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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) d# g3 I! j$ T- @
工 作 介 质 H2 排 气 量 - d$ H1 [. h# N
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3 L1 E) P1 D9 v# M! u. u7 T
; S" u" ?5 T; F) q! D
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2 a( w2 O; J1 V" H2 q9 Z2 s: m
按等压比分配各级压力比εi=ε1/Z=5.331/2=2.315 X! \/ C/ z2 Z, |; q
根据结构方案,为平衡活塞力,第一级压力比取较小值。7 s4 _4 \ ?+ _- K+ J7 ?& _
ε1=0.94εi=0.94×2.31=2.179 j& s `- w$ X+ \
ε2=εi/ε1=5.33/2.17=2.46' @# ?- {/ c% j' U/ `8 m" _4 A, W
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 20 y {2 M2 z) H1 ~4 r" ^, a
第Ⅰ级压力比ε1 2.17 第Ⅱ级压力比ε2 2.464 [. l2 ~ R0 r% Z1 ]
第Ⅰ级进气压力Ps1 2.10 MPa 第Ⅰ级排气压力Pd1 4.56 MPa2 U* G6 r1 I' o/ E1 y* b& r5 I
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: d6 J" q, A$ `# R$ L" z
因第Ⅰ级进气压力Ps1=2.10MPa,取其n=k。1 }; @& B# [' o+ v9 P6 @- g$ M
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=407K0 ?/ w4 w/ T' q5 v2 Q
四、确定压缩机系数Z/ W1 Z E$ k* d2 u' A
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/ x. X, f" j9 Z
五、计算各级排气系数λ2 x z$ u' F2 Q* @/ R& [, I
1、计算容积系数 6 V; e! V& M& ~' v) r) G
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& R/ G% E/ Q" I+ x8 i
取λP1=0.99,λP2=1
9 g- s! u) w! H& F+ @: v. @* n$ j 3、确定温度系数λT6 Z0 w3 \0 y( F8 X& V- r% t8 V% O
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)+ {. M# c$ q+ P8 j# Z3 Q
第Ⅰ级 0.04 0.05 0.001
& r; r8 L5 [3 A7 o8 v: Y" h& r0.002 0.093 0.915; a: }9 Z$ Q- `3 B+ u
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- q5 C) `. D$ F, ]- T1 i- _$ [
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" T! K2 S, f" N* ]
1、析水系数
2 b% b1 r! k* g/ u, u6 q第Ⅰ级 =1: ~; w, ^+ _ i. s
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- h9 ^) n2 n4 i r9 ~8 q8 {
2、抽气系数 9 @+ Z1 m ~ S6 ^1 I
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 ( W/ G8 I7 Y. n- A: {" T6 ]. s" n
' }1 Z6 Z8 \, A" T
=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d9 k4 _6 Z) m7 n |
1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率 N+ \( Q6 b8 A8 E5 J; _* }
/ y/ s4 y% I8 i
=16.34×15×2.1× 2.17×
! Z5 L. P) c0 H! g4 n, w. i=397KW
" B- k1 s( \8 j: m b; P( K/ `; C2 x# L. i% P3 P5 |
=16.34×15×2.1×ln2.46× / p% L* d3 k( i8 Q
=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) H z1 I% [8 a. Y# o+ t! f- s
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' S4 b0 n* K! P. o, W, Y! Z/ Q/ ^
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。( e& P! p0 |; B* ]6 i
十一、修正各级公称压力和温度4 ~) R9 b. r, _1 F
1、确定各级实际容积
& A% s }3 x5 w1 n1 E, W7 L = = =19.52m3/min# z: D1 c& E7 x4 u6 R$ U
= = =8.94m3/min& S4 \: k2 T" k* v" d
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 " I5 i, |8 N$ u3 `' p: _
19.13 8.93
5 v( L& ]2 G! e) S/ T% g* R各级实际容积 + }3 T3 d. ]. u) w% R D _
19.52 8.94) D+ q6 ?* J' H& Q
/
' L0 \' \# D& q/ u4 |0.98 1.04 K/ z: _( }, |) x! w$ A6 ]
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; W4 @( N: w: `
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, G0 B% A: K1 ~1 d! D
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# g9 M/ x& X" g4 E
由图1-27可查得:δs1'=0.02,δs2'=0.028,- x4 l- d$ r Z' K1 i! o/ V9 L' ]+ a
δd1'=0.066,δd2'=0.025。. \3 y- i- f0 j ?, n4 @
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:% ]8 `. S9 E2 t: B; v, C
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! P; Y5 g8 r& h
实际排气压力 ′= (1+δd1)=4.65×(1+0.109)=5.157MPa) s6 h6 o' c4 G% j# V0 ^
′= (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)* p* y6 w3 W, Q
第Ⅰ级 0.075477 0.069115
. G- T3 j) q6 f! u/ b第Ⅱ级 0.036305 0.029943. x9 E. w$ s- H+ ^
3)计算各列活塞力(以活塞杆受拉为正,反之为负。)见表73 K* K. v! U% C
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)& V5 I9 H8 x4 J
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: B* d5 V. j/ j3 G% S& w. _
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 / y8 b* p7 J# ?5 U
=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)( v l A! R) l4 Q* A
=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+ I5 X) \ v8 O) X$ A+ K# P
3、计算压缩机轴功率及等温效率3 `7 x7 |1 r) R9 T
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=0.6084 G7 [5 h9 L- w5 `) R" C
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。. u, R5 [" W0 c: x9 T
0 j' G9 F1 [# W" {1 y7 @Ⅱ 动力计算$ y0 m# w; p; H/ X5 \) v* l
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图(图1、图2): G7 ?# z- `$ Z% f3 \4 Z% L
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- X/ ?' H) }3 i. E( u
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: ^. P- z6 W# G+ k- ~
表82 T) Z! H R6 G
级数 活塞力(KN) 相对余隙容积α 相对余隙容积折合高度" S& T4 G8 e0 G. w: q
Sc=αS(mm) 绝热指数k (tanθ+1)k/ Z# ~$ r3 m- S, b. G) E# \3 x0 H1 R
=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" f/ R$ D y4 B4 t' x
Imax=-msrω2(1+λ)=1070×0.18×39.32×(1-0.2)=-237.98KN" x1 `+ I7 O- B
-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,% B" @& z( a; \+ c
机械效率ηm=0.94,各列往复摩擦力Fj计算为:5 \" L- ]) @3 z+ J! z
=5.51KW8 F+ \! R! h0 x* H) N
=5.71KW6 x$ y4 {* X: h! f" D* r
3、作综合活塞力图(图4、5); x! C$ ?2 ^' O" b5 S, G+ q$ j
三、作切向力图8 ^, ]' o* f6 i0 Q
1、计算各角度切向力及总切向力/ u2 u& B+ l, V8 M
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)& O; H$ N" k" f( u! v
2、计算旋转摩擦力
+ W" k1 T! ?) @ = =4.76KN5 t) J) j- G% E! T
3、计算平均切向力Tm# q6 b! E t" k9 E# A0 w- G- A3 [
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。5 h# y; i! H$ o9 }" x5 v
力比例尺mp=5KN/mm,长度比例尺ml=πS/l=π mm/mm3 w* x/ \8 t9 I. Q$ p. V
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+ ]& ]7 x6 n! o
平均切向力Tm=Ampml/πS=13779.7×5π/360π=191.4KN/ ~$ ~! Y' o1 }" l% s
Tm′=1000×30N/πrn=1000×30×1402/(0.18×375π)4 t. P$ P# y9 y; L7 [
=198.32KN; L6 \% ~1 U5 N" H# |2 w: [0 c
Δ=(Tm- Tm′)/ Tm′×100%=(191.4-198.32)/198.32×100% ! c/ _. C4 ]. C% A
=-3.5%
& K# _/ n: J! NΔ在±5%允许范围内。* M3 ^& Z1 P6 d4 _5 M/ u
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* S2 H+ X! n7 d: d, G& @
选用δ=1/100
8 `, M' M7 l9 V0 I GD2=3600ΔAmpml/n2δ=3600×4030.8×5π/(3752×0.01)8 ^9 b4 R* ^7 ^, ^, @
=162.09 KN?m2
* q) q% C* v- N! N- b# W: K5 O3 o( S: x% Z/ A+ a% v
" P5 ~' p9 D$ B, D/ a
表9
" x5 \/ [0 t5 f6 S. J, o2 Uа° $ u: y' x' @6 H5 u
活塞力Pt(KN) 切向力(KN) 总切向力(KN), m$ U1 ?2 Q- q% n' g
Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ & B/ o! W( n& S2 L+ }2 X( j0 o
0 0 115.4 63.2 0 0 0, w3 G/ c z" K4 u8 j: v3 H8 s
20 0.408 316 153.9 77.2 62.8 140! N- f3 @3 j, p+ m" t. b4 g- J
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" A9 O1 c( e9 v4 `
80 1.02 140 95.9 142.75 97.8 240.55( `$ w+ [4 t8 }* Y
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! I4 y+ I7 g4 p
140 0.543 -8.4 -25.5 -4.55 -13.85 -19.3, @" T6 J) p8 l v
160 0.278 -24.6 -41.75 -6.85 -11.6 -18.45: I* Q/ S2 V, N0 Y( ?: x
180 0 -29.75 -46.7 0 0 03 R/ S! P' Y& d
200 -0.278 -123.8 -141.3 34.4 39.3 73.71 m. b2 f1 J/ {' k Z0 ?# a9 W
220 -0.543 -246.1 -257.25 133.65 139.7 273.35+ b$ W2 M# }' M- o7 z) ?
240 -0.778 -242.75 -272.85 188.85 212.3 401.151 L2 b7 t' b4 i+ |1 w0 T
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! A1 I- `/ [! ~6 Q7 o' U' R5 ?7 K
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