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$ ^% W& M0 R' Q/ P; r, p# ZⅠ  热力计算
6 ]8 t! r9 t: A. W- d- f一、已知条件及参数（表1）
名   称        参  数        名   称        参  数
6 c& `7 f/ B. E- J: Z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
+ V1 _8 m9 m* z2 B工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
# O# a9 p1 {  t/ r3 I5 t+ B二、结构方案
1 T5 j( c+ R' t- E  ?1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
. I' z% s/ h  `$ I, ^) o* D2、结构方案（如图示）
' z. n3 x. n6 z! `   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
1、初步确定各级公称压力
- K0 I7 u' Y3 Y* l: B- c8 Y+ I按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
( ]$ [4 \* |8 v. v5 J! R; f' z    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
: \% Y+ ?# i. I: P& T2 a0 u    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
6 q' T5 W$ W& @    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
  e2 [8 e1 Y7 t    以上数据列表2
3 Z& p* f5 d5 U% L; ?# C表 2
$ d, d+ p. h1 c6 d1 F; ]第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
' t4 j# h  h6 F9 ?$ ~第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
$ ?; S4 j. B( o3 X1 ^- I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
8 D# |9 o; F& h: ?) ?因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
3 [$ S& q' b2 X, s3 l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
. d# t8 }! k+ X+ m+ h& a             m2＝n＝1.41
" c  t9 b2 E% W; q2）初步确定各级排气温度Td
( }( l3 l- ~0 w7 b$ j* g3 G! H    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
/ `+ O3 G+ L+ V3 a  l! c    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
, a  p8 g* V! x6 x" \查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
& ]( R' J$ r5 v1 q( Q" C          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
2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
" h* ~5 c* W& V( {, ]根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
: A6 O, P" Q! R! {# Y  s  H; {        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
& C! a4 f" b# V3 x! Y7 j0 u0.002        0.093        0.915
- V# h7 ]1 h$ D第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
  D; G& _0 r' d0 P5、计算各级进气系数λs
* _- D2 M9 \# m2 _λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
7 Q: R8 e9 A/ `; |+ Y; O, {λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
" l" D5 ]9 j' n' K 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
6 k- H/ n( C7 p- x: Z以上结果列于表4
表4
: C8 \5 q! \) ^4 P        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
. H( o7 O9 O& V4 ?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
4 }$ N) E5 D( \4 S/ t. W2 ?' X! h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
1 i2 A3 T9 m1 H9 x% E4 ~本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
% S. v  s1 r- R) G- k七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积
* R, ~! A' {% |4 M/ n
＝15×1/0.784＝19.13m3/min

5 y- W# G2 e) H" E0 c6 @- w7 N＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
' H- P- u1 h. ?＝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

, p; J6 R2 U9 Q8 j! s＝16.34×15×2.1× 2.17×
1 {, R( R! Y/ N＝397KW

6 l" Z# f; p7 L1 d1 H: A) b! z＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
＝426KW
: B8 C0 o7 ~" j6 s# u取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
% o4 C; S9 a/ z 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
3 f$ y* i. f0 q4 h十、计算气缸直径D
% @! f0 k3 `* I选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
8 ?: t# O8 I' q5 m; C; ~; T3 iD1＝ ＝ ＝0.307m
. t7 P; }- U% a. Y1 e: KD2＝ ＝ ＝0.215m
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
8 p9 w2 c3 y! ^: U5 B$ C1、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
        Ⅰ        Ⅱ
1 f+ f4 u$ v/ M计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
9 X( P' F, A9 A( E6 S /
0.98        1.0
+ f; n3 Z8 Z4 }; e修正系数
0 w5 Y# r# d6 _  j( {1        1.02
0 d8 @/ o6 x; e. g6 P/ k9 o  B9 D; h/ c初步确定的进排气压力 /
2.10/4.56        4.56/11.20
0 U: h* q1 a5 R# v1 E7 c) o修正后的进排气压力 /
9 u" \$ w: S* l. K9 E  x2.10/4.65        4.65/11.20
( n+ O& w* Y2 @6 ]* c修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
# I0 X! b" r, Q修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
0 B0 F. M9 i+ _! o$ N* \Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
2 I: I* k/ a# G: I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
    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
, B$ R, G4 V6 s. S" W    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
; v5 w/ `; [$ J! z- M7 O* z实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
& P4 m) p8 f1 c6 L             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
+ Z: J& A+ i2 i( o实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
+ a0 Q0 s% k  b; z' E) a1 X    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
/ M0 Y( I- X" ?& c+ U4 ~: i9 k5 w表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
( r" B+ e" x* U: t( u第Ⅱ级        0.036305        0.029943
5 t2 I7 h6 U6 O3）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）
8 m; D& {- X# a  w. Z. cⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
/ P* P0 e  w8 N  XⅡ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
9 u9 Z' ^: B) q7 S1 \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
     
6 @  R7 T7 j* R! }4 K! G' o       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
$ f5 x: O9 y( M2 J  v2、计算压缩机等温指示效率
$ n$ p  T+ C! N- a ＝852/1318＝0.646
3、计算压缩机轴功率及等温效率
8 z% W  g& b( Z/ R' m( I/ A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
* y: K. m0 {' a) G0 Q+ w4、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。
% X0 l) E9 `% Q  F  A1 v
7 A9 u6 Y3 _9 D1 z& }9 dⅡ  动力计算
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
* L- u5 @, N; z  C* y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
- n, J) c8 P8 u& D2 g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。

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
＝tanγ＋1
" f; \7 Y* x  \" c) j8 K! `& |        盖侧        轴侧                               
/ ~2 ?" w, }9 ~7 Y, f) _        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
Ⅱ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
6 r. s& v2 Y5 b- PImax＝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
-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，
  J! W7 ?8 \0 v# T, R% L机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
1 J6 _+ `' S0 o* j      ＝5.51KW
5 K/ z. h- c" U# `% J  G ＝5.71KW
9 W1 z$ h/ U4 J6 H0 A  i3、作综合活塞力图（图4、5）
# z. I3 L+ Q) z+ u三、作切向力图
3 S8 W  M" _+ f2 L4 t1、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）
  i5 w! f" z4 L2 c& A5 Z2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
3、计算平均切向力Tm
+ Y3 H, A! E0 Q  t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。
* s) p8 u& m! v2 ^9 j0 O0 w力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
5 P3 z) k3 o- e. L4 [2 x# P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
" g: W* F; {: H5 o平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
2 Q# j) |. N0 w$ K* R                        ＝198.32KN
* l5 K7 x+ w" n7 MΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
  v5 }" v4 c+ i! d                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
4 P: c5 _* w, b3 U4、作幅度面积矢量图。（图8）
& j4 q) S" u  b' s% V: h% p5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
  T' U, I) |1 \. P4 N' W! `0 [' o    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

2 ]9 W4 i! T$ z3 I0 ]
$ B! H: a4 Z# s% S  G表9
9 x& a$ J8 G7 Z" e4 z& m# e2 n' aа°         
9 r! ^! ]7 m, X. n" F+ U活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
' a* |( ?( R  @3 F# {/ p0        0        115.4        63.2        0        0        0
- w& U4 Q" o4 m20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
$ X5 g* Q8 D+ A8 @: j1 x40        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
* L" _3 ^% o* Y% ^- u$ F0 b120        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
- L5 O. O6 u; `8 C+ R% o: @240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
$ {; K. E1 N- T- O- p260        -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
5 h! y' S) n' X; X, Z4 T: |6 r7 X: ^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：
; n) J. B2 \$ A: f% b$ Z

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
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