课程设计（论文）压缩机设计.doc

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1、目 录第1章 压缩机的热力计算11.1 初步确定压力比及各级名义压力11.2 初步计算各级排气温度21.3 计算各级排气系数31.4 计算各级凝析系数及抽加气系数41.5 初步计算各级气缸行程容积51.6 确定活塞杆直径51.7 计算各级气缸直径71.8 计算气缸直径圆整后实际行程容积，各级名义压力及压力比71.9 按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力81.10 根据实际压力比，计算各级实际排气温度91.11 计算缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径91.12 复算排气量101.13 计算功率，选取电机111.14 热力计算结果数据12第2章 压缩机的动力计算132.1 运动计算13

2、2.2 气体力计算142.3 往复惯性力计算152.4 摩擦力的计算162.5 综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制172.6 切向力的计算及切向力图的绘制172.7 作幅度面积向量图182.8 飞轮矩的计算182.9 分析本压缩机动力平衡性能19第3章 计算结果分析35参考文献36第1章 压缩机的热力计算1.1 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：，表1.1 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P20.140.4880.4881.71.2 初步计算各级排气温度按绝热过程考虑，各级排气

3、温度可用下式求解：介质为空气，k=1.4。计算结果如表1.2所示。计算结果表明排气温度T2160，在允许使用范围内。表1.2 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KkK182913.4851.41.427415.3140303033.4851.41.427432.41541.3 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-1-31查得：I级多变膨胀指数m：级多变膨胀指数m：则各级容积系数为：2. 压力系数p的选择： 考虑到用环状阀，气阀弹簧力中等，吸

4、气管中压力波动不大，两级压力差也不大，可选取p=0.97，p=0.98。3. 温度系数T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1-61查得T在0.95-0.90范围内，可选取T=T=0.94。4. 泄漏系数1的计算：用相对漏损法计算1：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vv=vv=0.02b. 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vr=0.007，vr=0.008c. 因有油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值 vp=0.0005，vp=0.001由于填料为外泄漏，需在第级内补足，所以第级相对泄漏中也包括

5、第级填料的外泄漏量在内，泄漏系数的计算列入表1.3。表1.3 泄漏系数的计算泄损部位相对泄漏值级级气阀vv0.02 vv0.02活塞环vr0.007vr0.008填料vp0.0001vp0.0020.002总相对泄漏v0.030.03泄漏系数I=1/(1+vi)0.9710.9715. 各级排气系数计算结果列入表1.4。表1.4 各级排气系数计算结果级数vpTl=vpTl0.8630.970.940.9710.7640.8370.980.940.9710.7491.4 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-1-51得水在35和40时的饱

6、和蒸汽压:kPa（35）kPa（40） 则:kPakPa所以在级间冷却器中必然有水分凝析出来，这时1=1。b. 计算各级凝析系数2. 抽加气系数o因级间无抽气，无加气，故 o=o=11.5 初步计算各级气缸行程容积m3m31.6 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-同一级气缸数）有：m2cm2m2cm22. 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

7、气体力约为1.8吨左右，由附录21，暂选活塞杆直径d=35mm。活塞杆面积 cm23. 非贯穿活塞杆双作用活塞面积的计算盖侧活塞工作面积:轴侧活塞工作面积: 级： cm2cm2 级： cm2cm24. 计算活塞上所受气体力a. 第一列（第级）：外止点： N内止点： Nb. 第二列（第II级）：外止点： N内止点： N 由以上计算可知，第二列的气体力最大，为-17920N，约合1.8吨。由附表21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。1.7 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：mm2. 确定各级气缸直径根据查表-1-61，将计算缸径

8、圆整为公称直径：D=710mm； D=390mm1.8 计算气缸直径圆整后实际行程容积，各级名义压力及压力比1. 计算各级实际行程容积Vh 非贯穿活塞杆直径双作用气缸行程容积：m3m32. 各级名义压力及压力比因各级实际行程容积Vhk与计算行程容积Vhk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k及k+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:计算结果列入表1.5。表1.5 气缸直径圆整后的实际行程容积，各级名义压力及压力比级 次计算行程容积Vhk m30.18470.0561实际行程容积Vhk m30.18840.0

9、558修正系数k=VhIVhk / (VhIVhk)11.026k+1=VhIVh(k+1)/(VhIVh(k+1)1.0261名义吸气压力（MPa）P1k0.140.488P1k=kP1k0.140.501名义排气压力（MPa）P2k0.4881.7P2k=k+1P2k0.3961.7修正后名义压力比=P2k/P1k3.5793.391.9 按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力缸内实际压力：，由图-1-101，查得s，d，计算各级气缸内实际压力，结果见下表。表1.6 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-S1+d缸内实际压力(MPa)实际压力比

10、P1P2SdPSPd=Pd/PS0.140.5010.0650.1150.9351.1150.13090.55864.270.5011.70.0430.0710.9571.0710.47951.8213.801.10 根据实际压力比，计算各级实际排气温度按k=1.4和m=1.085两种情况计算，计算结果见下表。从中可以看出，按k=1.3计算出的排气温度超过了160的允许范围，但实际测出的排气温度接近多变压缩m=1.3的结果，认为在允许的范围内。表1.7 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k=1.4m=1.085()(K)(k-1)/kT2(K)T2()(m-1)/mT2(

11、K)T2()182914.271.515440.9167.91.398496.8133.8303033.801.465443.9170.901.361412.4139.81.11 计算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. 第列(第级)a. 活塞面积盖侧：m2轴侧：m2b. 压力:PaPac. 气体力:外止点： N内止点: N2. 第列(第级)a. 活塞面积盖侧：m2轴侧：m2b. 压力PaPac. 气体力外止点： N内止点： N 由以上计算表明，最大气体力在第列外止点（-146011.6N），约为13

12、7.0吨，没有超过活塞杆的允许值，可用。1.12 复算排气量气缸直径圆整后，压力比发生变化，引起容积系数相应的变化。 如其它系数不变，则排气系数为：经上述修正后的排气量为：m3/min计算结果与题目要求接近，说明所选用的气缸是合适的。1.13 计算功率，选取电机1. 计算各级指示功率 KW KW2. 整机总指示功率：KW3. 轴功率Nz：因本机为中型压缩机，取机械效率m=0.92，则：KW4. 所需电机功率：因本机是齿轮箱传动，取传动效率e=0.99，则：KW 实际本机选用JB500-12型隔爆异步电动机，功率为500KW是够的，说明以上计算可用。1.14 热力计算结果数据1. 各级名义，实际

13、压力及压力比见下表 表1.8 各级名义、实际压力及压力比级次名义压力(MPa)实际压力(MPa)P1P2PSPd0.140.4883.4850.13090.55864.270.4881.73.4850.47951.8213.82. 各级实际排气温度: T2=406.8K 或 T2=133.8 T2=412.4K 或 T2=139.83. 气缸直径:D=710mmD=390mm4. 气缸行程容积:Vh=0.1884m3Vh=0.05579m35. 实际排气量: Vd=9.96m3/min6. 活塞上最大气体力: Pmax=P外=-146011.6N7. 电动机功率: Ne=500KW8. 活塞杆

14、直径：d=90mm第2章 压缩机的动力计算动力计算部分需使用热力计算部分所得结果，现将动力计算已知数据汇总见表2.1。表2.1 动力计算已知数据级 次活塞面积(m2)Fg0.37370.1075Fz0.36990.0244压力(MPa)吸入P10.140.448Ps0.13090.4795排出P20.4881.7Pd0.55861.821温度吸入ts()1830Ts(K)291303排出td()133.8139.8Td(K)406.8412.4相对余隙容积0.0750.095行程(mm)S240240余隙容积折合行程(cm)S0=S1.82.28指示功率(kW)Ni219.33201.78轴功

15、率(kW)Nz457.72机械效率m0.92转速(r/min)n496连杆长(mm)l4802.1 运动计算1. 作x-，c-，a-运动曲线图：mmm/s m/s22. 位移：盖侧：轴侧： 速度：加速度: 每隔10按上述计算xg、xz、c、a，将结果列入表2.2中，其中是第列及第列本列的曲柄转角，两者结果一样，故共用一个表。3. 由表2.2中值描点连线作出曲线图如图2.1。作图比例尺：mx=40mm/cm， mc=1m/s/cmma=40m/s2/cm， ma=20/cm2.2 气体力计算用列表计算法作各级气缸指示图及气体力展开图。1. 各过程压力：膨胀过程: 进气过程: 压缩过程: 排气过程

16、: 本机属于中型压缩机，取m=m=1.4，xi是活塞位移，用运动计算中各点的位移值。因本机为双作用活塞，盖侧气体力与轴侧气体力应分别列表计算。2. 气体力：盖侧：g轴侧：对双作用活塞盖侧与轴侧气体力应分别计算，然后将同一转角时两侧气体力合成。 气体力符号规定：轴侧气体力使活塞杆受拉，为正；盖侧气体力使活塞杆受压，为负。3. 将计算结果列入表中：级盖侧气体力列入表2.3，级轴侧气体力列入表2.4，级盖侧气体力列入表2.5，级轴侧气体力列入表2.6，合成气体力列入表2.7。4. 作各级气缸指示图：用活塞行程为横坐标，以气体力为纵坐标，将表中的数据在坐标上描点连线即成，级气缸指示图如图2.2，级气缸

17、指示图如图2.3。作图比例尺：mx=1cm/cm， mp=2kN/cm5. 作气体力展开图： 以曲柄转角为横坐标，以气体力为纵坐标，将指示图展开。轴侧气体力为正，绘在横坐标上，盖侧气体力为负，绘在横坐标以下，并将合成气体力绘出，级气缸气体力展开图如图2.4，级气缸气体力展开图如图2.5。 作图比例尺： ma=20/cm， mp=4kN/cm2.3 往复惯性力计算1. 往复运动质量的计算 连杆质量：kg 取小头折算质量：kg 级活塞组件及十字头组件质量：kg 级活塞组件及十字头组件质量：kg 于是得到各级往复运动质量：kgkg2. 活塞加速度 加速度值由运动计算已知。3. 计算各级往复惯性力：计

18、算结果列入表2.8。关于惯性力的符号规定：以使活塞杆受拉为正，受压为负，这一规定恰好和惯性力与加速度方向相反的规定一致。2.4 摩擦力的计算往复摩擦力与旋转摩擦力分别计算如下：1. 往复摩擦力的计算 取往复摩擦力为总摩擦力的70 级往复摩擦力:N级往复摩擦力：N关于往复摩擦力的符号规定：a. 仍以使活塞杆受拉为正，受压为负。b. 在00-1800 之间为向轴行程，摩擦力使活塞杆受拉，定为正； 在1800-3600 之间为向盖行程，摩擦力使活塞杆受压，定为负。2. 旋转摩擦力的计算 旋转摩擦力为总摩擦力的30N2.5 综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制1. 将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成就

19、得到综合活塞力P 计算结果列入表2.9、表2.10。 活塞力P是随着曲柄转角而变化的其正负号规定同前。2. 列的综合活塞力图的绘制 将每列的气体力、往复惯性力及往复摩擦力相迭加，绘在同一比例尺的图上，就到列的综合活塞力图，横坐标为曲轴转角，纵坐标为活塞力P如图2.6、图2.7。 作图比例尺：ma=20/cm， mP=4kN/cm2.6 切向力的计算及切向力图的绘制1. 切向力的计算 计算结果列入表2.9、表2.10。2. 总切向力的计算 将、列切向力和旋转摩擦力合成就得出总切向力，合成时要注意列的相位差，列按旋转方向超前2700 ，即将列2700 时的切向力与列00 时的切向力迭加，列2800

20、时的切向力与列100时的切向力迭加，依次类推，合成结果列入表2.11。3. 作切向力图a. 横坐标为曲柄转角， 比例尺为ma=20/cm，换算为长度比例尺m/cmb. 纵坐标为切向力，比例尺：Tm=2kN/cmc. 根据切向力的计算表作切向图，如图2.84. 平均切向力的计算a. 由列表计算的切向力求平均切向力TmkNb. 由热力计算所得的轴功率计算平均切向力kNc. 计算作图误差误差没有超过5在允许的范围内。d. 将平均切向力Tm水平线画在切向力图上。2.7 作幅度面积向量图1. 用求机仪（或其它方法）求得平均切向力与总切向力曲线所包围的面积：F1=0.07cm2 , F2=8.525cm2

21、 , F3=-4.885cm2 ,F4=-1.45cm2 , F5=-2.76cm2 , F6=3.855cm2 ,F7=-1.87cm2 , F8=-1.505cm2 ,F9=-3.155cm2 2. 作幅度面积向量图将平均切向力下方的面积定为向上作向量，平均切向力上方的定为向下作向量，把所有这些向量依次首尾相接平行作出（最末一个向量的终点与第一个向量的始点在同一水平线），得到向量图上最高点与最低点间的差值fmax=12.13cm2，如图2.9。比例尺：1cm=2cm2。2.8 飞轮矩的计算1. 压缩机一转中的能量最大变化量L：Nm2. 旋转不均匀度的选取 本压缩机与电机是用三角皮带传动，由

22、表2-43取。3. 飞轮矩的计算kgm22.9 分析本压缩机动力平衡性能图2.9是L型压缩机，一列水平配置，一列垂直配置，=90，垂直列常是低压气缸，水平列为高压气缸。设两列的往复运动质量为ms。图2.9 L型压缩机惯性力平衡情况垂直列的往复惯性力：水平列的往复惯性力： 将两列的惯性力合成得：一阶惯性合力的方向角为，从图2.9看：故知：二阶惯性合力的方向角为：故知：以上表明：一阶往复惯性力的合力是个定值，方向始终沿曲柄方向外指，这样就可在曲柄的反方向加平衡质量，产生的离力惯性力Ir0，可使一阶惯性力完全平衡。二阶惯性力的合力方向总是在与垂直轴线成-450角的射线方向上，其大小呈周期性变化，故不

23、能用平衡质量加以平衡。 旋转惯性力可用平衡质量离心惯性力Ir0平衡。 由于角度式压缩机各列连杆置于同一曲柄销上，列间距很小，所以各种惯性力矩很小，可忽略不计。表2-2 活塞位移、速度、加速度计算表曲柄转角（）活塞位移活塞速度活塞加速度曲柄转角（）00.00 0.00 1.76 1.76 01022.22 1.79 1.76 42.55 102063.28 22.23 1.76 121.96 203092.17 44.51 1.76 179.97 304075.47 65.51 1.76 179.18 405069.79 84.59 1.76 137.00 506057.02 64.39 1.7

24、6 115.51 607041.81 70.35 1.76 91.25 708029.18 73.24 1.76 74.61 809023.55 73.84 1.76 75.19 90100114.92 -44.87 1.76 187.73 10011092.10 79.99 1.76 182.55 11012073.01 101.47 1.76 145.36 12013057.30 70.88 1.76 114.64 13014044.10 43.56 1.76 88.71 14015032.41 22.60 1.76 65.72 15016021.46 9.26 1.76 44.10 16

25、017010.72 2.66 1.76 22.93 1701800.00 0.00 1.76 1.76 1801903.50 18.57 1.76 7.05 19020025.24 56.92 1.76 49.23 20021047.60 86.04 1.76 93.87 21022068.43 101.95 1.76 135.71 22023066.87 65.45 1.76 153.22 23024076.90 56.73 1.76 143.05 24025083.48 47.68 1.76 155.59 25026086.04 43.67 1.76 161.04 26027085.22

26、49.88 1.76 160.83 27028083.41 71.04 1.76 40.30 28029085.13 88.68 1.76 166.88 290300126.25 70.58 1.76 229.48 30031091.82 55.57 1.76 164.46 31032060.25 42.86 1.76 105.58 32033034.93 31.54 1.76 59.29 33034017.33 20.89 1.76 28.35 3403506.64 10.44 1.76 11.06 3503600.00 0.00 1.76 1.76 360表2-3 I级气缸盖侧气体力计算表

27、曲柄转角活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力(kN)00.00 0.5586 -208.75 102.28 0.2302 -86.01 208.99 0.0800 -29.89 3019.84 0.0376 -14.04 4034.31 0.1309 -48.92 5051.75 0.1309 -48.92 6071.39 0.1309 -48.92 7092.39 0.1309 -48.92 80113.94 0.1309 -48.92 90135.24 0.1309 -48.92 100155.61 0.1309 -48.92 110174.48 0.1309 -48.92 12

28、0191.39 0.1309 -48.92 130206.02 0.1309 -48.92 140218.16 0.1309 -48.92 150227.69 0.1309 -48.92 160234.52 0.1309 -48.92 170238.63 0.1309 -48.92 180240.00 0.1309 0.1309 -48.92 190238.63 0.1317 -49.22 200234.52 0.1342 -50.15 210227.69 0.1385 -51.77 220218.16 0.1451 -54.21 230206.02 0.1543 -57.65 240191.

29、39 0.1670 -62.41 250174.48 0.1844 -68.93 260155.61 0.2085 -77.93 270135.24 0.2424 -90.58 280113.94 0.2912 -108.80 29092.39 0.3641 -136.05 30071.39 0.559 -208.75 31051.75 0.559 -208.75 32034.31 0.559 -208.75 33019.84 0.559 -208.75 3408.99 0.559 -208.75 3502.28 0.559 -208.75 3600.00 0.559 -208.75 表2-4

30、 I级气缸轴侧气体力计算表曲柄转角活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力(kN)0240.00 0.1039 39.78 10237.72 0.1050 40.19 20231.01 0.1083 41.45 30220.16 0.1140 43.66 40205.69 0.1227 46.97 50188.25 0.1349 51.66 60168.61 0.1519 58.15 70147.61 0.1752 67.07 80126.06 0.2074 79.42 90104.76 0.2528 96.79 10084.39 0.559 214.04 11065.52 0.559

31、214.04 12048.61 0.559 214.04 13033.98 0.559 214.04 14021.84 0.559 214.04 15012.31 0.559 214.04 1605.48 0.559 214.04 1701.37 0.559 214.04 1800.00 0.5586 0.559 214.04 1901.37 0.3022 115.72 2005.48 0.1227 46.97 21012.31 0.0598 22.90 22021.84 0.0342 13.09 23033.98 0.104 39.78 24048.61 0.104 39.78 25065.

32、52 0.104 39.78 26084.39 0.104 39.78 270104.76 0.104 39.78 280126.06 0.104 39.78 290147.61 0.104 39.78 300168.61 0.104 39.78 310188.25 0.104 39.78 320205.69 0.104 39.78 330220.16 0.104 39.78 340231.01 0.104 39.78 350237.72 0.104 39.78 360240.00 0.104 39.78 表2-5 II级气缸盖侧气体力计算表曲柄转角活塞位移膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体

33、力(kN)00.00 1.8210 -195.76 102.28 0.8593 -92.38 208.99 0.3215 -34.56 3019.84 0.1547 -16.63 4034.31 0.0896 -9.63 5051.75 0.488 -52.46 6071.39 0.488 -52.46 7092.39 0.488 -52.46 80113.94 0.488 -52.46 90135.24 0.488 -52.46 100155.61 0.488 -52.46 110174.48 0.488 -52.46 120191.39 0.488 -52.46 130206.02 0.4

34、88 -52.46 140218.16 0.488 -52.46 150227.69 0.488 -52.46 160234.52 0.488 -52.46 170238.63 0.488 -52.46 180240.00 0.488 0.4880 -52.46 190238.63 0.4910 -52.78 200234.52 0.5003 -53.78 210227.69 0.5164 -55.51 220218.16 0.5407 -58.12 230206.02 0.5749 -61.81 240191.39 0.6222 -66.89 250174.48 0.6871 -73.86 260155.61 0.7766 -83.48 270135.24 0.9021 -96.98 280113.94 1.0829 0.00 29092.39 1.3527 -145.42 30071.39 1.821 -195.76 31051.75 1.821 -195.76 32034.31 1.821 -195.76 33019.84 1.821 -195.76 3408.99 1.821 -195.76 3502.28 1.8