压缩机课程设计学号:班级:姓名:专业:指导老师:二零一三年七月课程设计题目已知参数：排气量 1.5（min /3m ）进气压力0.5MPa 排气压力 6.8MPa(表压) 进气温度 293K 转速 375rpm 行程 300mm 相对湿度 80% 冷却水温 303K工作介质 天然气结构形式L 型，双级，双作用设计任务：对活塞压缩机进行热力和动力计算。

热力计算一、 设计原始数据： 排气量：min /1530m Q =进气压力：Ps=0.5MPa(绝对压力) 进气温度：ts=293K排气压力：Pd=6.9MPa(绝对压力) 二、 热力计算： 1、计算总压力比: 2、压力比的分配： 3、计算容积系数：查《工程热力学》（第四版）沈维道主编，得： 20℃，0.5MPa 时，天然气3195.17015.12451.211===Cv Cp k ; 30℃,1.8575MPa 时，天然气35.17015.13471.222===Cv Cp k ； 50℃，6.9MPa 时，天然气46.18231.16706.233===Cv Cp k 。

所以可以大致取值：第Ⅰ级压缩过程，绝热指数34.11=k ； 第Ⅱ级压缩过程，绝热指数46.12=k 。

查《往复活塞压缩机》郁永章主编，P31，表1-2算得： 第Ⅰ级压缩过程，膨胀指数255.11=m ； 第Ⅱ级压缩过程，膨胀指数352.12=m 。

据《往复活塞压缩机》郁永章主编，P29内容可取： 第Ⅰ级压缩过程，相对余隙容积14.01=α； 第Ⅱ级压缩过程，相对余隙容积16.02=α。

由公式：)1(11--=mv εαλ，得： 第Ⅰ级压缩过程，容积系数742.0=v λ； 第Ⅱ级压缩过程，容积系数738.0=v λ。

4、确定压力系数：由于各级因为弹簧力相对气体压力要小的多，压力系数p λ在0.98——1.0之间。

故取：第Ⅰ级压力系数99.01=p λ； 第Ⅱ级压力系数0.12=p λ。

5、确定温度系数：查《往复活塞压缩机》郁永章主编，P32，图1-23. 由于所设计的压缩机为水冷式压缩机，且天然气成分多为小 绝热指数的多原子气体。

故查表在Ⅰ区中查。

查得： 第Ⅰ级压缩过程，温度系数95.01=T λ； 第Ⅱ级压缩过程，温度系数95.02=T λ。

6、计算泄漏系数：据《往复活塞压缩机》郁永章主编，P47内容，可查得如下表格：项目 相对 泄漏值级 次 第一级 第二级气阀一级 0.02 0.02 二级活塞环 一级0.006 0.006 二级填料 一级0.0012 0.0018 0.0018 二级总相对泄漏量0.029 0.02780.97180.97307、计算析水系数：因进入第二级前气体压力为Pa P 62108575.1⨯=，设冷却后气体温度为C t ︒=352。

由《往复活塞压缩机》郁永章主编，P318附录表2，查得20℃时的饱和蒸汽压Pa P s 23371=；35℃时的饱和蒸汽压Pa P s 56222=.故211s s P P >εϕ，有水分析出。

第二级的析水系数为： 8、计算气缸的工作容积：第Ⅰ级气缸的工作容积： 第Ⅱ级气缸的工作容积： =973.095.00.1738.09993.0303308715.3137515⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =0.0163m9、确定缸径及实际工作容积：已知n=375rpm,行程S=300mm,得活塞平均速度： 取活塞杆直径d=30mm 。

由于S d D S D V h ⋅-+⋅=)(4141221211ππ得：圆整成：mm D 3551=圆整后的实际行程容积：3'105915.0m V h = 圆整成：mm D 1852=圆整后的实际行程容积：3'101591.0m V h = 10、调整余隙容积：可以用调整相对余隙容积的办法，维持压力比不变。

即第一级气缸直径增大了，相对余隙容积也相应增大，使吸进的气量不变；第二级气缸直径缩小了，相对余隙容积也缩小，使二级吸进的气量也不变。

由此可得： 一级新的容积系数： 一级新的相对余隙容积： 二级新的容积系数： 二级新的相对余隙容积： 11、计算各列最大活塞力：据《往复活塞压缩机》郁永章主编，P35,图1-27，取进排气相对压力损失： 气缸内实际进、排气压力：轴侧和盖侧活塞面积分别为：（单位：2m ）轴侧As 盖侧Ac 第一级 0.09827 0.09898 第二级0.026170.02688最大活塞力（以连杆受拉伸为正）：活塞在外止点（盖侧） 活塞在内止点（轴侧）垂直列（一级） =-127038N =125441N 水平列（二级）=-131364N=125344N12、验证连杆的强度：为了保证两级的活塞质量相等，不妨用密度大的铸铁做低压级活塞，用密度小的铝做高压级活塞。

查参考书《材料力学》知： 铝在125℃时，弹性模量为63GPa ； 铸铁在100℃时，弹性模量约为100GPa 。

低压级的活塞杆： 高压级的活塞杆：所以所选活塞杆的强度足够。

13、计算排气温度：由于压缩指数比膨胀指数略微大一点， 故取：第一级压缩指数4.11=n ； 第二级压缩指数5.12=n . 第一级排气温度： 第二级排气温度：14、计算功率：=}1)]08.01(715.3{[4.04.1059.0742.010485.0603754.14.06-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯ =226.324Kw=}1)]055.01(715.3{[5.05.1016.0738.01082.1603755.15.06-+⨯⨯⨯⨯⨯⨯=232.362Kw 总的指示功率：7.458362.232324.22621=+=+=i i N N Ni Kw取机械效率94.0=m η 得轴功率：48894.07.458===miz N N ηKw 电动机的余度取10.6%，则电动机取540Kw.15、等温效率： 各级等温压缩功率： =715.3ln 059.0742.0105.0603756⨯⨯⨯⨯⨯ =179.542Kw =715.3ln 016.0738.0108575.01603756⨯⨯⨯⨯⨯ =179.905Kw 总的等温压缩功率：447.359905.179524.179=+=-is i N Kw等温指示效率：7.458447.359==--i is i is i N N η=78.4% 等温轴效率：94.0784.0⨯=⋅=-m is i is ηηη=73.7%动力计算——图解法图1L 型双级双作用压缩机结构示意图1、计算的原始数据：Ⅰ级气缸内实际进气压力MPa P S 485.0'1= Ⅰ级气缸内实际排气压力MPa P d 765.1'1= Ⅱ级气缸内实际进气压力MPa P S 820.1'2= Ⅱ级气缸内实际排气压力MPa P d 659.6'2= Ⅰ级气缸直径mm D 3551= Ⅱ级气缸直径mm D 1852= 活塞杆直径d=30mmⅠ级气缸的相对余隙容积1047.0'1=α Ⅱ级气缸的相对余隙容积1573.0'2=α 活塞行程S=300mm 曲轴转速n=375rpm 曲柄连杆比λ=0.2Ⅰ级气缸指示功率Kw 226.3241=i N Ⅱ级气缸指示功率Kw 232.3622=i N 机械效率94.0=m η Ⅰ级膨胀指数255.11=m Ⅱ级膨胀指数352.12=m Ⅰ级压缩指数4.11=n Ⅱ级压缩指数5.12=n 由压缩机的零部件结构图得出：连杆组件总质量Kg m l 8= 十字头组件总质量Kg m c 5.4=Ⅰ级铝活塞总质量Kg m p 5156.181= Ⅱ级铸铁活塞总质量Kg m p 4974.182= 二、绘制各级气体力指示图：取指示图的横坐标为活塞行程S ，纵坐标为作用在活塞上的气体力Fg. (一)、一级盖侧气缸气体力 1、膨胀过程m c i d c i A x V V p p )(00'1,+=,0≤i X ≤e X 其中e x 按公式m ce d s A x V V p p )(00''+=求取2、吸气过程'1,s c i p p =，S X X i e ≤≤3、压缩过程其中c X 按公式：n cc sd A x S V V p p ))2((00'1'1-+=4、排气过程然后利用公式c c i c g A p F ,,1-=即可求得第一级盖侧气体力。

带入数据可以得到如下公式： 一级盖侧气体力： 同理（二）、一级轴侧气体力：由于大气压力相对来说非常小，所以忽略作用在连杆上的大气压力。

（三）、二级盖侧气体力： （四）、二级轴侧气体力：使用matlab 作气体力图如下:图2气体力指示图三、绘制活塞力图 1、惯性力的求解计算往复运动部件质量Ⅰ级列4156.255156.185.483.03.011=++⨯=++=p c l s m m m m Ⅱ级列3974.254974.185.483.03.022=++⨯=++=p c l s m m m m 各级惯性力的表达式为 Ⅰ级列)2cos (cos 211θλθω+⋅=r m F s Ⅱ级列)2cos (cos 222θλθω+⋅=r m F s 其中θ和x 的关系为当πθ≤≤0时： 当πθπ2≤≤时： 2、摩擦力的求解假设往复摩擦力Ff 是恒量，其值按《活塞式压缩机原理》林梅主编，P104，式（6-40）计算。

Ⅰ级列N F f 25043753.02601000)194.01(324.22665.01=⨯⨯⨯⨯-= Ⅱ级列N F f 25713753.02601000)194.01(362.23265.02=⨯⨯⨯⨯-= 叠加活塞力曲线，用matlab 编程得如下活塞力图：图3Ⅰ级列活塞力图 图4Ⅱ级列活塞力图四、绘制切向力曲线各列切向力值按《活塞式压缩机原理》林梅主编，P108，式（6-51） 其中=p F 气体力+惯性力+摩擦力用matlab 绘制切向力图如下：图5L 型压缩机切向力图 图6压缩机切向力合成图由《活塞式压缩机原理》林梅主编，P104，式（6-41）知，旋转摩擦力为： =3753.014.3601000)194.01)(362.232324.226(35.0⨯⨯⨯⨯-+⨯ =1740N将合成切向力曲线图的横坐标轴乡下移动相当于r F 的距离，总切向力曲线是以移动后的新横坐标轴为计算依据。

五、计算飞轮矩：由积分可知，平均切向力为校核作图误差：热力计算得平均切向力为作图误差为故作图合格作得幅度面积矢量图，各切向力图各块面积值如下:(2mm )f1f2 f3 f4 f5 f6 f7 +116 -44 +113 -782 +453 -418 +562易得782max =∆f 。