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！）
: J3 w' q( p! |7 P9 I! `Ⅰ  热力计算
! @% s3 P7 ]$ D1 m- A一、已知条件及参数（表1）
1 j$ v: B$ j% M, s0 X名   称        参  数        名   称        参  数
% ~, P, G2 c& h" n: r8 ]: M进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
5 U) c9 b: U' O5 S进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
1 o* h  h/ q( w' Q! t相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
2 a. K/ p. n* q( z6 L6 J二、结构方案
; D5 e# I0 j2 s$ n& {+ @6 q1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
0 M' x* e* K8 ^2 G2、结构方案（如图示）
4 M3 j6 n- N5 l  ?( e( P   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
: m% q* Y' ]  h2 C; J1、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
    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
# j# T* N0 n3 M, T: l, y9 K. d    以上数据列表2
- p9 I. @# U; M9 B. c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
& U0 K3 V' @9 |1 i0 f2、初步确定各级排气温度
1 `* \* s% w7 T4 `1）确定过程指数n与m值
7 `2 K- Q. o9 N0 g4 n% c① 确定压缩过程指数n
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。
1 ^, T% g. q3 ~; J$ T, W; z, d② 确定膨胀过程指数m
6 S) R- T9 `; k    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
  X5 [& h! G6 d             m2＝n＝1.41
. W9 b3 P1 ^! L1 \" ^' c" J2）初步确定各级排气温度Td
7 [) W+ ?5 U* s* _. W8 q8 [% l' f    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
. i$ w. y. m' F    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
1 D3 ^. w: M$ X          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
' k+ Q* W9 Q- R' K. i9 | ＝1- ＝0.902， ＝0.884
  J5 I3 x  T6 v: L1 a: |* \3 F% Z. i 2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
9 g- s! u) w! H& F+ @: v. @* n$ j 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
; w* G/ {' C9 U# B, O! } 4、计算泄漏系数λl（表3）
/ I; c' C; {! m1 @5 W! p/ G! \, ]表3
% g8 o0 R$ r# Z$ X+ R& l        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
& r; r8 L5 [3 A7 o8 v: Y" h& r0.002        0.093        0.915
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
2 Q. G+ L& a) x' \; ^: Q5、计算各级进气系数λs
3 E& t( R8 @8 L: t: W7 h0 r5 vλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
* F" U: }* X) b+ }λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
' j6 q9 B; p0 k0 D! p4 h/ ? 6、计算各级排气系数λd
- J, b, q7 f6 u: dλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
* T& V5 P4 [) U& J. M; c7 H! j& [' tλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
* O- W* _$ l5 \! N2 i( P以上结果列于表4
0 f# m: x) F+ C' s+ q8 G& P' V) l表4
$ A% g0 T* q, z" |- N( y7 G        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
; P3 q, h5 _0 G( BⅡ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
, I2 x5 S; T! _  t) a7 m六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
1、析水系数
2 b% b1 r! k* g/ u, u6 q第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
$ P! u. A$ T% g- X5 g$ P- }3 _, z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。
8 W$ K  d/ E* t( D( a, T* b七、选择转速n＝375rpm。
3 |/ @- e+ R6 E+ ~* k八、计算行程容积

＝15×1/0.784＝19.13m3/min
0 _. C  V/ l& s6 s7 f- j
2 H  r: x9 t$ r＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
5 k+ L$ z0 k* R0 y% s5 q＝8.93m3/min
" E$ J: y2 o. A" I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

＝16.34×15×2.1× 2.17×
! Z5 L. P) c0 H! g4 n, w. i＝397KW
" B- k1 s( \8 j: m
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
6 }$ v5 ^* w' u+ |, q7 o ＝426KW
0 v$ L' x) s6 k0 \! ^* f" P取等温效率 ＝0.65
- U: U0 u% ]0 Y ＝ / ＝426/0.65＝655KW
2、确定活塞杆直径d
2 Z3 Y2 ?+ n, K6 Y+ i    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
$ s8 x$ b- W+ u  _选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
" W+ L7 d) d8 Y8 h. y3 _$ ?D1＝ ＝ ＝0.307m
8 h$ s# p5 S, sD2＝ ＝ ＝0.215m
! g; o  b2 q, m6 x. I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
& A% s  }3 x5 w1 n1 E, W7 L ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
+ K5 q* M% B5 J5 ^$ M4 M表5
4 ^' m8 l- n" _& I4 @6 j        Ⅰ        Ⅱ
6 \# e4 i+ G' a/ h  e* B计算行程容积
19.13        8.93
5 v( L& ]2 G! e) S/ T% g* R各级实际容积
19.52        8.94
/
' L0 \' \# D& q/ u4 |0.98        1.0
修正系数
# x. C- {' r1 M1 F) @4 D1        1.02
5 h6 j. Y9 f" f& T9 }- r. {; u1 ?- ]初步确定的进排气压力 /
# t3 M* l/ t; W$ Z* c2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
& s* c/ F8 C! N* s1 E7 s' z2.10/4.65        4.65/11.20
& V, j) T3 Y  l- V9 A修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
/ K3 f+ \9 M$ G( D修正后的压缩终了温度K        394        404
- g5 y' ~  x- i& [& v1 S' o十二、计算活塞平均速度Cm
+ \4 u' H3 @$ ?, }; vCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
3 w' M. h( S+ n: z- g1、计算气缸内实际吸排气压力
; d. m6 V9 ~! W3 ]4 o1）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。
    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。
, o5 d; [& e7 D, w; [实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
/ g0 A, A4 K7 P8 b# a             ′＝ （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
+ Z/ D3 U0 v2 n" n3 X1 B实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
. E7 g3 H' q: n  \: K/ a# `# D2）计算各级活塞面积
4 ?9 ]1 L/ b) D; m7 ?# f5 r) ?$ @    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
: R/ |4 O& U/ l/ v表6
7 N& O9 Y$ W9 M0 ^, o        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
. G- T3 j) q6 f! u/ b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
  Y# @# y* _' o$ C/ W% s' E  Y' a, H% `        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
! k3 f' Y6 F4 L. RⅡ        -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
) B9 |0 G' T& [1、计算指示功率
( P! Y6 _: _3 I& D     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
5 u3 @" q# y/ E+ R( {# |& U% J       ＝647KW
( j* M9 M+ n' x2 i1 Y7 @6 ]     
, u/ ?& R5 z' J: [0 _  s       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
% g2 r% h+ w( B( ^     ＝647＋671＝1318KW
8 s2 x! {! F( t9 a& E* `2、计算压缩机等温指示效率
2 l) n/ e- L) u' M) n% ] ＝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
; Y0 N1 u+ v7 O7 p0 P轴功率 1318/0.94＝1402KW
  z# d# I9 G9 i. u: P- J+ w# N5 n等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
* C: d0 z! w% |; q  ^    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
* G% r" X& B& R储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

0 j' G9 F1 [# W" {1 y7 @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）
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
二、用作图法求综合活塞力
0 s' D2 J5 r% t. X/ R1、作往复惯性力图（图3）
( r6 D& n& |2 r, X/ H+ ]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。
% `. W" A7 N6 I: ^
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
- a5 r) Z$ B: M! @        盖侧        轴侧                               
! m: i0 O+ _6 ~  W1 N# \- @7 r4 a        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
- I: X2 v7 G2 [Ⅰ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
0 c8 F/ x$ _$ f' N5 Q- ^) j; N2 N  XⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
& t3 ?# l7 I, FImax＝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
8 Z7 }: P* p9 }+ u" x; o2、计算往复摩擦力
8 n) j2 S( j2 e$ W' B    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
＝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
   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
+ W" k1 T! ?) @ ＝ ＝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
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。
1 `$ g7 ^: M* ?, {! [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
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
& K# _/ n: J! NΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
/ E9 T  R& h" Z8 O; P% F) s5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
8 `, M' M7 l9 V0 I    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
* q) q% C* v- N! N- b# W

表9
" x5 \/ [0 t5 f6 S. J, o2 Uа°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
) j7 D8 P: I; F/ j1 O! f5 T60        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
5 q& y7 }2 R' p# E% z- i  q) Y120        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
8 e- Y2 Z, {% m% y280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
  T: M' V! w# _, S! ?. B320        -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

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
4 T( i: Q& t; r5 g& t0 w: C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