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！）
7 K1 j2 j( G5 v/ P2 f9 dⅠ  热力计算
. E" O- v4 i$ X, y3 E一、已知条件及参数（表1）
名   称        参  数        名   称        参  数
% m* Q6 i: e9 Y; y! L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
0 [0 @! c) k8 H7 a/ s3 f  J工 作 介 质        H2        排 气 量  
& B( d/ V2 \9 H' A; l8 z1 n: M15m3
二、结构方案
2 _6 [$ O( X: R4 {0 K* z1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
% y& a! t- e" B5 o4 P   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
. R' Q7 F& h3 b5 J  
三、初步确定各级公称压力及温度
, X" s: s; j- t6 ]  J/ O6 c  A1 o1、初步确定各级公称压力
9 }2 C3 q# A, x9 G, l, x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
    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
, @: f1 m8 n* I- R2 a    以上数据列表2
表 2
9 Z& V1 H! D' k' W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
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
6 N# k& O" H. ^+ b; y3 I- w3 ~1）确定过程指数n与m值
* ^& ?5 }- u5 L① 确定压缩过程指数n
! }9 X& I% F2 ^因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
! G- X, I; _- Y4 K: {! s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
2）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
" q: q2 ?8 n2 y$ u8 {8 z6 p( D6 }四、确定压缩机系数Z
7 H) Z% S" j' b* f: f查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
2 t4 T8 l4 l3 G/ s$ D          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
$ w  {( ^8 b$ a. \+ F3 |0 `8 F五、计算各级排气系数λ
1 U( Y( @& l/ I! A1 l' `1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
2 b# }$ e; `' |, S. |, Q) O& x! Z- c7 ~ ＝1- ＝0.902， ＝0.884
. a$ k% `# z2 {/ m; W 2、确定压力系数λP
& X4 G) E* O3 O" ?' J        取λP1＝0.99，λP2＝1
7 X  G$ y! V/ {. Z) c 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
. l2 v3 b! S) T& x4 T- f9 L/ t 4、计算泄漏系数λl（表3）
, U- A4 `; N$ v# s表3
* f1 n! ~+ K/ Y$ B) m        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
4 |( E% }0 Z& `/ r, ?; t" S- x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
& m4 l4 M2 H+ C0 r# \5、计算各级进气系数λs
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
- e: m, [( r8 i0 U! W 6、计算各级排气系数λd
λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
* u3 k2 m& V& _* w0 s' X! Mλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
/ w9 n/ X$ I/ Z表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
$ Y. F9 B! v: vⅠ        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
0 g/ y. v' L9 g! } 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
  F' u! b& b, p; X3 M7 ?; O& Z 2、抽气系数
; L+ I. J  T5 ~; g; [本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
' t$ M8 x0 [: O# c" Y: g; @七、选择转速n＝375rpm。
7 [, e! @7 T$ {3 J; J八、计算行程容积
. v' ]' S: C" o) d" _! B; S
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
# c" F: {( y5 _3 v' |* s
＝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
0 h% n; B1 z- y. i7 W7 _9 Q 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
$ A( k& @: Z# b/ Q7 \2 h! D
＝16.34×15×2.1× 2.17×
/ g( [$ Q! b" j* k＝397KW
3 N. @  T8 ^, k! m) }7 u, Y( H
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
. ^0 A" C. i; {* X; k2 T/ B  N; q ＝426KW
. |/ S1 D! F' _) l; p9 z取等温效率 ＝0.65
/ {; ]( Z+ e2 y# { ＝ / ＝426/0.65＝655KW
2、确定活塞杆直径d
0 f7 Q8 p$ e" ]% v5 l    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
- t6 t1 L3 C8 @6 t( Q# v选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
" g) p$ @! {# f: C2 ?D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
& Z5 k  I' O- g根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
* S$ t% D" q8 j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
2、修正各级公称压力和温度（表5）
+ h& U. H& W. @+ X表5
+ H7 E+ S- r2 F$ {% X        Ⅰ        Ⅱ
2 I! ^, E* U) q8 |3 d: X计算行程容积
4 F  q; E: ?; ]& {19.13        8.93
# f/ I8 k" ^% M7 G6 o/ r( F各级实际容积
19.52        8.94
/ j, w1 o2 ]# t: b. T0 k2 s /
  V  U1 z. H3 }' \) p: u9 X) G0.98        1.0
修正系数
1        1.02
初步确定的进排气压力 /
2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
2.10/4.65        4.65/11.20
9 E$ P7 j8 H! u5 ]& M修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
3 I5 \5 r' i6 t. q+ ~1 f0 j. f0 VCm＝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
) Z7 `4 O' e3 H+ n1 |    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
" Y' c% C& L; {& e1 J! k                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
8 R% p& E5 I  d, Y2 l# ?: f    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：
1 @9 K: r! J+ U8 R& k' zδs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
. N# J4 @$ j" T) L1 B6 z实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
) c* Q# Z8 ?/ T* J8 K# m+ o3 k* F" t实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
  I9 V. d0 G+ @) g. Y- \: c4 x实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
; `) Q  G  M. z9 ]/ @: \% B" T    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
5 D6 v2 S1 K( I6 p+ R  I5 q3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
- r( L9 I5 c  O表7
% X! B6 y; M0 q3 E9 z        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
3 w( @$ M5 x4 f) f( E# A$ ]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
* s1 p4 R7 c, O8 p, ?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
' g- p7 @# u/ \7 D. h     
6 Y1 W, M. g1 ], _2 m) k$ C       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
/ p2 K3 M+ Y8 |" |6 I! ]     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
$ H) U! Y8 R+ Q6 k2 p& y ＝852/1318＝0.646
# w/ [# o+ A3 g( `. Q) H1 t# z1 U' ~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
轴功率 1318/0.94＝1402KW
' r+ M; M/ ^+ i6 q! I$ o等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
  O$ ^( C7 b- \" S- r7 k    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。

Ⅱ  动力计算
, U# }* T& E4 t2 d/ \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
二、用作图法求综合活塞力
; x' h' r/ V( S& T  n* n) Q1、作往复惯性力图（图3）
3 F. K# f+ T& }: G$ j. }! K. H. j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。

9 q* K% n" D* n. J( _+ ^9 n) y表8
  I* d; e% F: A1 v9 W4 f, Y* ]/ E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
; G2 u4 U8 ]; {1 M＝tanγ＋1
+ B) s7 x2 _7 G# V        盖侧        轴侧                               
) P- S5 }0 j% v' R! c; x; n        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
5 O* r7 O: I! a; K -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，
机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
* Z2 m& v$ t% e  j8 ~" b ＝5.71KW
$ A" X0 F4 J& Z; s# b( Y3、作综合活塞力图（图4、5）
* B0 t9 q" C' Q7 ?! ~3 Z! u三、作切向力图
% @+ M- D) G, f9 ]. L1、计算各角度切向力及总切向力
7 K% v" C: \  ^1 o8 s' k   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
/ ?7 @9 c/ k# M9 q" ^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。
1 V/ u5 b' P4 b' ]2 P/ v- p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。
& X; ~/ I% l4 J% O2 @& V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
/ }' L9 U3 b% H0 ?" ]+ Q. N8 W    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
. G5 H" |3 Z) F                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
8 k, C5 h& k4 T                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
% R2 B2 S: G1 `/ Q/ x! S    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
4 A  u- R' v* U# f! N5 M) N                       ＝162.09 KN?m2

/ q% q& H8 b* c: }
" g9 e& p' |& d+ `$ a( }表9
а°         
9 J$ N! h# \! j4 O+ _% P活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
, m$ q, k, l0 ~  Y, A0        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
  r) a8 E- m* s) p5 w$ K60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
100        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
; h1 r5 {$ s: C/ r' v2 b" c' m140        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
4 J8 U, g. y3 N" b3 t! A3 P180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
4 h$ o2 Z8 I0 p4 ^% |. Z220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
1 L3 r5 O/ M' i/ b  ?! L! F240        -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
300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
# c3 p; @+ A0 E9 ^8 H; @0 X320        -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
7 p( K* l; v) S# }# f8 |; m360        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

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
  G, p9 i9 R4 h7 {$ r   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
4 b* B2 ]9 j; M  b