D5723250天然气压缩机计算书.docx

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D5723250天然气压缩机计算书

第一部分热力计算

一、初始条件

1.排气量：

QN=20Nm3/min

2.压缩介质：

天然气

（气体组分：

CH4:

94%；CO2:

0.467%；N2:

4.019%；C2H6:

1.514%）

3.相对湿度：

ψ=100%

4.吸入压力：

PS0=0.4MPa（绝对压力）

5.排出压力：

Pd0=25.1MPa（绝对压力）

6.大气压力：

P0=0.1MPa（绝对压力）

7.吸入温度：

tS0=35℃（TS0=308°K）

8.排气温度：

td0=45℃（Td0=318°K）

9.压缩机转速：

n=740rpm

10.压缩机行程：

S=120mm

11.压缩机结构型式：

D型

12.压缩级数：

4级

13.原动机：

低压隔爆异步电机，与压缩机直联

14.一级排气温度：

≤130℃

二、初步结构方案

三、初始条件换算（以下计算压力均为绝对压力）

Q=QN×［P0×TS0／（PS0-ψ×Psa）×T0］

进气温度状态下的饱和蒸汽压为Psa=0.005622MPa

P0=0.1MPa

T0=273°K

其余参数详见初始条件。

Q=20×［0.1×308／（0.4-1×0.005622）×273］=5.72m3/min

四、级数的选择和各级压力

要求为四级压缩

总压缩比ε0===62.75

ε10=ε20=ε30=ε40==2.8145

求出各级名义压力如下表

级别

PS0（MPa）

Pd0（MPa）

压力比ε0=

Ⅰ

0.4

1.1258

2.8145

Ⅱ

1.1258

3.1686

2.8145

Ⅲ

3.1686

8.918

2.8145

Ⅳ

8.918

25.1

2.8145

五、计算各级排气温度

查各组分气体绝热指数如下：

CH4:

94%K=1.308；CO2:

0.467%K=1.30

N2:

4.019%K=1.40；C2H6:

1.514%K=1.193

=∑＝＋＋＋=3.2464

得K1=K2=K3=K4=1.308

一级进气温度tS1=35℃，考虑回冷不完善，二三四级进气温度取tS2=tS3=tS4=40℃

级别

吸气温度

压力比

ε0

绝热指数K

排气温度

tS0℃

TS0°K

Td0=TS0°K

td0℃

Ⅰ

35

308

2.8145

1.308

1.276

393

120

Ⅱ

40

313

2.8145

1.308

1.276

399

126

Ⅲ

40

313

2.8145

1.308

1.276

399

126

Ⅳ

40

313

2.8145

1.308

1.276

399

126

一级排气温度=120℃＜130℃符合初始条件要求。

六、计算各级排气系数

λH=λVλPλTλg

1.容积系数λV

（1）相对余隙容积a，取a1=0.2；a2=0.2；a3=0.2；a4=0.2

（2）膨胀过程的多变指数m，

m1=1+0.75（K-1）=1+0.75（1.308-1）=1.231

m2=1+0.88（K-1）=1+0.88（1.308-1）=1.271

m3=m4=K=1.308

（3）λV1=1－a1（－1）=1－0.2（－1）=0.736

λV2=1－a2（－1）=1－0.2（－1）=0.749

λV3=1－a3（－1）=1－0.2（－1）=0.759

λV4=1－a4（－1）=1－0.2（－1）=0.759

2.压力系数λP，取λP1=0.98；λP2=0.99；λP3=1；λP4=1

3.温度系数λT，取λT1=0.96；λT2=0.96；λT3=0.96；λT4=0.96

4.气密系数λg

漏气部位

相对值V

一级

二级

三级

四级

气阀

一级

0.02

----

----

----

二级

----

0.02

----

----

三级

----

----

0.02

----

四级

----

----

----

0.02

活塞环

一级

0.005

----

----

----

二级

----

0.01

----

----

三级

----

----

0.02

----

四级

----

----

----

0.02

一级与一列平衡容积

0.005

----

----

----

二级与二列平衡容积

0.01

0.01

----

----

三级与一列平衡容积

0.015

0.015

0.015

----

四级与二列平衡容积

0.02

0.02

0.02

0.02

填料

一级

0.01

----

----

----

二级

0.01

0.01

----

----

三级

----

----

----

----

四级

----

----

----

----

总相对损失ΣV

0.095

0.085

0.075

0.06

λg=

0.913

0.922

0.93

0.943

各级排气系数λH如下：

级别

λV

λP

λT

λg

λ=λVλPλTλg

Ⅰ

0.736

0.98

0.96

0.913

0.632

Ⅱ

0.749

0.99

0.96

0.922

0.656

Ⅲ

0.759

1

0.96

0.93

0.678

Ⅳ

0.759

1

0.96

0.943

0.687

七、计算干气系数μd和抽气系数μ0

35℃时饱和蒸汽压Psa1=0.005622MPa;

40℃时饱和蒸汽压Psa2=Psa3=Psa4=0.007374MPa

ψpsa1ε1=1×0.005622×2.8145=0.0175>Psa2

则μd1=1

μd2=×=×=0.992

μd3=×=×=0.988

μd4=×=×=0.987

中间级均无抽气，则μ01=μ02=μ03=μ04=1

八、计算气缸行程容积Vt0

Vt10=Q=5.72×=9.05m3/min

Vt20=Q=5.72×××=3.12m3/min

Vt30=Q=5.72×××=1.07m3/min

Vt40=Q=5.72×××=0.375m3/min

九、确定活塞杆直径

1.初步确定各级等温度功率Nis和最大功率N

Nis1=·Ps10·Q·lnε0=×0.4×5.72×ln2.8145=39.5KW

因一二三四级压力比相同则Nis1=Nis2=Nis3=Nis4=39.5KW

两列等温功率相等，列最大功率N===132KW

其中等温效率ηis由查表2-9求得。

2.确定活塞杆直径

根据最大的功率查表2-10，初步选取活塞杆直径为d=60mm。

一十、计算气缸直径

一、二级气缸均为轴侧单作用的轴侧容积，应考虑活塞杆的影响。

D10===0.365m

D20===0.220m

三、四级气缸均为盖侧单作用的盖侧容积。

D30===0.124m

D40===0.073m

圆整后气缸直径D1=360㎜、D2=220㎜、D1=125㎜、D2=75㎜

一十一、修正各级公称压力和温度

1.确定各级实际行程容积Vt

Vt1=．S．n=×0.12×740=8.79m3/min

Vt2=．S．n=×0.12×740=3.12m3/min

Vt3=．S．n=×0.12×740=1.09m3/min

Vt4=．S．n=×0.12×740=0.392m3/min

2.修正各级公称压力

级次

一级

二级

三级

四级

计算行程容积Vt0

9.05

3.12

1.07

0.375

实际行程容积Vt

8.79

3.12

1.09

0.392

Vt0/Vt

1.03

1

0.982

0.956

修正系数β=

1

0.971

0.953

0.93

初步确定的

公称压力MPa

进气Ps0

0.4

1.1258

3.1686

8.918

排气Pd0

1.1258

3.1686

8.918

25.1

修正后的

公称压力MPa

进气Ps

0.4

1.09

3.02

8.29

排气Pd

1.09

3.02

8.29

25.1

修正后的公称压力比ε

2.725

2.771

2.745

3.028

3.修正各级排气温度

级别

吸气温度

修正后压力比

ε

绝热指数K

排气温度

tS℃

TS°K

Td=TS°K

td℃

Ⅰ

35

308

2.725

1.308

1.266

390

117

Ⅱ

40

313

2.771

1.308

1.271

398

125

Ⅲ

40

313

2.745

1.308

1.268

397

124

Ⅳ

40

313

3.028

1.308

1.298

406

133

一十二、计算活塞力

1.考虑损失后，计算各级气缸内实际压力及压力比，压力损失数值由图2-15查得，计算结果列表如下：

级

别

修正后公称压力MPa

相对压力

损失%

1-δS

1+δd

考虑压力损失后的实际压力MPa

实际压力比ε＇

PS

Pd

进气δS

排气δd

PS＇=

PS（1-δS）

Pd＇=

Pd（1+δd）

ε＇=

Ⅰ

0.4

1.09

0.04

0.07

0.96

1.07

0.384

1.166

3.037

Ⅱ

1.09

3.02

0.03

0.05

0.97

1.05

1.057

3.17

3

Ⅲ

3.02

8.29

0.02

0.04

0.98

1.04

2.96

8.62

2.913

Ⅳ

8.29

25.1

0.01

0.03

0.99

1.03

8.21

25.85

3.15

2.气缸内压缩终了排气温度如下表：

级别

吸气温度

实际压力比ε＇

绝热指数K

气缸内压缩终了排气温度

tS℃

TS°K

Td＇=TS°K

td＇℃

Ⅰ

35

308

3.037

1.308

1.299

400

127

Ⅱ

40

313

3

1.308

1.295

405

132

Ⅲ

40

313

2.913

1.308

1.286

403

130

Ⅳ

40

313

3.15

1.308

1.31

410

137

3.计算各列活塞力，按式1-5计算，结果列于下表

级次

内止点

外止点

缸内压力

PMPa

活塞面积

Amm2

气体力

FN

缸内压力

PMPa

活塞面积

Amm2

气体力

FN

一级

1.166

98960

115388

0.384

98960

38001

三级

2.96

12272

-36325

8.62

12272

-105873

Ⅰ列平衡容积

（一级侧）

0.4