流体机械习题2.1压缩机设计.doc
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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=0.4MPaPd4=25.1MPa行程s=95mm=0.095m转速n=980r/minD1=175mm=0.175md=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ⅠⅡⅢⅣPs(MPa)0.41.12583.1685648.917924Pd(MPa)1.12583.1685648.91792425.1ε2.81462.81462.81462.8146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ⅠⅡⅢⅣPs(MPa)0.41.12583.1685648.917924Ps(bar)411.25831.6856489.17924m1.2251.3081.41.4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ⅠⅡⅢⅣ气缸实际直径D（m）0.1750.1050.060.036有效实际面积Ap(m2)气缸直径D（m）0.1750.1030.0570.034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 0.1350.145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εⅠ0.41.12580.0290.0580.38841.19113.067Ⅱ1.12583.168560.0210.0431.10223.30482.998Ⅲ3.168568.91790.0190.0273.10849.15872.946Ⅳ8.917925.10.0170.0148.766325.45142.903、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-Ⅳ16.27-19.23Ⅱ-Ⅲ16.06-17.99Ⅰ-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ⅠⅡⅢⅣ(K)298.15298.15298.15298.15(K)391.21389.09387.44386.06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：14283W13498W13008W12447W53237W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Ⅰ0.97 0.95 0.95 0.8754 Ⅱ0.99 0.96 0.96 0.9124 Ⅲ0.99 0.97 0.97 0.9315 Ⅳ1.00 0.98 0.98 0.9604 2、设想容积的计算级次Tsλ0λk设想容积Ⅰ298.150.8754 1Ⅱ298.150.9124 1Ⅲ298.150.9315 1Ⅳ298.150.9604 13、压力比及容积系数级次/MPaⅠ0.41.1512.8780.790Ⅱ1.1513.0702.6660.829Ⅲ3.0708.2712.6940.786Ⅳ8.27131.13.7600.6254、各级压力比复算次数级次1Ⅰ0.41.20803.010.7787.1%Ⅱ1.20803.05252.530.84Ⅲ3.05258.55302.800.77Ⅳ8.553031.13.640.822Ⅰ0.41.11282.780.8098.7%Ⅱ1.11283.06052.750.82Ⅲ3.06058.05002.630.79Ⅳ8.050031.13.860.815、比较复算容积流量，得=1.056、复算排气温度压力指示m=1.32,各级排气温度为 。
