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）
名   称        参  数        名   称        参  数
% W" t6 a  i6 C  G# r. b7 k$ a8 U! Q进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
& R) v4 w  F* \$ g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
  Z( L3 X* B8 e' P工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
/ q6 V+ q: f3 R( i. h二、结构方案
0 U/ f( u* O2 u; C) @1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
. _1 K# ~. G  s  i   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
按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
  r& H1 n' W# m" r# D    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
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
$ F6 v  f) e" A5 Y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
$ z( w4 P7 I' w6 {! v2、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 G" p# W" j, w6 R7 C  s因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
5 N" |* j8 Q1 _5 D' h! \2 O查表得k＝1.41，故n＝1.41。
) Z7 F3 y" t) }, B9 n/ x* G② 确定膨胀过程指数m
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
$ z! w7 A' w% i5 L# j2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
8 i3 W% G) P- g; ]6 Q3 c四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
5 P9 o' u, M: y, A7 B五、计算各级排气系数λ
1、计算容积系数
0 A% G) ^: A, G确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
6 m( k1 A0 i- M; h) q1 A ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
& ~& H. c) n  g3 X+ y4 J) q/ Y 3、确定温度系数λT
% Z8 Q( h; E4 Q& F; Z根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
( X4 l+ I, s9 c0 r" W 4、计算泄漏系数λl（表3）
' N8 r- z: X' \- M6 k$ z' e表3
: L8 X; A% X8 C9 S2 A' M; ~        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
; L& E& ?! v/ ^9 N8 x& V/ }5 H- k* `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
5、计算各级进气系数λs
# c! I; |5 l; T* W2 ~λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
  T+ E9 k8 y5 Uλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
/ y5 w/ |+ J! z( N9 g- E, Q# F 6、计算各级排气系数λd
% B" m& m* ]2 ^) G7 S/ iλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
6 Z: Q9 j1 p2 i- a& Z! W4 pλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
8 k) Y9 A2 J: u9 T! o以上结果列于表4
表4
6 J: d( ]% g& S" f/ B        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
8 f% z3 S7 a8 }8 ?) C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
  A' A1 Y2 z* H7 s2 F9 i由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
9 ]$ y) j1 w  P9 L8 a! I 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

＝15×1/0.784＝19.13m3/min

4 V6 S* _6 W& g0 G/ ]  _＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
3 b+ f5 v' I9 U7 h7 l+ R4 m' f＝8.93m3/min
5 ~- q; u8 R' D; \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

. O7 C' Y+ u; r+ X5 I2 z! V* [＝16.34×15×2.1× 2.17×
7 w- L5 L" C" B- o+ i, ^3 l( O＝397KW

2 b$ x0 }5 G) P! ^, x3 R; h2 Y. f9 U＝16.34×15×2.1×ln2.46×
1 w+ E: H) t' ]& i6 a$ }6 D/ F＝455KW
; F: v5 q6 o7 B6 G4 `7 j  H ＝426KW
7 c4 V( }8 K* c& h2 B取等温效率 ＝0.65
' @" c1 @+ H4 Y, {* Q ＝ / ＝426/0.65＝655KW
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
* E) W7 n) E! N3 ?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。
  w8 O, D- {  W2 hD1＝ ＝ ＝0.307m
' w9 s1 N  S) k; A* k- k" X' xD2＝ ＝ ＝0.215m
; Z! K! n9 U% X& f9 H! H4 \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
1、确定各级实际容积
, X* j9 B: j9 T! \ ＝ ＝ ＝19.52m3/min
" h7 E5 V& ~' w: H( V- u5 G* y ＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
4 n# b2 \; D- B表5
  k* i4 y- Z' r        Ⅰ        Ⅱ
! m$ |7 _; D7 B" L. y( c计算行程容积
/ a0 W5 m1 N% Q$ C5 O- M7 \) E: x% J19.13        8.93
, ?- s  N9 s( f/ }0 h各级实际容积
19.52        8.94
- a% g! g  O( A& s+ _" V, F2 n /
0.98        1.0
修正系数
3 P; K3 n! a  G9 P: ~1        1.02
5 z$ Z+ _) c" r" |* `初步确定的进排气压力 /
2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
2.10/4.65        4.65/11.20
: Z+ u0 J  K$ M修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
: l5 v: \0 b, Q4 b8 E修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
$ A, x% b+ t3 b6 [( D* WCm＝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
- K# ?7 B$ ]# j. e) {* A    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：
δs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
) i' ?1 ~! s2 {# G& s: r& {实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
& W& M5 I- D2 ]! z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。
7 f) \4 ]9 ~9 {2 f) |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
) p6 r2 K; G2 }4 r" p表6
2 ^. l# N4 Y  D: ~+ Q        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
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）
* _( ^; k9 \* w$ Q2 JⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
) b) k0 y2 m$ R( p6 eⅡ        -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
( {3 `2 M+ N- D8 ~% r0 @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）
- m( M( ?/ l$ A' i- n9 j       ＝647KW
  s; n5 D5 w+ P) J8 O6 T     
9 f, ^" W! w4 U: ~/ c6 \! I       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
* d! Y, f4 @9 @     ＝647＋671＝1318KW
2、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
9 M( k5 [, E( e# b4 {2 k压缩机与电机采用直联，取  0.94
: c$ k  }  z8 M# x. n6 b轴功率 1318/0.94＝1402KW
! x4 a! ~( Y- Z! X7 P等温效率 ＝852/1402＝0.608
: D& E4 f6 T6 _3 E7 m- o8 ^4、选用电机
    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
9 p7 B6 M) ?% u# w+ G8 N储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
/ D. N3 K- v# L
Ⅱ  动力计算
& _, F$ S$ n/ P) H6 U* [' |- V4 M一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
; X1 o0 G0 C7 s, ?) u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
3 p$ G/ ?: g# ]% [. `. E/ L  m二、用作图法求综合活塞力
1、作往复惯性力图（图3）
  M0 E# V  I/ W6 P' M+ Q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。
3 h( A6 Z" T% a% G- N3 c% B5 q
) v7 w& j2 G: y; W" r3 ^表8
: g9 e5 b7 z( u$ _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                               
        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
, W3 `( E- K, V: KⅡ        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
Imax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
& a9 ?) V& n% n4 \ -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
* v! q0 g" q" _/ Q) w% l1 G  l" \! b2、计算往复摩擦力
  ^& X+ }, a* P3 v. o# i) s8 T( [    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：
# K( X( W. c# n8 w      ＝5.51KW
＝5.71KW
- b+ A4 ?) q: Q* Q- h' h3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
5 m* B8 [$ `9 Y( E8 Z4 ^1、计算各角度切向力及总切向力
. d- o2 h: C" j. V   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）
4 x# p: j7 O0 g& o2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
) P0 U! c- y3 w3、计算平均切向力Tm
2 H% M% J$ c) ]- |* w8 |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。
5 C9 S, a5 w& e9 h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。
7 P, a# i* z. u0 U* N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
2 f, {. G4 [! }$ B- ?! xΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
& i' Z- y& r) w/ l0 A6 p7 [* K                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
: l2 k7 j! m4 h& @/ [- I3 N& t, M4、作幅度面积矢量图。（图8）
: F5 Y; @' a9 Q& X5、确定飞轮矩
, t2 D. C7 h5 Q- ]& r9 b    选用δ＝1/100
  T3 h+ E' w# I% N    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
# g5 K' \2 N, g9 ?+ S5 Q3 ]

表9
а°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
' S& V, `/ |3 T; X3 W                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
6 H' |3 B$ e) F$ q# U" d$ X: @6 e# m40        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
; M8 e1 E5 n* q: }120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
$ z& ~+ q9 N6 c4 {' r' X2 u" j140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
5 l/ q! g8 T: {) t160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
+ M! S5 P! x1 ]7 m" q  M+ _" o& L180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
+ M! I) F/ v* T200        -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
* y( |  i  [( N! [" v) S5 J+ K260        -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
8 Y" E! b% g, X300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
& b- k, f" B" s2 j! t+ Y  W4 Y320        -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
* R# s$ O' E1 A360        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# G1 [1 ]. `, x8 X! ]# R% Y

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