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
/ R  y) ?- R- W5 o7 c一、已知条件及参数（表1）
名   称        参  数        名   称        参  数
' |; F7 c& @8 b0 X, y进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
; K) u9 t  t! @+ b) j' h$ F进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
- J% B2 `: a4 o7 u' g相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
, X+ Q/ b  i2 R3 t1 ^8 ?7 w二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
. S0 x5 a4 N" b1 l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
4 w; v/ E+ F4 l. }- f    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
& `# X1 X! s: _5 X* ]0 a    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
) U! g& z* H/ E3 q    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
+ p4 r5 d$ ?1 r! G! K. M: U  z    以上数据列表2
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
4 J, u) ~5 j* }' B6 `' h9 K! P) m5 I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
1）确定过程指数n与m值
/ P9 x  {1 G2 f/ A1 p, h- m① 确定压缩过程指数n
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
             m2＝n＝1.41
1 O, u7 M  a0 l  W* F2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
) O9 Z0 c  v/ G& e/ w9 D    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
5 g: R7 k$ {/ I: L; p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
% Z6 U' g0 L/ N1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
. B: p) n/ t7 c; x7 Y! F4 H ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
) z( y: x. ]3 h/ K; T        取λP1＝0.99，λP2＝1
  q& O( j$ Q! \0 h, L, x, R& M 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
        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
. {% f) x, G, N. A: S" ~/ Y第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
0.002        0.093        0.915
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
0 d1 C7 g1 z: V) X- J5、计算各级进气系数λs
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
( `% q7 `: X; m+ `) Rλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
6、计算各级排气系数λd
- n% p6 C/ f! U! c( jλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
4 m4 n2 C5 q- a2 X; V5 V表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
Ⅰ        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
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
2、抽气系数
. u4 D1 ~! X5 c3 _$ R& o本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
3 J( m7 {& `* r9 D: |2 b$ q七、选择转速n＝375rpm。
; W" z) X* V/ d) G0 n八、计算行程容积
$ ~0 Y" o" x/ t  g5 \/ N  W0 B
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
$ a0 u0 b7 k* O. {, j3 @, |
; m0 c8 a' g9 I( Y0 _8 {& V＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
0 Y2 P  U8 a: _  G- l, a) e＝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
3 M2 m7 ], o# R
' B# a' K! E! @& O＝16.34×15×2.1× 2.17×
/ Y/ K+ ?- I1 p: V+ `＝397KW

6 x  O" [* |8 u＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
- @3 L9 T. X0 e/ g" C6 z2 c4 H ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
5 e' ~; Q, p' ]% q/ p ＝ / ＝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
0 B6 h3 Y% A1 l& s十、计算气缸直径D
- }' }" b7 i% H! ^" x) k/ `, f选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
" s% Q( y" X  I6 ?D2＝ ＝ ＝0.215m
9 U) {+ p  @! l9 L0 U5 @" a% l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
5 V  ^( }# l+ R3 w3 I$ ?1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
4 |5 I. ?$ F3 } ＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
6 M8 h1 a" a# V; d        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
0 P5 X$ s1 V& w2 f19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
/
( b9 q/ ?9 P# K4 Q1 h; K. }* {0.98        1.0
修正系数
& F" t0 V$ p7 T5 ^# ~( y1        1.02
初步确定的进排气压力 /
6 }; D0 _4 Z) B" U. S& G2.10/4.56        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
3 ?& r: H- J- s  c/ b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
" o, a+ d+ X4 P4 v' F十三、计算活塞力
" I# n5 ?5 |) f4 e& `6 N1、计算气缸内实际吸排气压力
  e+ A# b7 u  ]" w1 n9 p! X/ \2 n1）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，
* Q1 q  E$ S% G6 ]) z                     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。
) [: k* |" Y! [; f# }9 t7 f实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
2 O5 h$ [( R: I: K. c' F             ′＝ （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。
5 w1 X) x" [7 K& u2）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
, ^! d: @% o0 Z- M( |表6
- u, R; }0 A+ y# G9 P6 O: R        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
& y9 [2 j# z6 p: O* |# B/ I' w第Ⅰ级        0.075477        0.069115
# [3 r; L# }4 }+ e6 C& [第Ⅱ级        0.036305        0.029943
1 B. w; m" C+ @$ V% K3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
表7
1 U% x, v- \4 A2 d5 I" U; d$ o7 ]" \$ |7 _        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
/ e/ t$ F: n! I6 g$ ~Ⅰ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
Ⅱ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
1 Y8 w( f* q8 X" {6 B十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
0 Y0 J/ _$ F" w9 ?$ s1 P1、计算指示功率
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
. \% z1 d) Z0 ^       ＝647KW
     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
4 h1 a* q. t- d! p* z8 k* [     ＝647＋671＝1318KW
1 U. f( q: e; S- J% i. s) D2 ]- o2、计算压缩机等温指示效率
% o" V8 z1 S6 k. [ ＝852/1318＝0.646
3、计算压缩机轴功率及等温效率
& h, H, f6 b0 j3 r" w$ ]+ f压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
+ p: U9 G) i! @等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
! h; x' t6 ^- l& ?$ F$ Z5 a& ~储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
( _7 {' L/ J; ^! j5 r8 \
5 `: V: b9 j: b! {7 \7 D) GⅡ  动力计算
6 L+ j  u! H- m3 v% l1 z& ]一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
# I- p8 f, A( j7 B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
1、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。

" M) v8 o  [/ i, }; U表8
4 u. W9 H* B& ~2 c2 l级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
8 k( D- x2 |6 N2 {; o  \1 uSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
6 g+ t/ d# O/ L9 c2 h5 v＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
1 X# e. S8 E* y9 t. KⅠ        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
+ n% U& p5 O( Q7 ?# H" lImax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
7 b: S/ C4 {5 f; Q* q% m4 tImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
0 Z3 s* V; F4 ~, a0 J2、计算往复摩擦力
    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
* Q( q! l" b9 S* o1 B机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
+ K* u- b! W! h6 ?3 l7 z1 Z0 h' v! j ＝5.71KW
- h! S& Z% \4 y+ }# J# W7 _3 G0 E! J3、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
   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
＝ ＝4.76KN
, \5 ^& j) j/ r6 f  r& Y1 o* a3、计算平均切向力Tm
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
* ?# ~. _0 W  x7 ~! D+ g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
/ b7 h3 t  y' {' h; V+ ~平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
# ^- s- f9 w! R4 l8 M    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
: ~! j/ @9 p/ A6 MΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
" N( f" n2 Q' T1 T5 H                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
" {! U" V3 q/ u* C  e/ d+ R4、作幅度面积矢量图。（图8）
/ E, g4 ]& d1 p( p+ H7 `7 _" ?9 f& F5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
) h) K' n" i. P+ ]- H    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
% G+ ~" u; U1 H& n, I                       ＝162.09 KN?m2
5 j# N3 E8 }( B$ ~2 l
: _! B6 Y- X- {
表9
; u3 B" S* N$ |6 `а°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
8 Z5 o8 _6 m5 k0        0        115.4        63.2        0        0        0
) b/ n9 e& _! ~% x20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
* k+ j* _4 N3 h* W( F# ~60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
" L, w0 R; ^9 ?0 K3 Z80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
- ~6 G/ ~9 I! x, W: b: {. s100        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
, m' f4 C( u% Y4 j* X. L/ ?: b140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
' F/ E. d  J. |  K  A160        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
220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
! c- X0 W8 G/ G4 O, F) B3 Y260        -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
300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
$ D, c+ r' C* k$ ~' Q4 P+ [320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
: c- x& x, d% V5 K- a/ E' r340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
3 c- {1 K0 l# s2 Y4 \- K360        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 j. C1 M9 l y

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
- ]  q/ f& G" ~0 J. F3 J; N. q1 a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