活塞式壓縮機設計說明

1、活塞式壓縮機的設計說明姓名：班級：學號：指導老師：1.題目：復算19WY-9/150型氫氦氣壓縮機在目前操作條件下的各級壓力、排氣溫度、排氣量、功率，作出計算示功圖、切向力圖、活塞力圖、標明最大活塞力與切向力，核算配用電機功率是否適當？2.19WY-9/150型氫氦氣壓縮機簡介19WY-9/150型氫氦氣壓縮機是我省投產3000噸小型化肥廠的氮氫氣壓縮機，二列之間為飛輪，由電機通過三角皮帶拖動。壓縮機為臥式、兩列、門型、四線壓縮。原料（半水煤氣）經脫硫后進入I級，經I級壓縮后送去變換、水洗、碳化，碳化后為碳化氣。碳化氣返回II級、III、IV級壓縮后去洗銅、合成。3.目前操作條件與有關數據（1

2、）操作條件：吸氣壓力：0.15MPa（絕）排氣壓力：16.0MPa（絕）I級出口與II級進口壓力差為DP=0.09MPa吸氣溫度：級IIIIIIIVTs()30354040I級進口相對濕度F=1（2）氣體組成組分N2H2CO2COO2ArCH4半水煤氣0.210.390.120.260.0050.00450.0105碳化氣0.2370.7090.0050.0290.0030.0050.012（3）有關數據：活塞行程：S=310mm，活塞桿直徑d=60mm轉速：n=209rpm，連桿長度l=700mm；I、IV列超前II、III列90度往復運動件重量：IIV列210.9kg；IIIII列193.

3、7kg級IIIIIIIV直徑D34021013565相對余隙a0.0650.150.160.1抽氣系數m10.890.890.89飛輪矩GD2為471.0kgm2，配用電機額定功率：155kw。設計計算一 . 計算各級的行程容積。I級：II級：III級：IV級：二 計算各級名義壓力和名義壓力比已知 三 排氣溫度 1 .絕熱指數計算首先需算出各氣體的絕熱指數，查活塞式壓縮機附表1常用氣體物理性質得：各氣體絕熱指數組分絕熱指數1.401.411.311.401.401.681.32注：表中所列的氣體絕熱指數為時的參數，但對于理想氣體絕熱指數的大小與溫度的關系不大，顧可不考慮溫度的影響，可把k看做是

4、常數?；旌蠚怏w的k值計算式為：。對于半水煤氣來說有1k-1=0.211.40-1+0.391.41-1+0.121.31-1+0.261.40-1+0.0051.40-1+0.00451.68-1+0.01051.32-1 =2.5652k=1.3898同理對碳化氣有：1k-1=0.2371.40-1+0.7091.41-1+0.0051.31-1+0.0291.40-1+0.0031.40-1+0.0051.68-1+0.0121.32-1 =2.4627k=1.4061所k1=1.3898 k2=k3=k4=1.4061。 2 計算排氣溫度 由式可得級次吸氣溫度排氣溫度壓力比I303442

5、.073.845II308486.374.864III313447.813.456IV313379.871.955四 第一次精度計算 1 各級容積系數 根據過程流體機械表2-1計算膨脹指數m得： 對于理想氣體，容積系數 2 計算工況系數C和精度B 由 精度不達標 進行第一次復算五 第一次復算 1. 計算各級進出口壓力 由式計算各級壓力 2 計算各級壓力比 3 確定膨脹系數 根據過程流體機械表2-1計算膨脹指數得： 4 計算容積系數 5 計算工況系數和精度 精度不達標 進行第二次復算六 第二次復算 重復第一次復算步驟 ，列出計算結果如下表 級IIIIIIIV進氣壓力0.150.53842.325

6、57.0617排氣壓力0.62842.32557.016716壓力比4.18934.31933.03662.2657容積系數0.84940.68960.79730.9211工況常數C''0.046200.046620.047860.04858精度B''0.95<0.97七 第三次復算 重復第一次復算步驟 ，列出計算結果如下表 級IIIIIIIV進氣壓力Psi'''0.150.53832.28526.889排氣壓力Pdi'''0.62832.28526.88916壓力比i'''4.188

7、74.24523.01462.3225容積系數vi'''0.84950.69570.79930.9179工況常數C'''0.046200.047020.047150.04723精度B'''0.98>0.97八 修正排氣溫度 由式，可得 級次吸氣溫度排氣溫度壓力比I303452.814.1887II308467.624.2452III313430.483.0146IV313399.242.3225九 排氣量計算 1 容積系數 2 確定壓力系數對于第一級，壓力系數可取為0.950.98，故取；對于其余各級，壓力系數可取為

8、0.981，故??； 3 確定溫度系數 根據各級壓力比，查過程流體機械圖2-12可得： ； ； ； 4 確定泄露系數對于泄露系數的選取，有如下規(guī)則：對于不嚴密，延遲關閉的閥門：；對于單作用式氣缸的活塞環(huán)：；對于雙作用式氣缸的活塞環(huán)：；對于填料，j為級次。泄露系數計算表級次IIIIIIIV氣閥I0.02II0.02III0.02IV0.02活塞環(huán)I0.009II0.009III0.03IV0.03填料I0.0005II0.00100.0010III0.00150.00150.0015IV0.00200.00200.00200.0020總相對泄漏量0.03400.03350.05350.052泄露系

9、數0.96710.96760.94920.9506 5 綜上并且將結果列表如下級次行程容積容積系數壓力系數溫度系數泄露系數轉速n（r/min)I0.054390.84950.970.940.9671 209II0.017040.69570.990.940.9676III0.003560.79930.990.950.9492IV0.001030.91790.990.950.9506 6 計算排氣量 由式，并代入上表數據可得 十 計算功率并核算電機功率是否適當 1 計算各級指示功率和總指示功率 計算相對壓力損失 根據各級進排氣壓力，查過程流體機械圖2-14可得： 計算實際循環(huán)指示功率 由公式 取n

10、1=0.97k1 總指示功率 2 計算軸功率 取機械效率 則軸功率 3 計算驅動機功率 取傳動效率 則驅動機功率 考慮到實際運行當中壓縮機會受到載荷波動，氣體泄漏等因素影響，會引起功率的增加，驅動機因留有的儲備功率，故所選用壓縮機的功率為,取壓縮機功率為1100kW，而配用電機額定功率為155kW ，故不適當。十 示功圖繪制示功圖及壓力指示圖是壓縮機循環(huán)過程在P-V圖上的表示，從圖中可反映出循環(huán)的功耗。在作示功圖時，可將膨脹變壓和壓縮變壓過程可看做是絕熱膨脹和壓縮過程，其體積和壓力之間存在著關系式：，C為常數。對于I,II,III,IV級汽缸，其相關參數列表如下：級次IIIIIIIV行程容積0

11、.054390.017040.003560.00103相對余隙容積0.0650.150.160.1余隙容積0.0035350.0025560.00056960.000103容積系數0.84950.69570.79930.91790.046200.011850.0028460.0009454絕熱指數1.38981.40611.40611.40610.057930.019600.004130.001130.02070.007010.00190.000620.0035350.0025560.00056960.0001030.011730.0077460.0012840.000188 利用Matlab

12、畫出示功圖，圖及程序如下：第一級：>> x1=0.01173:0.00001:0.05793;>> y1=0.15;>> x2=0.0207:0.00001:0.05793; >> y2=0.15*0.057931.3898.*x2.(-1.3898); >> x3=0.003535:0.00001:0.0207;>> y3=0.6283;>> x4=0.003535:0.00001:0.01173; >> y4=0.6283*0.0035351.3898.*x4.(-1.3898);>>

13、; plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)第二級：>> x1=0.007646:0.00001:0.01960;>> y1=0.5383;>> x2=0.00701:0.00001:0.01960; >> y2=0.5383*0.019601.4061.*x2.(-1.4061);>> x3=0.002556:0.00001:0.00701;>> y3=2.2852;>> x4=0.002556:0.00001:0.007746; >> y4=2.2852*0.0025561.4

14、061.*x4.(-1.4061);>> plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)第三級：>> x1=0.001284:0.00001:0.00413;>>y1=2.2852>>x2=0.0019:0.00001:0.00413; >> y2=2.2852*0.004131.4061.*x2.(-1.4061);>>x3=0.0005696:0.00001:0.0019;>> y3=6.889;>> x4=0.0005696:0.00001:0.001284; >> y

15、4=6.889*0.00056961.4061.*x4.(-1.4061);>> plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)第四級：>> x1=0.000188:0.00001:0.00113;>>y1=6.889;>>x2=0.00062:0.00000001:0.00113; >> y2=6.889*0.001131.4061.*x2.(-1.4061);>>x3=0.000103:0.00001:0.00062;>>y3=16;>>x4=0.000103:0.00000001:

16、0.000188; >> y4=16*0.0001031.4061.*x4.(-1.4061);>>plot(x1,y1,x2,y2,x3,y3,x4,y4)十一 綜合活塞力的計算 綜合活塞力為活塞中的氣體力、往復慣性力和往復摩擦力的代數和 1 氣體力計算 確定蓋側面積和軸側面積 活塞運動分析活塞的位移公式為： 活塞的加速度為：式中：其中I-IV列運動的角度為，II-III列為，以 II-III列為例，則蓋側對應于氣缸容積的活塞當量位移：軸側對應于氣缸容積的活塞當量位移： 計算任意過程中的某處壓力 膨脹過程： 吸氣過程： 壓縮過程： 排氣過程： 其中余隙容積的當量行程S

17、C=S* I-IV列 氣體力計算 蓋側氣體力計算 膨脹過程: 吸氣過程： 壓縮過程： 排氣過程 ：軸側氣體力計算 壓縮過程： 排氣過程：膨脹過程：吸氣過程 II-III列 氣體力計算 蓋側氣體力計算 膨脹過程:吸氣過程 壓縮過程 排氣過程 ： 軸側氣體力計算 壓縮過程： 排氣過程 ：膨脹過程: 吸氣過程：2 往復慣性力的計算 對I-IV列 其中一階往復慣性力：=二階往復慣性力：=3.47 對II-III列一階往復慣性力：=二階往復慣性力：=3.18因為一四列超前二三列90°，所以=+90 一階往復慣性力合力： = + = 14.38cos15.66sin 二階往復慣性力合力：+=3.

18、183.473 往復摩擦力的計算 取，式中為第i列指示功率；為壓縮機的機械效率；s為活塞行程，n為壓縮機轉速 對I-IV列 對II-III列 十二 活塞力圖的繪制1）由以上的計算結果，利用matlab繪制I-IV列活塞力圖及程序如下：蓋側活塞力程序及Matlab圖：>> a1=0:0.0001:0.5793;b1=-(3.2254./(5.6461-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).(1./2).1.3898+5.5263./(5.7161-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).(1./2).1

19、.4061);a2=0.5793:0.0001:pi;b2=-35.61;a3=pi:0.0001:5.01;b3=-(37.5274./(5.6461-cos(a3)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a3).2).(1./2).1.3898+69.3051./(5.7161-cos(a3)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a3).2).(1./2).1.4061);a4=5.01:0.0001:2.*pi;b4=-108.0774;plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4)蓋側活塞力軸測活塞力Matlab程序及Matlab圖：>>

20、; a1=0:0.0001:1.84;b1=37.7362./(-3.3861+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.3898;a2=1.84:0.0001:pi;b2=55.27;a3=pi:0.0001:3.915;b3=3.2438./(-3.3861+cos(a3)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a3).2).0.5).1.3898;a4=3.915:0.0001:2.*pi;b4=13.19;plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4)軸測氣體力圖摩擦力和往復慣性力Matlab程序及Matlab

21、圖： 對I-IV列>> a1=0:0.0001:2.*pi;b1=16.71;a2=0:0.0001:2.*pi;b2=15.15.*(cos(a2)+0.2214.*cos(2.*a2);plot(a1,b1,a2,b2)摩擦力和往復慣性力圖綜合活塞力的matlab程序及matlab圖：>> a1=0:0.0001:0.5793;b1=-(3.2254./(5.6461-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).(1./2).1.3898+5.5263./(5.7161-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(s

22、in(a1).2).(1./2).1.4061)+37.7362./(-3.3861+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.3898+16.34;a2=0.5793:0.0001:1.8392;b2=-35.61+37.7362./(-3.3861+cos(a2)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a2).2).0.5).1.3898+15.15.*(cos(a2)+0.2214.*cos(2.*a2)+16.34;a3=1.8392:0.0001:pi;b3=-35.61+55.27+15.15.*(cos(a3)+0.

23、2214.*cos(2.*a3)+16.34;a4=pi:0.0001:3.9151;b4=-(37.5274./(5.6461-cos(a4)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).(1./2).1.3898+69.3051./(5.7161-cos(a4)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).(1./2).1.4061)+ 3.2438./(-3.3861+cos(a4)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).0.5).1.3898+15.15.*(cos(a4)+0.2214.*cos(2.*a4)+16.3

24、4;a5=3.9151:0.0001:5.01;b5=-(37.5274./(5.6461-cos(a5)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a5).2).(1./2).1.3898+69.3051./(5.7161-cos(a5)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a5).2).(1./2).1.4061)+13.19+15.15.*(cos(a5)+0.2214.*cos(2.*a5)+16.34;a6=5.01:0.0001:2.*pi;b6=-108.0774+13.19+15.15.*(cos(a6)+0.2214.*cos(2.*a6)+16.34;

25、plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4,a5,b5,a6,b6)綜合活塞力圖綜合活塞力的最大值約在1.8弧度的位置，其大小約為25kN2） 由以上的計算結果，利用matlab繪制II-III列活塞力圖及程序如下：蓋側活塞力程序及Matlab圖：>> a1=0:0.0001:0.9934;b1=-79.16.*(0.3./(5.8161-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061;a2=0.9934:0.0001:pi;b2=-18.55;a3=pi:0.0001:5.299;b3=-18.65.*(2.3

26、./(5.8161-cos(a3)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a3).2).0.5).1.4061;a4=5.299:0.0001:2.*pi;b4=-79.16;plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4)蓋側活塞力軸測活塞力Matlab程序及Matlab圖：>> a1=0:0.0001:1.7926;b1=10.94.*(2.3./(-3.2161+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+26.26.*(2.32./(-3.1961+cos(a1)+4.5161.*(1-0.0

27、4903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061;a2=1.7926:0.0001:pi;b2=125.58;a3=pi:0.0001:4.211;b3=46.44.*(0.3./(-3.2161+cos(a3)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a3).2).0.5).1.4061+79.14.*(0.32./(-3.1961+cos(a3)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a3).2).0.5).1.4061;a4=4.211:0.0001:2.*pi;b4=37.20;plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4)軸測氣體力圖摩擦力

28、和往復慣性力Matlab程序及Matlab圖：>> a1=0:0.0001:2.*pi;b1=16.71;a2=0:0.0001:2.*pi;b2=14.38.*(sin(a2)+0.2214.*cos(2.*a2); plot(a1,b1,a2,b2) 摩擦力和往復慣性力圖綜合活塞力的matlab程序及matlab圖：>> a1=0:0.0001:0.9934;b1=-79.16.*(0.3./(5.8161-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+10.94.*(2.3./(-3.2161+cos(a1

29、)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+26.26.*(2.32./(-3.1961+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+16.71+14.38.*(sin(a2)+0.2214.*cos(2.*a2);a2=0.9934:0.0001:1.7926;b2=-18.55+10.94.*(2.3./(-3.2161+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+26.26.*(2.32./(-3.1961+cos(a1)

30、+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+16.71+14.38.*(sin(a2)+0.2214.*cos(2.*a2);a3=1.7926:0.0001:pi;b3=-18.55+125.58+16.71+14.38.*(sin(a3)+0.2214.*cos(2.*a3);a4=pi:0.0001:4.211;b4=-18.65.*(2.3./(5.8161-cos(a4)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).0.5).1.4061+46.44.*(0.3./(-3.2161+cos(a4)+4.5161.*(1

31、-0.04903.*(sin(a4).2).0.5).1.4061+79.14.*(0.32./(-3.1961+cos(a4)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).0.5).1.4061+16.71+14.38.*(sin(a4)+0.2214.*cos(2.*a4);a5=4.211:0.0001:5.299;b5=-18.65.*(2.3./(5.8161-cos(a5)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a5).2).0.5).1.4061+37.20+16.71+14.38.*(sin(a5)+0.2214.*cos(2.*a5);a6=5

32、.299:0.0001:2.*pi;b6=-78.14+37.20+16.71+14.38.*(sin(a5)+0.2214.*cos(2.*a5); plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4,a5,b5,a6,b6)綜合活塞力圖綜合活塞力的最大值約在1.8弧度的位置，其大小約為135kN。十三、切向力計算及切向力圖的繪制由化工機器P72公式得切向力的公式為：式中：為列的綜合活塞力，T為切向力由以上公式和已算得的綜合活塞力，使用Matlab容易得、列的切向力圖：>> a1=0:0.0001:0.5793;b1=(-(3.2254./(5.6461-cos(a1)-4

33、.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).(1./2).1.3898+5.5263./(5.7161-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).(1./2).1.4061)+37.7362./(-3.3861+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.3898+16.34).*(sin(a1)+0.2214.*sin(2.*a1)./(2.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5);a2=0.5793:0.0001:1.8392;b2=(-35.61+37.7362./

34、(-3.3861+cos(a2)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a2).2).0.5).1.3898+15.15.*(cos(a2)+0.2214.*cos(2.*a2)+16.34).*(sin(a2)+0.2214.*sin(2.*a2)./(2.*(1-0.04903.*(sin(a2).2).0.5);a3=1.8392:0.0001:pi;b3=(-35.61+55.27+15.15.*(cos(a3)+0.2214.*cos(2.*a3)+16.34).*(sin(a3)+0.2214.*sin(2.*a3)./(2.*(1-0.04903.*(sin(a3).

35、2).0.5);a4=pi:0.0001:3.9151;b4=(-(37.5274./(5.6461-cos(a4)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).(1./2).1.3898+69.3051./(5.7161-cos(a4)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).(1./2).1.4061)+ 3.2438./(-3.3861+cos(a4)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).0.5).1.3898+15.15.*(cos(a4)+0.2214.*cos(2.*a4)+16.34).*(sin(a4)+0

36、.2214.*sin(2.*a4)./(2.*(1-0.04903.*(sin(a4).2).0.5);a5=3.9151:0.0001:5.01;b5=(-(37.5274./(5.6461-cos(a5)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a5).2).(1./2).1.3898+69.3051./(5.7161-cos(a5)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a5).2).(1./2).1.4061)+13.19+15.15.*(cos(a5)+0.2214.*cos(2.*a5)+16.34).*(sin(a5)+0.2214.*sin(2.*a5).

37、/(2.*(1-0.049035.*(sin(a5).2).0.5);a6=5.01:0.0001:2.*pi;b6=(-108.0774+13.19+15.15.*(cos(a6)+0.2214.*cos(2.*a6)+16.34).*(sin(a6)+0.2214.*sin(2.*a6)./(2.*(1-0.04903.*(sin(a6).2).0.5);plot(a1,b1,a2,b2,a3,b3,a4,b4,a5,b5,a6,b6)切向力圖I-IV列最大切向力出現(xiàn)在約為5.0弧度位置處，其大小約為78kN。由以上公式和已算得的綜合活塞力，使用Matlab容易得II-III列的切向力圖：

38、>> a1=0:0.0001:0.9934;b1=(-79.16.*(0.3./(5.8161-cos(a1)-4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+10.94.*(2.3./(-3.2161+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+26.26.*(2.32./(-3.1961+cos(a1)+4.5161.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5).1.4061+16.71+14.38.*(sin(a2)+0.2214.*cos(2.*a2).*(sin(a1)+0.2214.*sin(2.*a1)./(2.*(1-0.04903.*(sin(a1).2).0.5);a2=0.9934:0.00