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）
0 e, X$ J9 j: ?' a8 _7 N0 s& j名   称        参  数        名   称        参  数
' g2 h% T' n' l9 O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
相 对 湿 度        10%        回冷不完善度φ        0
/ l+ t: V% F1 `8 I2 V  y" C工 作 介 质        H2        排 气 量  
- P+ n+ O" H0 o15m3
二、结构方案
4 @6 y. q3 @/ A1、总压力比ε＝Ps/Pd＝11.20/2.10＝5.33
/ S% L( x: M5 j( C; Y! n5 O8 H1 W2、结构方案（如图示）
   采用两列两级对称平衡型。结构方案简图
3 k: R; {% A7 }. G  
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
% W/ \: G% j' S& \$ n0 }5 G/ c    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
# g+ v4 }0 I4 \! H6 j. S    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
9 ^: D0 N, M2 _, ~! s% b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
( w% ~9 O  A# k8 o因第Ⅰ级进气压力Ps1＝2.10MPa，取其n＝k。
! l0 i' O* R; t! d  \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" r" x8 l" s             m2＝n＝1.41
2）初步确定各级排气温度Td
% Y# [9 h: Q, u, n' q, ?) t7 |+ r    Td1＝Ts1ε1（n-1）/n＝313×2.170.41/1.41＝392K
    Td2＝Ts2ε2（n-1）/n＝313×2.460.41/1.41＝407K
四、确定压缩机系数Z
4 V+ ?, W2 D4 |: G查附图3，第Ⅰ级Zs1＝1.014，Zd1＝1.023
: s2 D, L: o. ?1 G- v5 k          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
5 A+ ]. X4 K, h" C* Y" |) K9 Y" T2 ~确定相对余隙容积α，取α1＝0.13，α2＝0.14
＝1- ＝0.902， ＝0.884
; c! ?/ D  v+ B+ ^2 v6 m9 A 2、确定压力系数λP
5 z0 {* ?7 K# ~7 m        取λP1＝0.99，λP2＝1
3、确定温度系数λT
1 x8 [: I; i- W: S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）
: \# b$ |" N. w  w8 S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
λs1＝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
7 H" F' z7 g/ u( l, L5 Oλd1＝λl1λs1＝0.857×0.915＝0.784
λd2＝λl2λs2＝0.884×0.916＝0.785
* ?3 X; D! q: `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
- e8 U  y; c8 u) MⅡ        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
+ j/ ]3 X: E! P  t9 D) E4 ^# V第Ⅰ级 ＝1
第Ⅱ级 ＝ ＝（2.10-0.1×7375×10-6）/2.10≈1
3 M- P, n( v; ]/ j. D/ Q8 G* p由附表2查得40℃时，水蒸气饱和蒸汽压 ＝7375N/m2
& m' a- n. a- s5 J9 y- u* n3 {# v 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
. f2 N" S" l( l* Y+ O0 g3 j
# W5 t3 V9 i8 _9 w4 Y2 i# y0 Z ＝15×1/0.784＝19.13m3/min
. ~; U# Q$ r4 k) X
  }# ?" U+ h. x/ p$ x＝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
9 c+ _  H7 U; d$ K 1、初步确定各级等温功率 及平均轴功率

1 ]  i) U# Z, l& t) H＝16.34×15×2.1× 2.17×
＝397KW
8 O2 M: N! E$ V% `& A: d3 L
＝16.34×15×2.1×ln2.46×
8 z8 s5 ?7 |" B7 l) Q＝455KW
; j, @* @% D, l1 Y/ q ＝426KW
取等温效率 ＝0.65
% h" L" h, V2 V$ x/ T6 r; T$ L3 X2 y ＝ / ＝426/0.65＝655KW
+ M; K6 T4 o; U. J 2、确定活塞杆直径d
" g% B; O5 p# u. H    根据平均轴功率查表，初步选取活塞杆直径d＝90mm
/ c) l/ Z2 T' c6 `& e; N; B( u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
8 v) n8 M! m# @! k3 GD2＝ ＝ ＝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
4 E: V2 v3 G, T% @1、确定各级实际容积
＝ ＝ ＝19.52m3/min
＝ ＝ ＝8.94m3/min
2、修正各级公称压力和温度（表5）
5 M6 q& {' }: r4 A, l表5
        Ⅰ        Ⅱ
  f0 o, E: Y  F$ o, b计算行程容积
19.13        8.93
+ E3 M1 M5 z. Z& \  s& D* ?各级实际容积
19.52        8.94
9 ~( q: A) k+ Z. c4 v; q+ Y+ Z /
& G* U' l* J; f9 L  h" s; `4 e# I0.98        1.0
修正系数
1        1.02
初步确定的进排气压力 /
6 V* z! N6 c9 z6 M2.10/4.56        4.56/11.20
1 ^& R4 L  l7 \修正后的进排气压力 /
% t: i' k8 W8 f6 O; h+ I% ]: m2.10/4.65        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
, Z  Q) ^+ E& j1 D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
7 \/ @# \* c8 h4 s9 t    由图1-27可查得：δs1＇＝0.02，δs2＇＝0.028，
                     δd1＇＝0.066，δd2＇＝0.025。
3 p+ i: g" H3 H6 P. _4 t* v    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：
; c2 r; p5 V, d9 A/ v" {- qδs1＝0.033，δs2＝0.046，δd1＝0.109，δd2＝0.04。
/ l( D; H% V0 Y* Q5 f( k0 e实际吸气压力 ′＝ （1-δs1）＝2.10×（1-0.033）＝2.031MPa
8 y8 y0 v0 F# L' A! x# b9 e             ′＝ （1-δs2）＝4.65×（1-0.046）＝4.436MPa
0 S& h1 z6 @, n实际排气压力 ′＝ （1＋δd1）＝4.65×（1＋0.109）＝5.157MPa
             ′＝ （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
    按盖侧Ap=πD2/4，轴侧Ap=πD2/4-d2/4计算，计算值见表6
表6
# p0 J% p5 m/ _5 L- h        盖侧面积（m2）        轴侧面积（m2）
第Ⅰ级        0.075477        0.069115
4 X: C1 m- E8 J9 g, M( l, v8 P2 C第Ⅱ级        0.036305        0.029943
2 ]+ P/ K& W. Y" ~( T& D) z4 A3）计算各列活塞力（以活塞杆受拉为正，反之为负。）见表7
表7
        外止点（KN）        合力（KN）        内止点（KN）        合力（KN）
Ⅰ        -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
4 G. {( b, h. j& L# |- D1、计算指示功率
; u; a# W. i) l! ^     
  b. F4 G) j6 l( |$ i       ＝16.34×19.52×2.1×0.902×1.41/0.41（2.540.41/1.41-1）
8 V' @) r4 Z/ r       ＝647KW
1 q$ e: [' b" R' g1 G8 n; O     
, c9 d0 A; e2 w+ ^& K7 B4 [1 N6 j       ＝16.34×8.94×2.1×0.884×1.41/0.41（2.630.41/1.41-1）
) f5 P# C% G" {: ^       ＝671KW
     ＝647＋671＝1318KW
% I+ }9 H1 k- I9 g; |, @2 z$ v2、计算压缩机等温指示效率
( s2 R; w# k4 @: Q6 a# u, [/ X ＝852/1318＝0.646
3、计算压缩机轴功率及等温效率
3 U, D  J! k/ M! `! J& S8 [压缩机与电机采用直联，取  0.94
轴功率 1318/0.94＝1402KW
  D: G1 ^; @& }6 Z1 @/ w等温效率 ＝852/1402＝0.608
, ?3 _$ {2 w% d  S5 h4、选用电机
  L' I5 a; A0 ^  I. M2 a; Y' 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。
7 A: I, O, |1 e6 B* q% t
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）
# |- r2 L' u3 k' [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
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。
7 k% N4 i( _. C2 k9 |
6 Y! i3 |+ r) [3 |. z: N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
, n, g  Z9 q/ [" x1 _* pSc＝αS（mm）        绝热指数k        （tanθ＋1）k
＝tanγ＋1
        盖侧        轴侧                               
        吸气        排气        吸气        排气                                tanθ        tanγ
3 G- E/ W: T) y2 GⅠ        153.3        389.2        140.4        356.4        0.13        46.8        1.41        0.20        0.293
+ ^1 l; A3 b# L% H' GⅡ        161        422.9        123.8        348.8        0.14        50.4        1.41        0.20        0.293
# g; W: U% N4 ^( l7 pImax＝msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1＋0.2）＝356.42KN
1 A* J0 y) E% \  SImax＝-msrω2（1＋λ）＝1070×0.18×39.32×（1-0.2）＝-237.98KN
-3 msrω2λ）＝1070×0.18×39.32×0.2＝-178.48KN
) s6 b$ q6 M# p2 n& z* V2、计算往复摩擦力
+ X) A2 A* S" w0 O    由热力计算可知，指示功率Nid1＝647KW，N id2＝671KW，
, `- [: R- U+ B# v& B机械效率ηm＝0.94，各列往复摩擦力Fj计算为：
5 N7 W$ b/ L  j: i# a5 {: F      ＝5.51KW
＝5.71KW
* E( Q- ?- p) F" h3、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
! S5 O3 m3 V/ @& x   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）
+ h& c" @' i1 _, H7 }0 G" I0 S; e2、计算旋转摩擦力
＝ ＝4.76KN
5 Q  |- z( ?  \4 ~3 d, H3、计算平均切向力Tm
* ]9 }  J# m$ ~4 r% @# Q  I1 R0 ^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。
- h) y# S; l( E" [3 Z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。
+ i' n: |) R" x7 H0 q测量总切向力曲线和横坐标所包围的面积A＝13779.7mm2
6 N; u1 @$ D& A2 {2 R平均切向力Tm＝Ampml/πS＝13779.7×5π/360π＝191.4KN
    Tm′＝1000×30N/πrn＝1000×30×1402/（0.18×375π）
; m6 }" F7 V  u                        ＝198.32KN
, F1 j' W. ?5 j9 z# TΔ＝（Tm- Tm′）/ Tm′×100%＝（191.4-198.32）/198.32×100%
                               ＝-3.5%
Δ在±5%允许范围内。
: L; H* e& V5 E# |3 t4、作幅度面积矢量图。（图8）
5、确定飞轮矩
    选用δ＝1/100
# x# j* b6 ]+ ]8 W! ^/ E    GD2＝3600ΔAmpml/n2δ＝3600×4030.8×5π/（3752×0.01）
                       ＝162.09 KN?m2
1 K" A, L) r9 g3 R. ~! X7 S  E0 z

: V6 R$ ]+ [5 A, x0 W表9
* D  J! A' S& |8 x8 `" e8 ^  Uа°         
$ P0 b* t. J, X  I4 A: Q. G活塞力Pt（KN）        切向力（KN）        总切向力（KN）
% |, r9 D4 x: Y+ Z) z                Ⅰ        Ⅱ        Ⅰ        Ⅱ       
; {2 o* o' A: u1 \3 y( N0        0        115.4        63.2        0        0        0
20        0.408        316        153.9        77.2        62.8        140
; H2 N* C+ U7 o1 [2 o40        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
% @' {7 z/ s% d1 D100        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
  N4 E. M. Z/ ]" T  t4 `- F9 o160        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
9 B  p# E0 v6 h$ [2 L' q220        -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
" [* A; e5 X4 s# ~! y( X2 p$ @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
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
; s- {' U" p4 L% J/ j6 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

; J, t' R" w, v$ }2 N1 i

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