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！）
# Y# v, S0 z" K4 {7 k4 \1 e- ^Ⅰ  热力计算
: @$ {2 i+ F( C1 N一、已知条件及参数（表1）
名   称        参  数        名   称        参  数
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
# R0 o( q& w) W$ e; \2 ?相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
- @- {6 f# s: S' K  q$ }3 ]工 作 介 质        H2        排 气 量  
8 _" S) O% ], U% a6 {, t15m3
二、结构方案
$ E- j- q% g! Y+ o6 B1、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
  
三、初步确定各级公称压力及温度
9 _. V4 K$ y( ?" r* u1、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
# f  a1 M8 G& L+ }& ^; M. M; W    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
' Z1 e% E! {& X) h9 D& B; `% `    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
0 A; @0 {, M5 ^0 d) l" `8 X" Y    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
3 s7 S' V6 t6 J# x, t+ i3 n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
0 e2 d' r% e* j2 ]# P1）确定过程指数n与m值
3 y0 f% }6 W9 j/ n① 确定压缩过程指数n
因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
# j$ X5 B! ^5 B& N+ Y2 }' }: ^查表得k＝1.41，故n＝1.41。
# b6 c% W3 C9 D$ ?# l$ r( M② 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
" \- r) t8 A* S$ m, {4 O# ?    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
$ U* ~1 ~! C* @# e/ N5 {" C    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
: u1 f4 |, k  f& E0 |& m四、确定压缩机系数Z
' y+ F, j  j: d: J5 R查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
# o2 |- ^, r! G3 l+ t# y1 @7 h6 x( Q          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
1 R4 u. a* K; U; M五、计算各级排气系数λ
1、计算容积系数
- r! D, w% G. E+ T1 d确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
; j# `: Z, G8 D" k 2、确定压力系数λP
5 U' K8 t* y7 @7 B7 @& d        取λP1＝0.99，λP2＝1
, N( n( K# \6 r1 n4 | 3、确定温度系数λT
& w4 A! q, b0 U) t$ s根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
  I5 Z3 q- @* \; Z% x7 I( D4 X表3
        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
# r7 s- y1 `; `3 s8 j第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
8 S7 @, ]- }, x* n0 a2 a$ }0.002        0.093        0.915
3 @8 p/ P1 A/ U' i8 M第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
( j1 U$ N" {) [1 W6 B, z  `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
; q( E7 k; m$ G* `λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
5 Y+ q- U* O; B3 R: W以上结果列于表4
+ N. S* G8 s  Q& j% t表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
/ W- {: |# Y( S. l4 ?0 KⅠ        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
1 i7 I! R, D" O$ r" j: B: b; J/ D; G六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
1、析水系数
0 C* x6 H3 L  Z6 _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
7 v+ L2 j: a0 H4 u' Z0 i0 Y 2、抽气系数
本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
. \! `' d! m/ ?& n* [6 l七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积
2 l( Z5 T1 ]. I; I! C
% S( N$ G- G% J9 U ＝15×1/0.784＝19.13m3/min
8 r. \# l3 p6 B8 ]+ o2 B
＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
, \7 y+ A7 o1 L) T* l＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
! E# J3 M6 ~: A4 Y5 z 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
5 Z. D+ ^, D9 C  L" m: r# B
＝16.34×15×2.1× 2.17×
" F* U% z" a# W1 l: o＝397KW
( P$ o; I1 X, ?0 a* F% W
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
9 q5 p" X8 a" h' j4 S ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
! C+ l' @& O6 d2 i+ Y3 g5 X+ E0 { ＝ / ＝426/0.65＝655KW
2、确定活塞杆直径d
7 r5 ?/ N7 C, I! F  q) {    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
, k1 }8 \* ], u3 B1 i# H  ?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。
+ c' z3 `. D5 w$ I7 ^D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
: |7 h: h2 A8 o: D1 Z8 O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
+ }: ]9 I0 k$ R7 x( s ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
+ |& V" S$ l1 S% A3 I) P表5
        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
, _1 W: I5 y8 Y5 @' u19.13        8.93
* l5 P  v! Z- h各级实际容积
& z* j" A; t0 l' R. ~# d9 d19.52        8.94
% S2 S( [& Q6 g2 k /
0.98        1.0
! w7 g+ E: ?# {- H. S8 U修正系数
* A/ S: t& e  ]% p: @, R! x1        1.02
: l4 m+ v: B, w% ~* a& B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 /
. y' Q) j) U( ^, F! s  }) L2.10/4.65        4.65/11.20
修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
/ G+ Q. X2 ^/ x- t* m( Y  I( V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 h) m  d$ D" I9 [6 u3 GCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
# a, E8 Y/ p& ^2 J; e/ M4 V3 V+ c& ?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
$ ~5 R3 J7 a+ D2 d! ?    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。
1 y% m2 m. n# Y( _% f: b实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
; G6 ^3 G1 Q6 i3 ]& q, b5 J( f1 O实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
5 w! B% |& M0 f1 c8 o             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
# P7 _, o6 ^( r实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）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
4 J' g1 x% c1 a% R9 f5 o表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
4 q2 Y# J5 R& K& v! ?0 N. Z5 e第Ⅰ级        0.075477        0.069115
- g! L  A7 T# ?6 f, t; d第Ⅱ级        0.036305        0.029943
/ Y6 T, K! C% y- ~: I7 H1 |3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
表7
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
5 K$ U* v# X. iⅠ        -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
/ e: g( M2 x- e1、计算指示功率
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
- P6 Z! n. v' K# x) }3 ]       ＝647KW
7 g% L1 o6 `1 h' [3 d* g+ t     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
  t$ U& n5 H7 e  o1 M       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
6 s$ W% y4 j7 i5 X+ q9 g ＝852/1318＝0.646
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
; L0 [6 A1 m1 _3 ~1 w$ R5 L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。
9 b/ q7 N" H2 r: n5 V/ R4 P储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
- z- O  l" M( |$ g( f5 i1 c2 d
# h8 S) \, ?1 [4 c8 w; f6 H9 iⅡ  动力计算
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
( o* p/ Q- Q" T& |* }0 A2 u' v6 `8 X" I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
+ V! V3 R, ]9 s3 |2 x1、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。
+ Q( t8 J1 I' R8 a8 m; k
+ V' n2 Y& C4 o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
6 D" j/ x: A! ^/ {" D% e+ qSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
5 [0 i2 k" o8 e) W  d        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
5 K; F2 l) x8 D/ V7 GⅡ        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
6 W% y/ P2 |6 p7 C+ s! g" I -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
, r4 a' a) m7 p/ |3 Z3 K& Y" u2 `2、计算往复摩擦力
! E8 B3 ^/ y: G5 P$ G& j* N' z    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：
) J9 C! R# h# Z' N      ＝5.51KW
＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
# T3 T2 j/ M  w4 s& O  Y三、作切向力图
1、计算各角度切向力及总切向力
3 x, r6 w  }" _  S" s   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
$ F$ v% X) R; @- a  j. X/ p/ G3、计算平均切向力Tm
' |! Y* G  G" R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
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。
5 l: |( p8 k! \测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
; q! ], X* N! P  K平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
3 U! o- G7 A4 S: \Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
2 M" Y$ [3 [1 s1 K/ R9 K                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
( q: y$ e$ X5 J5、确定飞轮矩
3 b2 H3 v. p4 j' P) @* {8 p2 _4 K' q5 A    选用δ＝1/100
6 c0 B: w( W# T, I6 ?2 C1 e    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

0 E/ k9 M2 O. F3 X6 a4 W5 @
表9
  U5 T4 [7 Y% F3 gа°         
- I2 m0 a2 r( F; I' h0 Y活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
8 M. O' m0 W& Z' H3 |  j- k0        0        115.4        63.2        0        0        0
7 _& p1 C: C9 j- X$ |% P2 B4 r) u20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
) c/ i! ~3 L: \8 h/ q60        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
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
. X0 S1 S$ [/ D2 H2 E200        -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
260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
2 Y0 j, e# k/ m' x280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
1 c2 t% G( M' G+ B( J; z2 u320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
$ F8 w9 |6 @2 j  T% x340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
& ~1 x9 Y& {7 k5 J& e' N360        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
9 P: W. m7 ^# O! j- {   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