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！）
8 y9 r5 M0 g6 OⅠ  热力计算
! p. @  q4 X; D, t8 E  X% p8 Z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
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
/ n% s2 J: x6 D$ K# u) i  
三、初步确定各级公称压力及温度
: f1 {# X+ C6 d( I2 t1、初步确定各级公称压力
) K1 n/ |! w  o* D+ u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 k+ B1 H, V( h; o- c    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
) L. h" K" }" u, T    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
4 n/ ], s( B  g7 `6 O    以上数据列表2
( K$ _3 R  q  r# H) H2 i表 2
- g/ V1 O5 z4 t5 b& a第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
* |0 W. D" \1 C9 o( d( o- ^4 }* ~* e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
1）确定过程指数n与m值
① 确定压缩过程指数n
/ z3 P4 c  z- F2 U! |: N+ s) ]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。
  }3 W" ?* x- a! [; J② 确定膨胀过程指数m
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
9 B1 @$ V1 _& N5 w4 e) S, ]2）初步确定各级排气温度Td
+ Z% \7 l% c8 w# u% e* ]- ~3 Y% N    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
& f5 D2 [* U2 G3 ~9 Y3 w& x! M4 A    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
! p' p8 [* }) a6 |查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
8 y2 c4 o' m9 j3 n, Z1 _          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
* S2 \$ T( I' p5 _2 o" Q1 X# D7 f五、计算各级排气系数λ
1、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
2、确定压力系数λP
& [% v  R& P$ \. R) Q* w* q; X- J' \        取λP1＝0.99，λP2＝1
# K7 I: W' `* }  t 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）
表3
: Q; p4 h, ]3 |8 m1 T8 l0 M5 ]0 Z        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
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
. o: W5 r7 y! ]2 Vλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
6、计算各级排气系数λd
9 k  t# X5 a4 kλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
+ e: M% ?3 Y6 p# z* q. _0 h6 yλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
# W6 F2 _+ ^: r0 A- f以上结果列于表4
  f3 ^7 O+ o0 q( P. W表4
        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
, {8 g& [9 X+ I: W' _六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
1、析水系数
第Ⅰ级 ＝1
3 H) u) ^5 C$ m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
本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
七、选择转速n＝375rpm。
6 t" H+ k+ v7 u7 g5 N8 J八、计算行程容积

＝15×1/0.784＝19.13m3/min

0 k6 x0 W9 U0 e; @( |1 F# G  d: _# M＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
＝8.93m3/min
) ~: }: v* Z5 p/ |3 g九、确定活塞杆直径d
0 N" G5 _) T8 J7 T 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
, x  ?' H) F7 f8 a ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
& t. D4 x( j; G, Q ＝ / ＝426/0.65＝655KW
: B, h0 }* p, M0 F) g 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
: n! F, o7 {, g* H5 Z9 K选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
7 z' v' N  K6 H+ t2 G; f2 D% B# C) [% K根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
% M7 ~% l6 s2 d. }+ m十一、修正各级公称压力和温度
1、确定各级实际容积
  j' F: q6 k# n- n) p; _% _1 Z ＝ ＝ ＝19.52m3/min
" \! z" Y' n4 m: T( ~ ＝ ＝ ＝8.94m3/min
! x2 A$ J3 _) K3 |2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
        Ⅰ        Ⅱ
- q3 o" G1 e- k5 b! \' ]- n! \" G计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
8 n7 I( i. Q% j# e. F /
0.98        1.0
0 Q& v& K; a( m4 c0 j修正系数
1        1.02
! f/ `: @  H3 Y: L. _' u初步确定的进排气压力 /
, s5 `& @8 v, Z* \- u* `( F2.10/4.56        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
修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
3 `+ m! ]$ _  E( Q0 O0 u十三、计算活塞力
0 t. v& K4 \% f$ Y& S1、计算气缸内实际吸排气压力
! |5 X! @2 d2 F. E/ b; I1 ^6 }; X1）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。
2 u9 e4 F$ y' u' g* `7 ?3 `# w' B    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：
9 G/ S3 [! D$ t' `; fδs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
. U7 u+ Y6 n9 W8 H0 {! u1 |' ^实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
# \% B! _. s# @: w5 B( @# f实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
0 J/ D6 Z2 j3 N8 u1 M: J# j- o实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
& Q3 ]- V& q* e    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
8 b; t% o- y7 ?表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
. [" I; u4 Y- d$ H/ p! e第Ⅰ级        0.075477        0.069115
# _2 H$ h5 S4 c, [# w第Ⅱ级        0.036305        0.029943
& K) c( d- g8 q+ o7 K3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
2 U* @2 h: Q. s9 m& N0 y+ s- q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
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
1、计算指示功率
     
: w: p2 G2 c( Q4 c       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
  X" ]4 D( [2 v& \2 B1 L& H  ^% [8 [       ＝647KW
* F1 @; V3 a' W! b3 F' k, D0 y     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
: y) F) i+ p* B2、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
, W2 U& m- a% H. i; |: ^9 f/ E" j等温效率 ＝852/1402＝0.608
/ v. @0 e/ j/ {4 A- K4、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。

1 D  H; T* n* K8 @2 i% M+ mⅡ  动力计算
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
, l. a- O- \, Y$ v- l4 }8 _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
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。
' ^2 z: w9 t* L$ V8 P+ t
9 S8 j" C6 }; P: Z表8
. Q2 k. x& O( x4 C: \级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
7 Y. }0 ^/ c, j) ~% X9 P6 lSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
! j" m1 ]9 b# Q2 {( m＝tanγ＋1
+ ]9 F) R! C0 [6 A2 W0 d        盖侧        轴侧                               
; w2 m: B* b- ~        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
Ⅱ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
1 I8 d9 N& g7 T! PImax＝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
: t$ L, [$ T) X; o -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
% y+ R3 ], F2 O7 h( }" F2 n2、计算往复摩擦力
    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：
' G% Q  g& H. U% j/ \, Y      ＝5.51KW
＝5.71KW
$ W7 D* c6 l: j8 Q3、作综合活塞力图（图4、5）
0 w. {/ J- b( K, d  N三、作切向力图
1、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 ^0 Z& a6 {7 S5 K  V2、计算旋转摩擦力
; \, ]9 y6 v, W, o ＝ ＝4.76KN
3、计算平均切向力Tm
* o$ @9 @  _2 h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。
3 B% l( v2 e7 c  Y% G力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
5 n. g* f& B" M' ]1 m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
* l& z$ K4 d: E& I2 r2 p1 }平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
' [4 m3 P( q5 K) ?& J    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
5 p) w$ o* |; e5 x9 U2 O                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
% H! ^, S& ~- d& v& B                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
: D3 l8 Q" e/ }& e4、作幅度面积矢量图。（图8）
. O% j2 b5 B5 r/ {6 D5、确定飞轮矩
3 I$ q6 ~- ~$ ^7 |. U7 @) O7 c" n    选用δ＝1/100
# ~0 I, O. t- f% w6 W1 V; U( Z# o    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
% m. C* P2 H/ ?5 _1 D2 X! ^* a                       ＝162.09 KN?m2

1 S2 {5 \% ]# l- r
表9
а°         
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
# y4 Q2 h$ W' B. j3 v4 j20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
$ `* E1 ?- _0 ?1 |' B; T40        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
) h4 x) l6 _  ]6 O1 o, H- c80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
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
8 l* M- B* t( o9 \) j" z' c140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
& \; j+ N6 \3 o7 B; J4 w160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
5 h; `# Q+ s9 h200        -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
260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
7 o) k' o* x( P: g& M; g: h  r: p280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
1 v! D" X" ?8 U; n) ]6 r+ X300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
$ F( F8 P( [( Y: p; @8 P6 M320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
. Q- O5 h# Y8 t/ x8 W$ i7 L" l; D! ~340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
! w$ _  z; ]2 s% k2 N8 r360        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：
: ~3 d! r& C7 X4 C1 \

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
4 ]; m# j: N4 }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