流体机械习题2.1压缩机设计.docVIP

. PAGE . 设计一台往复式天然气压缩机，结构见图2-114。已知数据：吸气 压力0.3MPa(G)，排气压力25MPa(G)，行程95mm，转速980r/min,排气量1.5，并要求一级气缸直径175mm，活塞杆直径d=35mm。一级进气温度为25℃，若用户要求排气压力为31MPa(G)，则各级压力如何变化？ 一、设计条件 吸气压力：0.3MPa(G)=0.4MPa（绝压） 排气压力：25MPa(G)=25.1 MPa（绝压） 要求排气压力：31MPa(G)=31.1 MPa（绝压） 由题意知： PS1=0.4MPa Pd4=25.1MPa 行程s=95mm=0.095m 转速n=980r/min D1=175mm=0.175m d=35mm=0.035m 天然气：k=1.32 二、确定各级直径 总压比 按等压比分配： 级次 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ps(MPa) 0.4 1.1258 3.168564 8.917924 Pd(MPa) 1.1258 3.168564 8.917924 25.1 ε 2.8146 2.8146 2.8146 2.8146 假设此压缩机冷却完善，所以 由图2-114可得： 有已知条件带入（1）式得 又有公式（2-38） 所以 容积系数计算： (1)压力系数 取 (2)温度系数 取 (3)泄露系数（无油润滑） (4)膨胀指数（由表2-1得） 级次 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ps(MPa) 0.4 1.1258 3.168564 8.917924 Ps(bar) 4 11.258 31.68564 89.17924 m 1.225 1.308 1.4 1.4 由公式 则 分别取、、 确定各级气缸直径： (Ⅱ)级直径 联立以上两式可得： 带入数据可得： 联立以上三式得： 即 解之得=0.103m=103mm 查表取气缸直径=105mm。 则实际行程容积为： 活塞有效面积： （Ⅲ）级直径 又 带入数据得 解之得0.057m=57mm 查表圆整取60mm 则实际行程容积为： 活塞有效面积： (Ⅳ)级直径 又 带入数据得 解之得0.034m=34mm 查表得36mm 则实际行程容积为： 活塞有效面积： 由公式与计算出新的，结果如下表： 级次 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ 气缸实际直径D（m） 0.175 0.105 0.06 0.036 有效实际面积Ap(m2) 气缸直径D（m） 0.175 0.103 0.057 0.034 有效面积Ap(m2) 0.797 2.397 6.782 18.487 实际 0.797 2.295 6.121 16.490 0.153 0.130 0.135 0.145 实际 0.153 0.153 0.208 0.238 实际 三、计算活塞力 由课本P22图2-14分别取： 各级进、排气压力和实际压力比 级次 公称压力 压力损失 实际压力/MPa 实际压力比 ε Ⅰ 0.4 1.1258 0.029 0.058 0.3884 1.1911 3.067 Ⅱ 1.1258 3.16856 0.021 0.043 1.1022 3.3048 2.998 Ⅲ 3.16856 8.9179 0.019 0.027 3.1084 9.1587 2.946 Ⅳ 8.9179 25.1 0.017 0.014 8.7663 25.4514 2.903 、由公式 压力比由计算得出，结果如上表。 止点气体力计算： 列次 内止点(kN) 外止点(kN) Ⅰ-Ⅳ 16.27 -19.23 Ⅱ-Ⅲ 16.06 -17.99 Ⅰ-Ⅳ 内止点气体力：=16.27kN(拉应力) 外止点气体力：=-19.23kN（压应力） Ⅱ-Ⅲ 内止点气体力：=16.06kN(拉应力) 外止点气体力：=-17.99kN(压应力) 四、确定各级排气温度 因假设冷却完善，故： 级次 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ (K) 298.15 298.15 298.15 298.15 (K) 391.21 389.09 387.44 386.06 上表由(n=1.32)计算得出各级排气温度。 五、计算轴功率并选配电机 各级指示功率为 总的指示功率为 计算结果如下表： 14283W 13498W 13008W 12447W 53237W 取机械效率，轴功率为： 取电机功率余度10%，，则选择电机功率为65kW。 六、变工况热力计算 1、确定与容积有关的系数 级次 压力系数 温度系数 泄露系数 Ⅰ 0.97 0.95 0.95 0.8754 Ⅱ 0.99 0.96 0.96 0.9124 Ⅲ 0.99 0.97 0.97 0.9315