往复式压缩机计算实例

过程流体机械习题及课程设计指导书1第第第第2222章章章章往复式压缩机计算实例往复式压缩机计算实例往复式压缩机计算实例往复式压缩机计算实例§2.12.12.12.1往复式压缩机校核计算实例2.1.12.1.12.1.12.1.1往复式压缩机校核计算题目往复式压缩机校核计算题目往复式压缩机校核计算题目往复式压缩机校核计算题目校核计算空气压缩机，完成压缩机的热力计算及动力计算。8103−L2.1.22.1.22.1.22.1.2已知数据已知数据已知数据已知数据1111．结构型式：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，结构8103−L简图如下：2222．工艺参数：Ⅰ级名义吸气压力：（绝），吸气温度℃MPaP1.01=Ι401=ΙTⅡ级名义排气压力：（绝），吸入温度℃MPaPII9.02=501=IIT图图图图ⅡⅡⅡⅡ-2-1-2-1-2-1-2-1空气空气空气空气压缩机结构简压缩机结构简压缩机结构简压缩机结构简8103−L图图图图第Ⅱ篇课程设计指导2排气量（Ⅰ级吸入状态）nmimVd310=空气相对湿度8.0=ϕ3333．结构参数：活塞行程：mmrS20010022=×==电机转速：nmirn450=活塞杆直径：mmd35=气缸直径：Ⅰ级，；Ⅱ级，mmD300=ΙmmDII180=相对余隙容积：，095.0=Ια098.0=IIα电动机：型，6115−JRKW75电动机与压缩机的联接：三角带传动连杆长度：mml400=运动部件质量（kg）：见表Ⅱ-2-1表表表表ⅡⅡⅡⅡ-2-1-2-1-2-1-2-1运动部件质量（运动部件质量（运动部件质量（运动部件质量（kgkgkgkg））））2.1.32.1.32.1.32.1.3核算任务及要求核算任务及要求核算任务及要求核算任务及要求1111．核算任务（1）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。（2）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。【注意】动力计算所需数据必须取自热力核算的最后结果。2222．课程设计计算书要求（1）书写清楚，有图有表；（2）所用数据要有根据及说明；（3）动力计算所得各种图表要求用计算机输出；（4）统一使用B5纸，装订成本。名称Ⅰ级Ⅱ级活塞组件25.412.5十字头组件8.28.2连杆组件13.013.0过程流体机械习题及课程设计指导书3§2.22.22.22.2往复式压缩机校核计算过程及结果2.2.12.2.12.2.12.2.1热力计算部分热力计算部分热力计算部分热力计算部分2.2.1.12.2.1.12.2.1.12.2.1.1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：zzIIkppεε==Ι12两级压缩总压力比91.09.012===ΙΠppε取39====ΠΙεεε2．各级名义进、排气压力如下：，kkkppε⋅=12()kkpp211=+表表表表ⅡⅡⅡⅡ-2-2-2-2-2-2-2-2各级名义进、排气压力（各级名义进、排气压力（各级名义进、排气压力（各级名义进、排气压力（MPMPMPMPaaaa））））2.2.1.22.2.1.22.2.1.22.2.1.2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：kkTT112−=ε介质为空气，。4.1=k计算结果如表Ⅱ-2-3所示。计算结果表明排气温度℃，在允许使1602T用范围内。表表表表ⅡⅡⅡⅡ-2-3-2-3-2-3-2-3各级名义排气温度各级名义排气温度各级名义排气温度各级名义排气温度级次名义排气压力1P名义排气压力2PⅠ0.10.3Ⅱ0.30.9级次名义吸气温度计算参数名义排气温度℃Kεkkk1−εK℃Ⅰ4031331.41.321413140Ⅱ5032331.41.321427154第Ⅱ篇课程设计指导42.2.1.32.2.1.32.2.1.32.2.1.3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：1λλλλλTPV=分别求各级的排气系数。1．计算容积系数：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=111mVεαλ其中，多变膨胀指数m的计算按表Ⅱ-1-3查得：I级多变膨胀指数mI：()()2.114.15.0115.01=−+=−+=ΙkmII级多变膨胀指数mII：()()25.114.162.01162.01=−+=−+=kmII则各级容积系数为：858.013095.01112.111=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=ΙΙΙΙmvεαλ862.013098.011125.111=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−−=IImIIIIvIIεαλ2．压力系数的选择：pλ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，。97.0=Ιpλ98.0=pIIλ3．温度系数的选取：Tλ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Ⅱ-1-6查得在0.935~0.975范围内，可选取。Tλ96.0==ΙTIITλλ4．泄漏系数的计算：1λ过程流体机械习题及课程设计指导书5∑+=iv111λ用相对漏损法计算：1λ（1）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02.0==ΙvIIvvv（2）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，005.0=Ιrv006.0=rIIv（3）因有油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值，005.0=Ιpv001.0=pIIv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Ⅱ-2-4。表表表表ⅡⅡⅡⅡ-2-4-2-4-2-4-2-4泄漏系数的计算泄漏系数的计算泄漏系数的计算泄漏系数的计算5．各级排气系数计算结果列入表Ⅱ-2-5表表表表ⅡⅡⅡⅡ-2-5-2-5-2-5-2-5各级排气系数计算结果各级排气系数计算结果各级排气系数计算结果各级排气系数计算结果漏损部位相对泄漏值Ⅰ级Ⅱ级气阀vIIvvvΙ0.020.02活塞环rIIrvvΙ0.0050.006填料pIIpvvΙ0.00050.0010.001总相对泄漏∑v0.02650.027泄漏系数∑+=Ιiv11λ0.9740.973级数λvλpλTlλλλλλλlTpv=Ι0.8580.970.960.9740.778Ⅱ0.8620.980.960.9730.789第Ⅱ篇课程设计指导62.2.1.42.2.1.42.2.1.42.2.1.4计算各级凝析系数及抽加气系数1．计算各级凝析系数（1）计算在级间冷却器中有无水分凝析出来查表Ⅱ-1-5得水在40℃和50℃时的饱和蒸汽压(40℃)kPapb375.7=Ι(50℃)kPapbII335.12=则kPaPkPapbIIb335.127.173375.78.011==××=ΙΙεϕ所以在级间冷却器中必然有水分凝析出来，这时。11=ϕII（2）计算各级凝析系数．1=Ιφµ981.01312335.01307375.08.01111111=⋅×−×−=⋅⋅−⋅−=ΙΙΙΙPPPPPPIIbIIIIIIbIIϕϕµφ2．抽加气系数oµ因级间无抽气，无加气，故1==ΙoIIoµµ2.2.1.52.2.1.52.2.1.52.2.1.5初步计算各级气缸行程容积3102856.045010778.011mnVVdoIIh=××=⋅⋅=Ιλµµφ3111100953.04501031332331789.01981.0mnVTTPPVdIIIIIIoIIIIhII=⋅⋅⋅×=⋅⋅⋅⋅=ΙΙλµµφ2.2.1.62.2.1.62.2.1.62.2.1.6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过程流体机械习题及课程设计指导书7，（—同一级气缸数）有：ZSVFhkK⋅=Z22225.47604765.012.000953.01430143.012.002856.0cmmZSVFcmmZSVFIIIIh==×=⋅===×=⋅=ΙΙ2．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1.5吨左右，由附录2，暂选活塞杆直径d=35mm。活塞杆面积()22262.95.344cmdfd===ππ3．非贯穿活塞杆双作用活塞面积的计算盖侧活塞工作面积()dkgfFF+=21轴侧活塞工作面积()dkzfFF−=21Ⅰ级：()()()()2271062.91430212172062.914302121cmfFFcmfFFdzdIg=−=−==+=+=ΙΙΙⅡ级：()()()()2223362.95.476212124362.95.4762121cmfFFcmfFFdIIzIIdIIgII=−=−==+=+=4．计算活塞上所受气体力（1）第一列（第Ⅰ级）：外止点：NFPFPPgZ145001072010310710101454521−=×××−×××=⋅−⋅=−−ΙΙΙΙΙ外内止点：第Ⅱ篇课程设计指导8NFPFPPgZ141001072010110710103454512=×××−×××=⋅−⋅=−−ΙΙΙΙΙ内（2）第二列（第Ⅱ级）：外止点：NFPFPPgIIIIZIIIIII148801024310910233103454521−=×××−×××=⋅−⋅=−−外内止点：NFPFPPgIIIIZIIIIII136801024310310233109454512=×××−×××=⋅−⋅=−−内由以上计算可知，第二列的气体力最大，为-14880N，约合1.5吨。由附表2可知，若选取活塞杆直径是可以的，但考虑留有余地，取mmd30=。mmd35=2.2.1.72.2.1.72.2.1.72.2.1.7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：222dSZVDhkK+=πmdSZVDhII303.02035.012.014.302856.022222=+×××=+=πmdSZVDhIIII176.02035.012.014.300953.022222=+×××=+=π2．确定各级气缸直径根据查表Ⅱ-1-6，将计算缸径圆整为公称直径：；mmDI300=mmDII180=2.2.1.82.2.1.82.2.1.82.2.1.8计算气缸直径圆整后的实际行程容积，各级名义压力及压力比1．计算各级实际行程容积'hV非贯穿活塞杆直径双作用气缸行程容积：ZSdDVkhk⋅⋅−=)2(422'π过程流体机械习题及课程设计指导书932222'028.012.0)035.03.02(4)2(4mZSdDVh=××−×=⋅⋅−=ΙΙππ32222'01.012.0)035.018.02(4)2(4mZSdDVIIhII=××−×=⋅⋅−=ππ2．各级名义压力及压力比因各级实际行程容积与计算行程容积不同，各级名义压力及压力比'hkVhkV必然变化。各级进、排气压力修正系数及分别为：kβ1+kβ（1）各级进气压力修正系数：''hkhkhhkVVVV⋅=ΙΙβ1''=⋅=ΙΙΙΙhhhhIVVVVβ93.001.000953.002856.0028.0''=⋅=⋅=ΙΙCChhhhIIVVVVβ（2）各级排气压力修正系数：')1()1('1++ΙΙ+⋅=khkhhhkVVVVβ93.001.000953.002856.0028.0')1()1('1=⋅=⋅=++ΙΙ+IhIhhhIVVVVβ12'2')1()1('1==⋅=++ΙΙ+IIIIIIhIIhhhIIPPVVVVβ（3）修正后各级名义压力及压力比kkkPP1'1⋅=βkkkPP21'2⋅=+β'1'2'kkPP=ε计算结果列入表Ⅱ-2-6。第Ⅱ篇课程设计