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！）
- j) D' \  P9 Y; Q, G9 zⅠ  热力计算
一、已知条件及参数（表1）
) o1 Z5 v0 G3 H3 c# L; g2 e! a" j名   称        参  数        名   称        参  数
; L2 ]+ [" a% c# V% d1 |+ D3 W进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
! U8 Y1 \; R6 ]: R$ R5 R* h$ f2 j进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
. e; v; R# C6 l0 c; }* N  ]相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
6 v1 O7 b* Z7 K  }1 b二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
% Y( l4 ~; g, q4 U# d2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
3 ]9 a1 `7 y/ W% ?" ]9 O三、初步确定各级公称压力及温度
1、初步确定各级公称压力
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。
, v" ]5 m% x- ~' J    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
7 f5 j2 A8 ~6 p    以上数据列表2
表 2
, C; W8 A& F  E1 |$ p第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
1 D8 L4 i! Y+ b3 g: n第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
( ^# i2 \0 Y% b; J2 F, F8 R7 z第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
% h& ?" X" _4 v' O. }4 T2、初步确定各级排气温度
3 g4 z6 M/ q+ `% P1）确定过程指数n与m值
; a: N8 z) _; C9 j) B① 确定压缩过程指数n
* q) l) G7 s/ b# q因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
. F6 R/ o( L! c0 b查表得k＝1.41，故n＝1.41。
② 确定膨胀过程指数m
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
! M: r& _4 w1 y, w6 G/ O2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
$ g  L# P( O: \& b0 c6 A7 N2 m9 ^0 n    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
: ~* J  P2 {% @7 E五、计算各级排气系数λ
1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
- g4 L6 Y4 C4 H/ z ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
6 A1 U" g, v; r        取λP1＝0.99，λP2＝1
& j# D6 D! T# z3 Q$ c; \. F# e 3、确定温度系数λT
8 Q) u; O2 p; S) a  }6 G根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
  a" F/ k+ E) K7 c4 r! D  G7 D) c第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
6 z% e) z. ]* G2 E3 n6 P- {$ M0.002        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
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
" `' K0 G6 `6 `. k- ~! |λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
2 M1 y5 e4 i$ t- e8 I 6、计算各级排气系数λd
, `& W. j& k# P. x7 L0 L8 Pλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
4 h6 y0 x1 b7 F$ e6 ~表4
9 ^& w: i% c/ ?& i( ~        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 E) U9 Y2 y+ K. u/ m2 _) V! ^Ⅱ        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
1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
2、抽气系数
本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
; N3 S% W! K  C( U* @& J七、选择转速n＝375rpm。
1 C3 `; e3 B3 @# O, U! E八、计算行程容积
" t8 f! K3 d! H* U
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
; e6 S7 _, Q- f8 Z$ h# e7 @) E
＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

! h% j2 T, y& d" z; I＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW
1 E% x: H9 @( b; l2 s* D2 ~
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
+ d& z; L- q1 w ＝426KW
: ]* K% X: ^* X5 l$ I: j取等温效率 ＝0.65
) R* [0 R2 S% ]. V% w4 ` ＝ / ＝426/0.65＝655KW
- z9 h! ~! l! M: q 2、确定活塞杆直径d
2 m3 K! ^* J; z0 b/ ?4 O    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
选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
6 g9 P  g2 S) [2 @- \D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
. I5 K  X$ H# y% O. R/ x十一、修正各级公称压力和温度
/ |+ s, `: T2 ~7 S! Y% `; G8 ^2 F. m. L/ Y1、确定各级实际容积
4 g; p- Z8 ]3 k) ^; c4 b& l3 N ＝ ＝ ＝19.52m3/min
$ Y) k9 C1 T4 X6 A8 Q ＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
* o" |5 \5 P# m% u        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
9 H6 L' p) a* t) V: S/ z9 s/ I19.13        8.93
, J3 w8 B9 _% d" j各级实际容积
3 |! V0 I1 V6 v: l19.52        8.94
/
0.98        1.0
修正系数
1        1.02
初步确定的进排气压力 /
! N) o7 k! K4 x3 o( b/ [2.10/4.56        4.56/11.20
2 ~& S+ C" h0 M" z& G9 g5 t" v修正后的进排气压力 /
2.10/4.65        4.65/11.20
修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
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
. f0 p5 P' K$ Z0 o( g; O( \1、计算气缸内实际吸排气压力
1）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，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
" ~* K0 o; E+ `4 v1 t. I/ {    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：
; o6 ~. K& e! x1 z; wδs1＝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
9 D0 ?3 p+ |% l2 R  E8 L$ e             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
+ l, d1 u* x# A6 O2 N2）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
表6
. I9 c( v2 }1 ~        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
5 \4 E* k$ g4 a: m. A* P$ d第Ⅰ级        0.075477        0.069115
  E3 |* P  u  ?$ w5 t第Ⅱ级        0.036305        0.029943
3 X0 h$ Z2 K. W7 O6 _: i+ ]4 t! G3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
% f- x; s1 f' K+ f: H$ @1 s1 ^. g* j$ r表7
; L- ?0 z) Y+ c4 K2 n        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
0 }+ y2 ~. V  v5 p9 nⅡ        -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
1、计算指示功率
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
/ J- l- o- Q" n7 e     
" X' u& Z( \5 f3 ^/ W       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
& e' d& |( b  K% y$ N3 T2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
1 T7 L' d# ]2 i  ]/ Z  p5 E8 {3、计算压缩机轴功率及等温效率
压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
等温效率 ＝852/1402＝0.608
: v6 p/ {- p% t- a( Z; f3 u. u4、选用电机
. k( i- j  U- s, \) N. r    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。
: C" `& L& E8 a/ v8 q
( b7 S: B, L/ y) MⅡ  动力计算
) A, f" M- W0 V9 q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
# [1 {8 b  a( Z' a二、用作图法求综合活塞力
" a  m# W" u+ o* v' E1、作往复惯性力图（图3）
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。
$ e! ?3 ]( N) l: B8 w1 V$ A
2 X+ J& f7 h0 W$ ^表8
级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
6 N, D# e$ I5 m$ y2 ESc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
! U/ R7 P3 H! _$ ?＝tanγ＋1
% _, ]! R/ ?- ^+ L        盖侧        轴侧                               
7 }, R3 ^& j3 f        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
( |% p" w! L' IⅠ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
  N. t/ M, ?8 T/ q1 m7 G( S2 WⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
1 x) G+ n9 |. u% Z" O! yImax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
4 ~- N$ U+ \& [5 F8 L' }Imax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
2、计算往复摩擦力
' v8 J0 q# e" o    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
7 s" {9 l7 z( J( O3 D$ B& U7 ? ＝5.71KW
& x, S5 l0 j3 `% O- W" y( {, Z, R3、作综合活塞力图（图4、5）
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）
2、计算旋转摩擦力
8 {' i% ~" ~7 M! x  m ＝ ＝4.76KN
: x* K5 V3 {% d# r7 E2 N3、计算平均切向力Tm
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。
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。
3 Z# B- z: E3 g% h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）
; H4 G+ A) @; j. K; C                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
$ ^7 N( ~( q5 _& I                               ＝-3.5%
* t& Y) i% T8 B: OΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
8 Y2 o+ s  J4 D- m' }$ ~    选用δ＝1/100
0 `) V) d, c( j7 ^    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

3 r0 a- `/ ]' _5 r. q# O
5 l5 V5 D4 K) h# P3 p表9
а°         
# X$ b7 x7 h& B$ _; e活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
% s/ j& D8 T; N# W0 ~                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
. b$ |/ ]" j# j' n2 @1 S  v40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
1 o/ x+ y) b' N! N1 W( ?2 z7 X+ W60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
" S8 E# b& [$ }4 ~80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
/ v2 a8 y, m: R120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
+ Z& h$ d& H7 C) P  |% k140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
8 p8 u9 b; {! b) T+ J. P" _5 O180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
# \3 U4 M6 G: _, G! N200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
6 w" l' p# y5 O  l220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
! T4 s9 `* y' V' j7 k6 L240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
6 |& w# I7 j( p' `260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
! {% ^4 I0 ~2 c- r/ x300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
7 ~$ ]# y2 h. a3 q320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
9 G, q" @% B4 ^: y, l5 u/ W& \340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
360        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：

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
5 X# n, _% t" E. o0 x6 |: |' e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