活塞式压缩机热力学及动力学计算

yufuhua

活塞式压缩机课程设计书（因本人第一次发帖，结构简图及计算公式不会上传，请高人指点！）
Ⅰ  热力计算
一、已知条件及参数（表1）
名   称        参  数        名   称        参  数
进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
' Z& G) ]; I+ n' o进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
" V- x4 R6 d# q* g) F" a+ o相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
1 \9 x& V" r2 [- ]3 e2 U# K4 |2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
三、初步确定各级公称压力及温度
3 i) y' }+ t2 |  l/ E3 l1、初步确定各级公称压力
9 C! Q' w8 }+ y$ n) [7 `按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
* t7 v2 ~0 i1 O) c    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
    以上数据列表2
表 2
+ S3 a1 q0 A9 C# L2 c第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
7 _7 v) O' i1 ~& F2 ]1 d* d$ y* m第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
) \* N' E/ e* M' l9 j6 v2、初步确定各级排气温度
8 H' t' ?& g4 @0 k1）确定过程指数n与m值
① 确定压缩过程指数n
因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
查表得k＝1.41，故n＝1.41。
5 q3 h4 c+ Q. W, w7 Q* ?5 @( E② 确定膨胀过程指数m
/ M0 N6 j9 `' y' _8 f    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
, W, t0 r- g5 N  H6 u, c2）初步确定各级排气温度Td
; O' V* D8 z  m    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
  {- c9 F# X$ c' g  e    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
' G5 C6 Z, J$ L四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
9 f) V: V0 H' H5 Y/ c+ x          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
7 t- h( O1 Q, U6 V* ?1、计算容积系数
: g8 R3 V* k% A9 b* D' c确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
5 @0 o9 }; r! p# T        取λP1＝0.99，λP2＝1
& A% @0 F& W/ e$ F 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
4 u. i  E/ `) n- P$ h" n0 [* y$ i$ n8 M表3
        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
7 A% r! e, J# \" L第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
0.002        0.093        0.915
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
4 d' O8 e& ?  B" Q; H* uλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
6、计算各级排气系数λd
λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
表4
6 p' K5 l; p0 Z        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
Ⅰ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
3 D- s! i& y3 fⅡ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
% _' v! ~3 ^9 [" H 1、析水系数
: b; x: ~8 ~( |' N第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
: F6 Q* N/ l' ]% y9 t由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
6 R( r( k% C! a# X  C6 U: d& ^ 2、抽气系数
8 W2 @+ q2 O: [3 p( S本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积
( V5 T* D! K- D" y: e6 h/ a7 k
4 R3 Z6 e/ x4 Q8 B' s ＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
- b2 l8 G& k* Q3 y; Y% v: A＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
& }. {) u2 {: i. c$ J 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

＝16.34×15×2.1× 2.17×
% D/ @: a; B: n. l2 ?8 r$ F/ j% f＝397KW
9 E  m2 y) }( ]0 I1 Z* ?
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
, L% y( Q  l7 _% e% D ＝426KW
/ V" C' M9 s- t% t取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
2、确定活塞杆直径d
    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
十、计算气缸直径D
6 c) {! |' k4 e) j* @选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
2 e& i# p4 R2 P- Q5 p3 V& w根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
9 O( C, y; r" Q& f8 h9 S6 }$ E9 V十一、修正各级公称压力和温度
5 u) M  \1 Z7 F0 R, C/ `. N1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
! z7 A8 e8 V3 X6 {" o& r        Ⅰ        Ⅱ
8 i, g, G; o, F: A计算行程容积
9 ?$ {( T/ p) d( w" l9 A3 h. [+ \19.13        8.93
8 m1 i9 U6 i2 s' g5 {$ M各级实际容积
4 X" Y8 F) s3 x- G. J' o+ ]5 A19.52        8.94
) |% o$ u9 l1 f /
0.98        1.0
修正系数
; e$ j- l) \& v1        1.02
3 v& j9 r$ V4 n' \初步确定的进排气压力 /
( D5 \/ D* K( Y' [; W2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
0 W8 w  h; s. e* q* F* `& h2.10/4.65        4.65/11.20
修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
: ~0 l# d# `# U修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
4 s9 U, V1 `) l# I$ X1、计算气缸内实际吸排气压力
, t( y* F8 Q* P0 ?  W1）确定进气排气相对压力损失
    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
6 l3 R! f7 L6 D- |& e                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
    以上数值基于Cm＇＝3.5m/s之条件，因本方案中Cm＝4.5m/s，故根据系数 ＝1.653予以修正。修正后的结果为：
δs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
  ~3 V8 a7 j# E% `& A/ a实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
, G0 a7 v7 o) B0 y$ V% R实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
7 w. U; a% h2 l6 t; k& Y表6
% [: A! Z# {* i: Q        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
# l/ L, t$ L) l" T6 n, I) u. s& K第Ⅰ级        0.075477        0.069115
, r" R$ h8 c, C: m: y! p第Ⅱ级        0.036305        0.029943
3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
# a( }: [4 ]* g6 b表7
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
Ⅰ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
* n8 [  {( m3 }7 G, ~3 i1 KⅡ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
$ ]: \0 Y+ B" G! U1、计算指示功率
     
* B  r* F, V" v2 k) X9 f4 X       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
5 x% T2 R" a& k) R3 k* y( O       ＝647KW
     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
& a' t. f/ C+ S ＝852/1318＝0.646
3、计算压缩机轴功率及等温效率
: y8 N9 e- f) T4 r  s3 U( q4 a5 @压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
6 K# s! t4 E9 [* U* A) D1 D等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
6 X9 I0 K2 |2 \% R: o    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

Ⅱ  动力计算
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
根据表8作图，指示图中，力比例尺mp=5KN/mm，行程比例尺ml=2mm/mm
# A& {$ E8 F. a/ Q! I  T二、用作图法求综合活塞力
# i% f7 d2 x8 t1、作往复惯性力图（图3）
8 ?. n4 N2 O2 P  i$ e7 V9 G取连杆比λ=0.2，按照活塞力，查表估算确定往复惯性质量ms=1070kg，曲轴旋转角速度ω=πn/30=375π/30=39.3rad/s。
' `. b/ w7 p5 s$ `) o8 `
表8
! v% d6 J# y1 Y' [+ S( u' s级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
＝tanγ＋1
+ ?2 g; @( E+ A, L5 ?: W. U, Y        盖侧        轴侧                               
        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
4 L- Q  |. r2 `. [/ m! uⅠ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
Ⅱ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
Imax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
2 W# D  }5 e8 @  e* RImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
" @' H" s& s. }! a, e# W3 M2、计算往复摩擦力
    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
8 K$ l0 u- \4 R9 L; I机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
＝5.71KW
* W2 ]0 m& n/ e" g3、作综合活塞力图（图4、5）
2 d8 {; a6 i- `三、作切向力图
1、计算各角度切向力及总切向力
   在图4、5每隔20°量取各列综合活塞力后，根据  计算各角度切向力，进而叠加计算出各角度总切向力。（表9）
7 y* E2 v: J7 @  H5 W2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
; \' }1 p- G5 D; h2 N3、计算平均切向力Tm
' u* ^% k9 b7 p8 P2 G1 v; h2 P在图6～7中，纵坐标表示切向力，横坐标表示转角θ按圆周的周长展开，即πS，图形长度l选用360mm。
9 Q4 u# f+ e5 E5 v/ j- J力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
根据已定结构方案，相对列的曲柄错角为180°，相对列的气缸中心线夹角也是180°，故各列切向力叠加时没有曲柄错角位移。
测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
- x( W8 _3 W  V; W4 m9 W; m                        ＝198.32KN
9 D- v" ^# H+ l( }' y& u! tΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
5 r; _- U3 B6 a9 {" r5、确定飞轮矩
) d8 M8 q5 ?1 v- {4 e    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
' f! e6 ?- j; ]: ~) W% c                       ＝162.09 KN?m2

# Y4 }& c' G! N4 M  @* W( z3 y
. w$ f, E3 B: d+ p0 K' _表9
4 W: k7 r1 T( r$ C: kа°         
# v- m% b$ `5 B3 T. y+ D) O" D活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
$ u$ j  `2 q( ]* S! \! n0        0        115.4        63.2        0        0        0
" N3 E: L. {; n7 g20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
' T6 u+ Y" U  G80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
' U& }( B% B! P100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
0 N/ k0 E: ^; X5 d( |# \. c  D4 I140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
! ?/ m8 R& `! @7 m7 h: I: a160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
0 W; R; {2 l, t180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
( \7 \/ b  o: v3 |! `' ]220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
. G* d% X7 n2 g: y* j240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
( S- Z' J9 ~5 Z; \/ N% G) _280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
$ U& z! N& j* q2 x% a$ A300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
. n; ?! ~% u: L& s8 A& O320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
( ^* U1 P2 Z; S  X360        0        136.5        52.4        0        0        0

山里人家

太复杂．

hxzgy

看看书，按书上步骤走即可，不过还是鼓励一下！

23279332

不太好看
加油

fxp2005

有点乱

play609

能不能有好的东西上啊

23279332

有点乱

chrismour

？

linjintian10

QUOTE:

以下是引用play609在2009-1-28 18:13:08的发言：
) K- D# |$ u3 v0 _4 }/ r# R$ u

能不能有好的东西上啊

是啊
这是个好东西
不过不太好看
有没有人重新上传一个好一点的啊

lungry

学习学习。。。

lungry

表呢??

hxzgy

现在还需要手算吗？呀太落后了

dzhaoguo

你写的太乱了
3 U+ a) ]+ b3 y2 h有没有什么软件啊

tmg3000

朋友好样的，加油！！

dzhaoguo

请问有没有程序啊