1、壓縮機課程設計學號:班級:姓名:專業:指導老師:課程設計題目已知參數:排氣量, 一/3 11.5 ( m / 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設計原始數據：排氣量：Q0 15m3/min進氣壓力：Ps=0.5MPaC色對壓力）進氣溫度：ts=293K排氣壓力：Pd=6.9MPag色對壓力）熱力計算:.1、計算總壓力比：Pd. Ps6.9MPa0.5MPa13.82、壓力比的分配:z 3.7153、計算容積系

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

3、縮過程，相對余隙容積 1 0.14;第II級壓縮過程，相對余隙容積 2 0.16。1由公式：V 1( m 1),得：第I級壓縮過程，容積系數V 0.742；第II級壓縮過程，容積系數v 0.738。4、確定壓力系數：由于各級因為彈簧力相對氣體壓力要小的多，壓力系數p在0.98 1.0之間。故取：第I級壓力系數pi 0.99; p第II級壓力系數p2 1.0。 p5、確定溫度系數：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的多原子氣體。故查表在I區中查。查得：第I級壓縮過程，溫度系數 ti 0.95；第II級壓縮過程，溫度系數 T

4、2 0.95。6、計算泄漏系數：據往復活塞壓縮機郁永章主編，P47內容，可查得如下表格:項目相對泄漏值級次第一級第二級氣閥一級0.020.02二級活塞環一級0.0060.006二級填料一級0.00120.00180.0018二級總相對泄漏量0.0290.02781l10.97180.97307、計算析水系數:因進入第二級前氣體壓力為P2 1.8575 106Pa ,設冷卻后氣體溫 度為t2 35 C。由往復活塞壓縮機郁永章主編， P318附錄表2, 查得20c時的飽和蒸汽壓巳2337Pa ； 35c時的飽和蒸汽壓 22 5622Pa.故Psi i之，有水分析出。第二級的析水系數為：2 P_匕

5、1 0.9993B Ps28、計算氣缸的工作容積：第I級氣缸的工作容積: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圓整后的實際行程容積：Vh1 0.01591m310、調整余隙容積:可以用調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，使二級吸進的氣量也不變。由此可得:一級新的容積系數:A0.3546 2v1 V1 0.742 ()2 0.7403A0.355一級新的相對余隙容積:1 -1 0.

7、74030.1047F 13.7151255 1二級新的容積系數:A" 0.738 (落)2 a“20二級新的相對余隙容積:v21 0.74202112m2 1 3.7151 10.157311、計算各列最大活塞力：據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：S1 0.03d1 0.05SId IS2 0.02d2 0.035S 2d 2氣缸內實際進、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）活塞在內止點（軸側）垂直列（一級）一一。一'。Fa1PdHAd P51Asi=-127038N一'-'Fi1 PdA PS1A1=125441N水平列（二級）一'-'Fa2Pd2 AC2 P52 As2=-131364N'-'Fi2 Pd2As2 P52 Ac2=125344N12、驗證連桿的強度

9、：為了保證兩級的活塞質量相等，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125c時，彈1i模量為63GPa產3眄 0.18GPa 63GPa0.032 m2 4鑄鐵在100c時，彈性模量約為100GPa 低壓級的活塞桿：F 1max 1 maxS31364N0.19GPa 100GPa0.032 m24高壓級的活塞桿：F2max 2max o S所以所選活塞桿的強度足夠。13、計算排氣溫度：由于壓縮指數比膨脹指數略微大一點, 故?。旱谝患墘嚎s指數n1 1.4;第二級壓縮指數n2 1.5.第一級排氣溫度：ni 10.4Tdi Ti ” 293 3.715

10、" 426.3K第二級排氣溫度：Td2 T2 2n2303 3.715市 469.3K14、計算功率:1 1Ni1 60P一心號 1(101產 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 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取機械效率m 0.94得軸

11、功率：Nz M 4587 488 Kw m 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:.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%動力計算一一圖解法圖1 L型雙級雙作用壓縮機結構示意圖1、計算的原始數據:I級氣缸內實際進氣壓力PS10.485MPaI級氣缸內實際排氣壓力Pdi1.765MPaII級氣缸內實際進氣壓力Ps21.820MPaII級氣缸內實際排氣壓力Pd'26.659MPaI級氣缸直徑D1355mmII級氣缸直徑D2185mm活塞桿直徑d=30mmI級氣缸的相對余隙容積10.1047II級氣缸的相對余隙容積20.1573n=375rpm活塞行程S=300mm曲軸轉速I級氣缸指7K功率*226.324 Kwn級氣缸指tk功率Ni2232.362 Kw機械效率m0.94I級膨脹指數m11.255n級膨脹

13、指數m21.352I級壓縮指數n11.4n級壓縮指數n21.5曲柄連桿比入=0.2由壓縮機的零部件結構圖得出：連桿組件總質量ml 8 Kg十字頭組件總質量mc 4.5KgI級鋁活塞總質量n級鑄鐵活塞總質量mp1 18.5156Kgmp2 18.4974Kg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,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、吸氣過程P,c Ps1 , Xe Xi S3、壓縮過程Pi,c

14、 Ps1( V0其中Xc按公式:4、排氣過程Pi,cPd1,Xc(2SPdiXi然后利用公式FgU)n,S Xi Xc Xi)AcPsl(2SVoVo (2S (A)nPi,cAc即可求得第一級蓋側氣體力。帶入數據可以得到如下公式:一級蓋側氣體力: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、一級軸側氣體力:)1.4,0.3 Xi 0

15、.4997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）、二級蓋側氣體力: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）、二級軸側氣體力: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 、慣性力的求解計算往復運動部件質量I 級列ms10.3mlmcmp10.384.518.515625.4156II 級列ms20.3mlmcmp20.384.518.497425.3974各級慣性力的表達式為I 級列F1ms1 r2 (coscos2)II 級列F2ms2 r 2(coscos2 )其中和X的關系為當0 時：x 0.750.62 (0.15sin )2 0.15cosx0.62 (0.15sin )2 0.15cos 0.152、摩擦力的求解假設往復摩擦力Ff是恒量，其值按活塞式壓縮機

18、原理 林梅主編，P104,式(6-40)計算。1Ni(- 1)Ff (0.6 0.7)m2Sn1226.324(1) 1000 60I 級歹!JFf1 0.65094 2504N2 0.3 3751232.362(1) 1000 60丑 級歹！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級列活塞力圖*30102030405行程S/m45 山-PSF圖4 II級列活塞力圖四、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旋轉角ndM-LR叵平II列切向力0 7旺41.570623562114163.52T4 八2d5 4379S2S32旋轉角Sd工1-R叵軍.圖5 L型壓縮機切向力圖0078541.57092.35623.14163.9274.71241 49786.2932旋轉角ad4 2 0 8 6 4 2 O-1- 1NF1-R叵忘圖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-

20、41）知，旋轉摩擦力為：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軸鄉下移動相當于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。五、計算飛輪矩: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