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！）
Ⅰ  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
7 p* Z) }/ ?9 p- y0 [8 p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
% k3 ?/ J: E# w! U! T工 作 介 质        H2        排 气 量  
15m3
二、结构方案
! Q. M" E( M5 V5 M/ z: C1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
# D5 h$ g! }3 t, ~7 U3 A2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
" h" a0 J8 K0 v8 i- k  
# t, c* [9 W' L$ A9 O9 c; t; @7 I! i% m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
按等压比分配各级压力比εi＝ε1/Z＝5.331/2＝2.31
& k! Z+ M$ L; j' n1 L3 ]  F7 L+ D    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
    ε2＝εi/ε1＝5.33/2.17＝2.46
7 e8 d! S7 C3 u    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
2 Z0 v2 U7 W# x/ \+ [( q    以上数据列表2
表 2
第Ⅰ级压力比ε1        2.17        第Ⅱ级压力比ε2        2.46
; V2 r3 n$ t9 _3 g, F第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
+ S1 j, Z6 o" R% o8 i第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
. |" }$ B% O: c2、初步确定各级排气温度
1）确定过程指数n与m值
* ~6 t1 l/ X- x3 t6 k) n' G+ s① 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。
② 确定膨胀过程指数m
    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
: V& |. W; I5 i             m2＝n＝1.41
# a5 g+ |* j: `9 v& ]2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
4 `1 P( x) k" b: Z! f( G    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
1 l6 M/ u1 N! J  s3 h四、确定压缩机系数Z
8 Z4 D; u  w/ Y- ^, t6 ~( B0 C; E* l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
+ {$ Z  R: b! R$ A( _" ~1、计算容积系数
# @5 u% s$ u" ]. h确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
0 Y+ m8 N% _' h4 J( G( u$ O! ~ 2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
( j' D5 ?$ x. S6 d' P/ a  e 3、确定温度系数λT
根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
; @2 X3 j& h# j& p 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）
  m" H% S  ~+ u. p3 w( n: E7 O! h第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
0.002        0.093        0.915
7 r* i  Y: f/ r9 u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
+ s7 t3 U4 v8 Z& Vλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
. r: q8 B% [7 o9 m3 s. o6 L( W 6、计算各级排气系数λd
. N" b5 W' o: U& [# V$ Yλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
8 V7 V, B( o4 R7 v& y9 }' V; w7 |λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
: i- n/ [% L: W以上结果列于表4
! ^* l  g$ q( Y9 p$ O  B9 q' J. j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
& h9 c' c! z$ y6 a! D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
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。
八、计算行程容积
  [% Z1 ^- i2 S
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
/ B& I: p, O, x$ d
＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
, O6 B" ?* K# n. a7 Y3 ~) I＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
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
0 a& ^3 i; p1 t* K
' L% W2 t2 s7 h# u! z( r+ f3 j. z＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
＝426KW
* c* x- u8 b+ x' i7 d9 u取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
, q( ?3 j' y$ j4 ^8 b 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
1 P( d* M# ~: y& z8 }/ S十、计算气缸直径D
! U) ]( ]: y: z  x: S+ I选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝0.215m
( c1 O" V+ Y1 A# R2 N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
＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
  t/ p& `  I* d% \0 X# h9 E2、修正各级公称压力和温度（表5）
4 `8 X. ?5 \; f% y. I8 _6 i% V表5
        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
/
  ]5 x+ w, b) t- V/ R' W7 R, U* `' ]; m0.98        1.0
2 H# S$ V( E+ \6 [修正系数
# z  b" y; z4 W6 C! ]+ \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 /
2.10/4.65        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
; y. K/ T7 T3 U% M! y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
8 y) Y  j2 `/ y- ], v, M) }% 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，
% d8 G- b6 ^( b3 S& E8 }                     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
' y2 O0 C* M- f3 }3 B, L9 ?# P3 U( {             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
1 S! @( E& A  O实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
# D! u. e8 o% ~" o. q# d6 B: f             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
2）计算各级活塞面积
1 w% S3 r6 |, j  u# g. ^    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
7 n( w; i7 B$ i/ X- [' p7 i        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
9 R* S, W" Z" Y, i第Ⅰ级        0.075477        0.069115
第Ⅱ级        0.036305        0.029943
1 i; v4 C# K* N" |3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
4 w+ C6 v2 c( r% s- ^# f8 {表7
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
: Z+ J& @& }; `( {; n$ t, oⅠ        -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
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
! D0 d" I; g3 n" z. F' f5 m+ k4 N       ＝647KW
; o  G/ [, T; O5 g6 R# M. S, ]% B     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
5 T# }6 ~$ Q4 i5 d3 k, F       ＝671KW
7 V* o2 r2 J- p3 x2 x4 U     ＝647＋671＝1318KW
2、计算压缩机等温指示效率
# @1 L3 I8 N: F( y4 f/ c4 L ＝852/1318＝0.646
* Q* h& m: |- p3 z' L8 S3、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
等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
  w" }% E# _$ k+ o, P    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
" K, a7 F) i/ _2 g3 _, z8 q储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
8 U! n. U2 D/ Y) K5 `3 A
6 W. O1 @! B, l& G9 g- qⅡ  动力计算
一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
  }1 M( H7 ~$ R+ D, o: s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
( ^* i; _) }' {) ~$ Y& T* f# }2 n; E二、用作图法求综合活塞力
" n9 h- c3 c- M. ~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。
7 ?% J+ V2 k1 @; d/ s
/ b- f: A1 T8 c5 D" f7 y4 ?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
7 _" X- j% s& S4 u: S( _- SSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
* f" ^/ S- ]! ?$ d" @        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
. N+ t; {0 X, a- n1 CⅠ        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
+ C+ M" N' s* t" u- I, dImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
5 n% q0 Q- `  i2、计算往复摩擦力
. A+ z: O: A$ \: W* f3 z    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：
      ＝5.51KW
; w% r, o) ~% E3 [/ ], L3 g ＝5.71KW
. Z, r! ]  W, }+ Q6 s( t. q3、作综合活塞力图（图4、5）
1 w1 |: [! m2 v三、作切向力图
1、计算各角度切向力及总切向力
4 _( u7 {4 A1 L3 ?0 K   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。
8 q) t/ w$ w2 a" Q& ^7 L+ P, @力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
! |. Z. [# c& y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。
3 u3 G& w; c0 ~: `5 H测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
0 B; m; Y4 g6 P& K  z0 |平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
! @( f, k- S' |, q    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
7 p* K/ k- N& q                        ＝198.32KN
: r& n4 h- ]# qΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-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
; C0 l$ `4 B, O+ ~, [  U

表9
) I9 P2 q: \: Y* b( B1 Pа°         
) B- M: K1 C* J: }9 j7 R" v6 k# m7 U9 W活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
6 K& M7 e  Q# x                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
* n7 e$ |9 ?" K* ]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
' u8 n5 ~  X0 _! l- z* 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
1 J( @4 h0 H1 E2 E120        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
- T- s+ L1 ~- ~7 v- y' Z160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
( {; [4 n& x- H2 w) C; Z/ l220        -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
9 h, P( R6 q9 Y0 \9 ^  [: g260        -0.95        -245.8        -265.5        233.5        252.25        485.75
+ R8 J6 v8 \5 V; H7 ?280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
- [, b: B6 v6 V% k300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
& O0 |9 A4 z1 q4 ?: N, M9 F320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
$ {! c5 E, [. G, |# G6 H340        -0.408        79.6        25.45        -32.5        -10.4        -42.9
1 S6 u, c# `7 O8 f. k360        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：
. d/ t+ P1 e; Q6 I! n( M

能不能有好的东西上啊

3 }+ K9 Z% V& _* w3 Z; t. s8 {

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
: \6 E# Y: L( y3 h0 P$ X- p5 N: M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