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）
. w: |1 }; w( [* v# _2 f名   称        参  数        名   称        参  数
, U4 \# ]) d4 C1 I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
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
. L1 O$ e+ h/ \3 a2 g# u2、结构方案（如图示）
$ r# z% X4 a" k* P5 K   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
! W0 @, v1 X: \  F0 D  
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
- k* l# n6 \& h' i/ U2 Z    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
6 @! C% X1 z0 q  g) P# e    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
% n7 X4 ?/ \- i表 2
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
2 d2 m' w6 y9 F) A/ E- p7 J第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
2、初步确定各级排气温度
1）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。
; m8 i4 u2 T- @0 b$ j% R1 K! ~+ q5 a查表得k＝1.41，故n＝1.41。
② 确定膨胀过程指数m
" e/ I' X- e7 e; b# Y    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
2 X# E/ c& _$ X: `2 L5 ]/ M# z  H             m2＝n＝1.41
3 M- a8 ?3 `4 R2）初步确定各级排气温度Td
, i+ N: U* ]# v3 @    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
, U- V* Z, ^. @    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
4 w! Z) f: _4 W/ i2 u2 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
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
& J3 a* X( l8 x* h/ Y* e5 G2 ^/ F7 x  ^ 2、确定压力系数λP
" W! a# c9 _* J# I6 i& {* M        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
% C. _6 Y3 Y0 o0 W/ J5 t* ]5 c" g 4、计算泄漏系数λl（表3）
' e, H' |3 B$ Q7 K- b- L* Y表3
        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
# X9 `, k: p2 a3 U; z5 L+ ^6 [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
, ^/ A7 |/ H6 _$ w' }& ^9 n5、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
6、计算各级排气系数λd
0 N, A5 j! |$ A; X& s' rλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
6 f% _& K) _0 u, t5 Z. pλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
) A6 V5 U$ R0 `6 Y! ~$ h0 z3 P以上结果列于表4
- [7 W  s6 h, B0 R- C$ P* q  E表4
' X! U6 Q: w5 J! O5 N! a2 p0 s        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
/ w& M4 U0 s( K1 }Ⅱ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
6 A5 P2 K9 _  a) v) z  a( p六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
: O; ?- v% K* F6 {8 c2 { 1、析水系数
1 E3 }6 H; {  z7 Z! l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
( K3 y  n1 K- a! X5 x+ H6 A 2、抽气系数
0 i0 H$ P( }# q' I- i5 m6 `3 L1 {本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
: g8 ^% i7 m# G4 S2 ?七、选择转速n＝375rpm。
( @6 }+ X, ]( X9 G8 r1 R9 }八、计算行程容积
6 j- D4 Y, \, L% M+ X6 H
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
4 a( W- V2 k% I
# S3 b' w6 H& k1 f& u5 n+ H( r＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
＝8.93m3/min
9 Z" V$ ?/ u7 C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
7 Z7 f2 h' |0 N9 w) x2 r  _
% Z- v9 i, H; t! Y( I( V1 k＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW
' G: k: Z5 Y& u: Y. V# O) M" v
4 |4 g4 g/ m; I! k! w, |＝16.34×15×2.1×ln2.46×
% `8 g7 U3 t% ^  f% r8 h0 |* ]＝455KW
＝426KW
6 D% M" U; Y2 ]$ @, m5 V; H+ r取等温效率 ＝0.65
+ w8 u8 o8 s7 G ＝ / ＝426/0.65＝655KW
% d4 y* p0 w8 D% N1 a% d 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
/ a/ k  W$ @: Q" X( b% u# H  q选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
5 p# |1 U3 A% Y- q4 _根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
十一、修正各级公称压力和温度
* Z. c1 r5 o7 a/ h# M& r% V1、确定各级实际容积
6 h, S6 |( f8 i; L9 O ＝ ＝ ＝19.52m3/min
' X  [9 R- g( R% v ＝ ＝ ＝8.94m3/min
* A2 `/ h5 N/ \) X2、修正各级公称压力和温度（表5）
. u! Y0 G; H: f% X) K( T表5
! M$ S8 ^* S" b7 H5 ]        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
/
0.98        1.0
! G* K5 @0 d9 c0 \& t9 [修正系数
( X4 U+ p+ }6 j4 E" ~* z% _1        1.02
/ F% M4 Y5 W0 }4 K" @" j初步确定的进排气压力 /
$ p7 i7 k0 g- q$ |. F7 c2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
& P! @( R$ z. @& ?; L$ O& K2.10/4.65        4.65/11.20
' O  _$ e  L/ L& q9 A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
6 d- y$ C, }8 O十二、计算活塞平均速度Cm
( r% z, K% ~4 z; F9 hCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
; a2 i2 x6 j/ n1 p5 G1、计算气缸内实际吸排气压力
8 E1 h' ~, F7 Y; ]" G" P1 F1）确定进气排气相对压力损失
/ w  u3 V: T+ V7 \8 q' F- F9 Q    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
3 e2 w1 i. O! W                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
& d' C, A3 z/ ?( R$ Z1 }- A    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：
- u+ y1 Y! v5 |- l, vδs1＝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
) D9 c/ w5 m& i; T/ J实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
% f# b+ d* ~6 A! \. }             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
3 F- Q' n; i" z, t6 t6 k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
% L, H  V; P" t表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
& |2 U5 V! w( x) e" C# f1 i0 b1 h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 F6 g3 t' `; `! L        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
% f9 G% H3 x3 p4 ?0 v% d* f- m+ aⅠ        -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
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
" L) Q/ ^$ y5 |' V/ Q, b* y     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
7 J& q% D" C7 g       ＝671KW
, g. O1 j$ K& N# w3 J+ D6 T     ＝647＋671＝1318KW
2 R; v2 g: f# m& N& w: g2 [2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
8 B5 [, g  M, y) P; I0 W3、计算压缩机轴功率及等温效率
6 \8 }% M& H  x8 |压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
3 M% X3 ^9 G4 t0 X" n5 ~* P等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
: C" l/ ~! Z5 x0 l& t& |2 H$ g    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
9 o. w4 {: O! a0 I储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

Ⅱ  动力计算
$ D- H" q8 W; m: }4 e: O一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
4 |$ H2 G# S" {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
( s% n' P2 v8 Z# i二、用作图法求综合活塞力
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 ?8 b4 P7 e/ z1 O7 r) @9 \表8
& Y% D; f1 c5 e% K9 Y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
  n1 x( K/ p. D- r( I        盖侧        轴侧                               
! _) Y: Q; [, z3 X& D( N! \        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
Ⅰ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
# H7 W# b* S1 S* IⅡ        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
4 t; W. {: F+ I8 d# }2 q1 p5 @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
6 A  e9 [9 M) ]5 ~% {7 K% f2、计算往复摩擦力
    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
; N! n6 G( i' u机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
2 m  H2 n5 {0 i5 h9 a0 K      ＝5.51KW
6 B) e* u  j) }  L. c ＝5.71KW
( h2 s# P. q6 H* C4 k7 P! S3、作综合活塞力图（图4、5）
# Z- J+ @5 s: c3 C8 ]5 x三、作切向力图
' l. _5 K4 a' W' j4 K. F) p1、计算各角度切向力及总切向力
( Y9 b$ H% S' N0 ~   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
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
# h( C, N: m/ O4 V/ S) M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。
' w* C0 |: h& ^  q8 q1 ^测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
, H' L8 ], \$ V) s平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
, y7 t' Y8 L' g. \* @                        ＝198.32KN
, D, O0 O5 v/ A6 }Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
7 H: ^! w, l% h6 l, k. EΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
2 P; }4 D* O9 t- K# s: d5、确定飞轮矩
* ?" k2 X% w/ Z2 |& H; _+ f    选用δ＝1/100
* ]4 C, G% ~* W: g. v- y! R    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

& S+ d9 d# w% D2 t4 e
表9
а°         
" g! n* N6 B- @- f" _活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
3 e6 r0 O# m6 B$ C  ]# U                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
! Y: o- W& M2 x& T$ s0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
" U: G& H# b: J! j5 v9 M. l40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
! w7 p9 D4 w5 l& ]6 g( R9 s& `0 g60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
+ d; ?5 ?4 g. {. L7 K* T- K% P80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
# K9 c/ f3 P9 H) 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
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
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
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：

能不能有好的东西上啊

* ? |* S" n5 g- _% [9 V5 x

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
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