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）
2 u/ ?" N7 {" y4 c) L4 Q2 f名   称        参  数        名   称        参  数
8 X2 m: }! V$ R进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
9 O- J' ]: {' ^1 i0 g' B: ^4 I2 O进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
' I$ w2 ?8 f! u8 {相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
# H9 j: C. u3 T  O4 l1 N- r; j工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
: j0 r2 _& m* ^% R, n+ g二、结构方案
% a* r+ ~, ~2 `1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
2 c! y, C& i2 u0 `) \   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
' ~" g' Y2 R& K: q- x% l  
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。
    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
3 y6 k. O4 F1 G* L    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
表 2
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
/ I+ ^; |, S* I! O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
/ a" _( s& R! y$ |2、初步确定各级排气温度
& r! Z. ?: a/ ]/ m2 x# i8 H1）确定过程指数n与m值
① 确定压缩过程指数n
4 x: r+ {5 ]6 `' z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。
② 确定膨胀过程指数m
2 a* N* B/ s9 h* e    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
* Y2 Y% c4 Y1 }2）初步确定各级排气温度Td
# ?9 T- h/ }) h    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
7 f/ R* ^. z# _    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
- v$ c+ o2 I( M6 q四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
( x; a, [) I" m6 ^2 i" y          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
% z* L  `7 x& R! P! ]: ^  O1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
( S( t  w4 Z: ?3 K ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
5 L" h- h8 s2 e# @6 Z+ R        取λP1＝0.99，λP2＝1
4 I* k1 q2 Z8 K# {; r) i 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
3 g/ Y8 J) \* L% z# G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
0.002        0.093        0.915
$ j( H' O. V3 y# j/ Z6 V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
6、计算各级排气系数λd
" D$ C+ t1 A( w2 x8 _7 \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" L2 |4 p5 V        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
$ q' l2 Z/ ]! f- RⅡ        1.41        1.41        1.029        1.065        0.884        1        0.97        0.916        0.857        0.785
4 w$ U1 w3 h6 a2 @六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
1、析水系数
9 a7 T6 [  C, H' O6 q0 T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
! v* ~4 D' t( R 2、抽气系数
本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
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
/ p1 F. e' l8 I/ J9 c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×
) q1 G9 _$ l( J  U9 |3 Z8 V: s+ q, @＝397KW
6 c) F: p* ^  D5 C! U
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
2 ?1 P6 A) n/ ?4 W＝455KW
＝426KW
9 g6 \: g) h+ M( O取等温效率 ＝0.65
1 v$ g% j/ i7 ~2 A0 o ＝ / ＝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
7 P( E& e! \5 I0 b- v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。
2 q! K# S( V. x& uD1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
. z# U% t0 w9 o! u. ^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
/ ^$ q1 n3 Z2 p* S1 l; k1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
6 c! O6 G9 g- h9 a" i( w) w ＝ ＝ ＝8.94m3/min
/ J% F# ?/ c8 ~- e- Q2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
7 ?3 x! k! Y8 J9 e/ l        Ⅰ        Ⅱ
2 H" P6 c! d7 g. B1 p4 n, u计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
, ]/ y5 O% o+ }9 o; X /
  w2 o9 p' Y$ o# }. A0.98        1.0
修正系数
" B! l) V1 b  ?- V1        1.02
3 w: m; C" `9 y9 W初步确定的进排气压力 /
( p8 D3 V0 z& O, j4 i& s3 g2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
2.10/4.65        4.65/11.20
) U: h. ~- J1 _$ M修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
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 j) o  L& [# F4 f- ], [' c9 HCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
2 g- @0 [# r1 U0 A/ @8 A1 G1、计算气缸内实际吸排气压力
* `6 P6 E" C7 k3 x* u4 G/ e1）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，
                     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：
7 H7 @8 |- u6 Zδs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
3 Q' Q0 O1 J& D* M9 p$ u实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
$ z  c  H6 v  ~' N  _6 b$ W4 B6 T实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
+ e$ d( o, @- L; S6 p. @9 [/ f             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
: s+ V+ N1 b& C: q+ Q: k    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）
- K+ U" Q  \8 T* z$ n: t+ t6 [5 `! D) L" y第Ⅰ级        0.075477        0.069115
% d) n+ M7 j0 f" L1 }  n2 O5 [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
/ F0 @1 X0 i  L$ E4 v+ R4 \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
" ?6 ]. {9 ^) N* [  [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
& n' z1 d1 i# A* W- i8 Y: E* {1、计算指示功率
2 u( [  y' e& r. o+ v     
, l7 ~, ]8 \( Z       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
! v$ p6 n2 I' o7 p& _9 o. [       ＝647KW
     
* @4 |" R) d5 t0 s: H4 X( F       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
# s9 {" I9 ?2 @6 Z* e! H       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
% T9 L7 P" h3 }: k$ @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
+ F# F0 N# V7 S3 E3 i压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
. [; e5 y/ {0 X等温效率 ＝852/1402＝0.608
' f* J: u2 e7 D1 S4、选用电机
  ~4 j+ |$ y, _    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
! l  o: x" r# i2 ?储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

Ⅱ  动力计算
- G, _: ]6 ?6 C* b' F' F8 a一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
& @- T. h! r* q; Y- y% p) q, {* m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
: K: X) G: ?) B1 |二、用作图法求综合活塞力
1、作往复惯性力图（图3）
* ]) \, j. X. l1 U% U; U3 D- s8 F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。

( X/ a  p3 E" Z表8
# u' B% e2 I2 r! j& W" U( t+ v& E2 q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
0 }, E) X6 M8 H; ]3 e# |＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
3 `: d% E2 s" Y+ H2 V, [9 D        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
" m6 D' v/ [3 k) e  t+ `Ⅰ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
# u! n7 ]6 u; wⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
3 L; w5 w9 d- o% _( \. vImax＝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
2、计算往复摩擦力
+ I" D* g: S; E# T0 `    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
3 s* [5 H  p; C7 B5 B机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
  i3 M" t5 s/ U/ ~. o; Y/ p6 H1、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）
$ n) {6 z& t, K. x2、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。
) H& @! r  f: m: f# a/ X; b+ F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
1 C" c) V" f6 p" \0 x平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
( H2 f' X/ E) Y" l5 \& Q    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
' }& Y8 x& T2 W% yΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
  e) n+ ]- k- j6 T7 x                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
% D+ }. B2 Q9 W% s# Y! M  v5、确定飞轮矩
) T/ V& {3 |+ `! E- Q    选用δ＝1/100
' U0 a$ \' S+ R( J; P7 @    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
% c, T& {4 @5 u
' E) u3 l8 h4 x: U! F* m% J, R" N
表9
( P' c( l1 R1 E( n$ yа°         
) y8 U3 ?8 g- V/ k( f' d* F活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
# h0 z3 G% k5 i0        0        115.4        63.2        0        0        0
) c0 X. |+ M0 x20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
% q3 M3 V* r5 R3 O# h40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
* f/ B0 S, D8 r, M% B+ L7 k60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
2 Y, o& m* Y. I' P+ _, U80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
: I) x+ s" F9 |% q: {# v100        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
, J. [& W( j& s8 f2 B180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
. t' u- o: K7 h$ m  k200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
; `! {+ d& o& b6 z1 E0 I, }0 ?220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
- A% V0 c$ F  t) O+ M8 {. h& C240        -0.778        -242.75        -272.85        188.85        212.3        401.15
# v5 B" d# Z9 \( K3 n( p2 }; s; K* R' ]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
0 W( g8 Q0 r4 P3 q& _, m1 n9 ]340        -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：
g, N* c+ e, y9 H/ f0 M

能不能有好的东西上啊

) E$ Y7 B G" K! S+ V: s& t: H

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
' [3 X- o- 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