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）
# i' _- |; [7 J" L/ m5 g7 y* t名   称        参  数        名   称        参  数
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
( j# [) w1 I8 a- C! `- q相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
; ]7 O- Q4 L0 H" H# Y0 M7 s! J15m3
8 Q9 k8 S# ?( ?3 g二、结构方案
; V1 J  V- g" [7 I4 t' A1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
7 L  B) n) h3 \& T2、结构方案（如图示）
5 [8 f1 j* p9 {5 D& c) v' {8 b6 ?   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
% H. ^+ g- `* {( I: Q1、初步确定各级公称压力
  E% i% P  P5 o4 O* x' o( y1 a按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
* z- K  z$ s1 B" L    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
0 N# J; L- O% I0 F5 Q8 B    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
) u1 s3 ^) \* }9 ]' S; E% J5 V    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
* N  }3 N* X+ ^- A    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
& a8 t8 \- i. @0 }- I& P    以上数据列表2
表 2
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
7 a8 E- R# A3 _7 i8 Z! Z& R. M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。
* W) r1 W8 f) I查表得k＝1.41，故n＝1.41。
5 y8 v" v; {) x* z, g: w7 |, Q② 确定膨胀过程指数m
/ B8 y" m( B# ?/ n, _    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
: I# K# {1 z$ Q  T9 [; j$ H5 t    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
+ S5 i% T) g7 l3 H" n四、确定压缩机系数Z
, o' P0 V$ h1 H3 K# G查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
) f3 G6 m) L, B) \7 e9 C          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
( P2 Y9 ], |, F- x五、计算各级排气系数λ
1 d9 m( K' j5 z, \, {0 U/ m9 F1、计算容积系数
8 f& Q; M- |8 B5 w- p' n6 P. x1 ]! i确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
! {5 V5 |8 c6 n/ ?$ v  |- y: K ＝1- ＝0.902， ＝0.884
- C: _% o: |- j* F; x 2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
  m5 g2 b* f+ B( p) Q4 [9 i# v- ? 3、确定温度系数λT
# _. o$ ]# M7 e& _4 n根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
* {) u: b' }. [4 C; r* I4 ?表3
8 O4 ]* s5 V3 M' s" i& E! q        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
& S& e1 K7 e( r. a4 Q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
8 \1 B- X; [3 s% I3 S# [, U5、计算各级进气系数λs
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
& u( w4 B9 j8 O0 Oλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
1 C% Q: O) r  A 6、计算各级排气系数λd
λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
, Y6 f( b3 Q0 nλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
* j* O3 S; a$ v( D- ]7 z& C表4
$ e$ h, {8 w3 A; ~1 U" w        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
( V5 \( J/ m* T5 M; U% t& B  KⅡ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
; `0 Z$ u" J- j# _. @六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
& C& z; ?1 S- Z5 Z7 E. f6 ^ 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。
七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积
2 [% Q: X. P0 m' x; ~+ H8 D  p
# `5 A4 |( T/ L7 n ＝15×1/0.784＝19.13m3/min
) v- r. U+ A+ w7 j
＝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
$ H# p% s( R9 r& S 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

＝16.34×15×2.1× 2.17×
5 v( P3 E8 z- B" \( g( A＝397KW
) c- V( J9 H5 f$ V- t5 T) _& T. }- Q
7 U. d' H2 x7 O7 L＝16.34×15×2.1×ln2.46×
; K2 s0 U, R0 U6 Z＝455KW
＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
4 D5 B$ @3 R, w" e 2、确定活塞杆直径d
9 q/ @% s  K* A2 e    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
0 A( `! L4 ^7 a  _$ q& g选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
* A4 r& ?7 M1 V/ D  _9 X) X: PD1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝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
0 t/ V6 o( D+ c* h1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
* R. B. a3 Y8 B" [4 u/ N. f2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
% d# ]: [0 \/ l. e+ f) ^        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
; T  @9 K# |: d: u/ ^19.52        8.94
/
0.98        1.0
# s7 l, J4 N3 H. u& ]修正系数
, G6 p$ J9 x- \5 @+ m8 ~0 m! @6 D# {7 o1        1.02
5 Q2 s8 O) a& \% Y* X初步确定的进排气压力 /
/ D. T# u* M+ |7 z2.10/4.56        4.56/11.20
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
) D+ h$ T/ [4 V& z, T* }' M十二、计算活塞平均速度Cm
( L3 N% s4 S% T, n% j  {9 Y: _Cm＝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
9 ]: u8 L! G9 S$ O$ n% h% O1）确定进气排气相对压力损失
1 ^/ x  _* z$ `4 J    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
    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：
6 Z8 q3 A7 n+ kδs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
+ {% I' x+ C+ C" I. Z1 R实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
1 Y9 H. t0 o7 q. i             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
- k9 c7 ?! x* i1 d* ~实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
8 R- ]" [0 R/ w! f! b             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
$ n$ b" R( b4 a4 G8 r) u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
6 n. Z2 ~1 [0 w- u* K( h* b% u2 _表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
  ~# p# A# S6 g; t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）
Ⅰ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
$ K! d+ `: m  ~" l5 c! j# VⅡ        -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
     
2 `5 o" ^. J. F. ?( g       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
8 {+ |& r% i' ^+ l+ v9 x( W     
8 [( F2 T' S+ l0 p8 {) ~/ p       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
7 ^8 [0 {7 l7 ^8 P3 a# P" D( h2、计算压缩机等温指示效率
＝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
# O* ]7 O/ F- L# Q3 h; @轴功率 1318/0.94＝1402KW
等温效率 ＝852/1402＝0.608
6 P7 K4 m$ z1 m( X% g# i6 a4、选用电机
    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
5 Z3 o0 q, ?- I* {3 I8 R% v储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
; q2 v  B/ M  N4 p) q0 i4 E. v
Ⅱ  动力计算
9 t3 h: Q. K" N一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
9 ?2 r/ u5 x! Z# a1 J4 ~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
- x+ P# ~0 s& q2 |% q" ~* Q& F; s二、用作图法求综合活塞力
/ k( Z. ]: X5 p$ j& W4 f. `1、作往复惯性力图（图3）
5 E2 e& I7 f7 m3 j) t; ?% [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。

# s8 O- A3 f" |! p' r" }' {% y表8
3 }  z" ]* Y# S( T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
        盖侧        轴侧                               
2 S7 A5 l; i, T9 `* l, r        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
8 R# b' ]) h# V% G' hⅠ        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
Imax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
9 ?9 S9 A4 Z+ s; @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，
5 @1 H$ Y2 R/ z6 t6 R. S2 Q) ^4 |机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
7 h7 U! d/ V2 b7 E2 q  m ＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
, K/ y7 @' h5 f1、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
＝ ＝4.76KN
0 \+ ^7 K! L5 m  g4 a+ D/ Q3、计算平均切向力Tm
" c% n4 m) Z0 R# N4 S1 E+ s3 @3 X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。
2 o- t3 ~& k- R0 ]5 T" r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
5 r9 Q# U1 Y  ^9 H  e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
( y! m% T2 W7 S* A: e/ fΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
6 m; P# H( A" j4、作幅度面积矢量图。（图8）
! z( |& ]: `9 R3 Z) h5、确定飞轮矩
) B6 H1 h- N# S/ O  E    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
# e, ^0 R" S, M# e6 E- g# V                       ＝162.09 KN?m2

8 C9 R/ p( N0 S: J+ C
表9
а°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
3 W0 U; y  e  J5 X8 b9 Q                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
5 M, X; a8 G* A0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
: Y; D6 D$ U0 P* q9 e40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
2 s' J8 z/ J( _+ S4 ^) V9 [60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
+ f. P8 e3 A! k4 M& z% C80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
( v7 |$ W8 Q3 F# z120        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
9 k( M+ N, D  `6 T8 C160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
' a( }1 u; k: r5 [, X180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
" |, J  }% p  T' v6 J0 F3 R5 R200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
* |; Y. k0 j! Z/ k- Z' H  D220        -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
0 y8 p* j/ w! l& L* q260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
6 j7 ^6 d9 @9 Z9 L280        -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
! P) `( R, g+ G; _. Q8 W/ f340        -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：
( Y; V% k( T$ Q

能不能有好的东西上啊

6 J: A3 D7 n: _% N2 i

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
' {' Q6 [2 M' i. N* \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