活塞式压缩机复算以及校核.doc
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1、活塞式压缩机的设计说明目录1.题目22.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 18十二、活塞力图的绘制 24十三、切向力计算及切向力图的绘制 29十四、参考书目 321.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
2、-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DP=0.09MPa吸气温度:级IIIIIIIVTs()30354040I级进口相对湿度F=1(2)气体组成组分N2H2CO2COO2ArCH4半水
3、煤气0.210.390.120.260.0050.00450.0105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=228rpm(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:IIV列210.9kg;IIIII列193.7kg级IIIIIIIV直径D34021013565相对余隙a0.0650.150.160.1抽气系数m10.890.890.89飞轮矩GD2为471.0kgm2,配用电机额定功率:155kw。设计计算一 . 计算各级的行程容积
4、。I级:II级:III级:IV级:二 计算各级名义压力和名义压力比已知 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绝热指数1.401.411.311.401.401.681.32注:表中所列的气体绝热指数为时的参数,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:。对于半水煤气来说有:同理对碳化气有:所以。 2 计算排气温度 由式可得级次吸气温度排气温度压力比I303442.043.844II308486.374.864III313447.813.456IV
5、313379.921.956四 第一次精度计算 1 各级容积系数 根据过程流体机械表2-1计算膨胀指数m得: 对于理想气体,容积系数 2 计算工况系数C和精度B 由 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 由式计算各级压力 2 计算各级压力比 3 确定膨胀系数 根据过程流体机械表2-1计算膨胀指数得: 4 计算容积系数 5 计算工况系数和精度 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IIIIIIIV进气压力0.150.53542.25596.7728排气压力0.62542.25596.772816压力比4.1694.21
6、33.0022.362容积系数0.85030.69830.80040.9157工况常数0.046240.046950.046610.04632精度0.980.97七 修正排气温度 由式,可得 级次吸气温度排气温度压力比I303452.214.169II308466.604.213III313429.963.002IV313401.192.362八 排气量计算 1 容积系数 2 确定压力系数对于第一级,压力系数可取为0.950.98,顾取;对于其余各级,压力系数可取为0.981,顾取; 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: ; ; ; 4 确定泄露系数对于泄露系数的选
7、取,有如下规则:对于不严密,延迟关闭的阀门:;对于单作用式气缸的活塞环:;对于双作用式气缸的活塞环:;对于填料,j为级次。泄露系数计算表级次IIIIIIIV气阀I0.02II0.02III0.02IV0.02活塞环I0.009II0.009III0.03IV0.03填料I0.0005II0.00100.0010III0.00150.00150.0015IV0.00200.00200.00200.0020总相对泄漏量0.03400.03350.05350.052泄露系数0.96710.96760.94920.9506 5 综上并且将结果列表如下级次行程容积()容积系数压力系数温度系数泄露系数转速
8、n(r/min)I0.054380.85030.970.940.9671 228II0.017040.69830.990.940.9676III0.003560.80040.990.950.9492IV0.001030.91570.990.960.9506 6 计算排气量 由式,并代入上表数据可得 九 计算功率并核算电机功率是否适当 1 计算各级指示功率和总指示功率 计算相对压力损失 根据各级进排气压力,查过程流体机械图2-14可得: 计算实际循环指示功率 由公式 总指示功率 2 计算轴功率 取机械效率 则轴功率 3 计算驱动机功率 取传动效率 则驱动机功率 考虑到实际运行当中压缩机会受到载荷
9、波动,气体泄漏等因素影响,会引起功率的增加,驱动机因留有的储备功率,故所选用压缩机的功率为,取压缩机功率为1100kW,而配用电机额定功率为155kW ,故不适当。十 示功图绘制示功图及压力指示图是压缩机循环过程在P-V图上的表示,从图中可反映出循环的功耗。在作示功图时,可将膨胀变压和压缩变压过程可看做是绝热膨胀和压缩过程,其体积和压力之间存在着关系式:,C为常数。对于I,II,III,IV级汽缸,其相关参数列表如下:级次IIIIIIIV行程容积0.054380.017040.003560.00103相对余隙容积0.0650.150.160.1余隙容积0.0035350.0025560.000
10、56960.000103容积系数0.85030.69830.80040.91570.046240.011900.0028490.0009432绝热指数1.38981.40611.40611.40610.057920.019600.004130.001130.02070.007050.00190.000610.0035350.0025560.00056960.0001030.011680.0076960.0012810.000190 利用Matlab画出示功图,图及程序如下:第一级: x1=0.01168:0.00001:0.05792; y1=0.15; x2=0.0207:0.00001:0
11、.05792; y2=0.15*0.057921.3898.*x2.(-1.3898); x3=0.003535:0.00001:0.0207; y3=0.6254; x4=0.003535:0.00001:0.01168; y4=0.6254*0.0035351.3898.*x4.(-1.3898); plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)第二级: x1=0.007696:0.00001:0.01960; y1=0.5354; x2=0.00705:0.00001:0.01960; y2=0.5354*0.019601.4061.*x2.(-1.4061); x3=0.0
12、02556:0.00001:0.00705; y3=2.2559; x4=0.002556:0.00001:0.007696; y4=2.2559*0.0025561.4061.*x4.(-1.4061); plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)第三级: x1=0.001281:0.00001:0.00413;y1=2.2559;x2=0.0019:0.00001:0.00413; y2=2.2559*0.004131.4061.*x2.(-1.4061);x3=0.0005696:0.00001:0.0019; y3=6.7728; x4=0.0005696:0.0000
13、1:0.001281; y4=6.7728*0.00056961.4061.*x4.(-1.4061); plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)第四级: x1=0.000190:0.00001:0.00113;y1=6.7728;x2=0.00061:0.00000001:0.00113; y2=6.7728*0.001131.4061.*x2.(-1.4061);x3=0.000103:0.00001:0.00061;y3=16;x4=0.000103:0.00000001:0.000190; y4=16*0.0001031.4061.*x4.(-1.4061);plot
14、(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)十一 综合活塞力的计算 综合活塞力为活塞中的气体力、往复惯性力和往复摩擦力的代数和 1 气体力计算 确定盖侧面积和轴测面积 活塞运动分析 活塞的位移公式为: 活塞的加速度为:式中:其中I-IV列运动的角度为,II-III列为,以 II-III列为例,则盖侧对应于气缸容积的活塞当量位移:轴侧对应于汽缸容积的活塞当量位移: 计算任意过程中的某处压力 膨胀过程: 吸气过程: 压缩过程: 排气过程: 其中余隙容积的当量行程 I-IV列 气体力计算 盖侧气体力计算 膨胀过程: 吸气过程: 压缩过程: 排气过程 :轴侧气体力计算 压缩过程: 排气过程:膨胀
15、过程:吸气过程 II-III列 气体力计算 盖侧气体力计算 膨胀过程:吸气过程 压缩过程 排气过程 : 轴侧气体力计算 压缩过程: 排气过程 :膨胀过程: 吸气过程:2 往复惯性力的计算 对I-IV列 对II-III列3 往复摩擦力的计算 取,式中为第i列指示功率;为压缩机的机械效率;s为活塞行程,n为压缩机转速 对I-IV列 对II-III列 十二 活塞力图的绘制1)由以上的计算结果,利用matlab绘制I-IV列活塞力图及程序如下:盖侧活塞力程序及Matlab图: a1=0:0.0001:0.5793;b1=-(3.072./(5.501-cos(a1)-4.375.*(1-0.05224
16、5.*(sin(a1).2).(1./2).1.3898+5.285./(5.569-cos(a1)-4.375.*(1-0.052245.*(sin(a1).2).(1./2).1.4061);a2=0.5793:0.0001:pi;b2=-35.61;a3=pi:0.0001:5.01;b3=-(35.906./(5.501-cos(a3)-4.375.*(1-0.052245.*(sin(a3).2).(1./2).1.3898+65.163./(5.569-cos(a3)-4.375.*(1-0.052245.*(sin(a3).2).(1./2).1.4061);a4=5.01:0.
17、0001:2.*pi;b4=-107.79;plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4)盖侧活塞力轴测活塞力Matlab程序及Matlab图: a1=0:0.0001:1.84;b1=36.107./(-3.25+cos(a1)+4.375.*(1-0.052245.*(sin(a1).2).0.5).1.3898;a2=1.84:0.0001:pi;b2=54.98;a3=pi:0.0001:3.915;b3=3.089./(-3.25+cos(a3)+4.375.*(1-0.052245.*(sin(a3).2).0.5).1.3898;a4=3.915:0.0001:2.*
18、pi;b4=13.19;plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4)轴测气体力图摩擦力和往复惯性力Matlab程序及Matlab图: a1=0:0.0001:2.*pi;b1=16.32;a2=0:0.0001:2.*pi;b2=19.24.*(cos(a2)+0.2286.*cos(2.*a2);plot(a1,b1,a2,b2)摩擦力和往复惯性力图综合活塞力的matlab程序及matlab图: a1=0:0.0001:0.5793;b1=-(3.072./(5.501-cos(a1)-4.375.*(1-0.052245.*(sin(a1).2).0.5).1.3898+5.
19、285./(5.569-cos(a1)-4.375.*(1-0.052245.*(sin(a1).2).0.5).1.4061)+36.107./(-3.25+cos(a1)+4.375.*(1-0.052245.*(sin(a1).2).0.5).1.3898+19.24.*(cos(a1)+0.2286.*cos(2.*a1)+16.32;a2=0.5793:0.0001:1.8392;b2=-35.61+36.107./(-3.25+cos(a2)+4.375.*(1-0.052245.*(sin(a2).2).0.5).1.3898+19.24.*(cos(a2)+0.2286.*co
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- 活塞 压缩机 复算 以及 校核
