过程流体机械课程设计 院系：指导老师： 目录 1
课
程
设
计
任
务............................................................................................................ 3 1.已
知
数
据............................................................................................................. 3 2.课
程
设
计
任
务
及
要
求......................................................................................... 4 2 热力计算.................................................................................................................... 5
1.
初
步
确
定
压
力
比
及
各
级
名
义
压
力..................................................................... 5 2.初步计算各级排气温度..................................................................................... 5 3.计算各级排气系数............................................................................................. 6 4.计算各级凝析系数及抽加气系数..................................................................... 8 5.初
步
计
算
各
级
气
缸
行
程
容
积............................................................................. 8 6.确定活塞杆直径................................................................................................. 9 7.计算各级气缸直径........................................................................................... 10 8.实际行程容积及各级名义压力....................................................................... 10
9.
计
算
缸
内
实
际
压
力........................................................................................... 12 10.计算各级
实际排气温度................................................................................. 13 11.缸内最大实际气体力并核算活塞杆直径..................................................... 13 12.
复
算
排
气
量..................................................................................................... 15 13.计算功率，选取电机..................................................................................... 15 14.
热
力
计
算
结
果
数
据......................................................................................... 16 3 动力计算.................................................................................................................. 18
1.
第
Ⅰ
级
缸
解
析
法............................................................................................... 18 2.第Ⅰ级缸图解法............................................................................................... 28 3.第Ⅱ级缸解析法............................................................................................... 31
4.
第
Ⅱ
级
缸
图
解
法............................................................................................... 40 4 零部件设计.............................................................................................................. 44 1
课程设计任务 1.已知数据 1.1 结构型式
3L-10/8 空气压缩机的结构型式为二列二级双缸双作用 L 型压缩机 1.2 工艺参数 Ⅰ级名义吸气压力：P1I=1.1 大气压（绝），吸气温度
T1I=20℃ Ⅱ级名义排气压力：P2II=0.9MPa（绝），吸入温度 T2II=25℃ 排气量（Ⅰ级吸入状态）:Vd =7 m3/min 空气相对湿度: φ=0.8 1.3 结构参数 活塞行程： 电机转速： S=2r=200mm n=450r/min 活塞杆直径： d=35mm 气缸直径：Ⅰ级，DI=300mm ；Ⅱ级，DII =180mm ； 相对余隙容积：α1=0.095，αII=0.098； 电动机：JR115-6 型，75KW； 电动机与压缩机的联接：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 活塞组件 十字头组件 连杆组件 Ⅰ级 25.4 8.2 13.0 Ⅱ级 12.5 8.2 13.0
2.课程设计任务及要求
a. 热力计算：包括压力比分配，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.初步确定压力比及各级名义压力 (1)按等压力比分配原则确定各级压力比： 两级压缩总压力比
取 (2)各级名义进、排气压力如下： P2k=P1kεk ， P1(k+1)=P2k 各级名义进、排气压力（ 表 2-2 各级名义进、排气压力（MPa) 级次 Ⅰ Ⅱ
名义排气压力 P1 0.1 0.3 名义排气压力 P2 0.3 0.9 2.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。
计算结果如表 2-3 所示。计算结果表明排气温度 T2<160℃，在允许使用范围 内。 表 2-3
各级名义排气温度
名义吸气温度 级次 ℃ Ⅰ Ⅱ 40 50 K 313 323 ε 3 3 计算参数 k 1.4 1.4 ε(k-1)/k 1.321 1.321 名义排气温度 K 413 427 ℃ 140 154 3.计算各级排气系数
因为压缩机工作压力不高，介质为空气，全部计算可按理想气体处理。 由排气系数的计算公式：
分别求各级的排气系数。 (1)计算容积系数：
其中，多变膨胀指数 m 的计算按表 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 λp 的选择：
考虑到用环状阀，气阀弹簧力中等，吸气管中压力波动不大，两级压力差也 不大，可选取 λpI=0.97，λpII=0.98。 (3)温度系数 λT 的选取： 考虑到压缩比不大，气缸有较好的水冷却，气缸尺寸及转速中等，
从图 1-6 查得 λT 在 0.935-0.975 范围内，可选取 λTI=λTII=0。96。 (4)泄漏系数 λ1 的计算：
用相对漏损法计算 λ1： a. 考虑气阀成批生产，质量可靠，阀弹簧力中等，选取气阀相对泄漏值VvI=VvII=0.02 b. 活塞均为双作用，有油润滑，缸径中等，压力不高。选活塞环
相对泄漏值 Vr1=0.005，VrII=0.006 c. 因有油润滑，压力不高，选取填料相对泄漏值VpI=0.005，VpII=0.001 由于填料为外泄漏，需在第Ⅰ级内补足，所以第Ⅰ级相对泄漏中也包括第Ⅱ 级填料的外泄漏量在内，泄漏系数的计算列入表 2-4。
相对泄漏值 泄损部位 vvI 气阀 vvIIvrI 活塞环 vrIIvpI 填料 vpII ∑v λI=1/(1+∑vi ) 0.0005 0.001 0.0265 0.974 0.001 0.027 0.973 0.005 0.006 Ⅰ级 0.02 Ⅱ级 0.02 总相对泄漏 泄漏系数
(5)各级排气系数计算结果列入表 2-5 级数 λv λp λT λl
λ= λvλpλTλl Ⅰ Ⅱ 0.858 0.865