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！）
) [$ |+ P: F+ }4 v" ~0 AⅠ  热力计算
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
; `2 i( ^, r  s9 k" ^相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
二、结构方案
& f- ?  ~) t& ^: w0 f' U* t* }1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
6 d$ ^) h3 z1 n/ D& v9 X   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
5 @) S! R- C* Z9 |* p三、初步确定各级公称压力及温度
' O0 J+ b, n7 _! d! b$ T( \. w2 @1、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
    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
" `7 }, Y% ?( T! T7 J0 w; @- M    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
9 h0 u9 f$ {2 E表 2
8 V8 c9 n6 |4 [6 J* o8 H6 r7 ~+ l, q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
# o1 D3 b; ?6 \  `. r/ X9 `8 ^) y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
. B! e0 h# D" f4 \1）确定过程指数n与m值
( K7 r" y" c. r: N) X4 `① 确定压缩过程指数n
4 G4 Y5 r$ g4 p  n" W& J因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
6 F# M% Q/ @* b! h! j$ E& R2 M查表得k＝1.41，故n＝1.41。
4 ]5 r' t. Z* t5 x: E, I: q2 ^. I. H② 确定膨胀过程指数m
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
7 i, t) }  D& }+ d% x4 z( w" ]6 I1 N* N             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
; u# W+ i! W1 h. v4 K% l  u    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
! M" I* f- I5 Q/ |, i0 L5 C    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
; M3 y7 n6 \' q9 U6 C四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
5 S- r4 p& F3 f- h* z6 C五、计算各级排气系数λ
- G/ r" s1 j6 m. Q/ `1、计算容积系数
5 `* f3 ^* r. L9 }, f3 k4 D* }确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
5 R8 p3 d# J! Z! n, z        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
" m8 Y5 U! s! o. q/ `+ O% V根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
! k9 ?8 Y. C9 j 4、计算泄漏系数λl（表3）
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
, T- B' X# Y8 F8 {$ R0.002        0.093        0.915
' D, b/ |, D! L0 u第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
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
% F$ P' v6 |, Z. i+ w9 }; B 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
- r7 X- F* l- R9 o6 m以上结果列于表4
表4
        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
" C  e9 Z& d$ A. [5 G  D: s" ZⅠ        1.36        1.41        1.014        1.023        0.902        0.99        0.96        0.915        0.857        0.784
% }2 W& f0 s2 g* |) h. zⅡ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
$ @, \- m  v/ _7 e6 b6 O7 `' ~六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
2 Y* i& H( M% z1 t4 Z 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
2、抽气系数
# P4 [5 j4 F3 J/ ^; f) ~8 i3 @2 w本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
七、选择转速n＝375rpm。
. V9 M5 P: x$ K$ r八、计算行程容积

＝15×1/0.784＝19.13m3/min
$ C% K/ Z: e5 x6 Q6 D) J1 b
＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
1 x+ W( z3 O- ]" k＝8.93m3/min
5 u! f% s( a6 u5 P% V* x& h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
& N2 z6 Y6 a: I- b
6 D& M0 v! t6 f/ ?- j＝16.34×15×2.1×ln2.46×
7 P( q4 x( n2 N8 p" d6 ?  @＝455KW
＝426KW
9 Q# z1 u6 b9 {; C5 F" y取等温效率 ＝0.65
9 g- b2 g2 n0 ?# W/ @ ＝ / ＝426/0.65＝655KW
8 T. }$ s) `. N1 Z 2、确定活塞杆直径d
3 P, a. k- S" {& s5 n" I    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
9 Q- ]4 \3 b4 f0 d( d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。
D1＝ ＝ ＝0.307m
0 p% L+ p  Y9 K' s$ d6 s( mD2＝ ＝ ＝0.215m
根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
# Y9 w3 @3 d. t5 Z2 _. |9 y! P% \十一、修正各级公称压力和温度
1、确定各级实际容积
  u$ e! ]4 `$ U- B% w, ?+ S# W ＝ ＝ ＝19.52m3/min
( Z) f- \9 `. Q, X- l ＝ ＝ ＝8.94m3/min
9 p  y1 b) ^; R' ]9 b2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
' S2 |1 K/ \  J. |. O0 }& q9 a$ _' \19.52        8.94
/
( H, {- x! S) A! S2 l5 M7 w' w0.98        1.0
修正系数
0 x% |# m6 O& l1        1.02
初步确定的进排气压力 /
$ e9 f6 p6 C0 H, K/ `2.10/4.56        4.56/11.20
9 D% v* Q4 x9 Z5 L修正后的进排气压力 /
0 A- a& Z4 f( d) z7 v- U5 }- U  c. L) Q2.10/4.65        4.65/11.20
修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
  \- |1 w. X; a修正后的压缩终了温度K        394        404
+ U1 n5 v' }: F$ ]+ g十二、计算活塞平均速度Cm
& s4 \& b% p2 a- {% dCm＝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
( }2 [- B8 |0 ?6 Y# x% @. h    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
! r) E7 o6 m6 @                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
3 Y+ z; ?2 {4 ~% z- q6 W* o    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：
6 A. j: s* c  k' w2 Nδs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
# ~; z& _2 r! Z" E, q2 T" ?实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
4 R6 m0 C2 `% T9 o             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
  `  ]+ T, \: i  g. @             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
  S, b- U1 ?/ l4 j5 z# w2 i+ Q! K2）计算各级活塞面积
0 f" M( \( z2 _    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
. A$ E# E# p/ ~& }; t8 {2 Q$ m        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
, E" e: v9 F& N$ F. u: |第Ⅰ级        0.075477        0.069115
0 \3 b1 P+ x6 B' A9 b7 Y0 I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
8 {" Z, v% F/ {( G  y/ V$ U3 k! q. Y表7
        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
. d* o4 y- l$ qⅡ        -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
0 P+ ]( F$ N- v* a. f8 L1、计算指示功率
' R8 }7 m2 p( r& A, h. B     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
9 ?- [% b( k+ y# ]0 X# s/ J       ＝647KW
: w. F) r% M8 M* E: r' w     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
, u. W  |: U/ Q/ H9 T7 R ＝852/1318＝0.646
3 e' s( u2 q8 p: L) I6 _3、计算压缩机轴功率及等温效率
6 [9 [$ h) j( [) k, r压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
; f! T4 a$ ~" g) S1 S, X0 D- C等温效率 ＝852/1402＝0.608
2 n! \+ s7 ?4 P4、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。
: }/ `+ N2 D7 i  d& V! z% `8 g( a! [
( ?: p1 I% p! ~. E* m  I- |. IⅡ  动力计算
0 V5 ~! S& L: m3 r一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
$ k5 r! O, W  d) `( t; z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
9 r  o: c* O  m% X# y& h9 W1、作往复惯性力图（图3）
+ q' F2 j+ U8 a" t$ r1 K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) C6 u8 l5 V( ]0 K表8
, Q, j- F" v6 C5 y级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
& D# Q, V) l" `3 c# ?Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
/ r9 x* s( z2 E& ?＝tanγ＋1
. |, j) v  |& V0 ]: b& q- B$ u        盖侧        轴侧                               
% v; `3 d* U) W" U) |        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
  A' Y9 a$ l  _; N* e9 V: j; h1 P0 QⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
6 z! y/ V0 s1 q. R+ V4 kImax＝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
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
! L" P9 a" J) M2、计算往复摩擦力
! l3 a! M  x3 S6 g+ T& I    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 }/ f" W* o* |/ I ＝5.71KW
  j1 h4 g- b$ l- `: Z3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
1、计算各角度切向力及总切向力
$ I& l5 s% }: E. D. M   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
3、计算平均切向力Tm
% G8 _+ p) f7 i  ]5 l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
/ ?+ C' R. j& ?* Y6 A4 b5 ]! C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
) M7 T$ H) t9 D    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
: E) W$ s6 z7 w9 S                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
% y2 V9 n9 o0 s3 B. x. Q- |1 RΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
7 w9 m# t. ^" r. [& k9 \- E5、确定飞轮矩
* ?7 ?! ?9 C* ^! B: w    选用δ＝1/100
) u( ~, d# b4 ^    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
/ K4 @! O' f2 A) b                       ＝162.09 KN?m2


表9
а°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
7 f/ G, a1 J3 _. V& j7 ?; ]                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
  U" a. ^& K5 M& q7 Z0        0        115.4        63.2        0        0        0
, a# \9 _* h# A4 q1 F) t+ a20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
6 E* f, X) A7 N6 j" S) P60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
# r1 {/ E7 I/ a" X80        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
9 d+ G' Z0 a! M) t180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
- s  Q& j! C, T$ i& u. J0 @1 S220        -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
1 E$ P: f9 B. s3 w' D1 ]+ Y300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
5 @% U$ X; G: R" T340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
/ s% {. ^. h, F+ N1 y9 O0 h3 k360        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：
8 x2 y6 I. ~; J; c/ Y( q- R

能不能有好的东西上啊

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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
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