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）
# }) R( ~3 s: Q( ~1 D+ O' c5 Y名   称        参  数        名   称        参  数
进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
, c8 Y  {1 J7 o& S9 H9 w6 Z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
) N- ]1 f7 e1 Y& a工 作 介 质        H2        排 气 量  
9 ~3 \2 h; `; L. p1 r# m' m15m3
二、结构方案
5 c' R' e2 T9 z8 P+ r1、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
; w: C) D! m# x. S5 w1、初步确定各级公称压力
0 M/ m( x* c" s" f4 Y) J- j按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
7 @- x0 K  [, {0 K( \    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
$ s$ X- S1 f& g0 @; T' S) a* U    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
' U! V1 h$ n: Q; `$ A& a) T! |* G    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
    以上数据列表2
表 2
% W4 F: C# Z; d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
& v- {- S9 X' B5 f4 ~7 v第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
& e& F6 J  s& h4 [9 C4 g2、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。
, F( F, M8 g* j8 ]1 Z" W% K4 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
0 w. d) }, o( X             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
$ H3 T. ]. v  d  _5 R' [    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
* d) n% D6 R) e; E/ v& |) W四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
3 J1 ]; Q* n1 Z          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
; v3 D8 d2 |5 C五、计算各级排气系数λ
9 J; u. G7 E0 M# P4 p( G1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
0 u5 K: H  j5 u8 ~1 G 2、确定压力系数λP
" d$ x+ w4 F/ Q3 R        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
) e1 M' L; `7 s. H! ]根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
% {6 E$ {) Y4 J: p7 T6 m 4、计算泄漏系数λl（表3）
; s: ^; `$ Z0 u# B表3
5 U" K6 v% a8 m; {& n- `        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
* c5 z: h* W: `7 d6 P: g7 c; l) S第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
0.002        0.093        0.915
6 ]  a* Z  t/ o第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
. s: D% b4 N1 J5、计算各级进气系数λs
λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
3 D* l; c" Z- v( F5 U" |3 z7 Fλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
/ V/ m* c# i; C6 f 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
* f: v* U: Y7 S& Q; L9 H; G1 Z5 ^表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
7 g6 B  Y, E& w! _Ⅰ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
0 B( T7 j% P( n/ C/ oⅡ        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
/ n  r6 K/ U0 f, z- s6 _  R 1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
! }/ M# q( j0 W由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
2、抽气系数
4 x: T' D( n5 g& ]$ n  Y  X* I本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
3 o/ j4 J+ d8 y9 |: X" Y" V/ B七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积
6 E3 ~7 h4 C; w5 @
＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
' [7 k+ m* Z( V7 e4 T& d) J3 ]＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
& p  ?) S' ]6 `9 t( p7 F# ] 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
" w, o8 q, x  J1 A+ u9 P. L/ d
4 J: {6 A5 i2 J1 @% ^＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

) b, C  v4 N2 ^0 [, T# u% c- x＝16.34×15×2.1×ln2.46×
7 Z1 h- I- f2 C* m/ r＝455KW
＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
9 f! ~* a  X" K* [6 c 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
# A) l2 K+ e7 N) b4 M2 f- W选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
# J& Z! D, U6 f2 j' cD1＝ ＝ ＝0.307m
, i0 y8 b/ ]. M% h' X0 fD2＝ ＝ ＝0.215m
% L, s. {# O3 U9 h0 U7 b9 ^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
# n# k  b3 |  k& I1、确定各级实际容积
. Q& a6 o7 ]0 t4 ~: t, u ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
8 H( q: t: K7 G3 S: q/ a2 E表5
        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
) _; u8 F7 R0 k: v( k19.13        8.93
: J- b- C, F3 p: r各级实际容积
% a" T, T2 N% b19.52        8.94
) E  c& e* q; h  J8 T: n" s /
0.98        1.0
) c$ t" N, f2 F3 t$ G1 g8 Q修正系数
1        1.02
初步确定的进排气压力 /
* N& B4 t# X; ?2.10/4.56        4.56/11.20
% }$ N: B' x9 _- n  H  P修正后的进排气压力 /
2.10/4.65        4.65/11.20
% a" N/ K/ C6 L1 p$ _修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
1 i; J! z( z, q2 I& Z. N) R修正后的压缩终了温度K        394        404
' p- S9 j  U! E6 C十二、计算活塞平均速度Cm
: ]" f2 q6 |# w+ {# L( l0 ICm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
9 _4 S& V/ |  s; c4 N1、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，
7 e; ~) @* N6 Q' Z: O                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
) H& W7 W: R8 c! n4 Y    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：
0 m0 T' n# H  Y  f2 zδs1＝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
* U- W, F0 j) _) B3 C# A实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
6 V, B6 u3 x2 l* k3 E             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
/ S7 Q7 r! m2 G7 F! `: {" W* q, {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
表6
$ l  \1 B# ~0 \1 X1 M% W        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
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
- w. W0 t1 Q, C. k3 }表7
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
8 c7 q+ P% l( [) ]9 wⅠ        -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
! @2 F* j' P+ ~8 J$ f* `* t十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
4 N! i% _2 @6 ^3 n- b+ w, ^1、计算指示功率
. M% I& a& P7 O9 I6 }% S9 K. V     
4 l( O: G7 `' d+ D! [$ m, d       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
* w) M& b  Y! l, u! ?+ S! ?     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
* B, Z) I5 u3 S# f+ z       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
  x# G& [5 R1 D! S2、计算压缩机等温指示效率
＝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
6 I: i* G. M  Y3 S* G$ T轴功率 1318/0.94＝1402KW
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。
+ \& G) x) P# [, f) b" k储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
# N+ {3 z/ Q0 Z8 _% }
Ⅱ  动力计算
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
; I' z; m2 _' y4 {& N2 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
: Y3 R6 ?0 k- }! B- [# d5 A  M1、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。
+ c! \" B& w' t( m4 s
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
2 w/ |- @% I6 G  {+ vSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
  f7 C% Q# E) }2 t＝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
Ⅱ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
, G# c% f3 s7 U: CImax＝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
! f( E& n" n& a2 I! M' X, R -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
2 m: R9 E$ N. a$ \) Y  Q% w; l2、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
) |0 l3 F1 n0 g ＝5.71KW
/ d3 |& ], t: g3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
) T3 ]& e. W+ h) T3 e2 r% q- x1、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）
  P6 e2 h+ c0 n1 ?* f2、计算旋转摩擦力
- x+ Y/ A' F( d( Q' }" h& W7 k# W ＝ ＝4.76KN
3、计算平均切向力Tm
; q: N1 g, R1 r5 O, ^1 w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。
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）
                        ＝198.32KN
$ b- n+ z: P) OΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
% b; O' q' G% d. {3 |8 A3 }" fΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
% }8 y; ]  T& g8 e) x' W5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
- r5 V. p0 G2 ~% M* K1 A
2 u- `# u$ w1 @1 ?$ C# ~  c
4 m2 \8 i. S' a/ [) w2 }  G3 }表9
8 C3 \/ s' q# S6 Q7 ]8 ?а°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
! o8 A" `3 Q/ u' G& b% h4 }                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
3 {' s. j0 d! q1 c4 E20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
% w& _- W' ]: _  O40        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
8 [3 m, z6 j! U1 `) q) \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
/ w0 A' m! T$ b& O2 {* Z. @160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
; l; q9 M: C: x200        -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
$ U* W( D% |1 v/ w; W, g' C240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
% N4 P8 H$ |3 d3 }; Z' T& z260        -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
6 S; K& Z; Z+ t+ O6 F$ x! _5 x320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
$ Z6 X9 U* w5 w340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
360        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：

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
# P& Q! F; ]4 L1 Z* ?8 J0 c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