接依靠改变气体容积来提高气体压力的压缩机。

往复式压缩机--是容积式压缩机，其压缩元件是一个活塞，在气缸内作往复运动。

回转式压缩机--是容积式压缩机，压缩是由旋转元件的强制运动实现的。

滑片式压缩机--是回转式变容压缩机，其轴向滑片在同圆柱缸体偏心的转子上作径向滑动。

截留于滑片之间的空气被压缩后排出。

液体-活塞式压缩机--是回转容积式压缩机，在其中水或其它液体当作活塞来压缩气体，然后将气体排出。

罗茨双转子式压缩机--属回转容积式压缩机，在其中两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住，并将其从进气口送到排气口。

没有内部压缩。

螺杆压缩机--是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，从而将气体压缩并排出。

速度型压缩机--是回转式连续气流压缩机，在其中高速旋转的叶片使通过它的气体加速，从而将速度能转化为压力。

这种转化部分发生在旋转叶片上，部分发生在固定的扩压器或回流器挡板上。

离心式压缩机--属速度型压缩机，在其中有一个或多个旋转叶轮（叶片通常在侧面）使气体加速。

主气流是径向的。

轴流式压缩机--属速度型压缩机，在其中气体由装有叶片的转子加速。

主气流是轴向的。

混合流式压缩机--也属速度型压缩机，其转子的形状结合了离心式和轴流式两者的一些特点。

图1-2 常见压缩机结构图1.2 压缩机的工作原理压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；速度型压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。

1.3 压缩机的基本结构其组成大致可以分为三个部分：(1)基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头组成，其作用是传递动力、连接基础和气缸部分。

(2)气缸部分：包括气缸、气阀、活塞、填料以及安置在气缸上的排气量调节装置等部分，其作用是形成压缩容积和防止气体泄漏。

(3)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，这些部件是保证压缩机正常运转。

(4)或非相向运动的结构称对置型；气缸中心线之间有某一夹角称为角度式压缩机。

1.4 活塞式压缩机的应用空气具有可压缩性，经空气压缩机做机械运动使本身体积缩小，压力提高后的空气称为压缩空气。

它是一种重要的动力源，有着无污染，清晰透明，输送方便，无害，易燃性小，不怕起负荷等显著的特点。

空气压缩机作为一种重要的能源产生形式，被广泛应用于生活生产的各个环节。

尤其是双螺杆式的空气压缩机被广泛应用机械，冶金，电子电力，医药，包装，化工，食品，采矿，纺织，交通等众多工业领域，成为压缩空气的主流产品空压机，就是把一个标准大气压的空气通过能量转化的方式输出来满足用户需求的空气的设备，能量转化一般都是可理解为机械能转为动能。

按压缩方式分为动力式和容积式，动力式又分为透干式离心式等；容积式分为活塞式螺杆式滑片式等。

在化工生产中，往复式压缩机已成为关键设备，压缩机应用有以下几个方面：(1)气体输送应用；(2)化工及石油化工工艺应用；(3)制冷工程和气体分离应用；(4)传统的空气动力：风动工具，凿岩机、风镐、气动扳手，气动喷砂；(5)仪表控制及自动化装置，如加工中心的刀具更换等；(6)车辆制动，门窗启闭；(7)喷气织机中用压缩空气吹送纬纱以代替梭子。

1.5 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则(1)满足用户提出的排气量、排气压力以及有关使用条件的要求；(2)有足够长的是用寿命（应理解为压缩机需要大修时间的间隔长短），足够(3)高的使用可靠性（应理解为压缩机被迫停车的次数）；(4)有较好的运转经济性；(5)有良好的动力平衡性(6)维护检修方便；(7)尽可能采用新结构、新技术、新材料；(8)制造工艺性良好；(9)机器的尺寸小、质量轻。

在选择压缩机级数时要使机器消耗的功最小、排气温度应在条件许可的范围内。

机器质量轻、造价低,要使机器具有较高的热效率，则级数越多越好，然而级数增多，则阻力损失增加，机器总效率反而降低，结构也更加复杂，造价更大上升。

在无油润滑压缩机中，密封元件采用自润滑材料，有些自润滑材料的最适宜的工作温度也有限制，例如聚四氟乙烯的工作温度，不能超过（压力越高则温度应控制的越低）。

在确定级数和各级压力比时应考虑这一点。

因此必须根据压缩机的额容量和工作特点，恰当的选择级数和压力比。

综合各因素考虑，选择二级压缩。

2 压缩机的热力计算2.1步确定压力比及各级名义压力2.1.1等压力比分配原则确定各级压力比z z II k p p εε==Ⅰ12 (1-1) 两级压缩总压力比73.1211.04.1p p 12===ⅠⅡε 取57.373.12====εεεⅡⅠ2.1.2级名义进、排气压力如下k k k p p ε⋅=12，k k p p 2)1(1=+ (1-2)表2-1各级名义进、排气压力（MPa ）2.2步计算各级排气温度按绝热过程考虑，各级排气温度可用下式求解：εk k T T112-= （1-3）介质是空气，k =1.4。

计算结果如表2-2示。

计算结果表明排气温度T 2＜140℃，在允许使用范围内。

表2-2各级名义排气温度因为压缩机工作压力不高，介质为石油气，全部计算可按理想气体处理。

由排气系数计算公式：λλλλλlT p v = （1-4） 分别求各级的排气系数。

2.3.1算容积系数λV)1(11--=ελαmV （1-5） 其中，多变膨胀指数m 的计算按表2-3得：表2-3按等熵指数确定气缸膨胀过程等端点指数I 级多变膨胀指数m Ⅰ=1.25；II 级多变膨胀指数m Ⅱ=1.30；则各级容积系数为：111.251(1)10.1(2.6461)0.8822I I I m v λαε=--=--=111.301(1)10.12(2.6461)0.8664IIII II m v λαε=--=--=2.3.2压力系数λp 的选择考虑到用环状阀，气阀弹簧力中等，吸气管中压力波动不大，两级压力差也不大，可选取λⅠp =0.97, λⅡp =0.99（选择范围：Ⅰ级0.95～0.98；多级0.98～1.0）2.3.3 温度系数λT的选取考虑到压缩比不大，气缸有较好的水冷却，气缸尺寸及转速中等，从图II-1-6 查得λT 在0.935～0.975范围内，可选取λTⅠ=λTⅡ=0.96。