壓縮機(jī)課程設(shè)計(jì)

1、壓縮機(jī)課程設(shè)計(jì)學(xué)號(hào):班級(jí):姓名:專業(yè):指導(dǎo)老師:課程設(shè)計(jì)題目已知參數(shù):排氣量, 一/3 11.5 ( m / min)進(jìn)氣壓力0.5MPa排氣壓力6.8MPa（表壓）進(jìn)氣溫度293K轉(zhuǎn)速375rpm:行程300mm相對(duì)濕度80%冷卻水溫303K工作介質(zhì)天然氣結(jié)構(gòu)形式L型，雙級(jí)，雙作用設(shè)計(jì)任務(wù)：對(duì)活塞壓縮機(jī)進(jìn)行熱力和動(dòng)力計(jì)算熱力計(jì)算設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)：排氣量：Q0 15m3/min進(jìn)氣壓力：Ps=0.5MPaC色對(duì)壓力）進(jìn)氣溫度：ts=293K排氣壓力：Pd=6.9MPag色對(duì)壓力）熱力計(jì)算:.1、計(jì)算總壓力比：Pd. Ps6.9MPa0.5MPa13.82、壓力比的分配:z 3.7153、計(jì)算容積系

2、數(shù)：查工程熱力學(xué)(第四版)沈維道主編，得：20 C, 0.5MPa時(shí)，天然氣 k Cp1 22竺1 1.3195；Cv11.701530 C,1.8575MPa 時(shí)，天然氣 k Cp2 竺471 1.35；Cv21.701550 C, 6.9MPa時(shí)，天然氣 k Cp3 竺706 1.46。Cv31.8231所以可以大致取值：第I級(jí)壓縮過(guò)程，絕熱指數(shù)k1 1.34 ;第II級(jí)壓縮過(guò)程，絕熱指數(shù)k2 1.46。查往復(fù)活塞壓縮機(jī)郁永章主編，P31,表1-2算得：第I級(jí)壓縮過(guò)程，膨脹指數(shù)m1 1.255;第II級(jí)壓縮過(guò)程，膨脹指數(shù)m2 1.352。據(jù)往復(fù)活塞壓縮機(jī)郁永章主編，P29內(nèi)容可?。旱贗級(jí)壓

3、縮過(guò)程，相對(duì)余隙容積 1 0.14;第II級(jí)壓縮過(guò)程，相對(duì)余隙容積 2 0.16。1由公式：V 1( m 1),得：第I級(jí)壓縮過(guò)程，容積系數(shù)V 0.742；第II級(jí)壓縮過(guò)程，容積系數(shù)v 0.738。4、確定壓力系數(shù)：由于各級(jí)因?yàn)閺椈闪ο鄬?duì)氣體壓力要小的多，壓力系數(shù)p在0.98 1.0之間。故?。旱贗級(jí)壓力系數(shù)pi 0.99; p第II級(jí)壓力系數(shù)p2 1.0。 p5、確定溫度系數(shù)：查往復(fù)活塞壓縮機(jī)郁永章主編，P32,圖1-23.由于所設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)為水冷式壓縮機(jī)，且天然氣成分多為小絕熱指數(shù)的多原子氣體。故查表在I區(qū)中查。查得：第I級(jí)壓縮過(guò)程，溫度系數(shù) ti 0.95；第II級(jí)壓縮過(guò)程，溫度系數(shù) T

4、2 0.95。6、計(jì)算泄漏系數(shù)：據(jù)往復(fù)活塞壓縮機(jī)郁永章主編，P47內(nèi)容，可查得如下表格:項(xiàng)目相對(duì)泄漏值級(jí)次第一級(jí)第二級(jí)氣閥一級(jí)0.020.02二級(jí)活塞環(huán)一級(jí)0.0060.006二級(jí)填料一級(jí)0.00120.00180.0018二級(jí)總相對(duì)泄漏量0.0290.02781l10.97180.97307、計(jì)算析水系數(shù):因進(jìn)入第二級(jí)前氣體壓力為P2 1.8575 106Pa ,設(shè)冷卻后氣體溫 度為t2 35 C。由往復(fù)活塞壓縮機(jī)郁永章主編， P318附錄表2, 查得20c時(shí)的飽和蒸汽壓巳2337Pa ； 35c時(shí)的飽和蒸汽壓 22 5622Pa.故Psi i之，有水分析出。第二級(jí)的析水系數(shù)為：2 P_匕

5、1 0.9993B Ps28、計(jì)算氣缸的工作容積：第I級(jí)氣缸的工作容積:VhiQn vi pi ti li 0.059m3375 0.742 0.99 0.95 0.97i8第II級(jí)氣缸的工作容積:Vh2Q Pi T2 2nP2 Tlv2 p2 t2 12_V5i 308 0.9993375 3.7i5 303 0.738 i.0 0.95 0.973=0.0i6m39、確定缸徑及實(shí)際工作容積:已知n=375rpm,行程S=300mm#活塞平均速度:Vm300.3 375303.75m/s取活塞桿直徑d=30mm由于Vhi；Di2 S ； (Di2 d2) S44得:,.Di2Vh1d2S 2

6、2 0.0590.30.0320.3546m2圓整成:D1 355 mm圓整后的實(shí)際行程容積:30.05915m3D22Vh2 d2S 22 0.016 0.032 ” 0.1855m0.32圓整成：D2 185mm圓整后的實(shí)際行程容積：Vh1 0.01591m310、調(diào)整余隙容積:可以用調(diào)整相對(duì)余隙容積的辦法，維持壓力比不變。即第一級(jí)氣缸直徑增大了，相對(duì)余隙容積也相應(yīng)增大，使吸進(jìn)的氣量不變；第二級(jí)氣缸直徑縮小了，相對(duì)余隙容積也縮小，使二級(jí)吸進(jìn)的氣量也不變。由此可得:一級(jí)新的容積系數(shù):A0.3546 2v1 V1 0.742 ()2 0.7403A0.355一級(jí)新的相對(duì)余隙容積:1 -1 0.

7、74030.1047F 13.7151255 1二級(jí)新的容積系數(shù):A" 0.738 (落)2 a“20二級(jí)新的相對(duì)余隙容積:v21 0.74202112m2 1 3.7151 10.157311、計(jì)算各列最大活塞力：據(jù)往復(fù)活塞壓縮機(jī)郁永章主編，P35,圖1-27,取進(jìn)排氣相對(duì)壓力損失：S1 0.03d1 0.05SId IS2 0.02d2 0.035S 2d 2氣缸內(nèi)實(shí)際進(jìn)、排氣壓力：P'1 (1 0.03) 0.5 106 0.485MPaPd'1 (1 0.05) 1.8575 106 1.765MPaP2 (1 0.02) 1.85 75 1 06 1.820

8、MPaPd2 (1 0.035 ) 6.9 1 06 6.659MPa軸側(cè)和蓋側(cè)活塞面積分別為：(單位：m2)軸側(cè)As蓋側(cè)Ac第一級(jí)0.098270.09898第二級(jí)0.026170.02688最大活塞力（以連桿受拉伸為正）：活塞在外止點(diǎn)（蓋側(cè)）活塞在內(nèi)止點(diǎn)（軸側(cè)）垂直列（一級(jí)）一一。一'。Fa1PdHAd P51Asi=-127038N一'-'Fi1 PdA PS1A1=125441N水平列（二級(jí)）一'-'Fa2Pd2 AC2 P52 As2=-131364N'-'Fi2 Pd2As2 P52 Ac2=125344N12、驗(yàn)證連桿的強(qiáng)度

9、：為了保證兩級(jí)的活塞質(zhì)量相等，不妨用密度大的鑄鐵做低壓 級(jí)活塞，用密度小的鋁做高壓級(jí)活塞。查參考書材料力學(xué)知：鋁在125c時(shí)，彈1i模量為63GPa產(chǎn)3眄 0.18GPa 63GPa0.032 m2 4鑄鐵在100c時(shí)，彈性模量約為100GPa 低壓級(jí)的活塞桿：F 1max 1 maxS31364N0.19GPa 100GPa0.032 m24高壓級(jí)的活塞桿：F2max 2max o S所以所選活塞桿的強(qiáng)度足夠。13、計(jì)算排氣溫度：由于壓縮指數(shù)比膨脹指數(shù)略微大一點(diǎn), 故?。旱谝患?jí)壓縮指數(shù)n1 1.4;第二級(jí)壓縮指數(shù)n2 1.5.第一級(jí)排氣溫度：ni 10.4Tdi Ti ” 293 3.715

10、" 426.3K第二級(jí)排氣溫度：Td2 T2 2n2303 3.715市 469.3K14、計(jì)算功率:1 1Ni1 60P一心號(hào) 1(101產(chǎn) 137560.485 106 0.742600.414_. . ._ _ _ _7_0.059 14 3.715(1 0.08)14 10.4=226.324 KwNi2 60 ZB” 2門？ 102）產(chǎn) 13751.82601060.7381 5050.016 -5 3.715(1 0.055)1.5 10.5=232.362 Kw總的指示功率:Ni Ni1 Ni2 226.324 232.362 458.7 Kw取機(jī)械效率m 0.94得軸

11、功率：Nz M 4587 488 Kw m 0.94電動(dòng)機(jī)的余度取10.6%,則電動(dòng)機(jī)取540Kw.15、等溫效率：各級(jí)等溫壓縮功率:.nN i is1Ps1 v1Vh11n 160375600.5 1060.742 0.059 In 3.715= 179.542 KwNi is2 Ps26037560v2Vh2 ln01.8575106 0.738 0.016 ln3.715= 179.905 Kw總的等溫壓縮功率:Ni is179.524 179.905 359.447 Kw等溫指示效率:i isNi isN*=78.4%458.7等溫軸效率:isi is m0.784 0.94 =73.

12、7%動(dòng)力計(jì)算一一圖解法圖1 L型雙級(jí)雙作用壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1、計(jì)算的原始數(shù)據(jù):I級(jí)氣缸內(nèi)實(shí)際進(jìn)氣壓力PS10.485MPaI級(jí)氣缸內(nèi)實(shí)際排氣壓力Pdi1.765MPaII級(jí)氣缸內(nèi)實(shí)際進(jìn)氣壓力Ps21.820MPaII級(jí)氣缸內(nèi)實(shí)際排氣壓力Pd'26.659MPaI級(jí)氣缸直徑D1355mmII級(jí)氣缸直徑D2185mm活塞桿直徑d=30mmI級(jí)氣缸的相對(duì)余隙容積10.1047II級(jí)氣缸的相對(duì)余隙容積20.1573n=375rpm活塞行程S=300mm曲軸轉(zhuǎn)速I級(jí)氣缸指7K功率*226.324 Kwn級(jí)氣缸指tk功率Ni2232.362 Kw機(jī)械效率m0.94I級(jí)膨脹指數(shù)m11.255n級(jí)膨脹

13、指數(shù)m21.352I級(jí)壓縮指數(shù)n11.4n級(jí)壓縮指數(shù)n21.5曲柄連桿比入=0.2由壓縮機(jī)的零部件結(jié)構(gòu)圖得出：連桿組件總質(zhì)量ml 8 Kg十字頭組件總質(zhì)量mc 4.5KgI級(jí)鋁活塞總質(zhì)量n級(jí)鑄鐵活塞總質(zhì)量mp1 18.5156Kgmp2 18.4974Kg二、繪制各級(jí)氣體力指示圖：取指示圖的橫坐標(biāo)為活塞行程 S,縱坐標(biāo)為作用在活塞上的氣體力Fg.（一）、一級(jí)蓋側(cè)氣缸氣體力1、膨脹過(guò)程Pi,c Pd1（/ V0 八）m ,0 <Xi< XeV xAc ' 其中Xe按公式壓（/V）m求取 PdV0 XeAc.同理2、吸氣過(guò)程P,c Ps1 , Xe Xi S3、壓縮過(guò)程Pi,c

14、 Ps1( V0其中Xc按公式:4、排氣過(guò)程Pi,cPd1,Xc(2SPdiXi然后利用公式FgU)n,S Xi Xc Xi)AcPsl(2SVoVo (2S (A)nPi,cAc即可求得第一級(jí)蓋側(cè)氣體力。帶入數(shù)據(jù)可以得到如下公式:一級(jí)蓋側(cè)氣體力:Fg1,c(二)壓力。0.0031091255174699.7 ( )1.255,0 Xi 0.05650.003109 0.09898Xi48005.3,0.0565 Xi 0.348005.3 (0.0328030.003109 0.09898(0.6 Xi)174699.7,0.4997 Xi 0.6、一級(jí)軸側(cè)氣體力:)1.4,0.3 Xi 0

15、.4997由于大氣壓力相對(duì)來(lái)說(shuō)非常小，所以忽略作用在連桿上的大氣47660.95 (0.032568)1.4,0 Xi 0.1997Fg1,s0.003087 0.09827(0.3 Xi)173446.55,0.1997 Xi 0.30.0030871 .255173446.55 (),0.3 Xi 0.35650.003087 0.09827(Xi 0.3)47660.95,0.3565 Xi 0.6（三）、二級(jí)蓋側(cè)氣體力:0.0012685、1.352 6 xz0.076178993.92 (),0 Xi0.0012685 0.02688 XiFg2,c48921.6,0.076 Xi

16、0.30.009332548921.6 (0.0012685 0.02688(0.6 Xi)178993.92,0.501 Xi 0.6、1.5 ,),0.3Xi 0.501（四）、二級(jí)軸側(cè)氣體力:0.009086Fg2,s47629.4 (0.001235 0.02617(0.3 Xi)174266.03,0.20097 Xi 0.31 5 一).,0 Xi0.20097174266.03 (0.0012350.001235 0.02617(Xi 0.3),0.3 Xi 0.37617629.4,0.376 Xi 0.6使用matlab作氣體力圖如下：D-a 5不何姓獷.行程S/mWLK及

17、r.。0.1。20.30,50E行科5/m-1-1 5-2圖2氣體力指示圖三、繪制活塞力圖1 、慣性力的求解計(jì)算往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量I 級(jí)列ms10.3mlmcmp10.384.518.515625.4156II 級(jí)列ms20.3mlmcmp20.384.518.497425.3974各級(jí)慣性力的表達(dá)式為I 級(jí)列F1ms1 r2 (coscos2)II 級(jí)列F2ms2 r 2(coscos2 )其中和X的關(guān)系為當(dāng)0 時(shí)：x 0.750.62 (0.15sin )2 0.15cosx0.62 (0.15sin )2 0.15cos 0.152、摩擦力的求解假設(shè)往復(fù)摩擦力Ff是恒量，其值按活塞式壓縮機(jī)

18、原理 林梅主編，P104,式(6-40)計(jì)算。1Ni(- 1)Ff (0.6 0.7)m2Sn1226.324(1) 1000 60I 級(jí)歹!JFf1 0.65094 2504N2 0.3 3751232.362(1) 1000 60丑 級(jí)歹！JFf2 0.65094 2571N2 0.3 375疊加活塞力曲線，用 matlab編程得如下活塞力圖:160.65W-O-SWL6肥之嚀程軍加,.圖3 I級(jí)列活塞力圖*30102030405行程S/m45 山-PSF圖4 II級(jí)列活塞力圖四、繪制切向力曲線各列切向力值按活塞式壓縮機(jī)原理林梅主編,P108,式(6-51)Fpsin2T sin( )fp

19、n22cos2 12 sin2其中Fp氣體力+慣性力+摩擦力用matlab繪制切向力圖如下:x 10切向力合成圖I列切向力X飛0 祚必 1.5F08?加6?3 U163 就了 4 71245 4978 S V旋轉(zhuǎn)角ndM-LR叵平II列切向力0 7旺41.570623562114163.52T4 八2d5 4379S2S32旋轉(zhuǎn)角Sd工1-R叵軍.圖5 L型壓縮機(jī)切向力圖0078541.57092.35623.14163.9274.71241 49786.2932旋轉(zhuǎn)角ad4 2 0 8 6 4 2 O-1- 1NF1-R叵忘圖6壓縮機(jī)切向力合成圖由活塞式壓縮機(jī)原理林梅主編，P104,式（6-

20、41）知，旋轉(zhuǎn)摩擦力為：1Ni (- 1)Fr (0.4 0.3)mSn1(226.324 232.362)( 1) 1000 600.35 0943.14 0.3 375=1740N將合成切向力曲線圖的橫坐標(biāo)軸鄉(xiāng)下移動(dòng)相當(dāng)于Fr的距離，總切向力曲線是以移動(dòng)后的新橫坐標(biāo)軸為計(jì)算依據(jù)。五、計(jì)算飛輪矩:由積分可知，平均切向力為Tm 8.18 10A4N校核作圖誤差：熱力計(jì)算得平均切向力為NTm11i 60(226.324 232.362) 100060m0.948.29 10A4Sn3.14 0.3 375作圖誤差為'一_ Tm-vTm8.18 8.29 1.33% 3%Tm8.29作得幅度面積矢量