第一部分热力计算一、初始条件1.排气量：Q N=20Nm3/min2.压缩介质：天然气（气体组分：CH4:94%；CO2:0.467%；N2:4.019%；C2H6:1.514%）3.相对湿度：ψ=100%4.吸入压力：P S0=0.4 MPa（绝对压力）5.排出压力：P d 0=25.1 MPa（绝对压力）6.大气压力：P0 =0.1 MPa（绝对压力）7.吸入温度：t S0=35℃(T S0=308°K)8.排气温度：t d0=45℃(T d0=318°K)9.压缩机转速：n=740rpm10.压缩机行程：S=120mm11.压缩机结构型式：D型12.压缩级数：4级13.原动机：低压隔爆异步电机，与压缩机直联14.一级排气温度：≤130℃二、初步结构方案三、初始条件换算（以下计算压力均为绝对压力）Q= Q N×［P0×T S0／（P S0-ψ×P sa）×T0］进气温度状态下的饱和蒸汽压为P sa =0.005622 MPa P 0 =0.1MPa T 0=273°K其余参数详见初始条件。
Q= 20×［0.1×308／（0.4-1×0.005622）×273］=5.72m 3/min 四、 级数的选择和各级压力要求为四级压缩总压缩比ε0=014S d P P =0.425.1=62.75ε10=ε20=ε30=ε40=475.62=2.8145求出各级名义压力如下表五、 计算各级排气温度查各组分气体绝热指数如下：CH 4: 94% K=1.308； CO 2: 0.467% K=1.30 N 2: 4.019% K= 1.40； C 2H 6: 1.514% K=1.19311-K =∑1r i -Ki ＝11.3080.94- ＋1.310.00467- ＋11.40.04019- ＋11.1930.01514- =3.2464得K1=K2=K3=K4=1.308一级进气温度t S1=35℃，考虑回冷不完善，二三四级进气温度取t S2= t S3=t S4=40℃一级排气温度=120℃＜130℃符合初始条件要求。
六、 计算各级排气系数λH =λV λP λT λg 1. 容积系数λV(1) 相对余隙容积a ，取a 1=0.2；a 2=0.2；a 3=0.2；a 4=0.2 (2) 膨胀过程的多变指数m ，m 1=1+0.75(K-1)=1+0.75(1.308-1)=1.231 m 2=1+0.88(K-1)=1+0.88(1.308-1)=1.271 m 3=m 4= K=1.308 (3) λV1=1－a 1(1110m ε－1)=1－0.2(231.112.8145－1)=0.736 λV2=1－a 2(2120m ε－1)=1－0.2 (271.118145.2－1)=0.749λV3=1－a 3(3130m ε－1)=1－0.2(308.118145.2－1)=0.759 λV4=1－a 4(414m ε－1)=1－0.2 (308.111458.2－1)=0.7592. 压力系数λP ，取λP1=0.98；λP2=0.99；λP3=1；λP4=13. 温度系数λT ，取λT1=0.96；λT2=0.96；λT3=0.96；λT4=0.964. 气密系数λg各级排气系数λH如下：七、计算干气系数μd和抽气系数μ035℃时饱和蒸汽压P sa1= 0.005622MPa;40℃时饱和蒸汽压P sa2= P sa3= P sa4=0.007374MPaψp sa1ε1=1×0.005622×2.8145=0.0175> P sa2 则μd 1=1μd2=22021110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0120S S P P = 007374.011258.1005622.014.0⨯-⨯-×4.01258.1=0.992μd3=33031110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0130S S P P = 007374.011686.3005622.014.0⨯-⨯-×4.01686.3=0.988μd4=44041110sa S sa S P P P P ⨯-⨯-ϕϕ×0140S S P P = 007374.01918.8005622.014.0⨯-⨯-×4.0918.8=0.987中间级均无抽气，则μ01=μ02=μ03=μ04=1八、 计算气缸行程容积 V t 0V t10=Q1101λμμd ⋅=5.72×632.011⨯=9.05 m 3/min V t20=Q 2202λμμd ⋅0210S S P P 012S S T T =5.72×656.0992.01⨯×1258.14.0×308313=3.12 m 3/min V t30=Q 3033λμμ⋅0310S S P P 0103S S T T =5.72×678.0988.01⨯×1686.34.0×308313=1.07 m 3/min V t40=Q 4404λμμd ⋅0410S S P P 014S S T T=5.72×687.0987.01⨯×918.84.0×308313=0.375 m 3/min九、 确定活塞杆直径1.初步确定各级等温度功率N is 和最大功率NN is1=601000·P s10·Q ·ln ε0=601000×0.4×5.72×ln2.8145=39.5KW 因一二三四级压力比相同则N is1=N is2 =N is3= N is4=39.5KW两列等温功率相等，列最大功率N=is is2is1N N η+=6.039.55.93+=132KW其中等温效率ηis 由查表2-9求得。
2.确定活塞杆直径根据最大的功率查表2-10，初步选取活塞杆直径为d=60mm 。
十、 计算气缸直径一、二级气缸均为轴侧单作用的轴侧容积，应考虑活塞杆的影响。
D 10=20t1V 4d sni+π=20.0617400.129.054+⨯⨯⨯⨯π=0.365m D 20=20t2V 4d sni+π=20.0617400.123.124+⨯⨯⨯⨯π=0.220m 三、四级气缸均为盖侧单作用的盖侧容积。
D 30=sniπ0t3V 4=17400.121.074⨯⨯⨯⨯π=0.124mD 40=sniπ0t4V 4=17400.120.3754⨯⨯⨯⨯π=0.073m圆整后气缸直径D 1=360㎜、D 2=220㎜、D 1=125㎜、D 2=75㎜十一、 修正各级公称压力和温度1.确定各级实际行程容积V tV t1=()4221d D -π．S ．n=()406.036.022-π ×0.12×740=8.79 m 3/minV t2=()4222d D -π．S ．n=()406.022.022-π ×0.12×740=3.12 m 3/minV t3=423D ⋅π．S ．n=4125.02⨯π×0.12×740=1.09 m 3/minV t4=424D ⋅π．S ．n=4075.02⨯π×0.12×740=0.392 m 3/min2.修正各级公称压力3.修正各级排气温度十二、计算活塞力1.考虑损失后，计算各级气缸内实际压力及压力比，压力损失数值由图2-15查得，计算结果列表如下：2.气缸内压缩终了排气温度如下表：3.计算各列活塞力，按式1-5计算，结果列于下表十三、 计算轴功率1.实际排气量Q 0 = V t1×λ1=8.79×0.632=5.56 m 3/min2.实际等温功率N is = 601000·P s1·Q 0·ln S d P P=153.4KW3.绝热容积系数 λV1＇=1－a 1(11'1m ε－1)=1－0.2(231.11037.3－1)=0.71λV2＇=1－a 2(212'm ε－1)=1－0.2 (271.113－1)=0.712 λV3＇=1－a 3(31'3m ε－1)=1－0.2(308.11913.2－1)=0.747 λV4＇=1－a 4(414'm ε－1)=1－0.2 (308.1115.3－1)=0.724.实际各级指示功率查表得1S Z =0.99, 1d Z =0.99, 2S Z =0.98, 2d Z =0.98, 3S Z =0.96, 3d Z =0.97,4S Z =0.95, 4d Z =0.97.由于压缩机转速高，取压缩过程指数n i =绝热指数K=1.308.N id1= 601000·P s1·V t1·λv1＇·1-i i n n ·［ii n n S d P P 111)''(--1］·1112S d S Z Z Z ⋅+=52.8KW N id2= 601000·P s2·V t2·λv2＇·1-i i n n ·［ii n n S d P P 122)''(--1］·2222S d S Z Z Z ⋅+= 50.6KW N id3= 601000·P s3·V t3·λv3＇·1-i i n n ·［ii n n S d P P 133)''(--1］·3332S d S Z Z Z ⋅+= 50KW N id4= 601000·P s4·V t4·λv4＇·1-i i n n ·［ii n n S d P P 144)''(--1］·4442S d S Z Z Z ⋅+=52KW 5.总的指示功率N id = N id3+ N id2+ N id3+ N id4=205.4KW十四、 计算轴功率取机械效率ηm =0.85 N=midN η=85.04.205=241.6 KW 采用直联传动，传动效率，取ηd =1 N e ＇=16.241=241.6 KW 十五、 选用电动机据电动机额定功率等级，选取电机功率N=280KW 功率储备=241.6241.6-802×100%=15.8%满足功率储备为5～15%的要求。