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）
名   称        参  数        名   称        参  数
8 y* Y3 x5 F0 g8 q& |9 y) P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
相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
3 Y3 e/ `4 _( R4 m% Y( C/ C15m3
二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
/ I& A- m# R; y2、结构方案（如图示）
$ d( ~4 I" Y  {! F6 a& v   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
0 ~8 Q" `9 ~9 j- ^% T三、初步确定各级公称压力及温度
1 l1 k- Z8 W6 Z5 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
  N, q' E$ F: B+ x" a4 @7 v    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
    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
' J2 Y+ _9 u' H( U/ C4 a    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
8 m: a, c) x: k3 B6 U. I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
. I4 ^# X9 Z2 ]9 c- y1）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。
. `: Z! h! d: S3 d; U查表得k＝1.41，故n＝1.41。
1 P; i! L# E' a/ [② 确定膨胀过程指数m
% u9 I. W2 @! Z' d$ q4 Z1 V. y8 A    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
* l4 o- {9 a: \             m2＝n＝1.41
: U4 |8 E- B- \+ T& C, S1 O2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
$ J2 |* U" K) B9 m8 {- b3 X9 c四、确定压缩机系数Z
& t5 N! n2 m4 k3 i3 R查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
2 w8 n6 x9 x; i: k  v          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
" A9 A: s( y7 _7 V9 k1、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
  U: D7 C6 q0 o/ S# O7 A; ~2 k4 t 2、确定压力系数λP
. Q$ @; I  M/ ^: q5 W& z8 }# G        取λP1＝0.99，λP2＝1
* N: k. o* H) M$ R) C& ? 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
! N+ ?- ]+ [( `# H5 J6 R2 l6 j. R 4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
2 [) f2 h6 B9 {8 P+ T        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
9 g' H% z- b2 T! Z' L第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
0.002        0.093        0.915
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
% [) ]6 z9 X2 X8 m. ?! k3 q- U5 qλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
1 h2 b% ~/ Z3 Y* K/ r4 n 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
* N' \* ?, u7 I# S. U表4
4 r5 E! }6 u3 E7 |' i. @1 V- y9 w$ q0 z        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
3 R5 F+ ~' a5 x! A9 sⅠ        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
% Z! L  S, ~0 ]. c* A8 d1 L六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
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
! W" T3 O: a! M+ ^1 z* L; X. ^本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
% w" V/ M' F( c七、选择转速n＝375rpm。
& R1 ]" L# }3 E; I5 ]3 L: \八、计算行程容积
* h2 s# R% A# W6 m4 U
＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
4 h+ q' P4 B# R! A( ?＝8.93m3/min
/ l4 f7 f( c0 R0 Q/ Q3 g九、确定活塞杆直径d
) j6 b. k& ?9 o1 c5 ~2 |1 i 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

0 [. u: b! g3 T＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
! R6 |  f8 _2 A& H/ v3 a  y ＝426KW
9 v6 c+ [2 l/ w- q' A- J" D取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
; Z7 _5 Z" X$ Z/ o 2、确定活塞杆直径d
# ]9 s" B7 P0 F# Y# V4 p/ J    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
: n' k3 B: B9 {5 W" d  K十、计算气缸直径D
' `* a. t% K/ H: ], I: S# l& N  Y+ O' M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
0 ?1 t7 \+ U9 v6 O9 _1、确定各级实际容积
5 I- d$ ?1 j" j' ^' X& Z ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
* e* E" b/ B4 \2、修正各级公称压力和温度（表5）
3 d' X" ~; {) l( ^# b表5
        Ⅰ        Ⅱ
' n# W/ I, c! M! z计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
8 P/ ?3 ?% h5 T( M" S) N( W19.52        8.94
/
0.98        1.0
修正系数
1        1.02
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 /
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
' J9 ]6 a* n8 _修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
" {3 p4 e/ C6 J. Y2 \7 p9 M6 fCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
+ U' v1 j0 N4 x2 W十三、计算活塞力
0 k' s0 ]! H: _& t1、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
/ b; [8 s  T: V) v% @0 E    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。
4 p- m1 p& R9 u. K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
' M9 u* c- @" K1 I4 g  h4 K             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
5 Z$ S! ~- G& ?1 a  k/ `# Z; U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
: C3 [" `8 j1 d, `- D: n表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
. b9 C5 l; v1 ~) x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
表7
% o, F9 N3 R3 O. C1 i# L/ B  G        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
) T; T/ S" u, Q* I4 E! wⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
, ?* ^7 G; G8 B" _% KⅡ        -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
     
9 U2 i2 p0 |* t" H1 R! b       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
3 d" X" Q1 S4 V% Q' B" u4 ~       ＝647KW
  t$ H/ b$ S( Z     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
- y7 P. T& R( d       ＝671KW
0 u4 O8 Q% g  g" s9 a  N4 t. P     ＝647＋671＝1318KW
  U2 q% n, y: L# O! w2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
( X0 Z  O" q) x3 C9 ?3 x3、计算压缩机轴功率及等温效率
9 M( w6 _& D+ ]* F/ N: i, J压缩机与电机采用直联，取  0.94
# h4 d. x  `+ R2 o* I4 H轴功率 1318/0.94＝1402KW
等温效率 ＝852/1402＝0.608
: T/ s6 l! w9 a' k( R4、选用电机
- ?& U# {4 U2 o; }( x' S    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
+ W! l, \8 x. j) m2 {2 p储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

Ⅱ  动力计算
2 P& H0 v: H& B. I" S一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
9 S) r0 e, _+ g: B3 N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
$ w6 h5 y" K' w. S; u3 O6 d1、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。
- _- l/ C( _" ], p: x7 g
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
＝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
5 E4 G) P' X" t8 KⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
; I7 V; E5 a4 eImax＝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
9 n, P- d1 c, e# P7 w/ J  G. f& U4 u2、计算往复摩擦力
    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
' c- }2 A* Y& g3 ]6 Z0 p# Y机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
) D( q0 [6 w5 C" h4 l, n6 x1 `      ＝5.51KW
＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
$ C( Z) e0 ]' Z' v, N4 K三、作切向力图
+ n( n6 ]: n( ]9 ^- F2 t1、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）
2、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
+ j- [7 q" F1 N- n; B8 ]5 X8 M1 G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
( [2 g4 _$ }5 h" Z8 M  kΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
: S# ?7 Z( Z. a4 C; ^. s6 r4 z: V                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
4 N' d5 ^( J* m7 m    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
5 t# A% u4 |6 W; P/ Y: N                       ＝162.09 KN?m2
. J, {  a5 Y5 K0 {
, _2 Z9 F& o1 ?2 s
& z% v# t% |+ L7 M% X/ D表9
а°         
; y$ t3 [* n& z0 d9 ^3 I: C4 L活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
; k5 N& O( M3 G- N8 x/ Y7 }                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
& K# C' }5 ^: o+ y0        0        115.4        63.2        0        0        0
! {, B6 Z0 c5 s" {3 K; p5 G3 D! Q20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
2 W9 }  e0 M" `& F40        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
: ~5 ]+ A$ J& ~9 O$ c80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
8 x; d% G; E. M; v' a' J6 {7 ^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
# s8 e! _" m8 L$ O; U0 S6 i" L- ~160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
. X6 W8 G4 C/ Y2 B220        -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
, ^% x/ N$ W  `$ g6 b: a300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
( n' L- S. R! C5 D3 p0 x5 g# A+ u3 D360        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：
' C; l% M1 z7 X% T2 ^

能不能有好的东西上啊

% i/ K5 F2 M" q" l M

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
- X* C/ L! A3 s, i! ~8 s/ w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