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！）
, B% t: d+ c  \7 L, C& LⅠ  热力计算
一、已知条件及参数（表1）
* m! c% E7 I$ V& M9 x6 n. F名   称        参  数        名   称        参  数
进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
* c* O6 W' |2 V6 i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
: o/ q2 f: R2 Q二、结构方案
6 l, L  e6 c" l1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
4 E  S% V7 [8 V# A2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
8 H) m; P& b* t; i& g三、初步确定各级公称压力及温度
# }( x# ^9 o+ s1、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。
# F2 B3 G; @2 a8 K9 }    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
' P" `5 k5 D' _8 F2 f    以上数据列表2
; R4 O! E6 }4 U4 Z4 _% W9 Z8 P4 i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
$ x9 I& M+ A: v& ^4 C* [9 r第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
" s' Y) e, U' }2、初步确定各级排气温度
1）确定过程指数n与m值
8 V8 k4 }5 E: M  Y( h( t- }' b' R① 确定压缩过程指数n
$ l" E1 {1 S! {0 T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 确定膨胀过程指数m
9 [5 ]2 X& [7 p9 h* q7 ~; ]    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
( c2 t( t, ?5 S6 |( Y9 L             m2＝n＝1.41
2 _/ K$ W. V" ]1 W7 u3 H2）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
" P: ^) N% l; d( _, W( [6 Y1 ^/ _四、确定压缩机系数Z
. d  C8 m4 B# `0 c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
& `+ ]* S1 ~& k  R2 t7 V' x1、计算容积系数
1 _% v) q, ]7 N5 S确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
' r1 k: W7 A! P2 G5 s4 w, U" j ＝1- ＝0.902， ＝0.884
' M: @% Z  E( F8 ` 2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
$ K' z/ x6 X6 p5 {3 h, I, [根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
5 v* H0 k: c+ {6 Z, d- m4 K表3
+ Y: D" t1 m* e7 W: I0 ]6 S9 }        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
# a; q% o) x5 o4 t0.002        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
- Q7 D# ?& \$ z- i) Y! r  @. Xλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
  H( U6 |, D9 C( o( R 6、计算各级排气系数λd
λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
  B2 ]" D4 X" E- lλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
表4
  L: T# a+ f, E8 j, H. B( n        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
# c6 D& e& E& Z) y1 n, FⅠ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
9 |* q; U5 j3 f2 V7 ~2 {2 LⅡ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
7 o2 r# H4 c0 B3 |8 e六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
' B) I5 H$ q6 }+ Y4 c- J 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
& i3 N, a; C2 p, m0 o5 a$ `3 r6 x. d 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
) F0 G  o, I6 [/ |. H  C
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
5 N3 q* u- _0 b1 ~
5 C7 [3 K. y; L- z! v+ x1 [＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
; C* K3 A% V( W% w% F, G. t＝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

# J* O: i. \/ r, l. {* @＝16.34×15×2.1× 2.17×
7 @8 d/ h% p% Z* U5 H( b3 H＝397KW

6 n% i4 x: L; }2 V, n$ }  x＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
＝426KW
2 I# L) u' @3 q) j# c2 M5 _取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝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
) g; w+ t7 `) f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。
0 A9 T/ v% |" P: u+ r" d: ZD1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
. @$ J4 m2 B, h. [& y9 g十一、修正各级公称压力和温度
, @, P: `" J* t2 ~: d. `8 {% |( |0 S- b1、确定各级实际容积
+ H. j1 U( i" P# b9 d. H* H* L) q ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
0 Q' r* Y; K: O  o: ^$ C2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
/
0.98        1.0
% p0 t+ |% `' Y  @8 e修正系数
1        1.02
8 N9 e4 Q) ~  ~2 h3 {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
8 n* V$ D3 N" _. Q% u5 @' K, Y9 h修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
5 e5 W5 p3 }1 |9 }修正后的压缩终了温度K        394        404
' @: K" n* H4 o( {1 s6 {十二、计算活塞平均速度Cm
9 W4 y/ `1 s% R+ |8 mCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
$ U' q$ c8 E: l! N: ~% e% m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
$ g' p+ R) H* E8 F  q    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。
实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
: g( F0 t8 m2 a/ p5 ?             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
& ^" k0 ^; t9 F# x8 u$ O  A实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
% e" H! V- i% n6 J& x2）计算各级活塞面积
8 L* O" ^9 r# N' z' i    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
" ]5 _  Q1 A$ D& H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
! ]3 U& T+ p) U; G, _        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
' `  Q8 w0 D0 f6 c4 u5 rⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
( W; H( \" L/ `9 P0 @Ⅱ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
: D1 \% U& w+ E) p) }5 @& r7 z十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
, i" f+ f$ F' m: v1、计算指示功率
     
2 ?2 |6 @4 E2 a       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
9 e. L0 ~' i6 y3 d$ k       ＝647KW
     
/ T' n) p# R1 Z       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
# M1 u2 M0 D1 b" @& l: T6 C; k       ＝671KW
% g0 q8 D4 d/ M7 D! ^: \/ c     ＝647＋671＝1318KW
& A  [. }% V% e9 z( u2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
3 X8 M# \0 |7 L7 o4 J, z3、计算压缩机轴功率及等温效率
/ U* f/ I( ~0 A& n6 O/ H# @压缩机与电机采用直联，取  0.94
6 W: H) R; o: O- }; h轴功率 1318/0.94＝1402KW
等温效率 ＝852/1402＝0.608
8 Y9 E# G) u8 h2 ?& x4、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。

Ⅱ  动力计算
! T# o0 D: r' S) a8 o5 Z一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
* D% q1 c9 M: \) q9 a( u; C% T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
. _5 g5 i7 a& `1 q2 U: b+ _' r1、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
: w! B) t* S2 I. }; l* W, z+ I/ f' R级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
8 Q8 T- B6 ^2 K1 {- n, y7 e- [Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
＝tanγ＋1
1 `! }' q/ S: A/ @7 u1 e) j' z        盖侧        轴侧                               
        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
! h4 n" H3 v8 s2 y% p9 K8 [$ RⅠ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
4 {# Q6 b/ @- D; p; fⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
+ `" K4 @" y% EImax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
  I+ Q3 L. `2 ~( u" a/ @2 NImax＝-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 ^. F  V: x9 `& X& |2、计算往复摩擦力
/ J6 _: A) \! @! p    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
+ C" D- X( `8 l2 Z& ~' E" ^9 r机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
/ j. ^3 L' m& Q* z- S- j ＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
2 j% P5 T( f3 H6 s三、作切向力图
9 j, E- r3 c4 p) l( o, p/ q7 |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
& j' ]9 g8 Y, X+ S( U( b/ ]$ ~. C ＝ ＝4.76KN
9 B+ M( a+ S- E# z7 o3、计算平均切向力Tm
/ n4 Y. d* t  i  n( W3 q9 S, `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。
" N$ m! u& `8 g' b( a! g力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
& @1 X; c  B6 [. m% R2 [  ?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
% x; S8 j% G0 q# N8 v9 e3 B* h平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
( {! X, x3 Y% ?9 m# ?# y/ E) E    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
8 j* m# Y/ [0 Q9 w- R8 X9 o2 f, U                        ＝198.32KN
% M. K+ Q9 k: jΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
5 p: l7 M  b* gΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
; u7 M" W! q2 x- B/ p* M) C( Q3 r    选用δ＝1/100
  l5 y% H, c2 n* J+ }    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
$ ^; @7 @: N- ?- X                       ＝162.09 KN?m2
+ z2 M" q) \+ H! u4 M
; J# i0 G1 }" D4 U  x
表9
а°         
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
! f0 \3 K  \) s6 s40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
- r5 r% B# f" @& I60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
+ s. H* {$ P/ x5 H80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
4 r0 u0 b9 @# W/ \& o" _3 m5 P120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
* L2 G5 E. M! N140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
* L3 d7 {, _/ }0 ]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
% K1 o- \% ]1 Q" @) q2 o% g- Y220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
/ X# V4 i, b5 W( q- w; n240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
) j4 d% t4 t+ K" {260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
: y' g6 y  b6 T9 g7 O280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
1 S# j2 K) D6 Z4 Y' W; G300        -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
7 A3 k) Z" a- v3 N# t! U* l0 i360        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

; J8 |, K) I. u( p. s: M

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