空气压缩机课程设计.docx

1、空气压缩机课程设计过程流体机械课程设计院系：指导老师:1课程设计任务 错误 ! 未定义书签。1.已知数据 错误 !未定义书签。2.课程设计任务及要求 错误 !未定义书签。2热力计算 错误 !未定义书签。1.初步确定压力比及各级名义压力 错误 !未定义书签。2.初步计算各级排气温度 错误 !未定义书签。3.计算各级排气系数 错误 !未定义书签。4.计算各级凝析系数及抽加气系数 错误 !未定义书签。5.初步计算各级气缸行程容积 错误 ! 未定义书签。6.确定活塞杆直径 错误 ! 未定义书签。7.计算各级气缸直径 错误 !未定义书签。8.实际行程容积及各级名义压力 错误 ! 未定义书签。9.计算缸内

2、实际压力 错误 !未定义书签。10.计算各级实际排气温度 错误 !未定义书签。11.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径 错误! 未定义书签12.复算排气量 错误 ! 未定义书签。13.计算功率，选取电机 错误 !未定义书签。14.热力计算结果数据 错误 !未定义书签。3动力计算 错误 !未定义书签1.第I级缸解析法2.第I级缸图解法3.第U级缸解析法4.第U级缸图解法 错误!未定义书签 错误!未定义书签 错误!未定义书签 错误!未定义书签4零部件设计 错误 ! 未定义书签1课程设计任务1.已知数据 结构型式3L-10/8空气压缩机的结构型式为二列二级双缸双作用 L型压缩机工艺参数I级名义吸气压

3、力：Pi=（绝），吸气温度Ti=40CII级名义排气压力：P2II=（绝），吸入温度T2II=50C排气量（I级吸入状态）：Vd =10 m3/min空气相对湿度：二 结构参数活塞行程： S=2r=200mm电机转速： n=450r/mi n活塞杆直径：d=35mm气缸直径：I 级，Di=300mm ; I级，Dii =180mm ;相对余隙容积：a1=， a=;电动机：JR115-6 型，75KW;电动机与压缩机的联接：三角带传动； 连杆长度：l=400mm；运动部件质量（kg）:见表2-1表2-1运动部件质量名称I级I级 1活塞组件十字头组件连杆组件2.课程设计任务及要求a.热力计算：包括

4、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。b.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。2热力计算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0(2)各级名义进、排气压力如下：2k=Plk 汰, Pl(k+1 尸P2k表2-2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P2In2.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：介质为空气，k=0计算结果如表2-3所示。计算结果表明排气温度 T2V160C，在允许

5、使用范围 内。表2-3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Kkk-1)/kKI403133413140n5032334271543.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1-3查得:I级多变膨胀指数 mi：II级多变膨胀指数mil: &则各级容积系数为：(2)压力系数 张的选择： 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/Pi=,2pii=。(3)温度系数XT的选取：1-6查得兀在范围内,Vvi=Vvii =

6、Vr1 =， Vii =n级填料的外泄漏量在考虑到压缩比不大，气缸有较好的水冷却，气缸尺寸及转速中等，从图 可选取 Xi=XTii=O。96。(4)泄漏系数X的计算：用相对漏损法计算 X:a.考虑气阀成批生产，质量可靠，阀弹簧力中等，选取气阀相对泄漏值b.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c.因有油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值 Vpi=，Vpii =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内，泄漏系数的计算列入表 2-4泄损部位相对泄漏值I级n级气阀VvIVvII活塞环VrIVrII填料VpIVpII总相对泄漏Ev泄漏系数X=1/(

7、1+ E V(5)各级排气系数计算结果列入表 2-5级数X=v XXXIn4.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岀来查表1-5得水在40 C和50 C时的饱和蒸汽压：Pbi= (40C )Fbii= ( 50 C )则：所以在级间冷却器中必然有水分凝析岀来，这时 軻i=1b.计算各级凝析系数(2)抽加气系数矽因级间无抽气，无加气，故 矽=0=15.初步计算各级气缸行程容积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

8、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同一气缸数)有：(2 )暂选活塞杆直径根据双作用活塞面积和两侧压差估算岀该空压机的最大气体力约为吨左右， 由附录2，暂选活塞杆直径d=35mm。活塞杆面积(3 )非贯穿活塞杆双作用活塞面积的计算盖侧活塞工作面积：Fg=(Fk+fd)轴侧活塞工作面积：Fz=(Fk-fd)I级：$n级:(4)计算活塞上所受气体力计算a.第一列(第I级)：外止点：Pi 外=PiiFz-P2iFgi=1 x l8x 710 x 1&3 x 10x 720 x 10=-145OON内止点：Pi 内=P2iFzi-PiiFgi

9、=3x l8x 710 x 1&1 x l0x 720 x 14=14100Nb.第二列(第II级)：外止点：Pii 外=PiiiFzii-P2iiFgii=3x l8x 233 x 話-9 x 10X 243 x 10=-14880N内止点：Pii 内=P2iiFzii-PiiiFgii=9x 15 x 233 x i(0-3 x 10X 243 x 10=13680N-14880N，约合吨。由附表 2可知，若选取活塞杆d=35mm。由以上计算可知，第二列的气体力最大，为 直径d=30mm是可以的，但考虑留有余地，取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P，有：(2)

10、确定各级气缸直径根据查表1-6，将计算缸径圆整为公称直径:D=300mm ; Dii=180mm8.实际行程容积及各级名义压力(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:(2)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Vnk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 及 齢1分别为：a.各级进气压力修正系数：囲b.各级排气压力修正系数：0|C.修正后各级名义压力及压力比Plk= jkPlkP2k= k+lP2k=P/Plk计算结果列入表2-6。级 次In计算行程容积Vhk m3实际行程容积Vhk m3修正系数%=VhiVhk/ (Vhi

11、W)1伙+1=Vh I Vh(k+1)/ (VhlVh(k+1)1名义吸气压力(MPa)P1kPlk= kP1k名义排气压力(MPa)P2kP2k= k+1P2k修正后名义压力 比=P2k/P1k9.计算缸内实际压力缸内实际压力：p=pi(i- as) Pd=P2(i+由图1-10,查得as, a,计算各级气缸内实际压力，结果见下表。表2-7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-a1-a缸内实际压 力损失(MPa)实际 压力比P1P2aaPsPd 二Ps/PdIn10.计算各级实际排气温度按k=ft m=两种情况计算，计算结果见下表。从中可以看出，按 k

12、=计算出的排气 温度超过了 180C的允许范围，但实际测出的排气温度接近多变压缩 口=的结果, 认为在允许的范围内。表2-8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&Ik=m=Cc)(K)T2 (K)T2 (C)(m_1)/mT2 (K)T2 (C)I40313436163409136n5032346218943115811.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I列(第I级)a.活塞面积盖侧：轴侧：日b.压力：Ps=x 10PaPi = x 1Pac.气体力：外止点：Pi 外

13、=PsiFzi-PdiFgi=X 10x 697 X 恤04 X 1)0 707 X -彳0=-14870N内止点:Pi 内 =PdiFZi-PSiFgi=X 10x 697 X -伽.95 X 1X 707 X-*。=14480N(2)第n列(第n级)a.活塞面积盖侧：BI轴侧：Fzi=Fgii-fd=-4m2 b.压力Psi=x 10PaPdii=x 10Pac.气体力外止点：Pii #=PsiiFzii-Pdii Fgii= 5x 244 X1(91509 X 510 254 X -彳0=-17800N内止点：Pii wPdiiFzii-PdiiFgii= 5X 244 X-X21D X

14、 51X 254 X -1o=16640N由以上计算表明，最大气体力在第 n列外止点(-17800N )，约为吨，没有超过活塞杆的允许值，可用。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：Vd=Vhi阳=XX 450=9.96/min计算结果与题目要求接近，说明所选用的气缸是合适的。13.计算功率，选取电机(1)计算各级指示功率(2)整机总指示功率:Ni=Nii+Niii=24+= KW(3)轴功率Nz：因本机为中型压缩机，取机械效率 nm=，则:(4 )所需电机功率：因本机是三角皮带传动，取传动效率 n=，则：

15、实际本机选用JR1156型三相绕线式感应电动机，功率为 75KW是足够的，说明以上计算可用。14 .热力计算结果数据(1)各级名义，实际压力及压力比见下表表2-9各级名义、实际压力及压力比级次名义压力(MPa)实际压力(MPa)PiP2PSPdIn(2)各级实际排气温度：T2i=409K 或 T2i=136CT2ii=431K 或 T2ii=158C(3)气缸直径：Di=300mm Di=180mm(4)气缸行程容积：Vhi=0.028m3 Vi=0.01m3(5)实际排气量：Vd=9.96m3/mi n(6)活塞上最大气体力：Pmax=Rl 外=-17800N(7)电动机功率：Ne=75KW

16、(8)活塞杆直径：d=35mm3动力计算i.第I级缸解析法运动计算(1)曲柄运动状态：r=s/2=200/2=100mm3 =2 n n/60=450 n /30= r 3 =x =4.72m/sr 3=x =222.8m/S(2)位移：盖侧：Xg r 1 cos 丄 1 1 2 sin2 k1r轴侧：Xz S Xg速度：c r (sin1cos2 )22加速度：a r (cos sin 2 )每隔10s按上述计算Xg,Xz,c,a将结果列入表 2-11，其中a是第i列及第n列本列的曲柄转角，两者结果一样，故共用一个表。曲柄转角活塞位移活塞速度c(m / s)活塞加速度a(m/ s2)曲柄转角

17、Xg(mm)xz(mm)036010350203403033040_ _ 3205031060300702908028090270100o260110o250120o240130230140220150210160200170190180180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。 各过程压力：膨胀过程：PsmSoSo X进气过程:R=Ps压缩过程:Psms SoSo X排气过程:P=Pd本机属于中型压缩机，取 m=m / =, x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P pFg轴侧P p Fz对双作

18、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：I级盖侧气体力列入 表2-12， I级轴侧气体力列入 表2-13，合成气体力列入 表2-16曲柄转角活塞位移膨胀过程进期过程压缩过程排气过程气体力kNXg Krmc sP PXg $P Psmc s s)P P Xg sP PdP PFg0102030405060708090100._ 110120130140150160170180190200210220230240250260270活塞位移膨胀过程进期过程压缩过程排气过程气

19、体力kN曲柄转角Xz s XgmP p sXz sP Psms sP pXz S)P PdP Pi Fz010o2030405060708090100110120130140150曲柄转角I级曲柄转角I级盖侧Pg轴侧FZ合成F盖侧Pg轴侧Pz合成P0190102002021030220402305024060708090100110120130140150160170180250260270280290300310320330340350360往复惯性力计算(1)往复运动质量的计算连杆质量：13 kg。取小头折算质量： m 0.3m1 0.3 13 3.9kgI级活塞组件及十字头组件质量： m

20、p 25.4 8.2 33.6kg于是得到各级往复运动质量：mS mP m 33.6 3.9 37.5kg(2)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：I mS a计算结果列入表n -2-17。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。摩擦力的计算(1)往复摩擦力的计算取往复摩擦力为总摩擦力的 70 %I级往复摩擦力：1 10.7Ni (- 1) 60 0.7 24 1 60FS m 竺 487N2Sn 2 0.2 450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0-180之间为向轴行程，

21、摩擦力使活塞杆受拉，定为正。在180-360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 30 %0.3N (- 1) 60m10.3 (24 26.2) ( 1) 60092 278N0.2 450综合活塞力计算(1 )将气体力、往复惯性力及往复摩擦力合成就得到综合活塞力 P刀P P I R计算结果列入表 2-18。活塞力PS是随着曲柄转角 a而变化的其正负号规定同前。曲轴转角气体力P kN往复惯性I kN往复摩擦RS kN活塞力P kNsin切向力TI kNcos010203040506070809010011012013014015016017

22、0180190200210220230240250260270280290300310320330340350360切向力的计算(1)切向力的计算sin( ) sinTP P (sincos 211 2 sin计算结果列入表n -2-18(4)平均切向力的计算 a.由列表计算的切向力求平均切向力36T- 420 11.67kN36 36b.由热力计算所得的轴功率计算平均切向力Tm30Nzrn54.6 300.1 45011.59kN飞轮矩的计算(1)压缩机一转中的能量最大变化量 L:mI mr fmax 0.0349 2000 8028 577.9 N m(2)S = ( 1/30 )(1/4

23、0 )取S =1/30 旋转不均匀度 S的选取本压缩机与电机是用三角皮带传动，由教材(3)飞轮矩的计算MD23600L3600 577.92 2 13.142 45023030.23kgm2分析本压缩机动力平衡性能2.第I级缸图解法运动曲线moX-WFfiC-HFFER-HFR CURUE1 II-2-2 na. c- a .乩a 曲烦罔I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， I级气缸指示图如图2-3。P-U-l CIJRUE禺U ?-3 J代气k托示用气体力展开图以曲柄转角a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， 并将合成气体力绘岀， I级气缸气体力展开图如图 2-5比例尺：in产JOniin an ii=lii s tinmOins2 nn in a =40p-100-20$-5221P=21iSS；厂I AI拔盖轉I发轴圜I/IJ1.92kiuT119prNj 作圈比例尺土 mx= kin ti