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）
8 @, B+ j- A( e" b" n; o- A名   称        参  数        名   称        参  数
) n( e' X* e$ S/ T: J0 I进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
, X; u" s4 S3 W+ o. z2 N4 M进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
( j' a% F$ a9 g5 ~& A. k4 o相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
( V( d; T6 v( S# c* Y' O- X+ S工 作 介 质        H2        排 气 量  
( z* U3 b7 k$ x$ j" X+ l3 {15m3
二、结构方案
& Z" l# F* F8 V+ u1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
* b4 V/ P- [) H- W* L. r2、结构方案（如图示）
. p. r+ s$ c8 K; n9 v6 d   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
* y  d# s+ X% P3 z7 _7 ^  
三、初步确定各级公称压力及温度
8 W+ D1 K: V- E( Q7 `2 u6 F1、初步确定各级公称压力
- b8 Y7 a% D' n, T! ]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。
/ Z, Z: Q% I+ ~, U) z    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
* w% o2 e% A* d    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
+ V7 w. Z3 E! b1 d& l    以上数据列表2
  p- _3 l9 w  Z1 s3 X表 2
7 P- x# L9 N& d: e) E* [& u  h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
1 x1 `+ c5 C) w$ {+ I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
1）确定过程指数n与m值
" r; v/ I3 u3 {2 @. s* R; t) |① 确定压缩过程指数n
, u7 U  }+ E+ f; i因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
  S: ^  I2 P2 Y& C; D3 r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
" ]. L( l+ f) {. b" z             m2＝n＝1.41
6 [! E7 n! z) Y6 H9 @2 O$ l2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
1 [0 o* J0 ?& _2 u    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
: Z1 A3 @( ^9 M四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
- u7 H7 \1 |1 _          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
( z. \+ Z3 F$ Z1、计算容积系数
' M% G1 X$ N# w确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
0 F7 P( b/ f( M+ H1 C5 l9 t$ G" [ ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
! |+ F; o& s" s% y7 {' @ 3、确定温度系数λT
- N: o$ V: a+ D' Z0 U根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
& T; `! V* H' j, C, r* p, o" k' n 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
% ^6 x6 o2 w! l- q9 r% I- ?0.002        0.093        0.915
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
3 ]1 `: n! L- w7 z! s# ?5 b( N; H1 }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
  K; N/ ]" ]9 y% H 6、计算各级排气系数λd
7 w: v+ s& h: b0 K* L; Fλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
; F0 ^  B6 X( x- e, s5 s以上结果列于表4
表4
+ I% W/ a/ x+ Z4 o% o3 f        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
六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
, k( x. g9 X7 L5 z1 h 1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
3 u8 W- W5 p$ T% E  g第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
7 S7 S: `6 Z1 C! a. |$ o3 l由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
2、抽气系数
3 b- w+ z" w8 O4 b本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
七、选择转速n＝375rpm。
: T4 x) z! v# E# U( L$ C八、计算行程容积
; S1 T  o& A- r$ A2 D# I  l
# I% B" ]7 W( |! T- K6 B! a5 _ ＝15×1/0.784＝19.13m3/min
  q+ C* |5 [6 g: J
＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
: |- e; A# W! O8 d; ]* J＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
: H# w5 N7 _; G' b' V% h 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

) S  T* R2 V7 I0 M' g＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
) `9 C! e% J! K 2、确定活塞杆直径d
( N& a& n3 b, F' U    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
  l$ L% y$ [3 d. N& G' g5 K十、计算气缸直径D
: T- r; h1 Q9 o7 j: ~$ b3 X1 `8 \选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
! v/ G% c' q. E) oD1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
( H2 _1 q2 p9 O, R根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
# A. _5 e& t) h2 H! }% a9 m十一、修正各级公称压力和温度
9 g6 V! w0 ^; S' c) B1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
& _! C- s# _) I* B ＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
        Ⅰ        Ⅱ
  e' d( u, M8 a! c计算行程容积
$ Z7 e8 R0 t7 B19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
/
0.98        1.0
修正系数
6 o- e/ a# y5 l* P1        1.02
/ i& T# u& |# p1 F& {( c- x0 l初步确定的进排气压力 /
- x9 h* X) B9 E, Y" W2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
' i& C$ X# v4 V% A2 G* W2.10/4.65        4.65/11.20
0 X3 x6 S1 J6 d2 M6 j. N修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
2 _- t  i1 ]0 Y0 }7 H, V, {' T修正后的压缩终了温度K        394        404
* T& _& u: ?! l7 m  b, d6 z8 ]十二、计算活塞平均速度Cm
  M4 |; Y) c5 T0 y/ LCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
  B) X3 h/ `4 L' s* o十三、计算活塞力
* Z! R/ [6 Y3 q1、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
; E2 E7 b- b) _/ L1 C    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
- _' @0 Y7 @2 k4 {1 v$ V: O, N9 _    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。
实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
9 n$ H& \; @: g9 d) X; @             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
( R( z5 b) q6 t9 p7 D5 g$ g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
$ S" e! q* Q( I表6
0 a* ]+ w5 W- {( a5 m, Z        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
& d3 e5 d" |7 l) u第Ⅰ级        0.075477        0.069115
第Ⅱ级        0.036305        0.029943
( @! e# W6 ]0 o. U7 V3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
表7
  i. i9 @+ `7 |4 R' `$ u) w        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
Ⅱ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
6 E! ]4 g# G5 E5 a7 _十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
8 `% e6 M% A' D" [7 A& V5 h1、计算指示功率
     
2 }. ]0 T( {: x# \% }+ |       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
     
; [0 N+ W+ b( ~- `2 }$ G' e3 ~       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
* f* ?* L5 V( }( S) v2 H3 N       ＝671KW
. {: X) M1 T6 Y# {( l1 m     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
% t0 F7 C% |8 U8 G/ ?7 {" K8 j3、计算压缩机轴功率及等温效率
9 E  Q5 Q4 p3 `! r压缩机与电机采用直联，取  0.94
1 J3 N3 g) ]5 y轴功率 1318/0.94＝1402KW
' H: m( v  e: E/ v9 x" X等温效率 ＝852/1402＝0.608
7 n2 _* C. @' s3 P4、选用电机
! E8 I1 C/ {/ s& L9 ^2 U* J7 ^; U    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
6 H4 w" X  x- @; C2 V9 P储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。

Ⅱ  动力计算
3 m' s# t- n/ ~& b9 u) b& n3 v; v一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
6 J* B3 r7 p4 }  W$ ?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
) N5 O: J1 p+ {1 X二、用作图法求综合活塞力
1、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。

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
: \2 p- L! s5 X# }2 n  H: b＝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
* a" i2 [7 s# F8 pⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
$ v# D# t; n' y. FImax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
: ~& Q# Q! _$ y2 R: H* o' PImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
; p' t  m  Z5 L- L* g/ s -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
. A8 A0 }. x) j# N) D& g2、计算往复摩擦力
/ D3 Y& `3 D% h; y& E- f6 f5 S    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
3 c% v* o3 a8 u# r4 q% a" s3、作综合活塞力图（图4、5）
6 K$ q, b$ G4 A1 I三、作切向力图
$ u9 B+ E7 x6 p! c5 v! i3 z8 f3 |# 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）
4 Y* f# o; G, [. `$ v2、计算旋转摩擦力
- B0 Q$ m" P2 O" q4 P5 O$ E8 s ＝ ＝4.76KN
6 F2 q) j9 l$ t& @4 x: A3、计算平均切向力Tm
" Q- Z: E& r0 p* D2 y& B' |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
. o5 X4 D/ R+ `2 F, t# ?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
) k: ^& I% ^8 @/ A1 z    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
2 G# I* e7 D1 I3 Z% w' O+ hΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
; G/ z" }/ q8 \+ N% G( E                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
8 J; g- w2 r7 Y7 m. g4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
, ?- t, n$ J: n1 z* g: r& {    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2


/ j4 d( D1 C- C! @# H6 `3 J" H表9
) Q) Q# @3 c, }: k  z# yа°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
4 B" r% I( t  r% D$ y% i                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
8 V' k& b4 T; E0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
( b: D' m0 t1 |" P2 G' n* o1 w  j9 J6 {40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
$ N/ q% c1 ?, F- @6 N60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
  G3 l- B, x$ _) U9 `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
: B* z& }( _6 C: ^2 C120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
7 ]7 ]  Q/ O: w140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
' X; T( S1 V% r. n160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
% F7 r9 M" V( Z$ K) _" n180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
& u2 G. X; s2 v! O& D220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
" \$ Z( F4 n+ y) Z* N% X240        -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
* b: ~0 H% c( T+ T+ O' D! X280        -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
340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
4 B1 g# t+ i: d. f$ n360        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
" n  V2 }. T$ X; v! x) g6 f- D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