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！）
& y& c: s: p( g# O6 U5 F( ^' A! l8 wⅠ  热力计算
一、已知条件及参数（表1）
名   称        参  数        名   称        参  数
5 B$ }  n2 A, N- b# ~) v$ p# _进气压力（绝）        2.10MPa        排气压力（绝）        11.20MPa
) C! z8 @5 ?8 _+ p1 j5 v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  
15m3
0 r7 O  `. @* f9 N& E二、结构方案
- x( C8 o: ^) m1 l1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
  
" P) O- N8 R% z. R. M' |! \/ N三、初步确定各级公称压力及温度
8 @3 @9 a2 r  \+ P1、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
    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
    第一级排气压力Pd1＝Psεi＝2.10×2.17＝4.56MPa
    以上数据列表2
表 2
) G5 f+ B1 ]+ X( [  c0 J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
9 b2 S1 `& M' j, F! t' }1）确定过程指数n与m值
& q" J8 t% c8 H, y- C① 确定压缩过程指数n
; ?& Q: O- s/ s2 v* }6 A' b因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
; i' p$ [5 x4 P4 s# q查表得k＝1.41，故n＝1.41。
' v3 v& K. {9 h* g% Q$ b6 [② 确定膨胀过程指数m
5 \! f; c2 I/ |4 ]    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
    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
" O- K5 z4 d5 ~9 q    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
2 F# M" A& P/ ^5 _1 k6 Z. [四、确定压缩机系数Z
查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
9 u  R- h# o* g6 s1 N          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
+ f1 u; v; D8 Z1 Y# C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
: G; }9 ~: A  T$ L4 v5 j3 \1 f        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
( v/ b3 D# q4 e' N. g, m8 N根据图1-23，λT1 ＝0.96，λT2 ＝0.97
, E5 l' T% f+ E/ `! t5 h 4、计算泄漏系数λl（表3）
6 v5 {5 ]' ?! \' ~. V( Q表3
2 D! M% D7 D5 U* `- Z- {; V) N! i        气阀        活塞环        填料        总相对泄漏量        λ＝1/（1+∑v）
' o$ c. p, c; ^# N$ X第Ⅰ级        0.04        0.05        0.001
) H$ n' [0 j% `7 N0.002        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 r+ ~* J, e. n' {λs1＝λv1λP1λT1＝0.902×0.99×0.96＝0.857
/ O2 C0 ^$ Q" ~8 ?/ ^% g( n1 x- Bλs2＝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
9 _# z) F1 {; y7 [! Y: Xλd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
/ P# P, u: }4 Y  o& h  w9 X6 L以上结果列于表4
表4
! T% u4 L- [$ W/ p) j9 C  j4 [0 `        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
: f" h) ]) k: j  o( V1 }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
/ S+ M- I: G+ h( R5 n' L" e第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
3 ~8 Z) \2 K. h: Q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。
* l7 x4 T* M0 f& n! a1 o八、计算行程容积
# }+ b5 F- Q3 A2 O1 ^. ~
＝15×1/0.784＝19.13m3/min
# W2 t$ `, E, U
＝15×1/0.785×2.1/4.56×313/313×1.029/1.014
& F( l7 J  ^$ |0 ]$ w＝8.93m3/min
九、确定活塞杆直径d
! z+ b: w' n- o  R 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

＝16.34×15×2.1×ln2.46×
, r' m( l( U  S4 b+ a) H0 |0 ^＝455KW
1 a4 f' u0 `( o+ |0 P ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
＝ / ＝426/0.65＝655KW
7 ^) d" e2 ?9 Q8 `  V0 Y5 S4 Y2 p$ q9 E 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
& _, N, J3 j5 {十、计算气缸直径D
4 a! `! }0 Q. J) k3 }选取活塞行程S＝360mm，两级均为双作用气缸。
D1＝ ＝ ＝0.307m
D2＝ ＝ ＝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
1、确定各级实际容积
- J- ?" N$ S( ]) x& u. |) l8 R ＝ ＝ ＝19.52m3/min
* y2 Z% Y* S- ~& ?+ o3 M, A ＝ ＝ ＝8.94m3/min
" d+ k% o# P! k0 N2、修正各级公称压力和温度（表5）
表5
+ a, D5 C8 _( _        Ⅰ        Ⅱ
$ w! a5 n/ `, R* P- Q2 @6 M计算行程容积
. C7 a, q9 ^9 @+ a1 N. l4 G' {6 J19.13        8.93
各级实际容积
19.52        8.94
& p) P! n( R* ?. N- u( O' Y! _# r /
# o$ Y  U9 Z2 ]7 c0.98        1.0
修正系数
1        1.02
( x/ B5 T, C( }( ]# w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 /
9 K  ?3 K4 }; ]" q2 D2 z6 @2.10/4.65        4.65/11.20
4 j$ E" T% ]3 O  ?修正后的压力修正后的压力比ε        2.21        2.41
. M  {* v: [' B% I修正后的压缩终了温度K        394        404
十二、计算活塞平均速度Cm
& h; A0 A1 M7 x: `Cm＝Sn/30＝375×0.36/30＝4.5m/s
十三、计算活塞力
. a; `- R* S/ i' M+ }# n" h" f4 w1、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。
    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。
& ?7 M# q  l- F. R8 P实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
/ w* W0 v1 r' n0 T$ ]             ′＝ （1＋δd2）＝11.20×（1＋0.04）＝11.648MPa
实际压力比  ε1′＝2.54，ε2′＝2.63。
4 r1 _3 [7 h' Z" d. e* 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
, O. J2 M! f4 V7 v8 p# D表6
        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
3 R5 u; i6 O9 s: Z  t3 p) T# S8 o% X第Ⅰ级        0.075477        0.069115
( d) \( a% v$ C7 i第Ⅱ级        0.036305        0.029943
, @' O: O2 Z# S" s! @& _3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
/ R5 b0 B& k; a8 X& o表7
' q1 M3 x! h$ z0 ^2 h        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
, j( q8 p  O# K. Y, L0 C2 AⅠ        -389.2        140.4        -248.8        356.4        -153.3        203.1
5 z! S+ o; l# a9 _& q- l$ C4 _6 gⅡ        -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
9 M0 O* V, m8 S4 x' R' V1、计算指示功率
     
       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
: Z3 w4 X* m* q) N! p0 `  J- A       ＝647KW
     
       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
& G! V1 ^. j) r! O       ＝671KW
9 A' k/ C7 y$ d$ N5 B3 w: s     ＝647＋671＝1318KW
1 r+ ~' L& V8 g( H3 }: `2、计算压缩机等温指示效率
＝852/1318＝0.646
! Z2 Z# s  J" ?- v6 v1 P3、计算压缩机轴功率及等温效率
9 g/ v. `( f- ?/ ^# E$ y+ ]压缩机与电机采用直联，取  0.94
% L. L) K$ ]- G) V( N1 W: ?轴功率 1318/0.94＝1402KW
7 Q' v- V$ y3 d等温效率 ＝852/1402＝0.608
4、选用电机
9 U& Y2 q  R/ F8 m" W! O' i5 z% u/ q    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。
- L: i  ], q* G
Ⅱ  动力计算
) t" o% }4 X* q/ i# }/ j7 R* A一、绘图法作各级汽缸工作容积指示图（图1、图2）
7 o- |5 n8 U+ u) W8 n8 `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
( @) Y0 e0 ^! O9 M二、用作图法求综合活塞力
" F6 J' U4 D2 F1、作往复惯性力图（图3）
' i0 O# n$ y6 b( i' 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。

2 B0 H1 p3 v/ ~5 O表8
6 J! d' {0 O. J: ?& E; O. ~- W级数        活塞力（KN）        相对余隙容积α        相对余隙容积折合高度
! ]8 }- x% |+ [Sc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
! a' n9 G8 ~8 l5 v＝tanγ＋1
        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
& J# _5 w( N' _4 j$ L; hⅡ        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
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
; A, s$ Q  j6 N6 s0 W, f8 j2、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：
4 \: U% ^2 X4 W) D3 Z$ ?      ＝5.51KW
/ {3 k1 ~/ J1 l8 C1 F2 O9 V) K( R ＝5.71KW
9 M  e  B- r9 m0 V/ W3、作综合活塞力图（图4、5）
2 P( }+ t: q0 d6 S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）
: C- s% U  K- X; |+ I$ @2、计算旋转摩擦力
- |& b% x' X& {4 _; b3 e! i ＝ ＝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。
力比例尺mp＝5KN/mm，长度比例尺ml＝πS/l＝π mm/mm
* Q. v+ U8 a9 j- g& u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。
0 i# Z( ?  l& ~( r测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
+ E' |6 M4 A5 ?- i. b% b平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
. N% I- Y; W' M0 Z8 W$ C5 z# _                        ＝198.32KN
Δ＝（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）
. I" j1 u: h' p1 E/ h$ k5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
7 U, R. [. I% G0 V' @    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2

/ r+ a4 r) ^! L; U+ H6 t
6 V& _: \, {3 k3 A: D# \& M9 @表9
а°         
. n* R' c' Y9 b& ?3 T( N* U$ `1 P活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
5 E. Q7 J) X, e- h. Y3 l                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
2 q+ x1 @# {/ k8 h2 Z0        0        115.4        63.2        0        0        0
. T3 H& j  e% d& Z8 d7 i1 ?) k* [% M! |20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
- ]2 z; `. X. m- y+ b3 q40        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
" ^/ q/ M6 u) C  p0 S" m) v100        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
: K8 h6 b/ J+ G% b9 C180        0        -29.75        -46.7        0        0        0
. U8 r" e- V, Q6 b200        -0.278        -123.8        -141.3        34.4        39.3        73.7
, b5 _- @4 v. H# [/ c220        -0.543        -246.1        -257.25        133.65        139.7        273.35
& k) \$ x& h3 C240        -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
  [- J1 G- t- Q; V280        -1.02        -222.06        -273.15        226.5        281.65        508.15
7 ^, X4 g: i% `; S% b300        -0.954        -103.7        -159.8        99        152.45        251.4
. j$ r$ `' o+ R0 H! |320        -0.742        -3.65        -50.5        2.7        37.1        39.8
9 \5 q& r- V2 i/ ]7 B4 i340        -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
) x: J* T: u5 h2 Y0 P. G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