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
" f& `+ }. f8 d' K" M8 [9 e一、已知条件及参数（表1）
名   称        参  数        名   称        参  数
! P+ x; d, f/ f/ D8 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
0 y+ y2 v) [2 }6 U7 J; [2 D! h相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
/ h" N' e/ S9 U: f工 作 介 质        H2        排 气 量  
2 x- E4 Z. R% z7 Y15m3
: r- c% e4 N" D二、结构方案
# Z  C9 n3 J5 i- G9 K0 A% ]1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
! _+ B! p. F& E2 G/ {5 P: q; {   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
8 Y; W2 c7 ?' D9 y; F$ [+ v3 \  
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
1 X: n" {, x+ O6 C% 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。
+ c& x4 c. H) b2 o6 @. K1 n& Y: ^    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
    以上数据列表2
* n! A- L% v* J6 k( D3 E表 2
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
6 t# C$ `# l3 o9 L. `, v第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
6 _6 N8 o' B7 v8 E7 u3 F2 w/ W第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
" _0 ?( _$ |. |! N, {2、初步确定各级排气温度
( g5 r; t; I" M9 j; Y& R* ?3 r1）确定过程指数n与m值
# S; J6 J5 G$ K2 d5 ]① 确定压缩过程指数n
9 C/ Z3 h6 n- [$ \5 v因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
, z+ i1 s; M; X4 r7 e5 R查表得k＝1.41，故n＝1.41。
② 确定膨胀过程指数m
1 h- h  @4 d9 ^! w, O$ |3 k4 V1 h- }    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
; j1 y5 j" D: p( P8 J7 v             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
$ V! F5 ]$ {  r( j( q" ]& W    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
' z  B# _8 {5 i9 d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
1、计算容积系数
8 l$ u6 }* B8 P# k0 E. F* H确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
5 {" g! \. P0 i* v9 J+ Y6 j ＝1- ＝0.902， ＝0.884
! B1 Q! ]6 x( J" y, U+ | 2、确定压力系数λP
# t% @5 B: F4 Y        取λP1＝0.99，λP2＝1
, N3 i1 u, [+ i" G6 f2 R 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
1 t& s- ?/ z4 l 4、计算泄漏系数λl（表3）
) u7 S( {) n2 i2 b1 f7 b, C- i1 C. @表3
        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
0.002        0.093        0.915
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
  J7 L; h2 f' s) r8 f! b5、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
6、计算各级排气系数λd
λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
+ x7 d+ T: s. d+ AⅠ        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
/ M4 ?' o8 ^/ i8 L  w8 W 1、析水系数
) E2 y3 U$ Z# y" G3 Z第Ⅰ级 ＝1
7 v, t- o$ I( _" H3 ]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
本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
" N6 X, R" e1 `1 Q- C+ S七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积

/ _% `4 n# g- l- |$ J ＝15×1/0.784＝19.13m3/min

# n- J: n" N3 {+ }! {& ?+ c" d＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
5 m# k% v. C9 K" h+ a" X; G2 ]＝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

＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

% _. x6 R9 H+ Y+ b* N  i# b8 r6 l＝16.34×15×2.1×ln2.46×
) u' |' }  [7 i& @  \* K＝455KW
3 E$ _  _# r& H5 ]: Y0 Z ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
& Z3 A% n2 L8 }5 n; g 2、确定活塞杆直径d
5 {8 g( ?* W9 u$ `! r2 _' g! 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
4 P/ b3 }3 W1 G' }' H! W" E选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
* a  u+ q- G- }( d* mD1＝ ＝ ＝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
- A$ N, M; i/ ^- g. ]6 j3 |& H' y ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
7 A" c+ u0 \' c2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
' S; }2 d! B6 U( @        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
1 I1 |6 B! A2 w! c- Q2 S! w8 @$ _: N19.13        8.93
各级实际容积
/ \6 S2 w. Y- i: @( \9 A19.52        8.94
/
" P' w8 B  E- A6 f0 N0.98        1.0
* K5 F6 x6 t6 f, h. A修正系数
+ p# G, w3 V* m% @1        1.02
" x( t- ^% a  G( W& J3 Q7 j+ ?* y初步确定的进排气压力 /
- Y5 R8 I& z+ @3 ]* ]" C/ o2.10/4.56        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
) S  i' ?, a% u5 g( R5 F& Y修正后的压缩终了温度K        394        404
; T6 `. k+ Y  ?  C4 Q十二、计算活塞平均速度Cm
Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
0 a* [: S  u  g! h8 H. I1、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
: z- D7 @  ~1 i3 y. v4 r4 l    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     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。
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
( O% k$ T2 T# g/ p             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
9 x, ?7 c' u6 P  ^6 X5 U实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
+ L( P: T- h' X" ~/ _3 x+ s6 l    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
# y' P$ G  J4 b% a" u        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
+ y' @$ j; a, |, @, k: k5 K第Ⅰ级        0.075477        0.069115
& A0 c& b. k& J第Ⅱ级        0.036305        0.029943
, y" \# j5 ^1 L! @* S1 y% h! B3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
表7
( Z; Z8 N8 J# F  i  X, d$ l6 {        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
Ⅱ        -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
- ?0 t' l& I0 s' l  `5 J     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
     
7 t8 i% z! n$ K4 @( `       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
* n: |' D; b$ d2 m9 J1 N5 X( a       ＝671KW
% U' `% i' N' \. q; e3 r, M7 X     ＝647＋671＝1318KW
. C1 Y! ~1 I3 i1 M! J9 M) j2、计算压缩机等温指示效率
' n$ @, P. e- d# S  K. |, G+ f ＝852/1318＝0.646
3、计算压缩机轴功率及等温效率
0 J6 R# x- G' J2 c; o& R/ P# c. W压缩机与电机采用直联，取  0.94
: I4 F% m, l! \( n轴功率 1318/0.94＝1402KW
) X" ?) x6 h1 x) E3 f等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
* P9 Z" w# K& r' k  A    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
& b4 G4 H" n' [3 e5 o( |: {, a储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
& D  F  x3 m" A) v4 V$ H/ E: M
; Z9 q7 @1 i/ a7 q$ F4 VⅡ  动力计算
8 }+ z- R" x# {一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
  `& y3 J; c9 \% |: M% b  R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
' u. b& S; K2 r7 V) k二、用作图法求综合活塞力
: H0 ]4 Y; Z& n) `9 Y1、作往复惯性力图（图3）
0 E* |' O$ Y: R* w6 x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。

表8
$ `# @5 h; G+ c. }4 Y( B0 n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                               
        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
9 n0 h7 E: g- P8 g* ~Ⅱ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
$ r9 \: `7 V" `3 H2 f% ?% [Imax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
6 E. m9 L* Y/ }Imax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-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：
9 t4 x% p6 e( r" C$ [      ＝5.51KW
＝5.71KW
3 _& M0 W( [. N4 \3、作综合活塞力图（图4、5）
0 q/ {( m0 B# S2 o/ e三、作切向力图
. D2 _- w  N1 q$ j! _5 ~' T1、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
& f( E0 P" H/ W2 A; B! s ＝ ＝4.76KN
- ?  ]4 S, _4 R7 }0 N3、计算平均切向力Tm
5 z5 Z; }3 x1 E) S5 G% {8 m4 ?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
# E$ p( e; C! o& L5 z" _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。
7 ?* A7 h5 m7 B% R2 P9 M' l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
2 [2 v. T* R* G* _    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
: t. v$ r, W/ j& w& d! p( J, v                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
  A7 m& y6 X" I+ S3 D. \3 C- ]Δ在±5%允许范围内。
) }- H3 M. c. E3 D+ L6 y4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
$ Z6 @; Z6 W" t$ W    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
7 i) v0 |5 M* n+ M

( Z* y. t& e' f7 x: g# h, N表9
' q4 D6 J; H4 P+ A) v, x# Y; C1 Xа°         
4 M& l" n# p% z. A9 O: O活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
/ {' P* p1 V8 V6 i" Y; M                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
' [( q2 \$ W5 q20        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
# R- ?0 b6 K* D' [* ~, M5 T, r100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
* s: ]/ ~) W+ p: s! \# f' V120        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
7 E( r$ y) b% Z) y+ S9 C160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
. F  l, R5 a* w; T! I+ _' G7 i200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
. v. L! G: L0 W9 G/ B) x* `* R$ }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
% x' h( {# B; B+ _260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
. _% a7 w) e2 C! L2 C+ v, O280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
! O+ J1 s  j7 }& F8 x. Z4 i320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
3 y- j$ U- j3 [9 o( v; n+ j340        -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

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
   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
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