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！）
! 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）
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
相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
% v7 m# c+ M1 k, p9 f" f. h* s15m3
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）
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
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
    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
8 w4 v- A# j0 {' j/ R6 t% |6 @    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
表 2
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
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
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。
② 确定膨胀过程指数m
    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Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    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
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
          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
＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
        取λP1＝0.99，λP2＝1
. K% _/ c* H8 z 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）
. v0 K8 ]/ h. q' B5 y* f5 g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
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λs
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
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
        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
. 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
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

＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
＝8.93m3/min
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

＝16.34×15×2.1× 2.17×
6 L( u6 u, G8 {2 ~: Q＝397KW

: }/ k! k% Q3 H4 j, @: u& S＝16.34×15×2.1×ln2.46×
＝455KW
＝426KW
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d
    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
选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
6 M+ S/ ~! l, e9 h: X/ c" iD2＝ ＝ ＝0.215m
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
1、确定各级实际容积
% W+ H' ?$ X$ d: _$ @: |- @5 q ＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝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
各级实际容积
19.52        8.94
/
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
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
$ }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
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
/ `  `$ 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
    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     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：
' 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）＝4.436MPa
实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （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
    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）
3 |2 P+ j3 b8 Y  n& j& k7 c5 U第Ⅰ级        0.075477        0.069115
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
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
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       ＝647KW
     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
       ＝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
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
5 C; ?) l/ j! l1 s2 N1 ?等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、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。
5 B- i7 i) r* e, n) ]$ R9 D
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）
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
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。

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
Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
# C) W  p9 T" q4 z5 s6 W9 [＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
( a9 o% W* e+ o4 i+ q; E        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
) 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
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
    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
# h, ]0 S0 g/ O ＝5.71KW
3、作综合活塞力图（图4、5）
6 m% {5 X- E- m4 D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）
' j: i; [  `; M2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
$ i- V6 {- x% W3、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。
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。
" 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
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%
                               ＝-3.5%
# m7 j) M1 Q+ [- CΔ在±5%允许范围内。
4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
/ }5 B+ i' B6 N$ S/ n5 O, Y6 k    选用δ＝1/100
    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
7 P& {  [8 R* Q

3 M& s0 F' N/ @; x) H3 Y7 n表9
а°         
! |2 U/ Y$ U2 [活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
4 {1 a9 K0 C7 A" N" }0 I: G0        0        115.4        63.2        0        0        0
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        346.8
60        0.954        166.7        148.75        159.05        91.9        250.95
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
120        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
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
200        -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
9 d: a. L! J' T$ {+ R260        -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
6 v. p. L4 D- e+ r  v+ ~300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
340        -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：
# x, `: w) q$ H

能不能有好的东西上啊

3 }9 ~. c4 d- ?5 h, i4 { b6 }

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