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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!)
! F! W) w+ E" f$ uⅠ 热力计算
) Z$ {5 H; R% Z" p一、已知条件及参数(表1)+ M ]4 T- g" Z- k$ O1 X
名 称 参 数 名 称 参 数
3 L4 A7 v- y s0 H; _进气压力(绝) 2.10MPa 排气压力(绝) 11.20MPa
' ?, R3 n+ \: e! i, T2 ^8 B t进气温度(绝) 313K 大气压力(绝) 0.10 MPa( X* \6 \( ^: \
相 对 湿 度 10% 回冷不完善度φ 08 b% B* C2 N6 ]( C
工 作 介 质 H2 排 气 量
% v7 m# c+ M1 k, p9 f" f. h* s15m3! V+ q! L- ~' G
二、结构方案 B6 d5 R- H( _+ g- o4 t& s
1、总压力比ε=Ps/Pd=11.20/2.10=5.33$ P) T5 f5 ]. ~/ S/ S5 U
2、结构方案(如图示)
5 N8 I) Q2 R/ p 采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
+ v/ C9 n% K& }! m9 w5 r
4 \% f. \+ B9 C5 |2 b三、初步确定各级公称压力及温度$ Q& a1 t6 L3 k g
1、初步确定各级公称压力
6 T% m' F8 j! Y6 [4 A按等压比分配各级压力比εi=ε1/Z=5.331/2=2.31. h3 K9 O+ u& v; v, i7 O n% m
根据结构方案,为平衡活塞力,第一级压力比取较小值。& V3 T8 d* g6 B
ε1=0.94εi=0.94×2.31=2.17
8 w4 v- A# j0 {' j/ R6 t% |6 @ ε2=εi/ε1=5.33/2.17=2.46) i* k5 l- }, C& T( W
第一级排气压力Pd1=Psεi=2.10×2.17=4.56MPa7 G+ { |6 ?( w
以上数据列表2* i! Z4 Z# G4 x8 i
表 20 R3 n; J: o7 C& b
第Ⅰ级压力比ε1 2.17 第Ⅱ级压力比ε2 2.46
; b* F" W: `( Z5 M0 k! b m1 [+ J第Ⅰ级进气压力Ps1 2.10 MPa 第Ⅰ级排气压力Pd1 4.56 MPa
, P" E5 c6 ]8 q, K% {8 A9 m9 ]$ @# b3 a第Ⅱ级进气压力Ps2 4.56 MPa 第Ⅱ级排气压力Pd2 11.20 MPa; f8 ]3 [# G7 ^& C, |
2、初步确定各级排气温度
. v* a) p$ y. l! l" C1)确定过程指数n与m值/ A$ |+ ]1 X+ H2 f
① 确定压缩过程指数n
- _2 R. s9 M8 }7 a# H% w因第Ⅰ级进气压力Ps1=2.10MPa,取其n=k。
+ t6 y& k6 ~8 D4 i$ i: O查表得k=1.41,故n=1.41。( H" J |9 e+ o9 X h
② 确定膨胀过程指数m( Z- [) f* T$ _/ S" b
查表1-2,m1=1+0.88(k-1)=1.36
( H8 J& Y3 U7 ]0 \' c0 ~ m2=n=1.41
! ^" B. \' o0 ~" I' X, a2)初步确定各级排气温度Td8 d/ ^ u0 @1 a, |5 [
Td1=Ts1ε1(n-1)/n=313×2.170.41/1.41=392K+ L9 c- E$ K( ~* C
Td2=Ts2ε2(n-1)/n=313×2.460.41/1.41=407K
. O0 N- U J. F5 I6 c! m四、确定压缩机系数Z- Z" F( G% b- c, V3 K8 a# Y8 J0 K
查附图3,第Ⅰ级Zs1=1.014,Zd1=1.0238 B$ W' \4 b) n% i& t- i6 H
第Ⅱ级Zs2=1.029,Zd2=1.065
9 u9 h ?5 o/ j, I) T: H五、计算各级排气系数λ
* |# l$ c' U4 y9 A- q1、计算容积系数
- I! K9 [7 Z% \! N7 T确定相对余隙容积α,取α1=0.13,α2=0.14# x) Y9 H) a9 R; W' R' b3 X D
=1- =0.902, =0.884; x( O; I- y$ c @
2、确定压力系数λP6 b% Z, [- q" n4 O
取λP1=0.99,λP2=1
. K% _/ c* H8 z 3、确定温度系数λT9 C( } ^, J7 c( s$ g# a
根据图1-23,λT1 =0.96,λT2 =0.97$ r. H; x* B6 h3 U. A( ~% J2 M
4、计算泄漏系数λl(表3)
. v0 K8 ]/ h. q' B5 y* f5 g表35 V8 S7 C# B' Q9 G; S# W* \- K7 q
气阀 活塞环 填料 总相对泄漏量 λ=1/(1+∑v)* Q- ?: Y+ {9 [1 [% O7 v
第Ⅰ级 0.04 0.05 0.001# U. \+ v1 m$ H, D; e* G
0.002 0.093 0.915
2 s# U F( {4 {. c$ [$ [/ J第Ⅱ级 0.04 0.05 0.002 0.092 0.916
/ u; T1 g* _% @6 S5、计算各级进气系数λs9 z: _. _6 I9 D1 f) r
λs1=λv1λP1λT1=0.902×0.99×0.96=0.857
( S+ z" p0 q5 O o5 aλs2=λv2λP2λT2=0.884×1×0.97=0.857
: u: |. c6 I$ N0 F4 n' t/ K6 R% u, p 6、计算各级排气系数λd% p* A% u1 L9 w8 l7 x2 N7 {
λd1=λl1λs1=0.857×0.915=0.784
1 X0 A9 K: f2 z7 Rλd2=λl2λs2=0.884×0.916=0.785
" b5 u9 t! \: j F0 T以上结果列于表4
7 v9 D, w5 b# A# B) R表4* p3 e" o/ c6 ` R( n. u: V- D
m n Zs Zd λv λP λT λl λs λd+ D& H, o5 U. p* J
Ⅰ 1.36 1.41 1.014 1.023 0.902 0.99 0.96 0.915 0.857 0.7846 h7 ?# f! `! w
Ⅱ 1.41 1.41 1.029 1.065 0.884 1 0.97 0.916 0.857 0.7852 R" J3 P4 ?# ~4 [. N
六、计算析水系数λφ和抽气系数λc
. k- p+ m+ ], [4 M( D( Q5 b 1、析水系数
1 F' V* s# [1 c0 J第Ⅰ级 =1
- N t. G0 F! b第Ⅱ级 = =(2.10-0.1×7375×10-6)/2.10≈1
2 K" v' E0 O& U7 C6 {5 |' y7 o) e) M' f由附表2查得40℃时,水蒸气饱和蒸汽压 =7375N/m2
6 @8 }2 T; f; \5 x T 2、抽气系数 ' h/ j( F0 r+ n2 a
本方案中,无级间抽气或加气,故 =1。
3 z$ m$ p- N Y' g4 i5 y七、选择转速n=375rpm。
3 B9 G% D$ a9 w' a$ S八、计算行程容积
/ w, V! P1 ^6 l: \( t4 N
/ u# _4 W! K& W6 K( c# S! N =15×1/0.784=19.13m3/min% z; Y, { Q+ r" f) f S4 j
8 m) T! l/ G# \0 F8 ]
=15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014( ?8 M4 D# S$ q% I
=8.93m3/min: y8 S3 |. }# ~% L" x
九、确定活塞杆直径d
) F9 g) w3 p# {) d 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率 ! t- n" T# a0 ?. S- U
( e. H$ \) _; B1 W9 i' E Q+ A* T9 s
=16.34×15×2.1× 2.17×
6 L( u6 u, G8 {2 ~: Q=397KW$ n; z% E# |- K$ u% n7 [' ?
: }/ k! k% Q3 H4 j, @: u& S=16.34×15×2.1×ln2.46× W% n# B) S2 P B1 w
=455KW! ^/ i# q p9 d1 I
=426KW0 m0 N9 l5 s, k3 O2 K% j
取等温效率 =0.65
5 Q7 |* F& z4 }! J; y = / =426/0.65=655KW
2 @, @2 Z, e- x% | 2、确定活塞杆直径d7 p0 c U" Z2 G) B+ ]0 U
根据平均轴功率查表,初步选取活塞杆直径d=90mm
( g, Y$ h& ?/ ]" @十、计算气缸直径D; `; g, c6 F: e8 x; f; D
选取活塞行程S=360mm,两级均为双作用气缸。$ L0 q$ }7 ]8 M
D1= = =0.307m
6 M+ S/ ~! l, e9 h: X/ c" iD2= = =0.215m+ V1 E* O8 s2 ^, Q9 Z- t0 _. y' O! |
根据气缸公称直径表,圆整后得:D1=310mm,D2=215mm。
* D; q5 r( A- k& h% q6 i$ Q十一、修正各级公称压力和温度% S- a4 t. f7 d1 B9 [- U [4 ]
1、确定各级实际容积
% W+ H' ?$ X$ d: _$ @: |- @5 q = = =19.52m3/min' Q. V0 a9 m3 k" i! ^- S+ h1 ]
= = =8.94m3/min
& _ T, V! t; l2、修正各级公称压力和温度(表5)
B1 }2 A2 g2 U7 g0 {表5
3 l, |& d. I8 [0 | Ⅰ Ⅱ
3 B! c* ] x1 m5 g! Y S! D* X计算行程容积
! X! A( @, T9 X& b: ?1 d- C. a/ t19.13 8.93' N2 ]4 u2 G3 ^, ^$ [% F& a
各级实际容积 % `+ S. y' `8 N; R% U& p4 r' R
19.52 8.942 ~& v# z- r0 x+ Y( N0 D
/ : g# v. M9 F6 y: A
0.98 1.0
+ f; v$ X+ z4 S修正系数
0 Q: J7 D: ?% t5 f% ^ a9 e& K T) \6 _1 1.02( l( L# m& t" z
初步确定的进排气压力 / 9 [: v" Z. i% f8 n4 p6 r, `
2.10/4.56 4.56/11.20, A( Q3 }" Y5 J7 s0 x
修正后的进排气压力 / " p& X% T5 g9 n
2.10/4.65 4.65/11.20
$ }6 [; h9 k& r) y/ H! \3 Y修正后的压力修正后的压力比ε 2.21 2.41; Q7 I0 h4 J4 z7 H! Y. k N
修正后的压缩终了温度K 394 404; x* u1 L: W9 H+ M9 u' [7 D, r+ ^" N
十二、计算活塞平均速度Cm( J/ A4 R0 ~3 k( [. z7 \
Cm=Sn/30=375×0.36/30=4.5m/s
/ ` `$ l {$ h3 t十三、计算活塞力
; S' [$ a. N% J2 b( _; [2 T1、计算气缸内实际吸排气压力
) M# k( e" W5 p1)确定进气排气相对压力损失6 h* _/ h- T* ~, O- j4 v1 b7 g$ N
由图1-27可查得:δs1'=0.02,δs2'=0.028,$ a& [/ [+ i# {$ @4 Z
δd1'=0.066,δd2'=0.025。 {" ]) p+ f+ E0 c3 E
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:
' u7 ^! n# g% n4 E( q, }' vδs1=0.033,δs2=0.046,δd1=0.109,δd2=0.04。
3 r& B2 _# }% c' o. p实际吸气压力 ′= (1-δs1)=2.10×(1-0.033)=2.031MPa
( Z6 O2 s/ l, T6 }! w7 [' O( m9 j ′= (1-δs2)=4.65×(1-0.046)=4.436MPa0 P0 W" f) ~% W( q( [& I/ w& M
实际排气压力 ′= (1+δd1)=4.65×(1+0.109)=5.157MPa }8 T( u% e% X j. w+ N. t, U
′= (1+δd2)=11.20×(1+0.04)=11.648MPa
5 w6 S1 d3 W- U* k( X实际压力比 ε1′=2.54,ε2′=2.63。
; @7 s7 S g! k( h. L2)计算各级活塞面积$ |+ Y. R# V' ~1 ~- B9 V3 |
按盖侧Ap=πD2/4,轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算,计算值见表6. c# G( ^: _/ x$ g' U* M6 J: P
表6& ^4 s4 c' l/ Q. g1 e: z
盖侧面积(m2) 轴侧面积(m2)
3 |2 P+ j3 b8 Y n& j& k7 c5 U第Ⅰ级 0.075477 0.0691155 V6 r. q ?7 u$ H: t
第Ⅱ级 0.036305 0.029943
1 D) N3 d3 i/ d7 `, D& G' I" @8 {3)计算各列活塞力(以活塞杆受拉为正,反之为负。)见表7! L' o4 \0 ?6 |, v+ @! `; N" {
表7
$ |- V. n- c4 |2 J% { 外止点(KN) 合力(KN) 内止点(KN) 合力(KN)
8 |, ^7 Y5 Y* y- G! U6 vⅠ -389.2 140.4 -248.8 356.4 -153.3 203.1: }) j0 g( d9 b6 _7 Z
Ⅱ -422.9 123.8 -299.1 348.8 -161.1 188.7
8 v9 H( J' n& J% V4 d5 D十四、计算各级指示功率、轴功率及选取电动机
2 Q. o6 Q) ~& b# ]2 v- E9 z1、计算指示功率
. \+ n/ t$ |' n! a7 N! [% U1 E
i( _- V, r5 w) j/ m =16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41(2.540.41/1.41-1)
. f8 d- c! X& u, O0 J =647KW9 k: D. ?6 a4 z4 b# t
+ W% k1 \ S# `3 r
=16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41(2.630.41/1.41-1)% H! K# r0 W: `2 W5 k* ~. i
=671KW
7 q9 O1 I! H: H" ]' W# e =647+671=1318KW
1 @7 @. \3 D! Y$ P1 u. z o2、计算压缩机等温指示效率
5 V, M6 _! F) X- P$ W' w; Y( Q- j =852/1318=0.646/ X' U8 O& K6 i- z
3、计算压缩机轴功率及等温效率# q& t6 Q, ]- T W D9 [0 g5 O
压缩机与电机采用直联,取 0.94- R) e0 P r; l; v. T2 s
轴功率 1318/0.94=1402KW
5 C; ?) l/ j! l1 s2 N1 ?等温效率 =852/1402=0.608; z2 C5 a/ U) U
4、选用电机/ ]5 m4 ~# R: ~& Q# R9 U; e7 ^# K% |/ f
选用同步电动机,Ne=1500KW,转速n=375rpm。) t4 o. k8 G1 S( T3 i4 N; C0 e' E
储备功率 ,符合储备功率为5~15%之要求。
5 B- i7 i) r* e, n) ]$ R9 D4 L( w7 y2 ?$ i4 D+ F1 A
Ⅱ 动力计算
9 |4 x8 ^- u6 P3 p1 ]% u/ s一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图(图1、图2)) U. F& b. J. V& c2 O8 K
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
1 w! x) \3 g* D9 ?! B% @二、用作图法求综合活塞力3 ?( j+ W* e, z" m6 A6 P& p( N: X
1、作往复惯性力图(图3)) \' d8 H* R! @% Q! G, [
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。5 b6 {' t; T( Z, v2 T
3 ?6 d) b) T) r8 Z- G表8
# u$ B: B- ?# _% E级数 活塞力(KN) 相对余隙容积α 相对余隙容积折合高度5 ?* B& p4 t# e8 e
Sc=αS(mm) 绝热指数k (tanθ+1)k
# C) W p9 T" q4 z5 s6 W9 [=tanγ+1& \( y: F0 N0 r% G& @
盖侧 轴侧
( a9 o% W* e+ o4 i+ q; E 吸气 排气 吸气 排气 tanθ tanγ: ]; @& l; `- d# @
Ⅰ 153.3 389.2 140.4 356.4 0.13 46.8 1.41 0.20 0.293
) f+ P1 Y) o9 Z; n+ K2 P# [Ⅱ 161 422.9 123.8 348.8 0.14 50.4 1.41 0.20 0.293
$ ^5 m8 b. f2 ~5 yImax=msrω2(1+λ)=1070×0.18×39.32×(1+0.2)=356.42KN# a& s- I3 f& _/ L$ u. ^0 z! r
Imax=-msrω2(1+λ)=1070×0.18×39.32×(1-0.2)=-237.98KN
- X% C8 G( V+ q! r -3 msrω2λ)=1070×0.18×39.32×0.2=-178.48KN
K# X, n( M" Q' \" a% B) W1 Y; m2、计算往复摩擦力! O" N5 j, B& l) E/ z6 Q
由热力计算可知,指示功率Nid1=647KW,N id2=671KW,% J, Q% S) @! i0 f; ?1 D, j2 D" y" e! p
机械效率ηm=0.94,各列往复摩擦力Fj计算为:0 s5 Z L) i7 V6 b" |
=5.51KW
# h, ]0 S0 g/ O =5.71KW' A" J. Q. Y) ]9 {0 L0 B
3、作综合活塞力图(图4、5)
6 m% {5 X- E- m4 D三、作切向力图. e% X4 T M" Z5 W3 p6 }
1、计算各角度切向力及总切向力4 Q+ v3 x' H& c
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)
' j: i; [ `; M2、计算旋转摩擦力 7 h/ Y* e3 w( t* F
= =4.76KN
$ i- V6 {- x% W3、计算平均切向力Tm5 j- U) ^ r/ s' `
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。! ^) M0 C; C. F2 D
力比例尺mp=5KN/mm,长度比例尺ml=πS/l=π mm/mm7 }& t5 F& d1 r
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。
" r* }4 d+ l* j2 v测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A=13779.7mm2' d9 o- l4 R' s" G& O3 i
平均切向力Tm=Ampml/πS=13779.7×5π/360π=191.4KN
( F! }# z, X- J# e& y Tm′=1000×30N/πrn=1000×30×1402/(0.18×375π)
/ h& y2 _4 O; W8 Z =198.32KN
# b! R! t* V+ m2 PΔ=(Tm- Tm′)/ Tm′×100%=(191.4-198.32)/198.32×100% & D" \; ~: p' Q) i
=-3.5%
# m7 j) M1 Q+ [- CΔ在±5%允许范围内。3 e- m9 P" Q8 Q
4、作幅度面积矢量图。(图8)+ D# f, u6 T. i0 g" M2 ]2 S5 ]
5、确定飞轮矩
/ }5 B+ i' B6 N$ S/ n5 O, Y6 k 选用δ=1/100% d9 ]& C' O( D2 }0 t) O3 F+ ^
GD2=3600ΔAmpml/n2δ=3600×4030.8×5π/(3752×0.01)7 m+ t, Z% O0 @
=162.09 KN?m2
7 P& { [8 R* Q' k( W/ Y( c* T7 K4 G6 p1 x% U
3 M& s0 F' N/ @; x) H3 Y7 n表9+ E# t7 m q: N* l" h# }0 Y& I( Q3 T
а°
! |2 U/ Y$ U2 [活塞力Pt(KN) 切向力(KN) 总切向力(KN)" W# y3 w( z l8 L! x' g6 v* }, z: n
Ⅰ Ⅱ Ⅰ Ⅱ
4 {1 a9 K0 C7 A" N" }0 I: G0 0 115.4 63.2 0 0 0! P' ^- }8 `# X& i/ ]# u
20 0.408 316 153.9 77.2 62.8 140
" g/ n9 e: E7 s/ `7 O# i1 x- L40 0.742 251.1 218.2 186.3 160.5 346.83 V6 \$ S& B- D5 b* M
60 0.954 166.7 148.75 159.05 91.9 250.959 F' @! t3 \: p! D/ _
80 1.02 140 95.9 142.75 97.8 240.558 G) v, ]$ F0 w B9 r+ W" Z4 \% k& ?
100 0.95 99.25 81.5 94.3 77.45 171.759 L0 q, z9 ^. M3 x
120 0.778 30.2 13.15 23.5 10.25 33.75$ J0 R* ^3 Q/ o3 M/ u. g
140 0.543 -8.4 -25.5 -4.55 -13.85 -19.3. U7 q7 q0 H9 _1 n L1 e+ V: Q
160 0.278 -24.6 -41.75 -6.85 -11.6 -18.45
! e3 a6 S& J# v0 B ?180 0 -29.75 -46.7 0 0 0: @, O. k8 ~! t0 F% j1 @, z, N
200 -0.278 -123.8 -141.3 34.4 39.3 73.7" I4 h' C5 i K1 E: O# l7 Q
220 -0.543 -246.1 -257.25 133.65 139.7 273.35( l0 p- a5 f" Y& p0 l' O
240 -0.778 -242.75 -272.85 188.85 212.3 401.15
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