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
# {0 C1 n+ ^* o一、已知条件及参数（表1）
' M" J9 U0 T- ?, j& Z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
相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
+ ~8 z+ @2 ]0 i, g& h3 d二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
3 u4 g8 W, w3 O% 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
, C- P3 \) h& H' ~. m# n  
( |* i6 Y1 L8 B( h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
- P( |/ q! i0 Z( I) ?/ O/ g. C1 ], }+ I    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
$ ]+ h9 d7 U  W+ d    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
0 h3 L) H6 {) w  f: w9 r3 U    以上数据列表2
$ E* e# r2 n4 z9 X  G表 2
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
8 r" n3 K- A' e1 B% S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
; s, O3 R' t! b. q; x1）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。
* {8 B: n+ z" @( S) _6 t" N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
% _0 m$ \4 v1 Q- |- b             m2＝n＝1.41
2）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
6 n. H( n+ y% ^5 i四、确定压缩机系数Z
( Z, d, \- S" y查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
2 S/ i0 j) ~7 C+ U! Q# r5 q/ O五、计算各级排气系数λ
1、计算容积系数
. e9 o, E8 h- r# ^! D  L7 w确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
$ [7 Y; @6 U* x7 O# | 2、确定压力系数λP
. p% `* K% |8 \' ~( d# _2 I        取λP1＝0.99，λP2＝1
. I: M6 r" J3 W, @9 p! p1 L' g 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
! s, g5 m1 k, `1 n- O3 w* G$ }: w 4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
        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
0.002        0.093        0.915
9 A( \0 j- d1 p4 q; H第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
1 ]/ {! a+ ^; g! \1 s4 K  lλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
. z: }4 Q3 }( ]$ b$ M4 y7 r% F8 B  D 6、计算各级排气系数λd
) b3 R* G# f8 q2 p  hλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
( l" X/ O: X0 A- k. Dλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
3 ]0 i% P! x7 T7 ^7 h+ A以上结果列于表4
' L- M2 ?! w, E" i" N8 {8 j% A表4
) ]7 m1 L+ K9 _; s        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
* i0 P( c& L, v" @/ lⅠ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
$ a& I; v0 g, K. Y! _- @. E+ fⅡ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
( S$ H* R6 c4 a0 ?( F, q0 W+ V0 }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
+ B( `3 i5 [% s由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
$ U( c# y, ?3 G$ w) h" H2 v; }; C 2、抽气系数
5 l3 [: v$ O; l% z: N2 s( R本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
/ q* v6 c2 w& m; q七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积
6 G  ~& B4 c# ?4 r& Y7 |9 ]
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
+ ~1 x: L* t- i+ U5 q+ o$ F
$ h. ^& q5 i8 g: E! P＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
$ Q1 H" y; r# u＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
& i. U! a% j% y 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
: |& Z4 P6 h8 Z" n' h) G
0 ]  e0 O: W& c" X2 p1 ~3 y# i# c＝16.34×15×2.1× 2.17×
# k/ B* u: ]; y2 t5 D8 w* S＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
% s- P5 l5 J1 {. U) y7 c＝455KW
7 a8 }" _- h& d ＝426KW
) V9 \. b! |. `# u取等温效率 ＝0.65
4 O7 W/ M6 `( W) t  I ＝ / ＝426/0.65＝655KW
) B- K8 t7 E/ ^4 m  S 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
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。
1 V* O, l& ]' {, t: nD1＝ ＝ ＝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
# Z) C/ ^$ n4 O1、确定各级实际容积
* T3 c( a. Q! w3 O# l ＝ ＝ ＝19.52m3/min
/ \. n8 i; Q- C4 O: c ＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
/ R8 D( M- z2 V# l3 K0 {1 V表5
        Ⅰ        Ⅱ
3 |# Y9 x! F! ^% p计算行程容积
19.13        8.93
( K3 i/ V! E, N1 P各级实际容积
19.52        8.94
/
0.98        1.0
修正系数
1        1.02
7 Q) A, V9 ~  U% X7 }# c& c初步确定的进排气压力 /
- N, t; @" x! q/ b9 r2.10/4.56        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
十二、计算活塞平均速度Cm
+ x4 L7 N6 P/ gCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
' d" D/ h- z% n' s# Q& b# q8 d1、计算气缸内实际吸排气压力
# S) t  c! R5 \1 b* w9 c1）确定进气排气相对压力损失
4 x& d- s5 A/ }  p  T7 O6 v8 ~/ H    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
+ _3 c6 x9 h8 J% T             ′＝ （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
4 L* e8 v; K" {$ w1 E/ i7 h: o实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
) h) Q6 P3 M* n6 r7 S! {& W7 h9 \* t2）计算各级活塞面积
1 s' f7 I0 e# z    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
  n$ f& k  L2 E表6
) `8 o% w& {7 A2 d7 e0 [9 f        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
* r, b/ u+ E; ~! o1 B; s) H* N" {第Ⅰ级        0.075477        0.069115
2 `1 d8 Y1 x7 G4 V* W  L第Ⅱ级        0.036305        0.029943
9 x/ x/ E& A' x4 a7 R1 F/ V3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
  [6 n4 i& I+ Z表7
  d% u4 B) v* m/ w& f1 o8 n        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
. N) Y" m  G4 ?/ ~, kⅡ        -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
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
7 ]# ?* ?/ Q3 Y4 B4 P! J8 V       ＝647KW
     
/ n0 e5 z) `! }       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
     ＝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
' p% N% d+ B/ ]5 A- z压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
( `+ Z6 L) ~* J; s等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
- [3 k% `& Z* q    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。
; v/ P' i0 [+ \) W) {3 s
Ⅱ  动力计算
6 K9 z6 r( l; w一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
6 M1 u, q. x4 L8 ]' \* n% M2 }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
5 i# q& x; P" X6 O二、用作图法求综合活塞力
1、作往复惯性力图（图3）
- H" w! h# m+ I; w+ U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。

/ R: H! Y1 u4 t4 b" M* y, ?! a表8
( F. C7 L1 Z! k9 }级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
9 G- h' l5 Q9 S3 u2 c$ rSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
. ?' O- p8 c+ i) r  V( A. [! I＝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
Ⅱ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
5 J. I" H& _+ }/ KImax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
# \* U; l9 B0 N0 JImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
5 m7 P% Z/ T  V- ]$ R  B- U3 Z. R2、计算往复摩擦力
: M" Q, i) B8 {2 A9 S3 [; x    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
2 F* u% L6 |- x5 H, E/ n2 ^机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
: |1 u: S/ l0 C/ D ＝5.71KW
- p) t2 e$ n( y3、作综合活塞力图（图4、5）
5 X1 f2 z  |. J, a+ q1 d/ A' [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）
% g$ Z& F, Q6 A  Q3 Q2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
3、计算平均切向力Tm
: i3 @9 H- d" k+ H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。
% X, [4 l: ?* D, {7 Y测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
/ h: m# x5 L8 l- D平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
  U* @5 L6 E: Z' g* n    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
, Z$ |* f* E. i5 u$ n" H5 wΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
0 I0 O1 o& }2 I                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
2 b2 j* A8 Q8 A' C( @: P7 Y  f$ t% m+ m5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
( z+ F0 e' @9 v4 {                       ＝162.09 KN?m2


& W; B3 O8 ~; Z" K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
5 D2 D/ g& `( |20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        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
9 T4 r! ?  S7 F4 S9 L1 q8 C( Z& O100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
120        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
! b, l7 r, V) k: n6 l: [160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
& }7 p/ d$ y# }" @6 m180        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
/ c/ J( g% e: A. j240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
) m6 G. ~) A5 Y- v' _; \8 \; k( M* }260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
! d" ]$ I: z  [( W2 S5 l1 j280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
; S: n% M5 P0 v! Q- I300        -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
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

5 @! z U9 \ h5 b

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