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！）
, E8 u0 z# z6 ~/ @0 s' Q) Z& yⅠ  热力计算
一、已知条件及参数（表1）
1 |2 P0 b; |  {0 a! x# b* p* r名   称        参  数        名   称        参  数
! Y( C" S# P# K4 l* \' b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
' G- h. U! f+ u. t8 [7 K二、结构方案
* P, s5 ~8 k, [( Z; z1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
) k! C7 K5 u- \2 a* m   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
3 a- n+ B- ]. X' R三、初步确定各级公称压力及温度
. P; C$ {; y7 L% \) I% x5 Q' c1、初步确定各级公称压力
; l/ p( b8 m( i- Z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
) }& B3 K, n; F, r; _    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
6 S+ }, n7 P* z- I5 D( K- z- _/ m" x1 l0 v第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
7 g4 v4 M. E' ~' D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
. L5 x9 m1 z$ K5 R3 D1）确定过程指数n与m值
2 }! Y% ]5 ?+ L, K2 m( J; t2 W, H① 确定压缩过程指数n
# t' Z$ t5 e0 Q! ?: s$ K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
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
+ d% y7 p$ b3 `/ Y8 C% y             m2＝n＝1.41
/ D  I/ G+ \* V$ R1 ]  h3 c2）初步确定各级排气温度Td
; E5 S8 y" j& n( l    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
7 ?# Y. ]* q, N* p1 u, b. _- A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
8 S$ r8 c; _# l7 |4 b8 U五、计算各级排气系数λ
6 X, L- ^$ i& f9 Z1、计算容积系数
' n( Y: V1 }6 g' M: R) ~确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
        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
- Y- w  a# Y; p# l' \+ g) l 4、计算泄漏系数λl（表3）
2 O7 A6 z- V2 l0 {2 H表3
        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
9 u, A) G/ h  G  m0 [" g* y第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
: Z5 G( F7 z8 Y& v3 _8 }0.002        0.093        0.915
4 W9 R. j( m+ c" a第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
7 Y! c& P( f, R2 k5 ~5、计算各级进气系数λs
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
( o7 O% M% `3 l1 S* O9 ?# g! Pλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
6、计算各级排气系数λd
6 c" p8 h; p6 k+ F' t& @λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
9 Q' y0 G" H. q以上结果列于表4
/ G9 S1 J* f* t: }' d+ Y. `表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
0 F% |1 F, j. X# L$ [: gⅠ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
% c) y- P. M9 E( {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
, {0 K2 }: Q' Z6 }2 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
* l8 |! z  c# Q, l" f) O; v8 r 2、抽气系数
: a; o0 v" N$ E+ {% m2 x本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
七、选择转速n＝375rpm。
, k4 h* x7 S! `6 W八、计算行程容积
/ l' Z4 o5 F& b/ ?1 N' E; @2 Y
5 d+ `+ T# K7 @( M+ u+ b5 w ＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
: `" n* Y5 F9 G( D3 _8 f- o＝8.93m3/min
" T8 N) \- z3 w# X3 A' P" p3 R; h九、确定活塞杆直径d
' n3 h0 y: i5 n1 F2 Y 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
3 M2 Z; ~) G6 o! E# n9 u5 [% ^: v
＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

& @/ L; ?) F' m' \. q/ a5 L0 l＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
% Q' Y5 t  f4 Q0 C: d ＝426KW
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
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。
" ]& \: q; P$ C0 GD1＝ ＝ ＝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
1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
. y! c1 o! c2 u9 S! E$ t2、修正各级公称压力和温度（表5）
2 C+ l0 J/ E5 V/ I0 L5 d4 R; C& C表5
& Z; L% I3 \: |9 i7 D! J: Y1 v        Ⅰ        Ⅱ
6 C( |6 [$ @& U4 N) ]; U0 k计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
6 N, z' g% t) [3 {; v: h19.52        8.94
+ G2 Z8 l1 E+ P) ^8 u: m- w1 q /
0.98        1.0
8 V* M) y* o+ O修正系数
1        1.02
初步确定的进排气压力 /
, I% |" L6 o/ P+ r- ~# {7 Y2.10/4.56        4.56/11.20
' u) \6 @# h! @, W- y# C8 x1 V修正后的进排气压力 /
2.10/4.65        4.65/11.20
8 M- A/ O$ r5 Z  |修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
' P" N0 X6 a  i2 s$ P* L2 ~修正后的压缩终了温度K        394        404
; r9 E. S2 S7 A1 f/ e* T9 n十二、计算活塞平均速度Cm
4 P# ~7 e5 n# k; @7 _  KCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
) T. I5 z+ K  H/ J十三、计算活塞力
' `: ~! R4 d4 z- G6 _% A) s1、计算气缸内实际吸排气压力
, J3 h1 P, ]9 V0 U, y1）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，
8 I0 a5 `2 _, p$ t9 j% x) J$ Y                     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。
* u" E7 k& I& _2 u$ U& j! q& a( @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
             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
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
表6
4 x. A2 q* W, a/ C8 Y        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
* j4 l3 z$ p( d4 l! \表7
        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
3 q" C; K3 o5 G2 |- J* iⅡ        -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）
- ~8 v$ d. F/ R) }" h& V       ＝647KW
# h. p  U- T& P4 f* g: g     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
( x1 g% N- E. Z, V       ＝671KW
3 Y! o) I; J8 O  u* h$ ~1 e     ＝647＋671＝1318KW
5 x2 n( n# |7 }9 G! u) _& {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
压缩机与电机采用直联，取  0.94
4 ?; @7 B! q! ^$ y轴功率 1318/0.94＝1402KW
' e. n1 f4 X: X/ m等温效率 ＝852/1402＝0.608
! p) d/ o3 V7 }3 ~4、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。
; Z9 C, Q" _6 ^- o+ A  J
3 P9 q: J% C2 c! r, T* ~  Y+ FⅡ  动力计算
) r) N$ z5 o( a, c一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
2 W  W+ W% M  i0 y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
# q! s1 E/ L/ B7 R1 M1、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。

- w! k) }1 z+ h  \" v: H7 G表8
# h$ d9 X& p5 ^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
1 m* r. Z# c( Q% Z2 |＝tanγ＋1
; n# ^7 H3 i, S- G$ `        盖侧        轴侧                               
" z2 c% r# E8 V. D+ g        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
  j+ H& ^8 y9 j' K  jⅡ        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
6 X" v- t8 ?/ H6 ~) c/ p+ D6 T; y. hImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
3 `0 B- T5 O8 c2、计算往复摩擦力
8 K' g+ V0 X" S7 `8 N% p/ G    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
1 H  y% d0 T5 I机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
, t9 Y! P! M. V ＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
3 V' @' ?6 |; t三、作切向力图
1、计算各角度切向力及总切向力
1 j! N  h; X# ?   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）
% k: d* Q8 u+ |* G+ H6 Y0 i6 e2、计算旋转摩擦力
, ~1 {' k" p) h ＝ ＝4.76KN
! K" V0 D- [9 u: W2 K3、计算平均切向力Tm
# z% e+ Z! X* A# g7 ]- e4 Y+ u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。
测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
& ?. F! Z. D+ U, n平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
: r- {! l( F" R3 [" [4 @: w9 a    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
) I; g- K/ z' l7 W: ?; M6 G                        ＝198.32KN
3 R+ Q1 q  i. j. z: v/ x) w/ DΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
& q1 f* Z" \9 w# ?2 q( V  }/ _& i                               ＝-3.5%
- P8 l* N8 q$ ?$ }) J: TΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
: C: i. u8 |- D5 |. R1 I5、确定飞轮矩
' A, l0 M. @/ E& V8 z    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
4 p+ ]* w, X4 w/ \

' o/ `% e! ]9 p: c) k表9
а°         
  L/ h& z7 X. O' u  A. L活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
/ J% f! o4 B8 O                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
60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
8 d4 [3 ]/ n6 \: q* }/ i80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
# j0 O* j7 o/ L2 D# w, j100        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
- Z" c4 b. I! \  D6 \8 y* P6 d( C140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
4 ~8 _& e1 f- n8 o+ Z160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
. P& d2 c" [0 y2 A) n180        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
8 f  l3 T2 y  b( m! u1 p240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
1 e8 [, k7 u9 g& P! ?+ `% [) H& S260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
0 M+ N5 `% t2 d7 X4 i9 ~280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
% E1 g" l0 q& q+ `  b2 B300        -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

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
! l9 I. u% i% f0 |" E: e! ^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