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
/ V' Y6 C6 z) _; D5 g, M一、已知条件及参数（表1）
3 J" ]. u7 Q) {' ^/ s1 J名   称        参  数        名   称        参  数
: E9 v  a0 H( ^3 T: B进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
( ~5 }! b/ v8 C5 X3 @  M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
. f- ^2 Y( W# ~8 T8 {$ I二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
0 g# [; z. w: Z   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
4 R7 D- W8 w* n( v  Y, C  
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
% f1 i9 d1 h/ I5 c* J& z按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
- S7 ?  b6 b. H. v) a    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
' E2 }2 @& ^6 t/ W表 2
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
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
  m, ^/ w3 C' K7 |# k- h; h① 确定压缩过程指数n
4 }( I+ O: C2 M1 r5 g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。
2 z* h4 \6 {- u, F' C3 A) c② 确定膨胀过程指数m
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
9 a& c/ H3 T2 o             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
; e0 P5 f+ ?& z# s2 [4 [; q    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
2 F" ~' [: D; w2 ~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
! ]* i' X, R# ~0 p7 w确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
: Z0 L: f8 R- L. o ＝1- ＝0.902， ＝0.884
6 Q9 ?0 R* [6 e6 n 2、确定压力系数λP
        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
4、计算泄漏系数λl（表3）
0 @+ k/ ]- @3 A3 X表3
  {  S; e6 g1 ^. }/ r        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
0.002        0.093        0.915
6 k/ r: J! S5 h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
+ s& W; f- F+ \4 lλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
1 e% O) r' Q, A7 Z& Y 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
9 H7 C, v  Z0 Z' Y. @' B, _# ]表4
% {8 C- W) g/ z, }        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
- D0 b+ C; m1 K! ~3 B/ f! ?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
8 C. y) }9 c. b六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
+ V# ]0 i$ X8 s/ \$ v2 C5 [7 i2 ?0 r4 T 1、析水系数
' l) v2 Y0 ?  H7 v3 Q: [第Ⅰ级 ＝1
( N# E( r" l4 N9 n( q第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
9 W3 I& s1 _" v/ l* W' Y' p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。
七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积
) [5 e' N; a1 g& Z* _3 A
＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
- ]! x* x, X: a# f. i/ a! M$ b＝8.93m3/min
3 V* P0 H3 ?- K. X' ^& }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
8 m1 v8 z; v( q4 U1 M
$ q" {+ M; ~* I＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
; e9 D! K# Y5 N/ E$ q7 [' m＝455KW
& W* `  A% ^' h  u$ ^7 ] ＝426KW
! |$ U3 G( g' U# y" q, E/ H取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
2、确定活塞杆直径d
& |% S- o: F3 w  ?6 {. W    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
8 O) S: |& p5 ^选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
3 x+ G; T0 @5 M6 }  y5 f5 t% WD1＝ ＝ ＝0.307m
! z8 h3 ~3 M, q# B6 i6 h1 `' XD2＝ ＝ ＝0.215m
. B$ H! ], T9 a' Y. h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
9 v4 H/ @3 ?  Y$ q8 Z1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
. Z" G8 W2 l' \' ?. M ＝ ＝ ＝8.94m3/min
) C6 k# [0 u( T( [0 w" D$ v7 u2、修正各级公称压力和温度（表5）
' i+ \. T; H! h  G9 d5 r- }表5
7 m( R+ f+ d. S5 U        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
: ]! w- R+ ]/ A3 P19.13        8.93
% G& F( v' k- E& [" B各级实际容积
19.52        8.94
$ o$ ^' Z% O% {6 G /
4 j, D; [5 h' K" u0.98        1.0
. x5 r8 A2 c% K: T# r+ g5 \( Y# _6 q修正系数
1        1.02
& \/ Y4 U6 T& s初步确定的进排气压力 /
6 [3 H, A% G% ~4 c( B# o2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
- E. }# E% ]# \5 e7 [2.10/4.65        4.65/11.20
. g/ z* L$ u/ K" q, N( }修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
9 @: l# r% ]) V% \- G- o修正后的压缩终了温度K        394        404
+ E/ B. [5 j, v2 v$ i( W$ @% s十二、计算活塞平均速度Cm
Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
$ p& g& u7 a- a  b8 i* A( t! |" \十三、计算活塞力
1、计算气缸内实际吸排气压力
+ R1 C8 Y7 g# K2 v" A1）确定进气排气相对压力损失
/ W( r2 E. `! \6 h    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
  c. i2 W# \  N$ U4 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：
δs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
4 k+ o( X. P2 n0 B1 H( @- N实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
9 W5 M5 ^9 s. z. i9 x0 j* i' W8 [             ′＝ （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。
+ i3 r" d' w$ V2）计算各级活塞面积
9 |: w; _: D. q5 i9 j    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
7 C% i8 f8 R( p& z" z9 d+ C        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
4 m1 W8 e5 b+ E# ~第Ⅰ级        0.075477        0.069115
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
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
4 g& T( P% H  b  t% y' qⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
0 t- p1 H8 H- Y8 v! 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
1、计算指示功率
     
0 y( @$ N8 _" ]       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
* W) e0 P4 v7 c. h! C       ＝647KW
8 \+ F0 s' P$ H     
       ＝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
# l5 _0 I; Z) \ ＝852/1318＝0.646
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
+ r1 s# p( `4 J& S, F轴功率 1318/0.94＝1402KW
( D# Z7 g/ H$ I6 Q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。
储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

3 g+ {& E) f! A2 j& f6 D; ^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）
9 k# r  I3 A& g* Z/ l; o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
" Y/ F2 _) I- K' m5 s二、用作图法求综合活塞力
8 W, o4 o# {8 N( O+ i" ^0 N1 M1、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。
( i5 ^, ]5 @3 o* X) _5 E
表8
) M) {* n8 {7 I! a2 U& l( ^级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
. ~% L- G# u. E# }Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
' w/ x* n" w. Z# f2 \5 h! B＝tanγ＋1
0 W, a& d4 w' E) @9 N        盖侧        轴侧                               
0 Z  J) B! I( u; Z9 T6 Y        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
6 |$ U( J" Z' A0 o& dⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
( D6 S# U2 w% M) U0 ^Imax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
: F! p! n, K. v! e' WImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
% G$ r  u1 A7 }/ M& q) f$ H$ E -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
% `+ g; F5 G+ d ＝5.71KW
3、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
, W6 l. N1 B/ m8 W3 s* h: |   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）
# P/ N4 _  S0 A" S# n" d2、计算旋转摩擦力
! y; O! {0 h4 ]: k ＝ ＝4.76KN
3、计算平均切向力Tm
& [" Y+ L4 }' s3 `7 d' d! i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
7 i* F7 q) _8 Z" t! y& H- N  d* Z* _( u1 R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。
9 c9 t1 v; [( J/ G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
% F+ D) |) Y5 t$ ~    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
1 }  J5 [+ \" u; D$ X  j  g  ^Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
. a# ^. x/ x: k8 o+ @5 V* ^                               ＝-3.5%
2 P& G  |" H* ?4 s9 RΔ在±5%允许范围内。
" z; d% G, s+ m% S4、作幅度面积矢量图。（图8）
+ w1 j  E$ ^, J* R5 E/ L5、确定飞轮矩
0 K* j% ?* R5 Q    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
/ h- |4 C/ W& r, Z                       ＝162.09 KN?m2
2 H: o) v1 X( M2 V5 q, m) A4 e

% v1 J8 o) D5 _9 g( N% \表9
% H' i* Y% C: w4 c2 S1 l) qа°         
4 I# ~  n: Z5 E( @活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
1 y6 [/ m8 w2 l1 M' G                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
0 q) M0 N% M; O2 r( `* Z20        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
  [5 F4 y% D, h1 }( b/ l80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
' n8 q+ X. v) T2 C+ i+ A120        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
8 X! ?. G3 n: x9 N) N180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
5 ]- P) u' _9 q% F220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
& s- o, }3 B2 V1 A, n4 }6 P240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
+ T; Z! Q" j0 D" O' J260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
( y8 P0 B7 A% G$ A- S280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
5 o! ~. c. f4 T2 I( y- L300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
0 F4 O5 m8 [9 ?" {# |' W+ |1 h; D340        -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：
6 Y6 d+ l ?+ P" Z

能不能有好的东西上啊

( @4 J/ n4 f& t/ x3 @* a

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