校核计算2D12-902-20对称平衡式无油润滑压缩机

长春理工大学本科生课程设计1摘要本文概述了活塞式压缩机设计计算的基本步骤，详细系统的介绍2D12-90/2-20对称平衡型无油润滑压缩机的热力计算和动力计算的基本原理及方法。压缩机的热力计算是以热力学理论为基础，根据气体的压力、容积和温度之间存在的一定关系，结合压缩机具体的工作特性和使用要求进行的。其计算目的是要求得最有利的热力参数和适宜的主要结构尺寸。本次课程设计采用常规热力计算方法亦即设计性热力计算。压缩机的动力计算是以往复压缩机的运动机构即曲柄-连杆机构为主要研究对象，分析曲柄-连杆机构的运动规律、受力情况以及对压缩机动力性能的影响。其主要内容是计算压缩机中的作用力，分析压缩机的动力平衡性能，确定压缩所需的飞轮矩，解决惯性力和惯性力矩的平衡问题。关键词：压缩机；热力计算；动力计算校核计算2D12—90/2-20对称平衡式无油润滑压缩机2目录第1章压缩机的热力计算………………………………………………………………31.1初步确定压力比及各级名义压力…………………………………………….31.2初步计算各级排气温度……………………………………………………….31.3计算各级排气系数…………………………………………………………….41.4计算各级凝析系数及抽加气系数…………………………………………….61.5初步计算各级气缸行程积…………………………………………………….81.6确定活塞杆直径……………………………………………………………….81.7计算各级气缸直径…………………………………………………………...101.8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…………101.9按修正后的名义压力考虑压力损失后计算缸内实际压力………………...121.10根据实际压力比，计算各级实际排气温度………………………………..131.11计算缸内虽大实际气体力并核算活塞杆直径………………………….....141.12复算排气量……………………………………………………………….....151.13计算功率并选取电机……………………………………………………….161.14热力计算结果数据………………………………………………………….17第2章压缩机的动力计算……………………………………………………………..192.1运动计算……………………………………………………………………...202.2气体力计算…………………………………………………………………...202.3往复惯性力计算……………………………………………………………...212.4往复摩擦力与旋转摩擦力计算……………………………………………...222.5综合活塞力计算及综合活塞力图的绘制…………………………………...232.6切向力的计算及切向力图的绘制…………………………………………...242.7作幅度面积向量图…………………………………………………………...252.8飞轮矩的计算…………………………………………………………….......262.9分析本压缩机动力平衡性能………………………………………………...26第3章计算结果分析…………………………………………………………………..29参考文献……………………………………………………………………………….30附录…………………………………………………………………………………….31长春理工大学本科生课程设计3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1.1.1按等压力比分配原则确定各级压力比zzIIkppⅠ12(1-1)两级压缩总压力比73.01.2pp12ⅠⅡ取646.27ⅡⅠ1.1.2各级名义进、排气压力如下kkkpp12，kkpp2)1(1(1-2)表1-1各级名义进、排气压力（MPa）级次名义吸气压力P1名义排气压力P2Ⅰ0.30.79Ⅱ0.792.11.2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（1-3）介质是空气，k=1.4。计算结果如表1-2示。计算结果表明排气温度T2＜160℃，在允许使用范围内。校核计算2D12—90/2-20对称平衡式无油润滑压缩机4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CKKkk1CKⅠ403132.6461.41.320140413Ⅱ403132.6461.41.3201404131.3计算各级排气系数因为压缩机工作压力不高，介质为石油气，全部计算可按理想气体处理。由排气系数计算公式：lTpv（1-4）分别求各级的排气系数。1.3.1计算容积系数V)1(11mV（1-5）其中，多变膨胀指数m的计算按表1-3得：表1-3按等熵指数确定气缸膨胀过程等端点指数进气压力×105Pa任意k值时K=1.40时1.5m=1+0.5(k−1)1.201.5～4.0m=1+0.62(k−1)1.254.0～10m=1+0.75(k−1)1.3010～30m=1+0.88(k−1)1.3530m=k1.40长春理工大学本科生课程设计5I级多变膨胀指数mⅠ=1.25II级多变膨胀指数mⅡ=1.30则各级容积系数为：111.251(1)10.1(2.6461)0.8822IIImv111.301(1)10.12(2.6461)0.8664IIIIIImv1.3.2压力系数p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Ⅰp=0.97,Ⅱp=0.99（选择范围：Ⅰ级0.95～0.98；多级0.98～1.0）1.3.3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II-1-6查得λT在0.935～0.975范围内，可选取λTⅠ=λTⅡ=0.96。1.3.4泄漏系数λ1的计算:vil11(1-6)由于无油润滑压缩机的取值范围在0.85-0.95，且介质为空气粘度低易泄漏以下相对泄漏值vi取上限，用相对漏损法计算l：（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04.0ⅡⅠ（气阀不严密或延迟关闭的泄漏04.001.0）。（2）活塞均为双作用，无油润滑，缸径中等，压力不高。选活塞环相对泄漏值014.0vrⅠ,015.0vrⅡ（双作用气缸活塞环的泄漏015.0003.0r）。（3）因无油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值VpⅠ=0.0016，VpⅡ=0.0024（经验范围0010.0-0005.0p）。由于填料为外泄漏，需要在第I级内补足，所以第Ⅰ级相对泄漏中也包含第Ⅱ级填料的外泄漏量在内，泄漏系数的计算列入表1-4。校核计算2D12—90/2-20对称平衡式无油润滑压缩机6表1-4泄漏系数的计算泄漏部位相对泄露值Ⅰ级Ⅱ级气阀ⅡⅠ0.040.04活塞环vrⅠvrⅡ0.0140.015填料ⅠpⅡp0.00160.0024总相对泄露0.0580.0574泄露系数vil110.9450.9461.3.5各级排气系数计算结果列入表1-5表1-5各级排气系数计算结果级数VpTllTpvⅠ0.88220.970.960.9450.7763Ⅱ0.86640.990.960.9460.77901.4计算各级凝析系数及抽加气系数1.4.1计算各级凝析系数长春理工大学本科生课程设计71.4.1.1计算在级间冷却器中有无水分凝析出来查表1-6得水在40℃和40℃时的饱和蒸汽压375.7PbIkPa（40℃）表1-6饱和水蒸汽的压力与密度温度t℃饱和蒸汽压bPkPa密度stkg/m3温度t℃饱和蒸汽压bPkPa密度stkg/m300.6110.00485314.4910.0320510.6560.00519324.7530.0338120.7050.00556335.0290.0356530.7570.00595345.3180.0375840.8130.00636355.6220.0396050.8720.00680365.9400.0417260.9350.00726376.2740.0439371.0000.00775386.6240.0462381.0690.00827396.9910.0486491.1470.00882407.3750.05115101.2270.00940417.7770.05376111.3120.01001428.1980.05649121.4010.01066438.6380.05935131.4970.01134449.1000.06234141.5980.01206459.5820.06545151.7040.012824610.0850.06868161.8170.013634710.6120.07205171.9370.014474811.1620.07557182.0620.015364911.7360.07923192.1960.016305012.3350.08300202.3370.017295112.9610.08696212.4850.018335213.6130.09107222.6420.019425314.2930.09535232.8080.020575415.0020.09980242.9820.021775515.7410.1044253.1670.023045616.5100.1092263.3600.024375717.3120.1142273.5640.025765818.1460.1193283.7790.027225919.0210.1247294.0040.028756019.9170.1302304.2410.03036校核计算2D12—90/2-20对称平衡式无油润滑压缩机8而Ⅰ级进气的相对湿度由已知可得则375.7989.1571.2375.78.01bIIbIPkPapⅠⅠkPa所以在级间冷却器中必然有水分凝析出来，这时11Ⅱ.0。（2）计算各级凝析系数1ⅠⅠⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅡ111111--ppppppbb(1-7)ⅠⅡⅡⅡⅡⅠⅠⅠⅡ111111--ppppppbb39.707375.01-9.707375.01-3=0.98461.4.2抽加气系数μ0因级间无抽气，无加气，故100ⅡⅠ1.5初步计算各级气缸行程容积nVVdohIⅠⅠⅠ(1-8)11900.23190.7763500dhuuVVnⅠⅠⅠⅠm3nVTTppVdhⅠⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅡ11110(1-9)nVTTppVdhⅠⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅡ111100.984610.3313900.77900.79313500=0.0864m31.6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。因此需先估算压缩机中可能出现的最大气体力，按附表2中的数据初长春理工大学本科生课程设计9步确定活塞杆的直径。再根据相关公式确定气缸直径和最大气体力，然后校核活塞杆直径是否满足要求。1.6.1计算任一级活塞总的工作面积ZSVFhkk，（Z—同一级汽缸数）（1-10）有：ZSVFhⅠⅠ=0.23190.281=0.82821m2=8282.1cm2ZSVFhⅡⅡ=0.08640.281=0.30857m2=3085.7cm21.6.2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气压缩机的最大气体力约为21吨左右，由《过程流体机械课程设计指导书》附表2，暂选活塞杆直径d=90mm。活塞杆面积222(9.0)63.6244ddfcm1.6