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！）
0 E! Y4 ]# ~6 L, h, nⅠ  热力计算
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
) `% j' I3 z+ s# g: t( F进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
2 q4 m% u+ Q$ e  l8 E) a- j相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
' y! g& h. E: B% a15m3
) R) n7 O  J3 a二、结构方案
! W# [+ ]! \5 l- c: I9 o1、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
. T6 J8 X8 |8 K% p  
- o& F3 L" O5 [! G- J; J1 M三、初步确定各级公称压力及温度
- F0 Z! f9 [: j% N# f. t, L1、初步确定各级公称压力
$ @0 f* |+ K; Z5 U/ s! p6 x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。
. m7 Z* V3 \6 t    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) E. q9 j9 I5 R表 2
' Q; N& i/ k9 y  z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
第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
. Q4 i& m3 S$ l" U) ]  c2、初步确定各级排气温度
1）确定过程指数n与m值
+ O. Y( u$ U. m% w) I( ?; \6 S/ B1 [4 f6 J① 确定压缩过程指数n
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。
) V+ u7 p/ [8 H) D8 r- n; q② 确定膨胀过程指数m
4 \9 v1 o! k/ Q5 I1 A* b) e    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
9 ^" L' @& t! @             m2＝n＝1.41
! z8 P6 z' N! k2）初步确定各级排气温度Td
% ~2 c' f4 C* K) Q5 @5 x' a! L    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    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
' n8 V1 c( I6 S; U8 ~. a" d          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
' ^: V$ J: J4 X  B/ F( f0 X1、计算容积系数
1 U0 o( E: T$ X0 q7 B确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
5 Q) F) C7 g4 {1 H ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
, [4 t( F9 w2 F3 p" T" D        取λP1＝0.99，λP2＝1
2 ?& \2 b$ a! O7 |& t) j1 \8 W 3、确定温度系数λT
) l/ F4 S% T3 `! f. V( e! D  V根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
4、计算泄漏系数λl（表3）
表3
; [3 R7 A2 d6 d( ^        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
/ V. u. q" x( \/ q7 F! [! R5 W* k( @第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
0 D* N% l" z9 p. K9 I$ C5、计算各级进气系数λs
/ S- R7 U" u4 _5 I/ p# Fλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
. |* }" B3 f9 k! K. jλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
  y+ n6 p" O& h2 t. A; m' _' A# h 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
! a9 k! D; J. C% r' b2 M. t以上结果列于表4
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
+ g! f& a# ^$ \; yⅡ        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
/ w5 Y$ U( K! u& B8 f5 ]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
7 V; a+ D& M$ z4 o0 m 2、抽气系数
3 j1 T# ^1 o0 d7 m; ]本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
6 y. ?8 _: m  S# _. p" a七、选择转速n＝375rpm。
; [- E! H9 K% M5 E' ~- N* E八、计算行程容积
  B% |0 \8 i0 A9 d
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
2 g( s! k- A5 V/ q8 V5 x1 ~
( u% j) ~* m( x2 @＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
; K1 z8 `2 w3 |  d＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
1 i/ U+ a- G0 Z* q 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率
/ y* I( S4 z/ \4 r* x  o2 h# B3 a' @
＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW
+ T: ]& A8 Z5 C$ y% A- V
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
& ~2 r7 ^; y8 Z: w4 y1 h＝455KW
3 t7 h" {* M: i1 }# @) G& V) r ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
: ~8 L; w' W$ h* ?$ s1 R ＝ / ＝426/0.65＝655KW
$ r& v9 M$ Y& B% {! w, G8 K 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
- E$ v! l  W" ^& ^( S/ z$ O) J选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
* U: l+ I3 m- rD2＝ ＝ ＝0.215m
% i1 F0 ~9 G- l+ w% a( x  U根据气缸公称直径表，圆整后得：D1＝310mm，D2＝215mm。
. ]5 q; D+ ^+ ~) U十一、修正各级公称压力和温度
1、确定各级实际容积
- V7 [/ b0 c: Y, N& c7 j# |+ q ＝ ＝ ＝19.52m3/min
# P$ O; a5 Q% [0 l2 a& S/ m ＝ ＝ ＝8.94m3/min
6 d) J. E, F) }1 J: ?1 F2、修正各级公称压力和温度（表5）
/ j+ n4 l: f1 K; P表5
& _) v& t3 z5 S        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
  n- x7 r5 l0 s19.13        8.93
2 Q. k! q9 n$ \: U3 T! z: W各级实际容积
19.52        8.94
8 D% u3 Y! V) ~! y" t8 ~: k1 } /
5 f% k$ r3 \" z# ]: X9 _0 O% n0.98        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 G$ h6 Z/ Q/ K2.10/4.65        4.65/11.20
修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
# {, {: u  P# l1 g, a! d修正后的压缩终了温度K        394        404
# ~) N# p% j0 F! X十二、计算活塞平均速度Cm
Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
1、计算气缸内实际吸排气压力
5 S5 Y, j) O" r0 D+ Z2 x3 I1）确定进气排气相对压力损失
6 a. d. k1 L- E2 X. ]0 Z  y7 {    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
& u& t$ u  e2 e( U4 z    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：
) C  a& H: d! z0 ]7 P* k6 Dδs1＝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
* f* S* X! o$ I8 U0 e1 f, t/ R             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
2 o7 P& |* N) [! L             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
9 G9 W4 U( l- \9 `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
表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
' i5 \3 [+ I* [, l' o% F第Ⅰ级        0.075477        0.069115
第Ⅱ级        0.036305        0.029943
4 N4 P( M* Y4 @# E5 D3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
表7
2 f9 \3 x3 J$ Y) u% E0 }        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
9 v' s( r. J( G3 C- R* ]Ⅱ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
7 U9 O5 i/ S  P$ n& Q6 q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
     
- n3 b5 a4 x& ]! |1 G% B' _       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
       ＝647KW
     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝671KW
) ~+ {7 y0 O4 p' b/ @     ＝647＋671＝1318KW
: _; \% X+ p2 l: g# t& i& Y' B! s1 _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
* _$ X8 U" h8 k压缩机与电机采用直联，取  0.94
3 _/ t3 P5 M$ w' K) j" p轴功率 1318/0.94＝1402KW
1 u: L# a- s3 p0 w. k等温效率 ＝852/1402＝0.608
/ c8 v: F+ F4 k1 A' y# V4、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。
- ]" P% }$ l: N$ ~# ?3 `
Ⅱ  动力计算
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
( Y4 K( M% m  X% i- r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
) b( d+ H, E+ y$ I3 u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。
+ W% d) Q8 ?0 h* S
表8
/ P/ j. q* T% u! V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
; ]9 D$ [* |5 v2 }, X, {/ B7 G5 mⅠ        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
Imax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
7 M6 [, L0 {! a% m0 H" S# }Imax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
# B: Q# b" j9 ]' Z* o' t; M4 K! M -3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
( b5 w. @  N' }3 o$ R4 z  m! c1 y2、计算往复摩擦力
; q' h5 R* f3 X" @1 H$ \    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
8 e7 A) O. Y: ?% q3 W6 D机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
      ＝5.51KW
2 w- B9 [. C0 s8 a8 e8 E, } ＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
4 y' D" e" A$ o6 p' i- L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）
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。
0 a* _# \7 R2 ~7 V4 q* e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。
, `+ B' b8 Y" E! @/ G测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
" Z$ _$ G- m( M平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
4 k7 I- ~3 }% M# |# Q$ R    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
% b+ }. U) T$ Z                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
9 U" c  [5 u5 u1 g  }4、作幅度面积矢量图。（图8）
6 v- _: d$ J/ U! N7 _5、确定飞轮矩
; }2 V! T# H( L" p9 z, ^    选用δ＝1/100
+ X" x( U" x  R" b1 m    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
( u  O8 c2 V+ U9 c9 u                       ＝162.09 KN?m2

6 |, u0 j* [% B) ^- D
0 [8 t- p/ V0 W: k" V* C表9
+ D6 ?5 b' B) z1 o. ~а°         
活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
1 V; H5 {1 |0 A( v3 s                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        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
9 ]* G( E5 ~" }- @* {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
" S$ l8 U) p+ n5 b120        0.778        30.2        13.15        23.5        10.25        33.75
% D% r# ^6 V( o2 g140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
( Q  n) Y$ l8 g0 G% W. z: M160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
3 ~0 B& }  c  i7 v0 N8 |- D0 I180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
# @$ D: Q' ~: B" j* }200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
# z9 d) c) ?+ q. G7 v220        -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
' b! s+ z6 ~- V( ^. q0 n. E  V2 p300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
) S1 \0 i" d, J2 v' i340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
: m" k& J% p: y  f360        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：
- C8 z9 X! X3 k# [( S. l

能不能有好的东西上啊

$ H& T# u( l4 Z* v) a0 f, @: k

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
: E0 s& Q7 Y8 e) \, ?  \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