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！）
* b! E3 Y0 U* b3 Z( `! \- AⅠ  热力计算
# k3 [9 j! S. G8 x一、已知条件及参数（表1）
# t* S' B3 i$ Q1 c  g名   称        参  数        名   称        参  数
进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
$ H" \$ V) ]3 X3 H进气温度（绝）        313K        大气压力（绝）        0.10 MPa
2 Q: \/ b, K3 }8 t/ s相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
工 作 介 质        H2        排 气 量  
( I3 q% s) R- ^# d+ l5 f) b15m3
二、结构方案
1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
: X$ B' E: W. E) B* b2、结构方案（如图示）
# C& ^, w9 O# H6 k! a% h: F   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
三、初步确定各级公称压力及温度
2 q/ j8 g2 `, s# w8 w4 D1、初步确定各级公称压力
7 q! H  n: V# p2 T* ^* X9 Q6 C9 Q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。
- B1 i0 |9 `# p1 h" P    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
- t+ d# R1 g+ N- x    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
2 t3 g/ m& x7 j: f8 O第Ⅰ级进气压力Ps1        2.10 MPa        第Ⅰ级排气压力Pd1        4.56 MPa
0 s# ?) n) V3 P& `4 q) w% z第Ⅱ级进气压力Ps2        4.56 MPa        第Ⅱ级排气压力Pd2        11.20 MPa
  h; z& ^; q. ~, d; Z$ I2、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
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。
) O' _- c$ [* q$ ^1 h② 确定膨胀过程指数m
; X, |- q- ~0 S& m: P3 W    查表1-2，m1＝1＋0.88（k-1）＝1.36
             m2＝n＝1.41
4 n! K- i6 d$ e5 T" e9 L2 B- T1 \2）初步确定各级排气温度Td
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
7 l- c8 g1 v: r/ Z+ f! N    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
9 O" x5 z0 x0 I* @9 ]3 N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
1、计算容积系数
' p- ]! k( T5 b& R5 x确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
, t4 R7 A- \- o: s% T& l ＝1- ＝0.902， ＝0.884
2、确定压力系数λP
8 v! w  N4 }/ K( N7 g; t6 Y        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 S$ R$ `( {, s) P. j" f& g 4、计算泄漏系数λl（表3）
! E, C7 P1 f# r# {% B7 x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
第Ⅱ级        0.04        0.05        0.002        0.092        0.916
5、计算各级进气系数λs
9 V0 \4 B, [  d2 ^3 nλs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
& o, c7 l- D' q2 u2 h5 tλs2＝λv2λP2λT2＝0.884×1×0.97＝0.857
6、计算各级排气系数λd
7 ~" [% c2 k" \$ g- o: B8 t& E: dλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
3 I: |' Q4 j+ V) Pλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
以上结果列于表4
$ U: j& |# X* }* u6 N0 {表4
) a4 Y4 e7 |5 y" `5 `  ^: z) p        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
2 S7 o% E8 N5 E* M5 lⅡ        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
: y7 M  r6 n" {( P- h 1、析水系数
; W3 ^5 \. e1 o6 w  T: G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
" _( Q, Y' }9 G0 q1 S# w本方案中，无级间抽气或加气，故 ＝1。
$ K2 h5 T$ \# A  ~. r七、选择转速n＝375rpm。
9 O4 Y2 x) @- X' |  r9 U* A1 V八、计算行程容积
* @6 n8 D) I- x# f- x
" J# f6 s1 O* X8 N1 m ＝15×1/0.784＝19.13m3/min

  c' l& p8 i% L: {' M＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
＝8.93m3/min
; D2 k4 v0 i7 M5 X- A9 a" ?九、确定活塞杆直径d
- \9 X0 E) s8 h+ f$ q0 E 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

, u. Y8 j" s$ j/ q+ \1 j/ f＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
3 b9 j) c" D" Z3 x( h, _＝455KW
1 ~  d. C7 L! _; F- H ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
! P- ^+ Q, Y  k, v) E" i: Z/ ~ 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
' [6 K2 t; }+ T6 s! _9 k( I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。
4 T# I6 m9 H' U* h" M+ _1 nD1＝ ＝ ＝0.307m
9 q. C0 `  e3 QD2＝ ＝ ＝0.215m
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
3 X; v' D% Q' W# j; q/ O+ q1、确定各级实际容积
7 s* m: D- g3 ]) {! y% a ＝ ＝ ＝19.52m3/min
4 M- h3 l2 B! P& v# g ＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
        Ⅰ        Ⅱ
计算行程容积
% w. R: D+ X0 `* ?" L19.13        8.93
各级实际容积
6 O2 y5 W3 _. ~- t: v9 v5 K19.52        8.94
& i1 k; V4 u0 a; Y+ [: K' n" N /
  d; W1 ?, y1 \) C* _  t7 {0.98        1.0
修正系数
  e# d. E, W: D- W1        1.02
初步确定的进排气压力 /
% ?2 K3 Q6 b# L: k7 @) o4 x) F2.10/4.56        4.56/11.20
修正后的进排气压力 /
$ g( n! n4 |- r: f2.10/4.65        4.65/11.20
( W7 n% Z# o9 ]1 E+ {修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
7 l1 W' V/ t5 H% C+ f- i$ M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
十三、计算活塞力
1、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
    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
0 W, o9 P8 ~$ e3 W2 I, f8 I" R- @    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：
" {4 K2 n) I" ?) Sδs1＝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
: Q- x1 P  R) h% 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
% @: H$ q8 _; @             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
, x5 q, ~; V$ F9 c% s& D, C实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
9 {: n5 R% b/ w9 Q: i* C7 _2）计算各级活塞面积
3 i" X/ \5 j5 y  o! N/ f2 `    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）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
& l. e8 \, h7 K; g( T4 |第Ⅱ级        0.036305        0.029943
, |8 m/ \3 U6 V6 f6 m3 b3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
* \5 F" q, c0 M0 a/ z# H表7
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
" Q# c+ q6 i8 ^' QⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
% Z: ^3 _+ H- o7 _Ⅱ        -422.9        123.8        -299.1        348.8        -161.1        188.7
$ u% Y% B7 D$ g; v* @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
7 W' s" s) f$ L9 v; p! i     
; A1 n6 K+ i/ }* V       ＝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
; f% @$ c* C% Y- ^2、计算压缩机等温指示效率
) b$ d2 ?9 h: L2 d1 L0 _! E/ l ＝852/1318＝0.646
0 |) ^" c6 z" n" Z' Y3、计算压缩机轴功率及等温效率
8 t7 C1 ?, g0 O压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
) R* ?, Y; b  |  S2 \等温效率 ＝852/1402＝0.608
6 a0 e( M/ Y' X4、选用电机
    选用同步电动机，Ne＝1500KW，转速n＝375rpm。
7 r7 U2 m3 }0 t. S8 K% O储备功率 ，符合储备功率为5～15%之要求。
9 [& S7 y  x& M' [! s8 T9 t: f) p- g, O
Ⅱ  动力计算
# ]* k, L2 k3 C) l* Z: K+ ~" g% q6 i7 h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
* c8 ^6 F& K; O$ U2 {, v二、用作图法求综合活塞力
0 F' N( p3 s1 Y8 l1、作往复惯性力图（图3）
- m- Y6 T0 v1 M: n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。
: N0 O/ I: `% q) B( K: s
表8
4 m$ R3 Q1 O: q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
6 o# |+ p7 j' g9 t3 W        盖侧        轴侧                               
        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
1 d' q1 m( f2 Y) N5 C  K6 YⅡ        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
% N; y6 Z+ c* T" b2 M$ Q/ M1 D& UImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
4 L4 }( i9 R3 U5 w4 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
  a# p" U3 k: U7 E6 x ＝5.71KW
7 J; W! V  J7 K2 T0 b, `3、作综合活塞力图（图4、5）
三、作切向力图
1、计算各角度切向力及总切向力
' e3 N0 G' H: t3 `9 V5 ^   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
* l: T! @- r5 g/ ?, f  X  V ＝ ＝4.76KN
9 k1 E: r8 h4 Z; U, a; b( g* _0 Z3、计算平均切向力Tm
% N7 j0 O  Y0 q  k9 g. u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
& x( ]+ ?" ^& E7 t; A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。
5 K. E/ i2 [' }# h* Z9 w' G( \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
; ^! g& @6 F. y6 o    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
                        ＝198.32KN
( u% ^' d" ~/ G7 @  J/ R1 `Δ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
+ q7 B& X% [5 e9 OΔ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）
5 k+ I& P  [% N* F/ b" r                       ＝162.09 KN?m2
+ R+ {1 ]7 W  X' K. ]# d; E
7 n% o  y: w9 k5 G
表9
$ U1 F6 ~) i5 S9 ~! W+ ~а°         
8 o" M# @0 I- k1 t) {活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
" p  w. s! g! Z7 ]* C) X, t- s                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
6 ~3 _4 @& Q( L2 K0        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
) C0 z/ D8 e4 b8 D; t, S5 ~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
. h$ [# C5 t, u) p( \$ `140        0.543        -8.4        -25.5        -4.55        -13.85        -19.3
$ E! B2 a# y3 R- b* o160        0.278        -24.6        -41.75        -6.85        -11.6        -18.45
180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
# ]" ]# F+ |; B. D2 X# m200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
1 K# N9 `5 \$ U5 P5 T+ Q) r220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
. |  K, E. A% N- R4 A2 ~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
9 [3 u1 f% t" D& O300        -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：

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
2 Q+ h" G0 L8 K) Z4 p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