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
9 p7 N# ?2 g9 w# H+ ^9 O: Z一、已知条件及参数（表1）
: ?  w0 Q, r8 N# U" D. t+ v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  
2 d2 G) y+ T; v. d5 Y15m3
& [  {2 h) B' x* m$ O7 I二、结构方案
- a$ X5 _! G2 e6 X4 Z1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
( t4 ^8 Y( V% {2、结构方案（如图示）
1 b- d+ H, z) ]* ?" K" i   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  B2 _' ^9 ]0 ~6 ^- ?  
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
    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
6 J, d  I* }# P- Z    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
" }' ~7 W/ U4 ^5 Y2 L    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
# x) D6 l8 W/ N1 W  b' r0 f, l, ]    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
    以上数据列表2
表 2
( H7 @0 l5 H9 f  ^- l4 d第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
% x: D/ ]% C+ a+ H2 Z# z. ?8 W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
( ]* ]$ F$ B3 `; D! Y- ?2、初步确定各级排气温度
4 B2 P6 b# `5 y4 J1）确定过程指数n与m值
6 i0 G0 Q/ y$ p; Z3 R7 c) I$ X% {① 确定压缩过程指数n
7 j& D* r3 |( U, c9 Z6 c因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
8 g0 q( X4 l- B; ?. m查表得k＝1.41，故n＝1.41。
② 确定膨胀过程指数m
& X6 b* ?1 S# t9 y. o* t% b" q    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
5 w2 P* \) m) S2）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
# E; Q" \# W6 P# ~. ?/ I* ^. i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
五、计算各级排气系数λ
1 p! m9 G$ }9 e- A* C1、计算容积系数
' W5 a; I) C+ a0 `; D2 B3 p确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
1 }, z' v. s: X* _4 u% A7 T ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
8 {/ D5 k9 P( [  F0 `- x  R& D        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
. R0 t" K& i; f: ]* {# O2 {        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
3 `: l0 F& T8 G  {& ?第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
6 X. n& l' q0 p# G. ]2 e' Bλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
& Y  t+ F' ^- R8 `; z. {7 C 6、计算各级排气系数λd
! ^" y& a5 P0 d, e; b! cλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
表4
6 t# K* b- e5 }        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
7 e4 `( G) A, l* h' H3 jⅠ        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
六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
1、析水系数
5 v- ?. B9 C9 L2 O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
  C2 C/ o+ N3 J. x 2、抽气系数
6 {  a4 }% l4 U& `) _7 Z+ M本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
$ m1 @- i1 P/ |9 \: _+ z七、选择转速n＝375rpm。
6 F1 l9 F) R# h8 S' l* l" F# b' j% @八、计算行程容积

5 K( {0 e" o8 e, I/ Y ＝15×1/0.784＝19.13m3/min

8 O& i8 i# N9 b( I; |  \5 w0 x＝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
1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
4 y4 L; f2 i" `& S$ G3 F( Y" ~  }
( ~. F/ l6 V$ q0 h＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

8 F6 D4 `* E4 T' A; m7 d+ C＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
1 y! m; P" y6 G+ n4 S& a 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
) M# y9 j3 ]4 [/ C+ V$ X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。
) E  x! k" v: j- |' g3 H/ \( DD1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
/ d0 w: m1 w1 a& o* ?& r$ H  [, r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
  Y% f  |* b6 C* _4 Z. `( L) A1、确定各级实际容积
5 B5 Q$ D7 o' G$ y% v# r  A ＝ ＝ ＝19.52m3/min
0 ]: o$ |" E9 u: H9 e% A- | ＝ ＝ ＝8.94m3/min
' ~6 V+ W. n" R: D. ^. x" ^' \$ F* X2、修正各级公称压力和温度（表5）
: C; v" v( n! x/ [表5
$ l* N% Y  z' ~9 b        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
. ^9 d, I: d) i9 G+ W19.13        8.93
! J% |; }- `0 ~+ Y, C各级实际容积
/ T8 j5 r6 P' O9 c6 R5 Z19.52        8.94
& T& B8 \1 E; E$ w /
( `0 U& P. k4 O  A9 `" _0.98        1.0
修正系数
& M# C3 Z2 [4 x9 d, `2 f1        1.02
7 [1 k* X# R* P! a4 @! G初步确定的进排气压力 /
4 J" |- E6 p5 m; \8 E2.10/4.56        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
* \/ b, @# ?6 N修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
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
1）确定进气排气相对压力损失
$ d& B" i* y) k! e9 f) [4 X' A    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
9 d# s9 |  q8 a" X8 z9 d                     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：
/ s/ p: x- P) Y( I8 sδs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
* t' g& P/ @4 o) X' {& @  Q, w2 l$ \  w实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
3 T- ~/ s( d- z, Z7 _7 z实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
& r5 R/ _1 L- ]8 J4 q+ s; T             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
: o  d4 o$ {$ X+ ]实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
- `3 N& A) |5 o5 L3 V    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）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
第Ⅱ级        0.036305        0.029943
6 ^9 Y  S; {$ o  R, @3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
; x, Y8 _4 g9 D( X" b8 {' U* t表7
' c- T/ c8 k2 N9 z( g5 W6 S& L        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
) s0 j& K- A+ Z& O- K. {" W5 \Ⅱ        -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）
# R# ?0 h9 J7 W: H+ [       ＝647KW
$ C" E2 c! Z! x6 y. c, O0 }     
( X8 ~" k# Q/ @4 R* e       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
+ s2 l) |) d  |# L0 Q+ J+ H       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
7 q- h+ v; s3 l+ K  ^ ＝852/1318＝0.646
! c3 l4 U5 _+ w  o! ]7 a# _3、计算压缩机轴功率及等温效率
+ B$ N$ Q4 I2 o- c7 Y2 Q压缩机与电机采用直联，取  0.94
& A$ l, K5 e6 ^/ L& Z: p( J( u轴功率 1318/0.94＝1402KW
8 E* Z7 C: y; ^. t0 l等温效率 ＝852/1402＝0.608
( R! v, `( j: t0 i: K( E! @) p4 ^4、选用电机
+ Z/ X1 ]/ q" r8 a    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
3 H& }$ x6 G2 T2 m储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
% C/ ?" o( w+ e1 T4 g! u4 G) i- x
+ k( x4 H* @# t# L) lⅡ  动力计算
0 \2 }) h; _0 c8 l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
! }( l3 q6 H5 r% r1 L% f  D二、用作图法求综合活塞力
1、作往复惯性力图（图3）
, e4 N" e& }7 c7 P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。

6 P: x7 s, j$ o, 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
* w  `3 D3 Y9 N  U＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
% Q3 u! G( {( n# m* p: E        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
Imax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
% l3 B9 n# D& x; I  L) J/ a8 }Imax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
6 r0 I3 O0 Q: d$ S) Y# _* V. h- E1 p -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
2、计算往复摩擦力
' u' }8 }/ `7 g! j    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
4 y! d5 `( T) x- A: ?机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
＝5.71KW
% x$ W( k5 u: g0 q- J& P1 D3 U3、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
" m4 P( m5 q* X$ o   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( ]6 f8 s" R/ T( ] ＝ ＝4.76KN
3、计算平均切向力Tm
: n) B  w9 l2 g4 P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。
  d2 ?# d) c8 t* e& z力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
  T; D0 O( H$ u; [- z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
! I- H/ j$ @# ?( o平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
$ q- C7 P' d5 R* [0 G, l    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
: Q3 w6 h7 ~$ ~                        ＝198.32KN
" D0 j: _7 c* W% Y$ m  UΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
- Y7 K4 T1 k7 [- NΔ在±5%允许范围内。
) g& v  b5 G! u+ s0 v4、作幅度面积矢量图。（图8）
: G: r5 Z# |  e/ `5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
# A0 S- a. a5 a; ?: \, n& d% I    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
6 K9 Y5 D2 y2 C* z, T  k                       ＝162.09 KN?m2

. ^! F% `+ e3 g! k+ ~' _' `
; P- m, p5 Y; I; Z表9
! V2 Z) w) X: |$ c. g, hа°         
' t: _6 F0 p9 a) L# N活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
+ i6 a& T$ g8 X' ]2 [! l- B# B# H' E' P                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
+ u6 a% a, t( ]9 z( I9 N0        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
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
) P) ~- g6 `+ o. c5 M5 O) R" ?) M100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
& f( g6 }& D5 B( y120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
. F1 k3 r, w: h: u7 \* Y  @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
6 v! x0 E4 Q3 C: C! U3 P/ h0 y, A. `200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
* t: G. T2 T6 h9 Y( K. s220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
9 i* _; h* c1 h4 N! \- e240        -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
280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
2 N8 `9 i% B3 K8 `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
340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
5 ~" ?- S6 s( w6 Z) D, f1 \8 u360        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：
% ~0 q% k. p5 |8 C0 j

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