1、壓縮機課程設計學號 :班級 :姓名 :專業(yè) :指導老師 :二零一三年七月精心整理課程設計題目已知參數(shù)：排氣量1.5 （ m3 / min ）進氣壓力0.5MPa排氣壓力6.8MPa(表壓 )進氣溫度293K轉速375rpm行程300mm相對濕度80%冷卻水溫303K工作介質(zhì)天然氣結構形式L 型，雙級，雙作用設計任務：對活塞壓縮機進行熱力和動力計算。熱力計算一、設計原始數(shù)據(jù)：排氣量：Q015 3/ minm進氣壓力： Ps=0.5MPa(絕對壓力 )進氣溫度： ts=293K排氣壓力： Pd=6.9MPa(絕對壓力 )二、熱力計算：1、計算總壓力比 :2、壓力比的分配：3、計算容積系數(shù)：查工程熱

2、力學（第四版）沈維道主編，得：20， 0.5MPa時，天然氣 kCp12.24511.3195 ;Cv11.701530,1.8575MPa 時，天然氣 kCp22.3471 1.35 ；Cv21.701550， 6.9MPa時，天然氣 kCp32.67061.46 。Cv31.8231精心整理所以可以大致取值：第級壓縮過程，絕熱指數(shù)第級壓縮過程，絕熱指數(shù)k11.34 ；k21.46 。查往復活塞壓縮機郁永章主編，P31，表 1-2 算得：第級壓縮過程，膨脹指數(shù)第級壓縮過程，膨脹指數(shù)m11.255 ；m21.352 。據(jù)往復活塞壓縮機郁永章主編，P29內(nèi)容可取：第級壓縮過程，相對余隙容積1第級

3、壓縮過程，相對余隙容積21由公式：v1(m1) ，得：0.14 ；0.16 。第級壓縮過程，容積系數(shù)第級壓縮過程，容積系數(shù)vv0.742 ；0.738 。4、確定壓力系數(shù)：由于各級因為彈簧力相對氣體壓力要小的多，壓力系數(shù)p 在 0.98 1.0 之間。故取：第級壓力系數(shù)p10.99 ；第級壓力系數(shù)p21.0 。5、確定溫度系數(shù)：查往復活塞壓縮機郁永章主編，P32，圖 1-23.由于所設計的壓縮機為水冷式壓縮機，且天然氣成分多為小絕熱指數(shù)的多原子氣體。故查表在區(qū)中查。查得：第級壓縮過程，溫度系數(shù)第級壓縮過程，溫度系數(shù)T 1T 20.95 ；0.95。精心整理6、計算泄漏系數(shù)：據(jù)往復活塞壓縮機郁永

4、章主編，P47內(nèi)容，可查得如下表格：項目第一級第二級相對泄漏值級次氣閥一級0.020.02二級活塞環(huán)一級0.0060.006二級填料一級0.00120.0018二級0.0018總相對泄漏量0.0290.02780.97180.97307、計算析水系數(shù)：因進入第二級前氣體壓力為P21.8575 10 6 Pa ，設冷卻后氣體溫度為t235 C 。由往復活塞壓縮機郁永章主編，P318附錄表 2，查得 20時的飽和蒸汽壓 Ps12337Pa ；35時的飽和蒸汽壓Ps25622 Pa . 故Ps1 1Ps2 ，有水分析出。第二級的析水系數(shù)為：8、計算氣缸的工作容積：第級氣缸的工作容積：第級氣缸的工作容

5、積：= 1513080.7380.99930.9733753.7153031.00.95=0.016 m39、確定缸徑及實際工作容積：已知 n=375rpm,行程 S=300mm,得活塞平均速度：取活塞桿直徑d=30mm。由于 Vh11D12 S1(D12d 2 ) S44精心整理得：圓整成： D1355mm圓整后的實際行程容積：Vh10.05915m3圓整成： D2185mm圓整后的實際行程容積：Vh10.01591m310、調(diào)整余隙容積：可以用調(diào)整相對余隙容積的辦法，維持壓力比不變。即第一級氣缸直徑增大了，相對余隙容積也相應增大，使吸進的氣量不變；第二級氣缸直徑縮小了，相對余隙容積也縮小，

6、使二級吸進的氣量也不變。由此可得：一級新的容積系數(shù)：一級新的相對余隙容積：二級新的容積系數(shù)：二級新的相對余隙容積：11、計算各列最大活塞力：據(jù)往復活塞壓縮機郁永章主編，P35,圖 1-27，取進排氣相對壓力損失：氣缸內(nèi)實際進、排氣壓力：軸側和蓋側活塞面積分別為： （單位： m2 ）軸側 As蓋側 Ac第一級0.098270.09898第二級0.026170.02688最大活塞力（以連桿受拉伸為正） ：活塞在外止點 （蓋側） 活塞在內(nèi)止點 （軸側）精心整理垂直列（一級）=-127038N=125441N水平列（二級）=-131364N=125344N12、驗證連桿的強度：為了保證兩級的活塞質(zhì)量相

7、等，不妨用密度大的鑄鐵做低壓級活塞，用密度小的鋁做高壓級活塞。查參考書材料力學知：鋁在 125時，彈性模量為63GPa；鑄鐵在 100時，彈性模量約為100GPa。低壓級的活塞桿：高壓級的活塞桿：所以所選活塞桿的強度足夠。13、計算排氣溫度：由于壓縮指數(shù)比膨脹指數(shù)略微大一點，故取：第一級壓縮指數(shù)第二級壓縮指數(shù)n11.4 ；n21.5 .第一級排氣溫度：第二級排氣溫度：14、計算功率：= 375 0.485 1060.742 0.059 1.40.4 3.715(1 0.08) 1.41600.4=226.324Kw= 375 1.82 10 6 0.738 0.0161.50.5 3.715(

8、1 0.055) 1.5 1600.5精心整理=232.362Kw總的指示功率：NiN i1N i 2226.324232.362458.7 Kw取機械效率m0.94得軸功率：N zNi458.7488 Kwm 0.94電動機的余度取10.6%，則電動機取540Kw.15、等溫效率：各級等溫壓縮功率：=3750.5 1060.742 0.059 ln 3.71560=179.542Kw=37501.857510 6 0.738 0.016 ln 3.71560=179.905Kw總的等溫壓縮功率：N i is179.524179.905359.447 Kw等溫指示效率：i isNi is359

9、.447 =78.4%Ni458.7等溫軸效率：isi ism0.7840.94 =73.7%動力計算圖解法圖 1L 型雙級雙作用壓縮機結構示意圖精心整理1、計算的原始數(shù)據(jù)：級氣缸內(nèi)實際進氣壓力級氣缸內(nèi)實際排氣壓力級氣缸內(nèi)實際進氣壓力級氣缸內(nèi)實際排氣壓力PS10.485MPaPd11.765MPaPS21.820MPaPd 26.659MPa級氣缸直徑級氣缸直徑D1355mmD2185mm活塞桿直徑 d=30mm級氣缸的相對余隙容積級氣缸的相對余隙容積120. 10470. 1573活塞行程 S=300mm曲軸轉速 n=375rpm曲柄連桿比 =0.2級氣缸指示功率N i1226.324 Kw

10、級氣缸指示功率N i 2232.362 Kw機械效率m0.94級膨脹指數(shù)級膨脹指數(shù)級壓縮指數(shù)級壓縮指數(shù)m11.255m21.352n11.4n21.5由壓縮機的零部件結構圖得出：連桿組件總質(zhì)量ml8Kg十字頭組件總質(zhì)量mc4.5Kg精心整理級鋁活塞總質(zhì)量mp118.5156Kg級鑄鐵活塞總質(zhì)量mp 218.4974Kg二、繪制各級氣體力指示圖：取指示圖的橫坐標為活塞行程S，縱坐標為作用在活塞上的氣體力Fg.( 一) 、一級蓋側氣缸氣體力1、膨脹過程pi ,cpd1(V0) m ,0 X i X eVx A0ic其中 xe 按公式2、吸氣過程ps(V0m求取pdV0 xe Ac)pi , cps

11、1 ， X eX iS3、壓縮過程其中 X c 按公式： pd1ps1(V0) nV0(2Sxc ) Ac4、排氣過程然后利用公式Fg1,cpi ,c Ac 即可求得第一級蓋側氣體力。帶入數(shù)據(jù)可以得到如下公式：一級蓋側氣體力：同理（二）、一級軸側氣體力：由于大氣壓力相對來說非常小，所以忽略作用在連桿上的大氣壓力。（三）、二級蓋側氣體力：（四）、二級軸側氣體力：精心整理使用 matlab 作氣體力圖如下 :圖 2 氣體力指示圖三、繪制活塞力圖1、慣性力的求解計算往復運動部件質(zhì)量級列 ms1 0.3ml mc m p1 0.3 8 4.5 18.5156 25.4156 級列 ms2 0.3ml

12、mc mp 2 0.3 8 4.5 18.4974 25.3974各級慣性力的表達式為級列級列F1ms1r2 (coscos2)F2ms2r2 (coscos 2)其中和 x 的關系為當0時：當2時：2、摩擦力的求解假設往復摩擦力Ff 是恒量，其值按活塞式壓縮機原理 林梅主編，P104，式（6-40）計算。級列級列226.324(11)100060Ff 10.650.942504N20.3375232.362(11)100060Ff 20.650.94N20.33752571疊加活塞力曲線，用matlab 編程得如下活塞力圖：圖 3級列活塞力圖圖 4級列活塞力圖四、繪制切向力曲線精心整理各列切

13、向力值按活塞式壓縮機原理林梅主編，P108，式（ 6-51 ）其中Fp氣體力 +慣性力 +摩擦力用 matlab 繪制切向力圖如下：圖 5L 型壓縮機切向力圖圖 6 壓縮機切向力合成圖由活塞式壓縮機原理林梅主編， P104，式（ 6-41）知，旋轉摩擦力為：(226.324232.362)(11)100060=0.353.140.940.3375=1740N將合成切向力曲線圖的橫坐標軸鄉(xiāng)下移動相當于Fr 的距離，總切向力曲線是以移動后的新橫坐標軸為計算依據(jù)。五、計算飛輪矩：由積分可知，平均切向力為校核作圖誤差：熱力計算得平均切向力為作圖誤差為故作圖合格作得幅度面積矢量圖，各切向力圖各塊面積值如下:( mm2 )f1f2f3f4f5f6f7+116-44+113-782+453-418+562易得f ma