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 s9 F4 @  j3 g3 ?' v& FⅠ  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
进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
% T2 k+ ?- F. Z) v0 W2 n相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
) C, Z$ z, ^7 R; u9 A工 作 介 质        H2        排 气 量  
5 _* }; @( L# q5 Y/ }/ W15m3
" j2 e7 ?7 `8 e) i) F$ o7 }二、结构方案
3 R2 @, V' P7 k1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
2 l+ E4 t: y5 J$ L   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
( h; z( n* m- M  
7 v4 j& M, e  G2 E# L/ [9 J. Z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
: I, I2 a! ^6 e; p% o' k8 ^% o% H按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
5 I$ i2 R" h) A    根据结构方案，为平衡活塞力，第一级压力比取较小值。
    ε1＝0.94εi＝0.94×2.31＝2.17
9 v1 I; o+ l. l# `- X9 N    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
, @7 Z: X/ i3 L* c& N    以上数据列表2
5 @) i% O/ {1 Z/ d0 O3 i' X& l$ ]表 2
' K) p% C& z7 }9 A. }  d/ D% U; i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
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
! D* v, N, u& I, W- |* A- ^/ c5 a5 [因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
7 M# C4 }7 ]7 G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
             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
4 n2 q2 q) j1 N9 m    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
0 s9 `) T) J+ Y; e/ ^; P! b    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
, g+ K  t; {) C+ F7 ~, a四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
          第Ⅱ级Zs2＝1.029，Zd2＝1.065
五、计算各级排气系数λ
( O" a/ x; l/ a: c0 o. R5 C1、计算容积系数
确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
2 z0 u  P" X: A5 h" h. e ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
# `% O" U1 B1 ?9 t3 S- L. J* l        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）
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
0.002        0.093        0.915
+ \& I* i( v! R' s% S# j1 i& f第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
4 v  ?* H# s0 Q4 J7 \, ^2 w% Xλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
λs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
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
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
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
! }" N+ z5 V3 `0 D! `由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
0 l: }9 }) _# G 2、抽气系数
2 O4 L. G% T4 ?% m- ^本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
七、选择转速n＝375rpm。
- Q' [- J! P" F0 o' b: Z& a! j! W八、计算行程容积

＝15×1/0.784＝19.13m3/min

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
＝8.93m3/min
, y- m7 R! Y' o# g+ K九、确定活塞杆直径d
6 J4 x) {: c% P5 S 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

2 f5 j0 b, c3 Q3 o% j& b＝16.34×15×2.1×ln2.46×
( ]5 w9 F% n# t6 E3 H＝455KW
＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
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
4 p" P4 P% P5 Y9 H! k十、计算气缸直径D
9 w, }0 L* ~/ I( d0 E3 c选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
! R4 p$ \; _' K( O/ T- TD1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
) K7 U8 D' i9 Z- H  a7 l6 H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
: q, n+ J3 m0 u5 l; z2 S1 i% F5 _ ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
. m* J" k& i# r! f6 K        Ⅰ        Ⅱ
$ o* I" p1 I; i计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
2 J% }  D0 h. ^6 e& w* \$ K19.52        8.94
* F* I& Q; a$ O9 {* ^8 ^ /
0.98        1.0
& O/ L( h4 N! o- q& `1 Q1 S修正系数
& X5 w7 X3 T& n  e: l8 u% T: K# V7 l7 O1        1.02
初步确定的进排气压力 /
6 T4 P4 x: F, \- G2 [7 d2.10/4.56        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
2 |' `4 _* o8 g, n$ x  p, MCm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
5 c* W0 A, Q$ F1、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
+ W6 ]% ~3 E( w. ~0 `$ u    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
, _% f  s' N6 T. F9 k. ^    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：
/ @% ?3 I" O3 c: O! ]8 Z- W% vδs1＝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
- \0 Q/ s# v# h9 e! e& F8 x实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
3 q8 [2 e, ?& V8 k3 X( ~& c实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
# o) e, c* H& {% |  e2）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
8 [9 a5 Y* {  b# B- ~表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
. _6 B( V9 Y3 Q, S9 W第Ⅰ级        0.075477        0.069115
第Ⅱ级        0.036305        0.029943
: d( U4 @0 \# J% 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
6 Z/ e2 ~9 q; Y6 p        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
' x7 X% j1 C$ Y: Q) UⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
  Z* {! c, A  U3 \6 j: u, r: x0 x" IⅡ        -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
5 i8 Q6 y  Y2 u! {1、计算指示功率
     
* z: U* O5 k/ D- Y: W5 ^% K       ＝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
     ＝647＋671＝1318KW
0 r- |: e) F5 c# q2、计算压缩机等温指示效率
1 M5 z3 h7 ~% `' t" T5 ]+ T ＝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
3 r' Q  S  u" F$ ?& J/ |2 w) V轴功率 1318/0.94＝1402KW
等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
% _3 G# K+ T& u6 O/ L    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。
* i4 b  }6 D$ y/ T3 ]" c  h
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）
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
0 g, X0 u9 K2 s7 J& Y二、用作图法求综合活塞力
# W& R1 x' r0 d6 U- l1、作往复惯性力图（图3）
1 n4 k; Y5 B: h9 I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。

+ {' M9 B0 C% {! q' v' o' L表8
, M0 }& u% I) `0 e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
0 ]4 U9 d$ }3 }＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
; x- ]& H/ u3 B3 A- _) X0 nⅠ        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
4 Z! S$ X2 P+ h! k5 jImax＝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
    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
; g- b  I/ K+ Q( {; j0 U机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
( t# z3 O+ {/ l- v      ＝5.51KW
3 O% q* r0 T2 S8 m ＝5.71KW
/ c# _( I& u- j, \3、作综合活塞力图（图4、5）
& m. ^8 g8 q' {8 G4 L1 g三、作切向力图
- t, t; x8 [4 b" b1、计算各角度切向力及总切向力
/ k( F; ~! 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）
. D( U2 q/ b% r) j2、计算旋转摩擦力
$ o, Z" N9 L8 R1 u. l# x- x6 I6 S ＝ ＝4.76KN
( {7 S7 [5 z7 q5 C* v! G& Y5 `3、计算平均切向力Tm
. n) a9 Y  z1 L& S3 S. w; Y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。
" s' W' z" [( c0 U( h* |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。
) B2 D" \8 Q) g1 w4 X; v测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
- w) h) Y, K- X7 [8 j% S7 d平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
* S! K4 _% P9 u( Y" I                        ＝198.32KN
Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
2 m7 ]* F" F9 Z! z# oΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
" i: r6 t0 q+ U1 {: e' X5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
2 M- J2 _7 E1 q4 b    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

! O) q- O  t3 |2 r
* z, s. I9 d8 n4 c2 s: x- M表9
# ^- o  e3 s- Z& S3 `а°         
$ K; b, T% v0 |  M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
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
40        0.742        251.1        218.2        186.3        160.5        346.8
* i% ~- g1 n8 N2 w/ |6 O' h60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
80        1.02        140        95.9        142.75        97.8        240.55
/ d7 A6 n% B2 {- N9 l100        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
3 a& Y/ G$ `7 d140        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
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
5 B/ m. x$ R' L1 e2 ~9 }; c3 Q200        -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
$ V. o, n. C/ ~1 |0 B9 _7 M240        -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
% K1 N' L* ?, s' ?* {" M1 \5 E300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
$ o, l( ?, T8 P2 W320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
" {' A5 L6 R+ [+ P1 x+ n340        -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：
+ b$ ]9 F+ P) i/ U' w! T+ ]1 Y) S

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