校核计算2D12-70(0.1-13)对称平衡式石油气压缩机

2 2D12往复式压缩机典型部件的动力学分析与故障机理研究2.1 引言2D12-70/0.1~13型对动式双作用石油气压缩机广泛应用于石化企业，其主要参数如下：轴功率500kw、排气量70m3/min、一级排气压力0.2746~0.2942Mpa、二级排气压力1.2749Mpa、活塞行程240mm、曲轴转速496rpm。

压缩机采用隔爆型异步电动机通过刚性联轴器和飞轮驱动曲轴旋转，带动两侧连杆，并经过十字头、活塞杆分别使一、二级活塞在一、二级气缸内作水平方向对动。

当压缩机工作时，活塞两侧分别吸气和压气。

一级气缸每一侧工作腔各有四个进气阀和四个排气阀，二级气缸每一侧工作腔各有两个进气阀和两个排气阀，皆为多环窄通道低行程的环状阀。

进气阀在缸体的上部，排气阀在缸体的下部。

往复式压缩机结构复杂、激励源众多，需要对其进行动力学分析，以便建立典型零件的动力学数学模型。

这有利于对往复式压缩机故障机理的认识，并为实验研究和信号监测提供理论依据。

2.2 运动学和动力学分析2.2.1 曲柄--连杆机构运动学分析对于压缩机等往复式机械，大质量的活塞--曲柄连杆机构是主要的运动部件，属于正置式曲柄--连杆机构，它的最大特点是气缸中心线通过曲轴的回转中心，并垂直于曲柄的回转轴线，这一机构的运动关系决定了整个系统的动力学特性[19，20]。

由图2.1的几何关系，可求得活塞的位移、速度和加速度。

ω为曲柄的角速度，x为由原点O沿x轴测得的B点的位置。

连杆长度lAB=；曲柄与连杆长度之比：l r /=λ，取时间为t 时，曲柄转角则为：t ⋅=ωθ。

图2.1压缩机结构几何模型（1）活塞的位移αλα22sin 1cos -+=l r x （2.1）一般，连杆的长度都远大于曲柄的长度，λ值一般都小于1/3.5，1|sin |22≤-αλ，按二项式定理展开公式（2.1），略去λ的高次项，得到活塞位移公式即wt r r l t r x 2cos 44cos λλω+-+= （2.2） （2）活塞的速度 )2sin 2(sin )(t t r d dx dt d d dx dt dx t x v ωλωωαωαα+-=⋅=⋅===∙ (2.3)（3）活塞的加速度即)2cos (cos 2t t r a ωλωω+= （2.4）2.2.2 曲柄--连杆机构动力学分析（1）活塞运动的动力学分析设活塞质量为B m ，则往复式压缩机运行时，作用在往复运动活塞上的惯性力为往复惯性力H Q ，若连杆非常长，即λ很小时，活塞部分的往复惯性力H Q 为若连杆很短时，则活塞部分的惯性力H Q 为图2.2各部件受力分析图如图2.2所示，c P 沿连杆中心线方向，称为连杆推力；q P 为周期性循环变化的气体压力；活塞受到的侧向力H P ，H P 垂直于气缸壁。

ＴＩ ＡＮ Ｊ ｉ ａ ｌ ｉ ｎ ’
ＹＡＮＧ Ｌｉ ｎ ＤＯＮＧ Ｃｈａ ｏ ｑｕ ｎ
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（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｔ ｒ ｏ ｎ ｉ ｃ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｐｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ，Ｃｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｕ ６ １ ０ ５ ０ ０ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ；
足 生产需要 ， 可 实现 不停 机 测试 。
关键 词 ： 天然 气； 燃气发动机 ； 压 缩机 ； 能效 ； 反平 衡 ； 计 算 软 件
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｅ ８ ７ ４ 文献标识码 ： Ａ
Ａ ｃ ｏ ｕ ｎｔ ｅ ｒ － ｂ ａ ｌ ａ ｎｃ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ ｅ ｆ ｆ ｉ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｙ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｉ ｎｔ ｅ ｇ ｒ ａ ｌ ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ ｇ ａ ｓ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ — ｃ ｏ ｍ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｒ
第３ ４卷
第 ４期
石
油
学
报
Ｖｏ１ ． ３ ４ Ｎ Ｏ． ４
２ ０ １ ３年 ７月
ＡＣＴＡ ＰＥＴＲＯＬＥＩ Ｓ Ｉ ＮＩ ＣＡ
Ｊ ｕ ｌ ｙ
２ ０ １ ３
文章编号 ： ０ ２ ５ ３ — ２ ６ ９ ７ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ４ — ０ ７ ８ ７ — ０ ５ Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ７ ６ ２ ３ ／ ｓ ｙ ｘ ｂ ２ Ｏ １ ３ ０ ４ Ｏ ２ ２

二是保住和引进各类人才。
国企多年来培养了一批在行业有较高知名度的各类人才。而今，许多人相继辞别了曾经培养过自己的企业，在民企中发挥着关键的作用。如四川成都某压缩机有限公司，该公司的高级技术人员，百分之九十以上来自国家大型二类压缩机企业。他们带来了国企的技术，带来了已开发的市场，仅200多人的民营企业一年的产值已近亿元。他们以低价及良好的售后服务赢得了市场。沈阳申元、四川南方、温州固耐等一批民营企业压缩机制造商的加盟，无疑给压缩机行业增加了活力，但同时又给国企带来了新的竞争。
由于上述特点，活塞式压缩机主要适用于中、小排量，压力较高场合。
发展趋势：
为发扬优点，克服缺点，在结构参数上趋向高转速、短行程，使结构紧凑。同时延长气阀、密封元件等易损件的寿命，以提高运转率。随着优化设计理论和计算机技术的发展，为合理选取设计参数，提高效益开创了新的前景。
2.2.2透平式压缩机的特点：
（二）按压缩机气缸段数（级数）可分为：
（1）单段压缩机（单级）：气体在气缸内进行一次压缩。
（2）双段压缩机（两级）：气体在气缸内进行两次压缩。
（3）多段压缩机（多级）：气体在气缸内进行多次压缩。
（三）按气缸的排列方法可分为：
（1）串联式压缩机：几个气缸依次排列于同一根轴上的多段压缩机，又称单列压缩机。
2.3
压缩机装置的选型十分重要,因为压缩机是许多工艺流程的主要设备,它可以为工艺流程输送气体,为净化处理或合成加工提供动力和压力.压缩机的好坏将直接影响生产过程。
2.3.1
1.按照压缩机热力参数的选型
即根据工艺流程的参数对压缩机进行初步计算,然后把计算的结果和压缩机产品样本所提供的热力参数进行比较,以判断压缩机对工艺流程的适应性。
1.2.2
从20世纪70年代开始，我国离心压缩机有了很大发展。在上海吴泾化工总厂国产30万吨/年合成氨装置建设中，上海鼓风机厂、上海压缩机厂、上海冷冻机厂、杭州汽轮机厂分别研制成功工艺空气压缩机、合成气压缩机、氨冷冻压缩机及其配套驱动汽轮机。在此期间，我国最大的离心压缩机专业制造厂--沈阳鼓风机厂，工业汽轮机专业制造厂--杭州汽轮机厂，分别从新比隆和西门子公司引进了先进的技术软件和成套设备，使我国离心压缩机组设计制造整体水平上了一个台阶。同时，国内的研究机构也加快了研究进度，西安交大等院校和中科院系统很快在三元流理论和气体试验方面取得突破，三元流动叶轮设计计算方法和分析程序及真实气体的模拟计算方法等达到国际先进或领先水平。

工程热力学课程习题第一章1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm)，(1) 水，(2) 酒精，(3) 液态钠。

它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。

在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。

试求山的高度为多少。

重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。

1-7如图1-15 所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。

大气压力为760mmHg。

试求(1) 真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力；(2) 表C的读数；(3) 圆筒顶面所受的作用力。

图1-151-8 若某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。

1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。

有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。

若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。

1-15气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。

由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。

试求该过程空气对外作功量。

1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。

试求循环的净功量。

如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？图1-16第二章2-2 水在760mmHg下定压汽化，温度为100℃，比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潜热为2250kJ/kg。