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
一、已知条件及参数（表1）
, A! u" ~' r# c+ m7 ~名   称        参  数        名   称        参  数
4 ~" J: E" Z6 h3 W2 H进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
# R* `8 v: n' Y3 l6 o: C进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
/ r/ l4 b  u' ]" R! S" n9 G相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
1 E% m3 s! E8 \1 R8 x3 Z. d15m3
二、结构方案
; W( j) y# e8 ~1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
, z% Q9 B  Z( m* |: M+ |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
$ P) B( D: s8 D; w4 B1、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
: o. K" _2 w. J5 n' A0 i' \9 i    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
7 d2 h7 G$ Q) n6 A    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
9 N5 ?4 e, o( n    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
    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
/ Y8 b! ~, S- X& j9 Z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
① 确定压缩过程指数n
因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
9 u* X/ v4 `0 i& y/ g+ u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
% ]$ ^& ]3 v2 k" }$ U7 \             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
" }5 c6 _! Q9 N. W: f' `2 N. T5 c    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
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
* u. D/ D; I3 H# F4 x" f7 ]          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
2 x9 Y, v' F: F8 Q6 i' V五、计算各级排气系数λ
7 V8 b  W5 m/ k& ?1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
& @  t5 g% [& d( j" u+ }. y ＝1- ＝0.902， ＝0.884
+ R: K; ~# z% b! K 2、确定压力系数λP
5 e: [- L5 A+ o/ q        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
% ?, i/ x* m  h+ P( {* f根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
& e8 q- _  X# u. T        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
/ Z. \' A6 v8 N. ~第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
- _( ^0 F$ O+ k2 ?$ o) m7 Oλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
6 J7 H  t5 K; H7 zλs2＝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
0 T* O* O5 f$ P4 v        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
( ]( x- ^7 t' W4 HⅠ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
  l, M1 K0 }! TⅡ        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
" |& e* g" T& X# l" T1 ^ 1、析水系数
4 q( |: @/ h! F; ]第Ⅰ级 ＝1
  R! |4 g: S; q" N% z, i6 w) L第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
4 G+ t  i, n' q由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
2、抽气系数
; a8 _6 |; q+ `) e0 q4 O; h2 `本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
七、选择转速n＝375rpm。
9 X2 f$ T5 T1 V' x' ~1 b: @5 |八、计算行程容积
+ e4 D+ p1 S, r; w: {. Q* p, I, q8 J
6 O) {& G1 e9 _0 `" k7 z ＝15×1/0.784＝19.13m3/min
8 m; p8 r" Z0 ~, N% F, a: _  v
5 m  n  d; k0 r+ a* z& O6 c0 q＝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
! f6 @7 Z2 g0 V( r8 \: }! H( b 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
- O1 n) i! C7 K& @, h
7 d' H1 j: H& T5 S- `% F＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
$ P9 M% u. V; G; N( q' Y＝455KW
# T3 i% C, d: v( U0 S" m: I  p ＝426KW
8 J" K, G. K! c; Y' Y& [取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
2、确定活塞杆直径d
. H- k. Z9 ~3 a. A& Y: z    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
7 r" \7 M: M& ~: p$ }十、计算气缸直径D
8 Z- t, ^, M+ ]" b选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝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
" d0 d- |$ j5 d  Z; N) C ＝ ＝ ＝19.52m3/min
0 N2 z2 p# _- J5 f# X ＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
# W; z7 c% u0 Y+ D表5
        Ⅰ        Ⅱ
3 y2 k7 a2 I: v7 D3 b; U计算行程容积
8 E7 p- j7 @& C  [' B% K19.13        8.93
6 {* e8 X  b9 D各级实际容积
19.52        8.94
& E9 W* _& b# f' F( k( @7 i /
5 w) q& s0 T, K& h' m5 @* r0.98        1.0
. }+ l8 C) ?) w$ J, o" E" H6 q修正系数
1        1.02
初步确定的进排气压力 /
0 g* Z$ m7 F8 g6 ]0 f7 J2 R2.10/4.56        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
% M( G4 M) K! I1 Z" W4 D  W修正后的压缩终了温度K        394        404
' z% Q) m3 J% o6 \) |: e十二、计算活塞平均速度Cm
4 S/ R+ L5 e% m5 _, Q' U1 @5 ?Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
) q" Q. c. M5 I" w: r# j4 E十三、计算活塞力
! c% r) ^  _5 h# p, B1、计算气缸内实际吸排气压力
* ~- x3 p, x) J) T1）确定进气排气相对压力损失
9 L' {; M! g4 s9 V    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
8 S: j9 {5 B5 ?; q/ f/ Z* U8 E# s8 d" V                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
* E6 o4 b, v% U2 D" X6 R    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 R4 U. N8 |7 I6 }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
( ^2 n9 q* F+ s$ H7 n实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
4 Z* ~- v9 a& ?    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
- A1 T. z; u( M, m/ j6 O3 z$ r, f8 H表6
% v% g: z) Q1 V& c% O        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
8 ?& p: b! }5 r1 T第Ⅱ级        0.036305        0.029943
: A( D/ Q) {; s, {# C0 R3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
# I0 O2 p" B& y& [+ u" f+ A表7
+ t- d' `/ P2 u0 E4 Q" @        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
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
     
2 g. {* X# q8 `       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
2 L! A9 B! i8 Y$ K       ＝671KW
% i" H/ U1 q/ C6 U1 L     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
. z6 X3 H0 T; y/ N% o1 H3、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
/ g6 d6 d- T2 W/ z8 y9 p: M轴功率 1318/0.94＝1402KW
等温效率 ＝852/1402＝0.608
% F4 q' B0 L9 ]% v' T/ z3 u4、选用电机
    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。
  X+ x$ [/ L8 G' S% n
Ⅱ  动力计算
  n. Z4 m' l; P0 |$ w6 b一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
2 L' n* `% Y& g1 P1 [3 v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
. x2 J5 e: a' t* X; J1、作往复惯性力图（图3）
) j& h4 O4 N9 L8 x2 \( s: o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。
+ O5 o5 K0 T9 C5 k: _0 g* w3 b* P+ I
表8
+ U# z; U, _% o6 D/ e级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
8 a1 o. p5 g7 \Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
＝tanγ＋1
  s! m8 s8 q/ W/ v- m: V6 X# y        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
5 q  f  f& f0 l) A3 ZⅡ        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
+ D/ b2 E0 J2 V) n8 c, N4 ~, N* oImax＝-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
; \! L$ _7 D6 {; e( K    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：
  D' u* I4 M" Z+ U! Q; E      ＝5.51KW
＝5.71KW
; @' W9 r4 u7 I3 G; V3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
  }& k0 l7 q* c! I' ]5 @& E, m1、计算各角度切向力及总切向力
' e% g6 P, |" d" }* }+ N   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）
4 t; R5 e$ z) y; @1 B: V2、计算旋转摩擦力
% i7 r5 V( W, g1 o' A  y9 x/ Y+ } ＝ ＝4.76KN
0 J' r# l, g, N" p: o! U7 K& K8 q$ E3、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。
+ k5 Y$ z5 v+ N+ O1 a1 e; c  h力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
/ c* {) D+ Y  b) k+ [" z3 W# K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 j% T  ~$ R- g. m; ~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
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
& }" v6 O' U( O! s* r" ], I                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
( P5 ^9 |! l+ h/ p! n$ sΔ在±5%允许范围内。
0 O/ x) c6 C' d4、作幅度面积矢量图。（图8）
' I7 Y; H: ^1 Z7 x/ q) a) t5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
+ c/ R5 m% p/ F6 o                       ＝162.09 KN?m2


5 E! E. X5 ]$ w; H) L- c表9
! e" |( r- d9 t( fа°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
( I5 ^  B0 ~* h5 w( s0 _3 s3 r20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
7 V2 y, s2 W; Q  W40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
  ]( Q- P9 H7 o2 s3 B( S60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
) h: p7 `( B$ d: j% x80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
; u! H* I3 A. e100        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
1 ^3 Q9 ?, I4 A* q" z180        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
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
320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
! [: b; f, t1 F0 Q0 O; \) R340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
3 q4 _, \6 \4 `2 u; z5 z& a  B+ L# J360        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：
i4 h* h4 y+ P4 F- L) \1 t. Q' p0 }

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/ b, ~  e1 [# y- d7 d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