空气压缩机专业课程设计.doc
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1、过程流体机械课程设计院系: 指引教师:目录1 课程设计任务31.已知数据32.课程设计任务及规定42 热力计算51.初步拟定压力比及各级名义压力52.初步计算各级排气温度53.计算各级排气系数64.计算各级凝析系数及抽加气系数85.初步计算各级气缸行程容积86.拟定活塞杆直径97.计算各级气缸直径108.实际行程容积及各级名义压力109.计算缸内实际压力1210.计算各级实际排气温度1311.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径1312.复算排气量1513.计算功率,选用电机1514.热力计算成果数据163 动力计算181.第级缸解析法182.第级缸图解法263.第级缸解析法294.第级缸图解法
2、384 零部件设计421 课程设计任务1.已知数据1.1构造型式 3L-10/8空气压缩机构造型式为二列二级双缸双作用L型压缩机 1.2工艺参数级名义吸气压力:P1I=0.1MPa(绝),吸气温度T1I=40 级名义排气压力:P2II=0.9MPa(绝),吸入温度T2II=50 排气量(级吸入状态):Vd =10 m3/min 空气相对湿度:=0.81.3构造参数 活塞行程: S=2r=200mm 电机转速: n=450r/min 活塞杆直径: d=35mm 气缸直径:级,DI=300mm ;级,DII=180mm ; 相对余隙容积:1=0.095,II=0.098;电动机:JR115-6 型
3、,75KW; 电动机与压缩机联接:三角带传动; 连杆长度:l=400mm; 运动部件质量(kg):见表2-1表2-1 运动部件质量名称级级活塞组件25.412.5十字头组件8.28.2连杆组件13.013.02.课程设计任务及规定 a. 热力计算:涉及压力比分派,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。2 热力计算1.初步拟定压力比及各级名义压力(1)按等压力比分派原则拟定各级压力比: 两级压缩总压力比 取 (2)各级名义进、排气压力如下:P2k=P1kk
4、, P1(k+1)=P2k表2-2 各级名义进、排气压力(MPa)级次名义排气压力P1名义排气压力P20.10.30.30.92.初步计算各级排气温度按绝热过程考虑,各级排气温度可用下式求解: 介质为空气,k=1.4。 计算成果如表2-3所示。计算成果表白排气温度T2160,在容许使用范畴内。表2-3 各级名义排气温度级次名义吸气温度计算参数名义排气温度Kk(k-1)/kK4031331.41.3214131405032331.41.3214271543.计算各级排气系数由于压缩机工作压力不高,介质为空气,所有计算可按抱负气体解决。 由排气系数计算公式:分别求各级排气系数。(1)计算容积系数:
5、其中,多变膨胀指数m计算按表1-3查得:I级多变膨胀指数mI:II级多变膨胀指数mII: 则各级容积系数为: (2)压力系数p选取: 考虑到用环状阀,气阀弹簧力中档,吸气管中压力波动不大,两级压力差也不大,可选用pI=0.97,pII=0.98。(3)温度系数T选用: 考虑到压缩比不大,气缸有较好水冷却,气缸尺寸及转速中档,从图1-6查得T在0.935-0.975范畴内,可选用TI=TII=0。96。(4)泄漏系数1计算:用相对漏损法计算1:a. 考虑气阀成批生产,质量可靠,阀弹簧力中档,选用气阀相对泄漏值VvI=VvII=0.02b. 活塞均为双作用,有油润滑,缸径中档,压力不高。选活塞环相
6、对泄漏值Vr1=0.005,VrII=0.006c. 因有油润滑,压力不高,选用填料相对泄漏值VpI=0.005,VpII=0.001由于填料为外泄漏,需在第级内补足,因此第级相对泄漏中也涉及第级填料外泄漏量在内,泄漏系数计算列入表2-4。泄损部位相对泄漏值级级气阀vvI0.02vvII0.02活塞环vrI0.005vrII0.006填料vpI0.0005vpII0.0010.001总相对泄漏v0.02650.027泄漏系数I=1/(1+vi)0.9740.973(5)各级排气系数计算成果列入表2-5级数 v p T l =v pTl0.8580.970.960.9740.7780.8650.
7、980.960.9730.7894.计算各级凝析系数及抽加气系数(1)计算各级凝析系数 a. 计算在级间冷却器中有无水分凝析出来 查表1-5得水在40和50时饱和蒸汽压: PbI=7.375kPa(40) PbII=12.335kPa(50) 则: 因此在级间冷却器中必然有水分凝析出来,这时1II=1。 b. 计算各级凝析系数(2)抽加气系数o 因级间无抽气,无加气,故 oI=oII=15.初步计算各级气缸行程容积6.拟定活塞杆直径 为了计算双作用气缸缸径,必要一方面拟定活塞杆直径,但活塞杆直径要依照最大气体力来拟定,而气体力又需依照活塞面积(气缸直径)来计算,她们是互相制约。因而需先暂选活塞
8、杆直径,计算气体力,然后校核活塞杆与否满足规定。(1)计算任一级活塞总工作面积,(z-同一气缸数)有:(2)暂选活塞杆直径 依照双作用活塞面积和两侧压差估算出该空压机最大气体力约为1.5吨左右,由附录2,暂选活塞杆直径d=35mm。 活塞杆面积 (3)非贯穿活塞杆双作用活塞面积计算 盖侧活塞工作面积: Fg=0.5(Fk+fd) 轴侧活塞工作面积: Fz=0.5(Fk-fd) 级: 级:(4)计算活塞上所受气体力计算 a. 第一列(第级): 外止点: PI外=P1IFZI-P2IFgI =110571010-4-310572010-4=-14500N 内止点: PI内=P2IFZI-P1IFg
9、I =310571010-4-110572010-4=14100N b. 第二列(第II级): 外止点: PII外=P1IIFZII-P2IIFgII =310523310-4-910524310-4=-14880N 内止点: PII内=P2IIFZII-P1IIFgII =910523310-4-310524310-4=13680N 由以上计算可知,第二列气体力最大,为-14880N,约合1.5吨。由附表2可知,若选用活塞杆直径d=30mm是可以,但考虑留有余地,取d=35mm。7.计算各级气缸直径(1)计算非贯穿活塞杆双作用气缸直径依照,有:(2)拟定各级气缸直径依照查表1-6,将计算缸径
10、圆整为公称直径:DI=300mm;DII=180mm8.实际行程容积及各级名义压力(1)计算各级实际行程容积Vh 非贯穿活塞杆直径双作用气缸行程容积:(2)各级名义压力及压力比 因各级实际行程容积Vhk与计算行程容积Vhk不同,各级名义压力及压力比必然变化。各级进、排气压力修正系数k及k+1分别为: a. 各级进气压力修正系数: b. 各级排气压力修正系数: c. 修正后各级名义压力及压力比:P1k=kP1kP2k=k+1P2k=P2k/P1k计算成果列入表2-6。级 次计算行程容积Vhk m30.028560.00953实际行程容积Vhk m30.0280.01修正系数 k=VhIVhk/
11、(VhIVhk)10.93k+1=VhIVh(k+1)/(VhIVh(k+1)0.931名义吸气压力(MPa)P1k0.10.3P1k=kP1k0.10.28名义排气压力(MPa)P2k0.30.9P2k=k+1P2k0.280.9修正后名义压力比=P2k/P1k2.83.219.计算缸内实际压力缸内实际压力:Ps=P1(1-s) Pd=P2(1+d)由图1-10,查得s,d,计算各级气缸内实际压力,成果见下表。表2-7 考虑压力损失后缸内实际压力比级次修正后名义压力(MPa)相对压力损失1-s1-d缸内实际压力损失(MPa)实际压力比P1P2sdPsPd=Ps/Pd0.10.280.050.
12、0820.951.0820.0950.3043.20.280.90.0350.0610.9651.0610.270.9593.5410.计算各级实际排气温度按k=1.4和m=1.3两种状况计算,计算成果见下表。从中可以看出,按k=1.4计算出排气温度超过了180容许范畴,但实际测出排气温度接近多变压缩m=1.3成果,以为在容许范畴内。 表2-8 依照实际压力比求得各级实际排气温度级次吸气温度实际压力比k=1.4m=1.3()(K)(k-1)/kT2(K)T2()(m-1)/mT2(K)T2()403133.21.3944361631.308409136503233.541.4344621891
13、.33843115811.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径 气缸直径圆整,活塞杆直径选用及各级吸排气压力修正都直接影响到气体力,需重新计算如下: (1)第列(第级) a. 活塞面积 盖侧:轴侧: b. 压力:PSI=0.95105PaPdI=3.04105Pa c. 气体力: 外止点:PI外=PSIFZI-PdIFgI=0.9510569710-4-3.0410570710-4=-14870N 内止点:PI内=PdIFZI-PSIFgI =3.0410569710-4-0.9510570710-4=14480N (2)第列(第级) a. 活塞面积 盖侧: 轴侧:FZII=FgII-fd=0.
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