目录1 设计目的 (2)2 设计内容 (3)3 热力计算 (4)（一）确定汽缸直径 (4)（二）计算实际吸排气压力 (6)（三）计算盖侧和轴侧活塞工作面积 (6)（四）确定各级排气温度 (7)（五）计算轴功率并选配电机 (7)（六）热力学参数统计 (8)4 动力计算部分 (8)（一）运动规律及机构运动学关系简化 (8)（二）往复惯性力计算 (11)（三）气体力计算 (11)（四）摩擦力计算 (12)（五）综合活塞力 (12)（六）切向力计算及切向力图 (12)（七）飞轮矩计算 (13)（八）分析动平衡性能 (13)5设计体会 (13)6 参考文献 (14)1 设计目的1.进一步加深并综合运用《过程流体机械》及相关课程所学的基本理论、基本知识，掌握典型过程流体机械的选型、校核等基本技能。
2.了解压缩机基本结构及设计方法及步骤，培养学生对过程工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题能力。
3.树立正确的设计思想，重点掌握典型过程流体机械－活塞式压缩机的工作原理、热力和动力计算特点。
进行设计基本技能的训练，例如查阅设计资料（手册、标准和规范等）、计算、运用以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。
2 设计内容（1）题目校核计算L-4/15型石油气压缩机。
（2）已知数据a. 型式：L型双缸二级作用水冷式石油气压缩机。
b. 工艺参数Ⅰ级名义吸气压力：P1I =（绝压），吸气温度T1I =20℃Ⅱ级名义排气压力：P2II =（绝压），吸入温度T2II =20℃排气量（Ⅰ级吸入状态）: Vd=4m³/min石油气相对湿度: φ=c. 结构参数：活塞行程：S=2r=240mm；电机转速：n=422r/min；活塞杆直径：d=45mm气缸直径：Ⅰ级，DI =280mm Ⅱ级，DII =160mm相对余隙容积：αI=，αII=轴功率：≤35KW电动机与压缩机的联接：电动机转子直接装在曲轴端（电动机转子兼做飞轮）连杆长度：l=500mm运动部件质量（kg）：见表3-7表3-7 运动部件质量(kg)d. 石油气组成成分；见表3-8表3-8 石油气的主要成分及体积百分含量（3）核算任务a. 热力计算：包括压力比分配，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。
3 热力计算（一）确定汽缸直径根据总压比ε=16，压缩机的级数取两级，选择L 形结构，而且I 、II 级采用双作用汽缸。
另外压缩机采用水冷方式。
①初步确定各级名义压力根据工况的需要，选择级数为两级，按照等压比分配的原则，41621===εε，但为使第一集有较高的容积系数，第一级的压力比取稍低值，各级名义压力及压力比见表。
表 各级名义压力及压力比下表②确定各级容积效率i.确定各级容积系数。
取各级相对余隙容积和膨胀指数如下。
06.01=α 010.02=α 已知根据公式∑-=-111i i k k ϕ 可得石油气的等熵指数k=由等熵指数k 球的膨胀指数20.11=m ，25.12=m 则可得 873.0)1(111111=--=m v εαλ ， 791.02=v λii.选取压力系数：97.01=p λ 99.02=p λ iii.选取温度系数：96.01=t λ 97.02=t λ iv.选取泄漏系数：971.01=l λ 973.02=l λ v.确定容积效率：l t p v v λλλλη= 789.01=v η 739.02=v η③确定析水系数ϕλ 第一级无水分析出，故0.11=ϕλ。
而各级进口温度下的饱和蒸汽压sa p 由文献差得Pa p sa 23351=，Pa p sa 23352=99.012221112=--=εϕϕλϕsa s sa s p p p p④确定各级行程容积 31101201.0m n q V v vs ==η 322122120033.0m T T p p n q V v s s v s ==ηλϕ⑤确定各汽缸直径，行程和实际行程容积 已知转速n=422r/min ，行程s=240mm ，得活塞平均速度s m sn v m /38.330/== 取活塞直径d=45mm ，得181.022211=+=d s V D s πm根据汽缸标准，圆整为mm D 1901=，实际行程容积3101323.0m V S =。
活塞有效面积为2221'10551.042m d D A p =-=ππ,理论有效面积210499.0m A p =。
同理，m d s V D s 099.022222=+=π，根据汽缸直径标准，圆整为mm D 1002=，实际行程容积为320034.0m V s =，活塞有效面积为222201412.042'2m d D A p =-=ππ,理论有效面积220138.0m Ap =。
考虑到圆整值与计算值之间有差值，这里采用维持压力比不变，调整相对余隙容积的方法，利用下式计算容积系数''p pv v A A λλ=计算得新的容积系数为791.01=v λ 773.02=v λ 再通过下列计算新的相对余隙 111--=mvελα结果为 099.01=α 105.02=α （二）计算实际吸排气压力 由计算公式()s s s p p δ'-='1和()d d d p p δ'+='1 可求得实际吸排气压力。
各级进、排气相对压力损失取值，各级进、排气压力和实际压力比见表。
表各级进、排气压力和实际压力（三）计算盖侧和轴侧活塞工作面积 首先计算盖侧和轴侧活塞工作面积，见表。
表 盖侧和轴侧活塞工作面积（四）确定各级排气温度对所用石油气进行计算，可得等熵指数k=，由于采用水冷方式，近似的认为各级压缩指数为2.11=n 2 27.12=n取K T s 2931= , K T s 2932= ， 排气温度由式mm s d T T 1-=ε，可得K T d 6.3671= ， K T d 5.3882= （五）计算轴功率并选配电机 各级指示功率为 }1)]1({[1)1(6011-+--=-jj n n oj j j jsj sj vj sj nj n n V p n N δελδ,(其中d s o δδδ+≈)kW N i 42.121= kW N i 71.122=总的指示功率为 kW N N N i i i 13.2521=+= 取机械效率94.0=m η，所以轴功率为kW N N miz 73.26==η取电机功率余度10%，则电动机功率取30kW（六） 热力学参数统计1.压力比分 9.31=ε 1.42=ε2.汽缸直径 mm D 1901= mm D 1002=3.排气量 min 43m q v =4.功率 kW N z 30=5.各级排气温度 K T d6.3671= K T d 5.3882=6.缸内实际压力 095.01='s p 4212.01='d p 3705.02='s p 696.12='d p4 动力计算部分（一）运动规律及机构运动学关系简化规定外止点是活塞运动的起始位置，相应曲柄转角00=θ，则任意转角位置活塞的位移x 、速度v 、加速度a 以及连杆的摆角β都是θ的函数。
定义曲柄半径与连杆长度的比值l r /=λ为曲柄连杆比。
)]2cos 1(4)cos 1[(θλθ-+-=r x)2sin 2(sin θλθω+=r v)2cos (cos 2θλθω+=r a其中 120=r mm ， 19.4430==nπω rad/s ， 24.0==lrλ 则简谐运动方程为)]2cos 1(06.0)cos 1[(120θθ-+-⨯=x)2sin 24.0(sin 8.5302θθ+⨯=v)2cos 24.0(cos 7.234330θθ+⨯=a其运动规律曲线图见图。
（a ）)]2cos 1(06.0)cos 1[(120θθ-+-⨯=x（b ）)2sin 24.0(sin 8.5302θθ+⨯=v（c ）)2cos 24.0(cos 7.234330θθ+⨯=a图 运动规律曲线图为了方便起见，习惯上把压缩机运动零件的质量按他们的运动情况简化为质点，从而将它们的运动按质点动力学进行计算。
如图所示，把压缩机中所有运动零件的质量都简化为两类：一类质量集中在活塞销或十字头销中心点A 处，只做往复运动；另一类质量集中在曲柄销中心点B 处，只绕曲轴中心O 做旋转运动。
活塞、活塞杆和十字头部件都属往复运动，简单滴认为其质量集中在质点A 上，质量总和用P m 表示。
图 连杆质量转化根据已有连杆的统计结ll l l m m m m )7.06.0()4.03.0(-=''-=',取l l ll m m m m 65.035.0=''='，得：kgm kg m l l 971.33853.1511=''='，kg m kgm l l 971.33853.1522=''='，则，整个压缩机运动机构转化在往复运动部分一级以及二级总质量为l p s m m m '+=，l c r m m m ''+=（m c =0）kg m m m l p s 3746.135'111=+= kg m m m l p s 0617.78'222=+=kg m m l r 971.331=''= kg m m l r 971.3322=''=（二）往复惯性力计算压缩机各零部件做不等速直线运动或作旋转运动时，会产生惯性力，根据上述的质量转化方法得到往复惯性力的计算式为往复惯性力为)2cos (cos 2θλθω+==r m a m F s s Is 旋转惯性力为2ωr m F r Ir =经计算可得一级以及二级的往复惯性力和旋转惯性力为kN F Is )2cos 24.0(cos 722.311θθ+⨯= kN F Is )2cos 24.0(cos 292.182θθ+⨯=kN F F Ir Ir 96.721==图 往复惯性力曲线由图知，当活塞在内外止点是取得最大惯性力，即0=θ时惯性力最大，则活塞的最大惯性力为=MAX Is F 1 =MAX Is F 2（三）气体力计算止点气体力计算，见表。
表 止点气体力计算 ( kN)列次 内止点外止点I —I6.811111''=-=c s w d w A P A P F4.911111''-=+-=w s c d c A P A P F（四）摩擦力计算压缩机各接触面间的摩擦力取决于彼此间的正压力及摩擦系数，且随曲柄转角变化，难以精确计算。