活塞式压缩机的设计说明姓名：韩景川班级：过控1101班学号：201102060105指导老师：孟祥恺时间：2014.5.19目录1.题目 (2)2.设计计算 (3)一、计算各级的行程容积 (3)二、计算各级名义压力和名义压力比 (4)三、排气温度 (4)四、第一次精度计算 (6)五、第一次复算 (7)六、第二次复算 (9)七、修正排气温度 (10)八、排气量计算 (10)九、计算功率并核算电机功率是否适当 (12)十、示功图绘制 (14)十一、综合活塞力的计算 (18)活塞力图的绘制 (24)十二、十三、切向力计算及切向力图的绘制 (29)十四、参考书目 (32)1.题目：复算19WY-9/150型氢氦气压缩机在目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型氢氦气压缩机简介19WY-9/150型氢氦气压缩机是我省投产3000吨小型化肥厂的氮氢气压缩机，二列之间为飞轮，由电机通过三角皮带拖动。

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。

3.目前操作条件与有关数据（1）操作条件：吸气压力：0.15MPa（绝）排气压力：16.0MPa（绝）I级出口与II级进口压力差为 P=0.09MPa吸气温度：级 I II III IV Ts (℃)30354040I 级进口相对湿度Φ=1 （2）气体组成组分 N 2 H 2 CO 2 CO O 2 Ar CH 4 半水煤气 0.21 0.39 0.12 0.26 0.005 0.0045 0.0105 碳化气0.2370.7090.0050.0290.0030.0050.012（3）有关数据：活塞行程：S=310mm(见注1)，活塞杆直径d=60mm 转速：n=205rpm(见注2)，连杆长度l=700mm ； I 、IV 列超前II 、III 列90度往复运动件重量：I —IV 列210.9kg ；II —III 列193.7kg 级 I II III IV 直径D 340 210 135 65 相对余隙α 0.065 0.15 0.16 0.1 抽气系数μ10.890.890.89飞轮矩GD 2为471.0kgm 2，配用电机额定功率：155kw 。

设计计算一 . 计算各级的行程容积。

I 级：32222212421S10.05438m0.31)0.060.0652(0.344π)S d D D (D 4πV =⨯--⨯⨯=-+-=II 级：3222322S20.01704m0.31)0.1352(0.214π)S D (2D 4πV =⨯-⨯⨯=-=III 级：322223S30.00356m0.31)06.0(0.1354π)S d (D 4πV =⨯-⨯=-=IV 级：3224S40.00103m0.31065.04πS D 4πV =⨯⨯==二 计算各级名义压力和名义压力比已知 16MPa P 0.15MPa,P d4s1==s2s2s2s1s1s1T V P T V P =0.4866MPa3030.017043080.054380.15V T T V P P s2s1s2s1s1s2=⨯⨯⨯==0.5766MPa0.09P P s2d1=+= MPa 3669.23030.003563130.054380.15V T T V P P P s3s1s3s1s1s3d2=⨯⨯⨯===MPa 1808.83030.001033130.054380.15V T T V P P P s4s1s4s1s1s4d3=⨯⨯⨯===3.8440.150.5766P P εs1d11===864.40.48662.3669P P εs2d22===456.32.36698.1808P P εs3d33===956.18.180816P P εs4d44===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常用气体物理性质得：各气体绝热指数组分2N2H2C OC O2OA r4C H绝热指数 1.40 1.411.311.401.401.681.32注：表中所列的气体绝热指数为50,1.01310o t C P p a==⨯时的参数，但对于理想气体绝热指数的大小与温度的关系不大，顾可不考虑温度的影响，可把k 看做是常数。

混合气体的k 值计算式为：111i k k τ=--∑。

对于半水煤气来说有: 10.210.390.120.260.0050.00450.01052.565211.4011.4111.3111.4011.4011.6811.321k =++++++=-------- 1.3898k ⇒= 同理对碳化气有：10.2370.7090.0050.0290.0030.0050.0122.462811.4011.4111.3111.4011.4011.6811.321k =++++++=-------- 1.4061k ⇒= 所以12341.3898,1.4061k k k k ====。

2 计算排气温度由式k 1k s k1k sd s d εT )P P (T T --==可得442.04K3.844303εT T 1.389811.3898k 1k 1s1d111=⨯==-- K 37.864864.4308εT T 1.406111.4061k 1k 2s2d222=⨯==-- K 81.447456.3313εT T 1.406111.4061k 1k 3s3d333=⨯==-- K 92.379956.1313εT T 1.406111.4061k 1k 4s4d444=⨯==--级次吸气温度排气温度 压力比(K)T s (K)T dεI303 442.04 3.844 II 308 486.37 4.864 III313 447.81 3.456 IV313379.921.956四 第一次精度计算 1 各级容积系数①根据《过程流体机械》表2-1计算膨胀指数m 得：1.19491)0.5(1.389811)0.5(k 1m 1.5barP 11s1=-+=-+==3046.11)10.75(1.40611)0.75(k 1m bar866.4P 22s2=-+=-+==3574.11)10.88(1.40611)0.88(k 1m bar669.23P 33s3=-+=-+==1.4061k m 81.808barP 44s4===②对于理想气体，容积系数 1)α(ε1λm1v --= 0.86441)40.065(3.84-11)(εα1λ 1.19491m 111v11=-=--= 0.64571)0.15(4.864-11)(εα1λ 1.30461m 122v22=-=--=0.76111)0.16(3.456-11)(εα1λ 1.35741m 133v33=-=--= 0.93881)0.1(1.956-11)(εα1λ 1.40611m 144v44=-=--=2 计算工况系数C 和精度B由maxminsi ivisi s1s1si i S1v11C C B V μλT T p p C ,V λC =⨯⨯⨯==04701.005438.08644.0V λC s1v11=⨯==03945.001704.089.06457.030830315.04866.0V μλT T p p C s22v2s2s1s1s22=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= 04650.000356.089.07611.031330315.03669.2V μλT T p p C s33v3s3s1s1s33=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= 05736.000103.089.09388.031330315.01808.8V μλT T p p C s44v4s4s1s1s44=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯= 97.069.005736.003945.0C C C C B 42max min <====精度不达标 进行第一次复算五 第一次复算1. 计算各级进出口压力由式)C )C 0.5(C C (1p 21p ii 11si si -++='计算各级压力0.15M P a p p s1s1=='0.5565M P a)0.039450.03945)-10.5(0.04700.047010.4866(10.5)C )C 0.5(C C (1p 21p 2211s2s2=++⨯=-++='M P a 3864.2)0.046500.04650)-10.5(0.04700.047012.3669(10.5)C )C 0.5(C C (1p 21p 3311s3s3=++⨯=-++='M P a0737.7)0.057360.05736)-10.5(0.04700.04701(11808.80.5)C )C 0.5(C C (1p 21p 4411s4s4=++⨯=-++=' 0.6465M P 0.09p p s2d1=+'=' M P a 3864.2p p s3d2='=' M P a 0737.7p p s4d3='=' M P a16p p d4d4=='2 计算各级压力比262.20737.716P P ε964.22.38647.0737P P ε289.40.55652.3864P P ε310.40.150.6465P P εs4d44s3d33s2d22s1d11==''='==''='==''='==''='3 确定膨胀系数根据《过程流体机械》表2-1计算膨胀指数m '得：111s1m 1.19491)0.5(1.389811)0.5(k 1m 1.5bar P ==-+=-+='=' 222s2m 1.30461)10.75(1.40611)0.75(k 1m bar 565.5P ==-+=-+='=' 333s3m 1.35741)10.88(1.40611)0.88(k 1m bar 864.23P ==-+=-+='=' 444s4m 1.4061m bar 737.70P ==='='k4 计算容积系数1)εα(1λm 1v -'-=''0.92131)0.1(2.262-11)ε(α1λ0.80381)0.16(2.964-11)ε(α1λ0.69211)0.15(4.289-11)ε(α1λ0.84421)0.065(4.31-11)ε(α1λ 1.40611m 144v4 1.35741m 133v3 1.30461m 122v2 1.19491m 111v14321=-=-'-='=-=-'-='=-=-'-='=-=-'-='5 计算工况系数C '和精度B ' m a x m i n si i vi si s1s1sii s1v11C C B ,V μλT T p p C ,V λC =⨯'⨯⨯''=''='04591.005438.08442.0V λC s1v11=⨯='='04836.001704.089.06921.030830315.05565.0V μλT T p p C s22v2s2s1s1s22=⨯⨯⨯=⨯'⨯⨯''='04952.000356.089.08038.031330315.03864.2V μλT T p p C s33v3s3s1s1s33=⨯⨯⨯=⨯'⨯⨯''='04867.000103.089.09213.031330315.00737.7V μλT T p p C s44v4s4s1s1s44=⨯⨯⨯=⨯'⨯⨯''='97.093.0C C C C B 31max min <=''==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I II III IV 进气压力si p '' 0.15 0.5354 2.2559 6.7728 排气压力dip '' 0.6254 2.2559 6.7728 16 压力比i ε''4.169 4.213 3.002 2.362 容积系数viλ'' 0.8503 0.6983 0.8004 0.9157 工况常数C ''0.046240.046950.046610.04632精度B ''0.98>0.97七 修正排气温度由式k 1k s k1k sd s d εT )P P (T T --==，可得452.21K 169.4303εT T 1.389811.3898k 1k 1s1d111=⨯==-- K 60.466213.4308εT T 1.406111.4061k 1k 2s2d222=⨯==-- K 96.429002.3313εT T 1.406111.4061k 1k 3s3d333=⨯==-- K 19.401362.2313εT T 1.406111.4061k 1k 4s4d444=⨯==--级次吸气温度排气温度 压力比(K)T s (K)T dεI303 452.21 4.169 II 308 466.60 4.213 III313 429.96 3.002 IV313401.192.362八 排气量计算1 容积系数0.9157λ0.8004λ0.6983λ0.8503λv4v3v2v1==== 2 确定压力系数对于第一级，压力系数可取为0.95~0.98，顾取10.97p λ=；对于其余各级，压力系数可取为0.98~1，顾取2340.99p p p λλλ===； 3 确定温度系数根据各级压力比，查《过程流体机械》图2-12可得：0.94λ4.169εt11== ；0.94λ4.213εt22== ；0.95λ002.3εt33== ；0.96λ362.2εt44==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：0.01~0.04v v =； 对于单作用式气缸的活塞环：0.01~0.05r v =； 对于双作用式气缸的活塞环：0.003~0.015r v =； 对于填料(0.0005~0.0010)p i v j =，j 为级次。