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！）
& P5 t: y, }, y9 ?. J8 _Ⅰ  热力计算
一、已知条件及参数（表1）
. n3 p! l# j4 m7 y名   称        参  数        名   称        参  数
8 d* }7 e# e# w9 W" ?* ~6 M& @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
% M' p* s7 q* B" \7 U2 R7 r0 \% U+ F二、结构方案
1 V) _8 }; ^; J% k" z& z1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
( {2 j6 T0 K7 A; v/ g2、结构方案（如图示）
0 s' ?( @8 j; h7 ^! H$ c% A   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
三、初步确定各级公称压力及温度
: e( L, i; h) O, n1、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 p8 d0 u! O( Y( j  }7 U$ ^    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
: S3 B! z$ @, f) \9 L# k! P    以上数据列表2
  u& ~& v2 W& }3 Z表 2
8 g" k7 C( [, x第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
$ V2 k0 R- @1 }& e8 b第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
7 Y" t0 {8 W& L7 v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
+ Q5 \0 `4 r0 R3 n. _) O① 确定压缩过程指数n
因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
% z0 H, e3 z4 D) Z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
' a$ R  Q: P- \8 `  }$ v5 u             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
6 X. `7 `- E, D9 T6 u- M    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
' p) u! o9 R; \* \/ a四、确定压缩机系数Z
4 w' X, O$ z8 |7 {7 j6 x/ H查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
/ a4 N. V' Z: Z$ E: |          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
9 X* N) }  D1 z8 i* P) V* P ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
! N3 J2 B% j. L. q8 p" q2 d3 d$ J 3、确定温度系数λT
5 J# @( |/ A; L. y' N) R7 A$ u3 o根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
" W0 ^0 u+ }* |% h" Y 4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
3 o' @9 t5 s9 u6 C1 s( U) y+ }        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
2 p- R+ ]; s# v0.002        0.093        0.915
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
8 {5 ?2 F! l8 @λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
! V/ X8 v/ w+ N2 ]7 Z/ w( iλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
2 m6 e' o. |5 j9 T. K3 A 6、计算各级排气系数λd
λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
6 i, D( A( n4 Q! ~! {λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
) t' l5 h" S# \' z1 E9 `以上结果列于表4
表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
0 n/ b* m+ [2 A& E4 H+ pⅠ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
3 o* M9 h( F4 V- GⅡ        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
, Q9 d& t0 C( y& }4 M, ?1 L* _ 1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
% P: }# `2 B' a' U1 @由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
  O5 m( z4 b* K) G 2、抽气系数
本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
8 r  s! E$ w+ k: d, x7 y0 J7 l' \/ Q七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积

6 h' A- A% V/ `, _% P; y" r ＝15×1/0.784＝19.13m3/min
% f9 E# e& y% ]7 M
＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
- `" {* S( D+ S! A. ?, B/ x＝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

, P1 K) b, _) v  i. p3 g＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW
: v- r( [/ t( E
7 E3 l' f3 d$ ^" v, R＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
7 d1 ~, c/ b2 I9 ~ ＝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。
# d# q! p- ]; S( T0 Z7 H; D3 j4 _D1＝ ＝ ＝0.307m
2 l2 s$ ?& r5 }D2＝ ＝ ＝0.215m
根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
& c- M+ r) |" s- A! o- \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
; ~9 j5 Q+ ~( }' m" L ＝ ＝ ＝8.94m3/min
% A( g+ W+ s, c- x4 U2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
5 z% n' k. E, }" \  `) {19.13        8.93
) w4 p/ p5 Y/ E- S0 s各级实际容积
8 d- e; I! C6 Z19.52        8.94
8 f& O8 p- o% Z* q" o /
; k; v. R  S1 m+ k0.98        1.0
% P- I3 i, {# n% T修正系数
1        1.02
初步确定的进排气压力 /
& K9 D. Y. x- @/ d$ Q2.10/4.56        4.56/11.20
5 o8 `) e6 x& w0 N' l; [9 R0 ^修正后的进排气压力 /
8 j7 [2 S9 x* e- s9 x; p* y2.10/4.65        4.65/11.20
9 K, f* T1 J( l) t  s* @) D) m! T! N修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
) L% [! P6 k( 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
9 r4 b- g' O1 O- d5 oCm＝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
    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
1 D7 U: r( h% J) R2 J                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
# F1 {6 z5 \% k1 s  Z: c    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
             ′＝ （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。
& S  Q6 p/ ~5 K5 F# G% _) x7 X2）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
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
1 ~  |7 h0 w) M  ]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
' v$ H& P2 _7 S! {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
6 x. t+ @& o+ R/ J" X1 j3 O/ Q# J/ \Ⅱ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
8 u; a, U  q$ |; G* ]  k十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
2 d, l5 U0 L  E/ i, |1 B1、计算指示功率
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
5 [4 t  V, l6 ?1 u' e       ＝647KW
+ l0 t! a+ z3 {% X. U) a1 }     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
7 u7 Q! ^6 Y7 F2 ?* J     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
6 ]# J; G4 k% {4 l3、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
轴功率 1318/0.94＝1402KW
; U. Z# u  B) X! i7 X. B0 Q2 ?等温效率 ＝852/1402＝0.608
2 \& }4 q: v4 d. x4、选用电机
  S- A5 W. Q0 \1 R    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。
" `9 _4 R( ~/ C! C( R! E
) M6 u2 t0 e! e% i; g4 i) \4 K5 |Ⅱ  动力计算
9 X) h" A- a% Y7 \一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
" u. F& n. [8 ], T! \# m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
. [, ]+ H! R8 U4 R/ [: w8 S" Y- [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。
6 A1 L, d/ Y8 Y; R) o1 m+ _
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
＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
& u2 _  e6 _* V1 b( [        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
Imax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
, P+ X  ?( k4 s# m. d* i -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
2、计算往复摩擦力
    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
9 r0 Q% P: L4 B7 u. ^1 J- i. W) S: g6 `机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
) x) S. Q' A4 \% I" o ＝5.71KW
6 c/ U4 S* X# e' s  V& z3、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
1 I, J8 h* m* W   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）
0 c+ a2 M1 Q! Q8 m# r0 h0 ?2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
3、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。
, ?+ p- F/ \9 {( b  I- Z/ J力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
# S) M: r6 O8 Z; c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
平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
1 a* ~) R. ]% D  ~  o. M* p) l    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
4 x) D1 I7 U! z! O                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
# B( j! j+ x% g3 m0 X+ H4 e$ \0 g4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
. x* }. f, m% D0 p# j9 r    选用δ＝1/100
7 x; [5 c  j+ B  W  w7 }( h    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

1 k, `; [! P# {) `7 _/ E) m. i
) S. R5 m5 l8 o+ \+ D- O表9
а°         
# J' h" \; i; {  \' x+ G活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
& [2 y  t& Z4 x1 V. C) p                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
- g4 W( N% l2 f% Q4 A: E0        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
* |, U% J, y1 x' J( {. G: M100        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
160        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
* _5 A( z3 [3 J0 y/ l% q240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
$ O; m% X; K" R# D+ m3 K, h+ l1 i260        -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
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

upup

学习一下，最近开始接触这方面

upup

有计算软件吗
9 i( e3 P% q; }5 ]: [( `

lifu

没算到最后一步，动力计算的目的是要得出飞轮矩以及平衡铁的质量和质心位置，你还没得出来

lifu

按书照搬的，，，

Flamingo

感谢好资料

crly

支持你，加油！！

guz302

EXCEL发出来更好

我系西瓜皮

超温啦，富氢压缩机排温小于等于135度

fenshlock

会软件有什么用，会手算的才叫真功夫。各个厂的标准习惯不一样

decai

一个字：乱
( {6 a. m) i! A( Y* Z# N   不过精神可嘉！

zhwd1984

忒不方便学习了！呵呵

wxrlwh2006

学习了xxxxx

kevinsun911

需要软件啊

lngwangy

挺有用的资料，谢谢分享
% B0 D' R& e9 ?' U9 n! B( Y( K$ A