压缩机课程设计

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二零一三年七月

课程设计题目

已知参数：

排气量 1.5（min /3m ）

进气压力

0.5MPa 排气压力 6.8MPa(表压) 进气温度 293K 转速 375rpm 行程 300mm 相对湿度 80% 冷却水温 303K

工作介质 天然气

结构形式

L 型，双级，双作用

设计任务：对活塞压缩机进行热力和动力计算。

热力计算

一、 设计原始数据： 排气量：min /1530m Q =

进气压力：Ps=0.5MPa(绝对压力) 进气温度：ts=293K

排气压力：Pd=6.9MPa(绝对压力) 二、 热力计算： 1、计算总压力比: 2、压力比的分配： 3、计算容积系数：

查《工程热力学》（第四版）沈维道主编，得： 20℃，0.5MPa 时，天然气3195.17015

.12451

.211===

Cv Cp k ; 30℃,1.8575MPa 时，天然气35.17015

.13471

.222===Cv Cp k ； 50℃，6.9MPa 时，天然气46.18231

.16706

.233===

Cv Cp k 。

所以可以大致取值：

第Ⅰ级压缩过程，绝热指数34.11=k ； 第Ⅱ级压缩过程，绝热指数46.12=k 。

查《往复活塞压缩机》郁永章主编，P31，表1-2算得： 第Ⅰ级压缩过程，膨胀指数255.11=m ； 第Ⅱ级压缩过程，膨胀指数352.12=m 。

据《往复活塞压缩机》郁永章主编，P29内容可取： 第Ⅰ级压缩过程，相对余隙容积14.01=α； 第Ⅱ级压缩过程，相对余隙容积16.02=α。 由公式：)1(11--=m

v εαλ，得： 第Ⅰ级压缩过程，容积系数742.0=v λ； 第Ⅱ级压缩过程，容积系数738.0=v λ。 4、确定压力系数：

由于各级因为弹簧力相对气体压力要小的多，压力系数p λ在0.98——1.0之间。故取：

第Ⅰ级压力系数99.01=p λ； 第Ⅱ级压力系数0.12=p λ。 5、确定温度系数：

查《往复活塞压缩机》郁永章主编，P32，图1-23. 由于所设计的压缩机为水冷式压缩机，且天然气成分多为小 绝热指数的多原子气体。故查表在Ⅰ区中查。查得： 第Ⅰ级压缩过程，温度系数95.01=T λ； 第Ⅱ级压缩过程，温度系数95.02=T λ。

6、计算泄漏系数：

据《往复活塞压缩机》郁永章主编，P47内容，可查得如下表格：

项目 相对 泄漏值

级 次 第一级 第二级

气阀

一级 0.02 0.02 二级

活塞环 一级

0.006 0.006 二级

填料 一级

0.0012 0.0018 0.0018 二级

总相对泄漏量

0.029 0.0278

0.9718

0.9730

7、计算析水系数：

因进入第二级前气体压力为Pa P 62108575.1⨯=，设冷却后气体温度为C t ︒=352。由《往复活塞压缩机》郁永章主编，P318附录表2，查得20℃时的饱和蒸汽压Pa P s 23371=；35℃时的饱和蒸汽压Pa P s 56222=.故211s s P P >εϕ，有水分析出。第二级的析水系数为： 8、计算气缸的工作容积：

第Ⅰ级气缸的工作容积： 第Ⅱ级气缸的工作容积： =

973

.095.00.1738.09993

.0303308715.3137515⨯⨯⨯⨯

⨯⨯ =0.0163m

9、确定缸径及实际工作容积：

已知n=375rpm,行程S=300mm,得活塞平均速度： 取活塞杆直径d=30mm 。 由于S d D S D V h ⋅-+⋅=)(4

14

1221211ππ

得：

圆整成：mm D 3551=

圆整后的实际行程容积：3'105915.0m V h = 圆整成：mm D 1852=

圆整后的实际行程容积：3'101591.0m V h = 10、调整余隙容积：

可以用调整相对余隙容积的办法，维持压力比不变。即第一级气缸直径增大了，相对余隙容积也相应增大，使吸进的气量不变；第二级气缸直径缩小了，相对余隙容积也缩小，使二级吸进的气量也不变。由此可得： 一级新的容积系数： 一级新的相对余隙容积： 二级新的容积系数： 二级新的相对余隙容积： 11、计算各列最大活塞力：

据《往复活塞压缩机》郁永章主编，P35,图1-27，取进排气相对压力损失： 气缸内实际进、排气压力：

轴侧和盖侧活塞面积分别为：（单位：2m ）

轴侧As 盖侧Ac 第一级 0.09827 0.09898 第二级

0.02617

0.02688

最大活塞力（以连杆受拉伸为正）：

活塞在外止点（盖侧） 活塞在内止点（轴侧）

垂直列（一级） =-127038N =125441N 水平列（二级）

=-131364N

=125344N

12、验证连杆的强度：

为了保证两级的活塞质量相等，不妨用密度大的铸铁做低压级活塞，用密度小的铝做高压级活塞。

查参考书《材料力学》知： 铝在125℃时，弹性模量为63GPa ； 铸铁在100℃时，弹性模量约为100GPa 。 低压级的活塞杆： 高压级的活塞杆：

所以所选活塞杆的强度足够。

13、计算排气温度：

由于压缩指数比膨胀指数略微大一点， 故取：

第一级压缩指数4.11=n ； 第二级压缩指数5.12=n . 第一级排气温度： 第二级排气温度：

14、计算功率：

=}1)]08.01(715.3{[4

.04

.1059.0742.010485.0603754.14

.06-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =226.324Kw

=}1)]055.01(715.3{[5

.05.1016.0738.01082.1603755.15

.06-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯