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！）
& a) q- t. v2 v( Q: YⅠ  热力计算
, ?: _+ v3 l8 I; y! l! ]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
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
+ `& s+ P# E8 D: A* H2 a1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
) v: T# t# g3 u1 O& [8 ~- U   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
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
8 f' o8 v! p4 ]- n7 v  m/ s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。
) s- G- Z. j& w; \3 M    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
! U' o+ @9 R. D1 F  ]# L3 e, o表 2
& ?' k: D' T, v1 T2 p第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
" @: |% p& I# B4 e- T% V. `$ i第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
6 J7 s0 U6 T( ]" M. l9 F9 v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
. d6 M; d7 B! d; z% h① 确定压缩过程指数n
因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
7 g# }/ B2 c% X0 g% u6 y/ n* Y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
* N. I* b9 S6 ]) F$ d$ h             m2＝n＝1.41
# K* ^/ T( R4 V% `" d2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
0 _" T: E. ?5 ~9 ]    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
$ w! Z+ E9 G, a( f          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
. \3 o9 A" ~  _1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
2 a2 `5 F: z: i2 H$ O ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
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）
! ~. F7 `: Y8 F表3
3 Y% K6 C, H& 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
6 Z; s, t/ R( U( P' k0.002        0.093        0.915
- Y  |7 a* \! y/ f2 h3 ^& i第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
) ?% G6 A- p% a& P% Aλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
% ?3 {, q3 S2 X% qλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
/ f2 y# y& h9 D 6、计算各级排气系数λd
; D, [; h9 o! @- g" ~λd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
* P% Y( R1 X8 n0 Q: o, W% C以上结果列于表4
表4
- [6 g' y- o  \: P9 m* f        m        n        Zs        Zd        λv        λP        λT        λl        λs        λd
% X: o# h4 J* Z" r- ?  J' bⅠ        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
1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
# K' P: o6 ]3 e- ~. {由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
+ c7 x  G& t( I, b5 z 2、抽气系数
4 m5 @3 }, _+ Z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
1 r( J& r% ?2 ?% u% ^  g
/ ^8 x. z' d( j, x% d ＝15×1/0.784＝19.13m3/min
& [) V/ C- Z& r; v: A0 {' @3 M1 s
$ I* U5 F6 u1 I* R9 K& C9 i! T＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
; X) E: f/ [( F＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
) ^. Z/ H7 h8 I9 |7 C 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
. V$ v( v: W* r( T* t! n
＝16.34×15×2.1× 2.17×
, B3 ?  f2 f* x＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
$ g2 o1 G$ f' ?; L4 j  Q＝455KW
! Z- `3 O" p# p0 p ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
1 s# {' l6 X* B, u! F. _" q  n 2、确定活塞杆直径d
( `4 j# D$ t/ [" b# g, Z* `    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
2 h9 i. \( s- B6 l, U/ i! x; d3 x十、计算气缸直径D
! b1 X1 M- M  d, R1 p  h& P2 ^选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
# d3 d1 H- m: [6 o- FD1＝ ＝ ＝0.307m
# N  _: o: g5 \6 w1 n/ gD2＝ ＝ ＝0.215m
/ Y2 A  q% q! S, Y' A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
1、确定各级实际容积
3 m: L2 T. A# }) x$ p+ D+ Q2 k ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
: e  A; F& u. S" r2 K# M3 v2、修正各级公称压力和温度（表5）
9 N: C4 _9 d" J" J表5
: {, e4 t, [/ i9 z3 w+ u" J        Ⅰ        Ⅱ
+ e- t  d. Y" d8 E计算行程容积
$ K( A$ }; p3 p19.13        8.93
各级实际容积
) q$ z0 ]# ^" w' P: }! x19.52        8.94
( [- |' C& L, l" T2 O9 C  m' G /
- V6 O3 O) F& A6 N: i0.98        1.0
修正系数
( {. s% c, s/ w+ I1        1.02
" m0 d, S; k9 f& c' C, u初步确定的进排气压力 /
2.10/4.56        4.56/11.20
" ^" P9 V, {+ t( i9 \% a$ x' Q修正后的进排气压力 /
) x4 l. d9 o1 N$ D2.10/4.65        4.65/11.20
: K, Z8 F- M$ |( i2 w1 ^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
* X5 N; q9 ~. A) \6 p, R. t* d十二、计算活塞平均速度Cm
% R& A& d9 a7 A" {Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
) x( F+ w( p9 f, g; ^6 Q十三、计算活塞力
: l2 m, V; R  n; X$ c1、计算气缸内实际吸排气压力
! U; }7 A! [5 w6 Q# T0 {$ F1）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：
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
             ′＝ （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
+ [/ F% `0 Q- x8 L7 n4 t4 g实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
- Z% [/ z6 {) P/ H9 U& b4 L1 }2）计算各级活塞面积
9 q9 D: B$ h3 h* C    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
5 {- D7 n/ j8 {8 a; y        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
1 ?! r% T% q0 H1 L/ M第Ⅱ级        0.036305        0.029943
8 a! E  g6 k% d3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
# S0 l1 t9 @* g8 r% m表7
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
* {' B6 |# q+ v- p! i$ |' ZⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
( N: D2 g- W- E7 M. @9 Z+ x6 tⅡ        -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
' j3 Y* `( j. V  L     
6 X& d6 v) p+ e& l       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
" }/ ]2 `5 S/ E: b       ＝647KW
     
9 D* k2 |1 R0 y8 A8 |  o, q       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
9 J! S/ Q- O' T' u! |$ K$ H% q       ＝671KW
! t$ r* C( w# g/ Q% K! Q4 E1 W     ＝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
压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
- C% ?4 W# J/ x! J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。

Ⅱ  动力计算
# d, k# J) M  [- [一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
+ }/ [5 e1 i7 n' f6 |+ H6 q, c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
; X8 C  F: d6 I0 T5 C% P0 i) v7 L二、用作图法求综合活塞力
& h2 b2 |% D' m1、作往复惯性力图（图3）
7 D4 ]" u/ I' ]8 K. k  T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。
6 R$ @; R9 Q% I( M1 Y
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
! l# H3 m' w! cSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
# \& {5 m$ E1 v4 `4 P* o＝tanγ＋1
2 H( Z4 ?! j9 M# [& X* W        盖侧        轴侧                               
        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
' w5 _& T8 U* N: {2 ^. R5 iⅠ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
) x. X$ A8 g$ Y! mⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
Imax＝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
  R6 w2 v6 `: K. k9 C1 q5 Q" X    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：
1 \4 L" \; l$ X4 S+ |9 T0 `) c( X      ＝5.51KW
＝5.71KW
: p! W/ i6 v/ l3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
/ Z1 Z- O3 a( p* Z1、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）
6 F/ s  {3 @) E2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
5 A2 V2 M7 j/ F% z6 {- U3、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。
6 K7 g  t7 q) @+ V; D2 ?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）
. L- q: L$ L1 N& M$ t. A$ s                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
! ~6 m" J) G) L0 s! d0 G  ~                               ＝-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
    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2


表9
7 K7 w3 c& q# o4 B6 a3 \4 Bа°         
7 ?, l4 ]5 N. m6 C活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
* f9 ]' e4 F4 a2 ]; }20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
& S2 c& k0 S  ]2 {$ t40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
# s' a; U: \: H0 m60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
  r; a$ E# _% B& e; o) S3 S80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
2 t  U( c6 I4 s) p100        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
( C( O' N+ q) R% S% M9 Y0 v1 u180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
220        -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
8 I* `& W! v) @2 n! w! J# c4 X4 f7 m260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
1 H  @1 w) _1 F2 i" t; m9 G. i280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
( A8 q0 ]" a6 l. W. ~- p+ n300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
: F# l+ v) L+ \5 c7 ^4 r5 C340        -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：
8 p" E9 E' n3 F8 x% }) r

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
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