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
+ J1 A( ?/ H0 p( i一、已知条件及参数（表1）
5 y, Z4 i% u( a名   称        参  数        名   称        参  数
# Z& t% f/ R5 d& |, T进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
2 R! k/ n  L( e8 ~7 }/ B: \( }相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
# f5 g! f$ {6 u( S工 作 介 质        H2        排 气 量  
: d) w% D/ [2 P0 Y15m3
二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
# S- F+ z1 t- b: f( @2 l2、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
( t# V% a3 C7 p1、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
  ~! ^8 A% _% t6 s4 @1 {; S    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
    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
# D* q' U1 ?/ B$ m. }$ n第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
; D$ L+ G5 Z6 l1 z" a第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
, T2 S% _% B' o* g第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
: G$ v3 Y5 n8 j! ~2、初步确定各级排气温度
1）确定过程指数n与m值
9 ^5 \7 t! R% l& K8 F8 L9 F) i① 确定压缩过程指数n
! r8 D2 a5 F$ J& l' d) Z5 u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。
6 |. g1 ?8 N# [# R; k8 F: R; \/ e② 确定膨胀过程指数m
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
0 ^; w3 S/ S" l. Y( M& Y             m2＝n＝1.41
) N0 t8 g2 c- y/ ]. p  h2 h8 }2）初步确定各级排气温度Td
1 O3 j- \' G" {% z  Q    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
* {8 y( @% A" ~- J5 l% E    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
5 J: z4 g# G- e3 V0 m! r2 J( }9 z四、确定压缩机系数Z
# d- S% y) ]( f# z$ F  H& F( n6 k查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
1、计算容积系数
1 ]! r' J4 h7 k+ Y- w$ ~" o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
        取λP1＝0.99，λP2＝1
: y7 k2 x# j+ Z6 ?$ o 3、确定温度系数λT
& O; H7 S0 l/ j根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
1 z3 O4 N/ `- L& U8 w 4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
4 n  c; d8 x- D( @/ x8 V        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
& _) [: p: Y$ A& `0 ~8 U$ N, l$ {0.002        0.093        0.915
9 J0 z1 r6 v6 D7 L# f第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
( b0 _3 |% Z2 i$ h6 C5、计算各级进气系数λs
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
% g. f) H3 `( W( w2 M$ U 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
3 o8 H/ C, ^  t7 `2 e5 N4 N, 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
Ⅱ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
. i3 c) Y9 U; F2 i六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
8 e5 \' W9 O8 m 1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
" k) X& @) r! T# o, `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
4 \! w' Z" H) B! }" _* `本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
' \2 ]6 s) u5 p7 [) J4 w七、选择转速n＝375rpm。
: i5 o2 e: `+ s1 c+ w& x5 ?八、计算行程容积

# ~+ B) x7 k4 a! @! Y, Q: i ＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
5 M1 P( f  y' i! c! z＝8.93m3/min
+ j! N  E& d7 w/ @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

＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW
# D* I$ }# U& N$ q8 ]
" r* X& D8 M8 Y＝16.34×15×2.1×ln2.46×
+ {, A- V% a1 x4 a- S( u3 v( X＝455KW
2 F$ w0 P- N; O& d. P) o' T ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
2、确定活塞杆直径d
  }; l/ o' C# ~* [5 c2 R    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
0 `# X% K6 H5 W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。
+ }' ]2 [8 \7 T" R  n' j4 U- F& ZD1＝ ＝ ＝0.307m
" N" T) ?3 i" R' d8 S7 ED2＝ ＝ ＝0.215m
根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
; t. H, A- a5 I* H! [1 {十一、修正各级公称压力和温度
1、确定各级实际容积
* D4 ~" h, y2 P1 {' ] ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
  i- s; l0 O- b  T2、修正各级公称压力和温度（表5）
1 s  i$ k4 a1 b表5
        Ⅰ        Ⅱ
6 \0 \( s# {" f1 K6 j计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
0 w, ]: l. H* V+ H% g7 i- t, q$ Z19.52        8.94
/
8 Z! A. B9 G* Z+ b, [0.98        1.0
修正系数
1        1.02
. P- Y) d) _. \初步确定的进排气压力 /
" n6 z- F0 m0 ^2.10/4.56        4.56/11.20
. r2 {9 {4 P% |7 K# k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
7 R9 B5 T7 ]7 H* |" H& L9 lCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
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
6 p4 `; Y' H; E0 \. y- t7 F" W& \    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
% c* ?2 t9 X  a* j  k7 ~+ r                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
" U7 P4 e) N- z  ~    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
/ G! p) w: P# @; B2 n* a             ′＝ （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。
2）计算各级活塞面积
& K! ]$ S# F1 f) l5 h    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
* i: j* M/ l6 g" d# ?( I1 t! [# b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
表7
4 H8 E; M& e8 g/ ~        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
, A9 B( v0 R% b4 j% T: mⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
Ⅱ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
3 Z/ ^  o7 k9 e* x' {十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
( U. v* k; X* Y) K8 Y. g8 r1、计算指示功率
     
+ a9 R% Q4 S% F. l; x" K       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
9 X! o/ S5 _0 c9 i       ＝647KW
     
3 }; O0 Q2 T- W8 e7 V6 \       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
" l1 e+ s$ c6 |9 U/ M     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
9 T! ]# o$ ^  r1 f8 Z3、计算压缩机轴功率及等温效率
  R3 Y9 ^/ n8 b+ I压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
* ?9 Q; Z/ Z/ z* ]/ G. B等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
8 @5 a. T+ I+ r" B储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

Ⅱ  动力计算
5 O  ^& c: \# a9 T% |% w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
" p3 R. m; x% e二、用作图法求综合活塞力
3 n  t" h$ }* P. D3 ]1、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。

1 T3 L- {+ R; q) }1 j  |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
Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
; c9 {+ P2 S! U$ D, K6 a＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
8 e. C, [" g6 G9 `. V: L        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
- b: H& U  [$ q2 O) FⅠ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
& c" _4 F+ b+ U' r2 q: WⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
2 N' v8 I& `$ o4 d7 `4 \3 H$ K) [Imax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
Imax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
/ J: _" d4 i/ m, [' q -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
2、计算往复摩擦力
    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
2 e# P/ V) J5 A0 ^ ＝5.71KW
9 |: H% M* B0 Q& k& C% N2 t/ W$ B- C3、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
( g# ~3 z* g% e   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
＝ ＝4.76KN
3、计算平均切向力Tm
: x1 v; m* m, W8 q2 z/ h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。
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）
                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
; X% w6 J, S4 |4 d2 x/ d) w  D                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
1 x6 H5 P' A" m( Y6 \4、作幅度面积矢量图。（图8）
) O/ B4 b2 @  m% t) q5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
+ p. Z5 Z+ U5 U: G8 h                       ＝162.09 KN?m2


表9
6 ?/ e2 ~6 x) `6 P+ C6 Pа°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
8 q4 D0 u1 l! u. T( ~# i1 P                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
. Z/ f7 C' Q6 B) _$ x, F, f40        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
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
& c7 N0 u$ X: w5 T* }3 _120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
* q5 x+ {4 P2 I' F. o1 W0 A! ]140        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
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
. p2 k5 |4 x: {! u260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
8 ^9 f  p6 y& p% w: A5 i" y, F3 T& e280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
320        -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
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：
* K: e/ I& T6 s" W9 T

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
9 v* w/ Q4 Q4 _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