空气压缩机课程设计

过程流体机械课程设计院系：指导老师：目录1 课程设计任务错误!未定义书签。

1.已知数据错误!未定义书签。

2.课程设计任务及要求错误!未定义书签。

2 热力计算错误!未定义书签。

1.初步确定压力比及各级名义压力错误!未定义书签。

2.初步计算各级排气温度错误!未定义书签。

3.计算各级排气系数错误!未定义书签。

4.计算各级凝析系数及抽加气系数错误!未定义书签。

5.初步计算各级气缸行程容积错误!未定义书签。

6.确定活塞杆直径错误!未定义书签。

7.计算各级气缸直径错误!未定义书签。

8.实际行程容积及各级名义压力错误!未定义书签。

9.计算缸内实际压力错误!未定义书签。

10.计算各级实际排气温度错误!未定义书签。

11.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径错误!未定义书签。

12.复算排气量错误!未定义书签。

13.计算功率，选取电机错误!未定义书签。

14.热力计算结果数据错误!未定义书签。

3 动力计算错误!未定义书签。

1.第Ⅰ级缸解析法错误!未定义书签。

2.第Ⅰ级缸图解法错误!未定义书签。

3.第Ⅱ级缸解析法错误!未定义书签。

4.第Ⅱ级缸图解法错误!未定义书签。

4 零部件设计错误!未定义书签。

1 课程设计任务1.已知数据结构型式3L-10/8空气压缩机的结构型式为二列二级双缸双作用L型压缩机工艺参数Ⅰ级名义吸气压力：P1I=（绝），吸气温度T1I=40℃Ⅱ级名义排气压力：P2II=（绝），吸入温度T2II=50℃排气量（Ⅰ级吸入状态）:V d =10 m3/min空气相对湿度: φ=结构参数活塞行程：S=2r=200mm电机转速：n=450r/min活塞杆直径：d=35mm气缸直径：Ⅰ级，D I=300mm ；Ⅱ级，D II =180mm ；相对余隙容积：α1=，αII=；电动机：JR115-6型，75KW；电动机与压缩机的联接：三角带传动；连杆长度：l=400mm；运动部件质量（kg）：见表2-1表2-1 运动部件质量2.课程设计任务及要求a. 热力计算：包括压力比分配，气缸直径，排气量，功率，各级排气温度，缸内实际压力等。

b.动力计算：作运动规律曲线图，计算气体力，惯性力，摩擦力，活塞力，切向力，法向力，作切向力图，求飞轮矩，分析动力平衡性能。

2 热力计算1.初步确定压力比及各级名义压力(1)按等压力比分配原则确定各级压力比：两级压缩总压力比取(2)各级名义进、排气压力如下：P2k=P1kεk，P1(k+1)=P2k表2-2 各级名义进、排气压力（MPa)级次名义排气压力P1名义排气压力P2ⅠⅡ2.初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：介质为空气，k=。

计算结果如表2-3所示。

计算结果表明排气温度T2<160℃，在允许使用范围内。

表2-3 各级名义排气温度级次名义吸气温度计算参数名义排气温度℃K εk ε(k-1)/k K ℃Ⅰ403133413140Ⅱ5032334271543.计算各级排气系数因为压缩机工作压力不高，介质为空气，全部计算可按理想气体处理。

由排气系数的计算公式：分别求各级的排气系数。

(1)计算容积系数：其中，多变膨胀指数m的计算按表1-3查得：I级多变膨胀指数m I：II级多变膨胀指数m II：则各级容积系数为：(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λpI=，λpII=。

(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1-6查得λT在范围内，可选取λTI=λTII=0。

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(4)泄漏系数λ1的计算：用相对漏损法计算λ1：a. 考虑气阀成批生产，质量可靠，阀弹簧力中等，选取气阀相对泄漏值V vI=V vII=b. 活塞均为双作用，有油润滑，缸径中等，压力不高。

选活塞环相对泄漏值V r1=，V rII=c. 因有油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值V pI=，V pII=由于填料为外泄漏，需在第Ⅰ级内补足，所以第Ⅰ级相对泄漏中也包括第Ⅱ级填料的外泄漏量在内，泄漏系数的计算列入表2-4。

泄损部位相对泄漏值Ⅰ级Ⅱ级气阀v vI v vII活塞环v rI v rII填料v pI v pII总相对泄漏∑v泄漏系数λI=1/(1+∑v i )(5)级数λvλpλTλlλ=λvλpλTλl ⅠⅡ4.计算各级凝析系数及抽加气系数(1)计算各级凝析系数a. 计算在级间冷却器中有无水分凝析出来查表1-5得水在40℃和50℃时的饱和蒸汽压:P bI= （40℃）P bII= （50℃）则:所以在级间冷却器中必然有水分凝析出来，这时φ1II=1。

b. 计算各级凝析系数(2)抽加气系数μo因级间无抽气，无加气，故μoI=μoII=15.初步计算各级气缸行程容积6.确定活塞杆直径为了计算双作用气缸缸径，必须首先确定活塞杆直径，但活塞杆直径要根据最大气体力来确定，而气体力又需根据活塞面积（气缸直径）来计算，他们是互相制约的。

因此需先暂选活塞杆直径，计算气体力，然后校核活塞杆是否满足要求。

（1）计算任一级活塞总的工作面积，（z-同一气缸数）有：（2）暂选活塞杆直径根据双作用活塞面积和两侧压差估算出该空压机的最大气体力约为吨左右，由附录2，暂选活塞杆直径d=35mm。

活塞杆面积（3）非贯穿活塞杆双作用活塞面积的计算盖侧活塞工作面积: F g=(F k+f d)轴侧活塞工作面积: F z=(F k-f d)Ⅰ级：Ⅱ级：（4）计算活塞上所受气体力计算 a. 第一列（第Ⅰ级）： 外止点： P I 外=P 1I F ZI -P 2I F gI=1×105×710×10-4-3×105×720×10-4=-14500N内止点： P I 内=P 2I F ZI -P 1I F gI=3×105×710×10-4-1×105×720×10-4=14100Nb. 第二列（第II 级）： 外止点：P II 外=P 1II F ZII -P 2II F gII=3×105×233×10-4-9×105×243×10-4=-14880N内止点：P II 内=P 2II F ZII -P 1II F gII=9×105×233×10-4-3×105×243×10-4=13680N由以上计算可知，第二列的气体力最大，为-14880N ，约合吨。

由附表2可知，若选取活塞杆直径d=30mm 是可以的，但考虑留有余地，取d=35mm 。

7.计算各级气缸直径（1）计算非贯穿活塞杆双作用气缸直径 根据 ，有：（2）确定各级气缸直径根据查表1-6，将计算缸径圆整为公称直径： D I =300mm ； D II =180mm8.实际行程容积及各级名义压力（1）计算各级实际行程容积V h '非贯穿活塞杆直径双作用气缸行程容积：（2）各级名义压力及压力比因各级实际行程容积V hk '与计算行程容积V hk 不同，各级名义压力及压力比必然变化。

各级进、排气压力修正系数βk 及βk+1分别为： a. 各级进气压力修正系数：b. 各级排气压力修正系数：c. 修正后各级名义压力及压力比:P1k'=βk P1kP2k'=βk+1P2kε'=P2k'/P1k'计算结果列入表2-6。

级次ⅠⅡ计算行程容积 V hk m3实际行程容积 V hk' m3修正系数βk=V hI'V hk/ (V hI V hk')1βk+1=V hI'V h(k+1)/(V hI V h(k+1)')1名义吸气压力（MPa） P1kP1k'=βk P1k名义排气压力（MPa） P2kP2k'=βk+1P2k修正后名义压力比ε'= P2k'/P1k'9.计算缸内实际压力缸内实际压力：P s=P1'(1-δs) P d=P2'(1+δd)由图1-10，查得δs，δd，计算各级气缸内实际压力，结果见下表。

表2-7 考虑压力损失后的缸内实际压力比级次修正后名义压力(MPa）相对压力损失1-δs1-δd缸内实际压力损失(MPa)实际压力比P1' P2' δsδd P s P dε‘=P s/P dⅠⅡ10.计算各级实际排气温度按k=和m=两种情况计算，计算结果见下表。

从中可以看出，按k=计算出的排气温度超过了180℃的允许范围，但实际测出的排气温度接近多变压缩m=的结果，认为在允许的范围内。

表2-8 根据实际压力比求得各级实际排气温度级次吸气温度实际压力比ε'k=m=(℃) (K)ε'(k-1)/kT2(K)T2(℃) ε'(m-1)/mT2(K)T2(℃)Ⅰ40313436163409136Ⅱ5032346218943115811.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径气缸直径的圆整，活塞杆直径的选取及各级吸排气压力的修正都直接影响到气体力，需重新计算如下：（1）第Ⅰ列(第Ⅰ级)a. 活塞面积盖侧：轴侧：b. 压力:P SI=×105PaP dI=×105Pac. 气体力:外止点：P I外=P SI F ZI-P dI F gI=×105×697×10-4-3.04×105×707×10-4=-14870N内止点: P I内=P dI F ZI-P SI F gI=×105×697×10-4-0.95×105×707×10-4=14480N（2）第Ⅱ列(第Ⅱ级)a. 活塞面积盖侧：轴侧：F ZII=F gII-f d=-4m2 b. 压力P SII=×105PaP dII=×105Pac. 气体力外止点：P II外=P SII F ZII-P dII F gII=×105×244×10-4-9.59×105×254×10-4=-17800N内止点：P II内=P dII F ZII-P dII F gII=×105×244×10-4-2.7×105×254×10-4=16640N由以上计算表明，最大气体力在第Ⅱ列外止点（-17800N），约为吨，没有超过活塞杆的允许值，可用。