活塞式压缩机设计说明样本.docx

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活塞式压缩机设计说明样本

活塞式压缩机的设计说明

姓名：

班级：

学号

指导老师:

1.题目:

复算19WY-9/150型氢氮气压缩机在当前操作条件下的各级压力、排气温度、排气量、功率，作出计算示功图、切向力图.活塞力图、标明最大活塞力与切向力，核算配用电机功率是否适当？

2.19WY-9/150型氢氮气压缩机简介

19WY-9/150型氢氮气压缩机杲我省投产3000吨小型化肥厂的氮氢气压缩机，二列之间为飞轮，由电机经过三角皮带拖动。

压缩机为卧式、两列、门型.四线压缩。

原料（半水煤气）经脱硫后进入I级，经I级压缩后送去变换、水洗.碳化，碳化后为碳化气。

碳化气返回II级、III、IV级压缩后去洗铜、合成。

19WY—9/150爪缩机示总:

图

3.当前操作条件与有关数据

（1）操作条件：

吸气压力:

0.15MPq（绝）

排气压力：

16.0MPa（绝）

I级出□与II级进□压力差为P=0.09MPa

吸气温度：

级

Ts（aC）

I级进□相对湿度=1

（2）气体组成

组分

CO2

CH4

半水煤气

0.21

039

0.12

0.26

0.005

0.0045

0.0105

碳化气

0.237

0.709

0.005

0.029

0.003

0.005

0.012

（3）有关数据：

活塞行程:

S=310mm,活塞杆直径d=60mm

转速:

n=209rpm,连杆长度l=700mm;

I>IV列超前II.Ill列90度

往复运动件重量:

I-IV列210.9kg;II-III列193.7kg

级

直径D

340

210

135

相对余隙a

0.065

0.15

0.16

0.1

抽气系数p

0.89

飞轮矩GD2为471.0kgm2,配用电机额定功率：

155kwo

设计计算

一・计算各级的行程容积。

I级:

VS1=-（D?

-D4+D7-d2）S=-x（0.342x2-0.0652-0.062）x0.3144

=0.05439m3

II级:

=0.01704m3

III级:

Vs厂沦一Qs詣x（0.歸一0.062）X0.3】

=0.00356m3

IV级:

JTQJTQ

=4D"S=4xO-065^xo.31=O.00103m3

二计算各级名义压力和名义压力比

已知

Psl=0.15MPaPd4=16MPa

pslvsl_Ps2Vs2

TslTs2

“PsiVs1Ts20.15X0.05439X308八

P2=si吴冬==0.4867MPa

-TsiVs20.01704x303

Pdl=Ps2+0.09=0.5767MPa

三排气温度

1•绝热指数计算

首先需算出各气体的绝热指数，查《活塞式压缩机》附表1常见

气体物理性质得：

温度的影响，可把k看做杲常数。

混合气体的k值计算式为：

占二》占。

对于半水煤气来说

=2.5652

k=1.3898

同理对碳化气有:

=2.4627k=1.4061

所旳二1.3898k?

二kg二k#二1.4061]

2计算排气温度

由式几丸（普十卡忖可得

111.3898-1

叫_1

Tdl=TsWi〒=303x3.845L3898=442.07K

i1.4061-1

kn-1

Td2=TS2^X~=308x4.864k4（）61=486.37K；~~'1.4061-1

k3-1

Td3=Ts3£3^7=313X3.456k4061=447.81K

k.-l沁巴

Td4=Ts4%飞—=313x1.955-4061=379.87K

级次

吸气温度

排气温度

压力比

T.CK）

Td（K）

303

442.07

3.845

308

486.37

4.864

III

313

447.81

3.456

313

379.87

1.955

四第一次精度计算

1各级容积系数

1根据《过程流体机械》表2J计算膨胀指数m得：

Psl=1.5bar

mi=1+0.5（坷—1）=1+0.5（1.3898—1）=1.1949

Ps2=4.867bar

m2=1+0.75（k2-1）=1+0.75（1.4061-1）=1.3046

J_]

xv2=1-Ci2（g『-1）=1-0.15（4.8641-3046-1）=0.6457

xv3=1-。

3（£孑-1）=1-0.16（3.4503574_1）=0.7611

±]

Xv4=1-a4（^-1）=1-0.1（1.9551-4061-1）=0.9389

2计算工况系数C和精度B

Ci=\iVsi

R=JP」n

Cl=XvlVsl=0.8644X0.05439=0.04701

精度不达标进行第一次复算五第一次复算

1.计算各级进出□压力

由式说i=|pSi（l+咅）计算各级压力

Psi=Psi=0.15MPa

Ps2=—Ps2（l+产）

=0.5X0.4867（1+0,°1,0-）0.03946

=0.5333MPa

1「

Ps3=—Ps3（」+汁）

=0・5x2・3673（1+

0.04701、

0.04651

=2・3800MPa

Ps4

—Ps4（l+

=0・5x8・1822（1+

0・04701）

0.05738,

=7.4428MPa

Pdl=Ps2+0.09=0.6233MPa

pj2=Ps3=2・38OOMP&

Pd3=Ps4=7・4428MP&

2计算各级压力比

_pdlPsi

0.6233

0.15

4.155

_Pd2

2.3800

4.4628

P；2

0.5333

7.4428

3.1272

P；3

2.3800

_P&l

2.1497

Ps4

7.4428

3确定膨胀系数

根据《过程流体机械》表2J计算膨胀指数回得:

P；1=1・5bar

mJ=1+0.5（k]-1）=1+0.5（1.3898-1）=1.1949=叫

P；2=5・333bar

n）2=1+0.75（k2—1）=1+0.75（1.4061—1）=1.3046=

P；3=23.SOObar

m3=1+0・88（k3-1）=1+0.88（1.4061-1）=1.3574=m3

Ps4=74.428bar

m；|=妬=加4=1.4061

4计算容积系数X>l-a（£^-l）

儿1=1一（i]（—-1）=1-0.065（4.1551-1949-1）=0.8509

1—i—

儿2=1-七（巧工-1）=1-0.15（4.46281-3046-1）=0.6779

1—I—

儿3=1-七（码石一1）=1-0・16（3.1272】・3574-1）=0.7894丄

儿4=1-口4（%丁-1）=1-0.1（2.14971-4061-1）=0.9276

5计算工况系数団和精度画

Cj=X；rlVsl=0.8509X0.05439=0.04628

°・6""9x0.01704=0.04540

0.89

3030.7894

3130.89

7.4428303

0.15313

0.9276

0.89

x0.00103=0.05156

Cmin

^max

0.04540

0.05156

=0.88<0.97

精度不达标进行第二次复算

六第二次复算

重复第一次复算步骤，列出计算结果如下表

级

III

进气圧力园

0.15

0.5384

2.3255

7.0617

排气汗力园

0.6284

2.3255

7.0167

压力比因

4.1893

4.3193

3.0366

2.2657

容积系数园

0.8494

0.6896

0.7973

0.9211

工况常数

0.04620

0.04662

0.04786

0.04858

精度圆

0.95<0.97

七第三次复算

重复第一次复算步骤，列出计算结果如下表

级

III

进气压力囤

0.15

0.5383

2.2852

6.889

排气压力囤

0.6283

2.2852

6.889

压力比EI

4.1887

4.2452

3.0146

2.3225

容积系数目

0.8495

0.6957

0.7993

0.9179

工况常数E1

0.04620

0.04702

0.04715

0.04723

精度或

0.98>0.97

八修正排气温度

k-1k-l

由式

Td=Ts（鲁）k=TsJ

可得

1.3898-1

Tdl=Tslexki=303x4.18871-3898=452.81K

k.-lIE-1

Td2二Ts2e2k：

=308x4.2452L4061二467.62K

k3-l—061-1

Td3二Ts3£3k,=313x3.0146^4061=430.48K

「I1.4061-1

Td4=Ts4e4=313x2.3225L4061=399.24K

级次

吸气温度

排气温度

压力比

Z（K）

Td（K）

303

452.81

4.1887

308

467.62

4.2452

III

313

430.48

3.0146

313

399.24

2.3225

九排气量计算

1容积系数

入V1=0.8495

入辺=0.6957

入咼=0.7993

入=0-9179

2确定压力系数

对于第一级，压力系数可取为0.95〜0.9&故取|血=0.97|；

对于其余各级，压力系数可取为0.98-1,故取|考乡却二

3确定温度系数

根据各级压力比，查《过程流体机械》图2J2可得:

4=4.1887

■

e2=4.2452

•

£3=3.0146

£4=2.3225

Xtl=0.94

\2：

=0・94

xt3=0.95

't4=°・95

4确定泄露系数

对于泄露系数的选取，有如下规则：

对于不严密，延迟关闭的阀门：

卜H刊;对于单作用式气缸的活塞环：

卜

对于双作用式气缸的活塞环：

卜活;对于填料協为级次。

泄露系数计算表

级次

气阀

0.02

活塞环

0.009

0.03

填料

0.0005

0.0010

0.0015

0.0020

总相对泄漏量

0.0340

0.0335

0.0535

0.052

泄露系数已

0.9671

0.9676

0.9492

0.9506

5综上而且将结果列表如下

级次

行程容积

容积系数

阳

压力系数

温度系数

泄露系数

转速

n（r/min）

0.05439

0.8495

0.97

0.94

0.9671

0.01704

0.6957

0.99

0.94

0.9676

III

0.00356

0.7993

0.99

0.95

0.9492

209

0.00103

0.9179

0.99

0.95

0.9506

6计算排气量

由式区=V入入禹兀九訶,并代入上表数据可得

qvl=8.5153m/minqv2=2.2310m3/minqv3=0.5309m3/minqv4=0.1767m3/min

十计算功率并核算电机功率是否适当

1计算各级指示功率和总指示功率

①计算相对压力损失

根据各级逬排气压力，查《过程流体机械》图2-14可得:

psl=0.15MPa,6sl=6.4%;pdl=0.6283MPa,«dl=9.6%

ps2=0.5383MPa,6s2=4.4%;pd2=2.2852MPa,«d2=6.6%

ps3=2.2852MPa,6s3=2.6%;pd3=6.889MPa,8d3=4.8%

Ps4=6.889MPa.,&s4—2%;pd4=16MPa,§d4=3.8%

51='si+51=1&°%

S02=*2+Sd2二11・°%

&03=$s3+（<）d3=7・4%

§04—§s4+'d4=5・8%

②计算实际循环指示功率

nj-1

由公式

n1=0.97k1

詈-0.064）X0.15X0.8495x0.05439x忌需爸

1・3898x0.97-1

x[4.1887x（1+0.16）1-3898x0-97一1]x103=293.36kW

（1-0.044）x0.5383x0.6957x0.01704x_l^

1・4061-1

x[4.2452x（1+0.11）1-4061一1]x103=248.34kW

（1-0.026）x2.2852x0.7993x0.00356x

1.4061-1

x[3.0146x（1+0.074）1-4061-1]x103=158.69kW

（1-0.02）X6.889X0.9179X0.00103

1.4061-1

x[2.3225x（1+0.058）1-4061-1]x103=104.74kW

总指示功率Nd=Nld+N2d+N3d+N4d=805.13kW

2计算轴功率

取机械效率阮=0&|则轴功率

3计算驱动机功率

取传动效率久=OS则驱动机功率

考虑到实际运行当中压缩机会受到载荷波动，气体泄漏等因素影响，会引起功率的增加，驱动机因留有齐画的储备功率,故所选用压缩机的功率为鸟90.38kW-1084.70kW|,取压缩机功率为1100RW,而配用电机额定功率为155RW,故不适当。

十示功图绘制

示功图及压力指示图是压缩机循环过程在P-V图上的表示，从图中可反映出循环的功耗。

在作示功图时，可将膨胀变压和压缩变压过程可看做杲绝热膨胀和压缩过程，其体积和压力之间存在着关系式：

PM，c为常数。

对于1,11,III,IV级汽缸，其相关参数列表如下:

级次

III

行程容积囤

0.05439

0.01704

0.00356

0.00103

相对余隙容积

0.065

0.15

0.16

0」

余隙容积

0.003535

0.002556

0.0005696

0.000103

匕=Q必

容积系数囚

0.8495

0.6957

0.7993

0.9179

匕严人匕

0.04620

0.01185

0.002846

0.0009454

绝热指数回

1.3898

1.4061

%=匕+匕

0.05793

0.01960

0.00413

0.00113

0.0207

0.00701

0.0019

0.00062

0.003535

0.002556

0.0005696

0.000103

V4=Vr+Vv-VJ1

0.01173

0.007746

0.001284

0.000188

利用Matlab画出示功图，图及程序如下：

第一级：

»x1=0.01173:

0.00001:

0.05793;

»yl=0.15;

»x2=0.0207:

0.00001:

0.05793;

»y2=0.15*0.05793A1.389&*x2.A（-1.3898）;

»x3=0.003535:

0.00001:

0.0207;

»y3=0.6283;

»x4=0.003535:

0.00001:

0.01173;

»y4=0.6283*0.003535A1.3898.*x4.A（-1.3898）;

»plot（x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4）

第二级：

»X1=0.007646:

0.00001:

0.01960;

»yl=0.5383;

»x2=0.00701:

0.00001:

0.01960;

»y2=0.5383*0.01960A1.406l.*x2.A（-1.4061）;

»x3=0.002556:

0.00001:

0.00701;

»y3=2.2852;

»x4=0.002556:

0.00001:

0.007746;

»y4=2.2852*0.002556A1.406l.*x4.A（-1.4061）;

»plot（x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4）

第三级：

»x1=0.001284:

0.00001:

0.00413;

»y1=2.2852

»x2=0.0019:

0.00001:

0.00413;

»y2=2.2852*0.00413A1.406l.*x2.A（-1.4061）;

»x3=0.0005696:

0.00001:

0.0019;

»y3=6.889;

»x4=0.0005696:

0.00001:

0.001284;

»y4=6.889*0.0005696A1.406l.*x4.A（-1.4061）;

»plot（x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4）

第四级：

»x1=0.000188:

0.00001:

0.00113;

»yl=6.889;

»x2=0.00062:

0.00000001:

0.00113;

»y2=6.889*0.00113A1.406l.*x2.A（-1.4061）;

»x3=0.000103:

0.00001:

0.00062;

»y3=16；

»x4=0.000103:

0.00000001:

0.000188;

»y4=16*0.000103A1.406l.*x4.A（-1.4061）;

»plot（x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4）

十一综合活塞力的计算

综合活塞力为活塞中的气体力.往复惯性力和往复摩擦力的代数和

1气体力计算

①确定盖侧面积區0和轴侧面积座

AG1=彳（Df—D[）=令（0.342_o.O652）=0.08747b?

AZ1=晋（Df-d2）=扌（0.342_o.O62）=0.08796nr

AG9=_d?

=-x0.2]2=0.03464nr

G-4-4

Az?

=£（D¥_D孑）=^（0.212-0.1352）=0.02032m?

Ag3=0

AZ3=f（D孑-d2）=^（0.1352-0.052）=0.01149nr

Ag4=fxD：

=000332b?

Az4=°

②活塞运动分析

活塞的位移公式为：

X=川（1-cos&）+2（1-Jl-^sin。

'）]

活塞的加速度为：

d=s"cos0+；lcos2&）

式中:

155

700

=0.2214,cd=

2兀x209

=21.89rad/s

其中I-IV列运动的角度为回,II-III列为0,|且畑+90,

以II-III列为例，则盖侧对应于气缸容积的活塞当量位移:

轴侧对应于气缸容积的活塞当量位移:

x込=r[（l+cosd）-丄（1-\I\-Arsin2

3计算任意过程中的某处压力

膨胀过程：

吸气过程：

|瓦=Ps

z5+5.、k

压缩过程:

排气过程：

|“=几

其中余隙容积的当量行程區三空

4i-iv列气体力计算

盖侧气体力计算

膨胀过程：

F=~CAG1-Pdl（—N+AG1-Pd4（—戶]

Scj+X]Sc4+X4

=-[0.08747x0.6283x103x（310—.065）1.3S9S

310x0.065+155x[1-cos0+4.5161x（1-yjl一0.04903xsin20）]

+0.00332x16x103x（込竺）1.1061]

310x0・1+

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