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！）
4 B! O* M% _* n; rⅠ  热力计算
% k6 _: l' y+ v* w4 `: T) X0 g$ Q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
6 X$ C0 A& m7 d3 z进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
* t- {& J$ n, R# \% |5 r) c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
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
  R3 a" E2 v2 i/ O. z2、结构方案（如图示）
4 _: f. I8 g& }, R   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
* E3 ?8 G, `: I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
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。
4 G/ u) J, n& `7 W; ?; N! x    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
7 d' k- W+ W2 ^7 N表 2
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
3 s# A7 v$ a. q  _; u, r+ r第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
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
; T8 }1 V7 L4 G$ f: w$ q  ~# @$ f1）确定过程指数n与m值
① 确定压缩过程指数n
$ f8 J9 s! ?; K1 t7 A5 S# [! K/ w因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
查表得k＝1.41，故n＝1.41。
/ L, v" i% }0 U" H8 L1 I2 f( F② 确定膨胀过程指数m
/ B7 D" N5 r+ Y# F# U9 n$ r    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
- k9 [& u% v) U# G- S6 G1 h    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
% X& D9 e- s/ m/ f$ _+ r7 g8 k    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
; y1 \) w$ b- B9 `3 r" S' h) E4 M四、确定压缩机系数Z
" }8 }: v7 a" J( c% e5 h4 i7 y9 ~查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
: V, W( v* h9 n5 m          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
4 l/ W, R$ i& A. c7 m8 i9 |五、计算各级排气系数λ
1、计算容积系数
7 E2 D+ ~5 v, X( S- I确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
) A6 J/ b" D6 t: H) ~% ^5 `9 W ＝1- ＝0.902， ＝0.884
9 s4 z7 d: n, p( f 2、确定压力系数λP
) V8 ~9 W" Q0 H/ x& O        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
( Q; c0 c8 _7 b. w, W根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
" M5 {1 p& I6 m- Q9 ]8 x 4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
9 ^! B7 p- @( s6 c/ D0 N        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
" }; v. s9 \3 g- F2 f, D% k0.002        0.093        0.915
- g6 E8 [8 D$ H: B& \$ R第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
; J7 Y* v6 Z8 i9 P* s5、计算各级进气系数λs
4 q* `: C5 E" t& B) j3 Wλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
5 K, m: ~$ k& ~0 M: j 6、计算各级排气系数λd
7 r& B$ {! E, Z# T: b: U8 Qλd1＝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
# f% n, j5 Q9 h( v- h, A9 a( B6 q        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
Ⅰ        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
3 |8 V) f2 X$ K3 R. u$ q- I' G六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
4 N; i( A  i( b9 l( k$ E4 O& l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
& T/ O5 Y# U4 d# m" h' N 2、抽气系数
本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
. b9 f  {3 V! W; y2 [; r七、选择转速n＝375rpm。
八、计算行程容积

＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝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
1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
+ j' f4 t* E1 v- W5 O
＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW
: d5 n4 m& i2 Z# R" c: C: r8 w
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
: ?2 H# H7 ^* P＝455KW
＝426KW
; f: ^3 s, I8 H9 O9 W: I8 ~3 U取等温效率 ＝0.65
1 {% Q9 {# I) U9 Y' t. b! c$ E+ Z ＝ / ＝426/0.65＝655KW
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
9 h$ e6 L: l- G6 u* J' D$ S& u2 X7 {& n选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
1 E6 s7 f$ |- jD1＝ ＝ ＝0.307m
4 I. n& u* \" f: Q0 RD2＝ ＝ ＝0.215m
, e/ B# c; `( O. N1 [: |根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
4 l8 ^5 B3 U7 l$ _十一、修正各级公称压力和温度
3 _- a- ], V/ Z! {3 ?/ s1、确定各级实际容积
) y, M# n4 k/ r$ e ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
( D. g1 ~* [5 D: B: ]; l        Ⅰ        Ⅱ
# j. t. R( [& ^$ R& M计算行程容积
19.13        8.93
% a1 Z; N1 c( I$ k/ ?, j各级实际容积
3 h. ?3 W* h7 {  Y19.52        8.94
" {; n; J" q; H5 l6 N1 s /
# v. ^* }8 t! _# z! t: {1 X0.98        1.0
修正系数
1        1.02
' _- p0 Q: O" p, N+ k3 f1 G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 /
. F5 ]3 X7 |' x& |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
* n- a+ e# l' d7 Y2 D$ A修正后的压缩终了温度K        394        404
. p* E' N& K2 D  G$ @- U十二、计算活塞平均速度Cm
# o* r( b/ L; Z& n/ ^9 S3 WCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
/ `2 H6 P/ i  @十三、计算活塞力
7 b" m' E: G) w( G. }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
1 ~6 d/ U4 z0 ~* Y  I7 G; y3 D    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
/ {* y' |0 R) p- `. j2 i7 X                     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：
1 u' c" w/ n. H# G1 x0 uδs1＝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
0 ~2 L1 g0 |1 q9 c( u' u             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
, H9 ?3 C; v. W/ |  m1 W实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
8 n4 g; ]; ?' t3 L" {3 G4 F             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
. X5 m6 r9 H( D实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
" o4 R$ l$ G. o: J& z! ?" P2）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
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
' o4 M$ f, \5 ]: {$ U$ C( p/ t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
8 G# I" J1 ]: q! i! Z表7
7 {1 n0 R% J3 F3 A+ o/ Z6 @        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
0 S* b9 l. u  R9 R5 g/ }, 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 Y& M+ l$ i! B% l; v+ T1、计算指示功率
6 K+ Y+ `. }+ l$ n1 f     
( }8 r; E$ W5 t8 r* m, |& U# ^6 O       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
' E. Q2 k, j) ~       ＝647KW
0 i. H; }" E8 c7 d     
. W4 {, j( ~2 |* A4 [       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
' e, ~' R  A. j+ f: ~       ＝671KW
: l+ D& i" l7 @. d6 J     ＝647＋671＝1318KW
2、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
0 K! [6 [' i, \' G压缩机与电机采用直联，取  0.94
3 y9 i+ ]3 r, b- W: ^$ w) {$ d# R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。
储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

5 p4 e+ S+ {! _+ i2 n3 _+ CⅡ  动力计算
- O( h8 E+ Q. e7 t一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
$ e/ L& F: H+ m% o! M+ H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
; T' D5 y9 w4 N二、用作图法求综合活塞力
, D* W5 O- ?; b1、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。
3 x) ]! X* u, M- b6 n
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
Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
5 W; E& i9 B" p( P) y, Y' Z＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
( m9 F: K: e8 I. t- r$ p        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
- q: M% w7 C# A% Q7 a7 V" pⅠ        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
$ ~; G8 i! o: DImax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
8 P' h2 [2 |* H7 o+ w( jImax＝-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
0 f; M. \- b: L8 _    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
＝5.71KW
$ Y0 C2 P5 ]7 y- r$ d+ ?5 k3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
. F2 t6 a4 g: t1、计算各角度切向力及总切向力
* V3 |. g8 X8 v8 a9 D1 r3 \   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）
& k# u0 z$ `1 r2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
3、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。
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）
+ B$ ^, e3 k! a6 e, ?* F0 r                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
- `% _- w# H: \8 |4、作幅度面积矢量图。（图8）
6 A! l( H' K  V5 k. C5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
) J. ~- S( V, A2 Z  ^, ~6 d    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

/ A" a4 E* U: F4 I! {' M
表9
а°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
# e3 x1 c* ]& W, A0        0        115.4        63.2        0        0        0
5 N" `* ^( g& D20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
$ [# T1 }/ o1 M& l2 }1 i60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
2 U2 s8 \: k4 y8 h+ q100        0.95        99.25        81.5        94.3        77.45        171.75
8 t% u) h+ g. \. Q6 m120        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
! r. T- Q( G( p( l! d- j* }  ?9 ?- S160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
- P$ q' y0 B& d+ H' T* X8 q200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
* y' J6 N  ^" U220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
9 y: S* j, H) Q0 b! ]: j* J240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
% F" D/ V  s+ F% s6 E+ |5 o" U260        -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
4 F" _0 c+ n& M320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
$ X& }3 T/ \% T6 t. E4 i. W" d340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
% Q* k5 n* X5 X/ [2 p360        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

! S% _$ S$ B! w" O+ Z1 x

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