對(duì)稱(chēng)平衡型CO2壓縮機(jī)熱力與動(dòng)力校核

1、對(duì)稱(chēng)平衡型CO2壓縮機(jī)熱力與動(dòng)力校核學(xué) 生 姓 名丁小龍 專(zhuān) 業(yè)過(guò)程裝備與控制工程學(xué) 號(hào)100331203指 導(dǎo) 教 師朱振華 李晶學(xué) 院機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)1、題目?jī)?nèi)容校核計(jì)算2D3.5-15/0.4-13對(duì)稱(chēng)平衡型CO2氣壓縮機(jī)。2、條件1型式兩列二級(jí)二缸雙作用無(wú)油潤(rùn)滑水冷式對(duì)稱(chēng)平衡型。2工藝參數(shù)級(jí)名義吸氣壓力：P1I =0.04MPa絕壓，吸氣溫度T1I =40 級(jí)名義排氣壓力：P2II =1.3MPa絕壓，吸入溫度T2II =40 排氣量級(jí)吸入狀態(tài):Vd=15m/min排氣溫度T2II100相對(duì)濕度: =0.953結(jié)構(gòu)參數(shù)活塞行程：S=2r=180mm；電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=533r/m

2、in；活塞桿直徑：d=50mm連桿長(zhǎng)度：l=450mm氣缸直徑：級(jí)，DI =370mm 級(jí)，DII =210m相對(duì)余隙容積：I=0.08，II=0.11電動(dòng)機(jī)：JB400S-10型電動(dòng)機(jī)，132 KW聯(lián)接：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直接裝在曲軸端電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子兼做飛輪運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量見(jiàn)表1表1 運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量(kg)名稱(chēng)級(jí)級(jí)連桿質(zhì)量kg46.95547.49活塞及十字頭組件質(zhì)量(kg)63.563.5目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc375907583 第一章、 緒論 PAGEREF _Toc375907583 h - 1 - HYPERLINK l _Toc375907584 1.

3、1、壓縮機(jī)的分類(lèi) PAGEREF _Toc375907584 h - 1 - HYPERLINK l _Toc375907585 、按工作原理分類(lèi) PAGEREF _Toc375907585 h - 1 - HYPERLINK l _Toc375907586 、按排氣壓力分類(lèi) PAGEREF _Toc375907586 h - 1 - HYPERLINK l _Toc375907587 、按壓縮級(jí)數(shù)分類(lèi) PAGEREF _Toc375907587 h - 1 - HYPERLINK l _Toc375907588 、容積流量分類(lèi) PAGEREF _Toc375907588 h - 2 - HY

4、PERLINK l _Toc375907589 、壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)或工作特征的分類(lèi) PAGEREF _Toc375907589 h - 2 - HYPERLINK l _Toc375907590 1.2、壓縮機(jī)的工作原理 PAGEREF _Toc375907590 h - 3 - HYPERLINK l _Toc375907591 1.3、壓縮機(jī)的根本結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc375907591 h - 3 - HYPERLINK l _Toc375907592 1.4、活塞式壓縮機(jī)的應(yīng)用 PAGEREF _Toc375907592 h - 4 - HYPERLINK l _Toc375907

5、593 1.5、設(shè)計(jì)活塞式壓縮機(jī)應(yīng)符合以下根本原那么 PAGEREF _Toc375907593 h - 4 - HYPERLINK l _Toc375907594 第二章、壓縮機(jī)的熱力計(jì)算 PAGEREF _Toc375907594 h - 6 - HYPERLINK l _Toc375907595 2.1、初步確定壓力比及各級(jí)名義壓力 PAGEREF _Toc375907595 h - 6 - HYPERLINK l _Toc375907596 、等壓力比分配原那么確定各級(jí)壓力比 PAGEREF _Toc375907596 h - 6 - HYPERLINK l _Toc375907597

6、 、各級(jí)名義進(jìn)、排氣壓力如下 PAGEREF _Toc375907597 h - 6 - HYPERLINK l _Toc375907598 2.2、初步計(jì)算各級(jí)排氣溫度 PAGEREF _Toc375907598 h - 6 - HYPERLINK l _Toc375907599 2.3、算各級(jí)排氣系數(shù) PAGEREF _Toc375907599 h - 7 - HYPERLINK l _Toc375907600 、算容積系數(shù) PAGEREF _Toc375907600 h - 7 - HYPERLINK l _Toc375907601 、壓力系數(shù)的選擇 PAGEREF _Toc375907

7、601 h - 7 - HYPERLINK l _Toc375907602 、溫度系數(shù)的選取 PAGEREF _Toc375907602 h - 8 - HYPERLINK l _Toc375907603 、泄漏系數(shù)1的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907603 h - 8 - HYPERLINK l _Toc375907604 、各級(jí)排氣系數(shù)計(jì)算結(jié)果列入表2-5 PAGEREF _Toc375907604 h - 9 - HYPERLINK l _Toc375907605 2.4、算各級(jí)凝析系數(shù)及抽加氣系數(shù) PAGEREF _Toc375907605 h - 9 - HYPERLINK

8、 l _Toc375907606 、凝析系數(shù) PAGEREF _Toc375907606 h - 9 - HYPERLINK l _Toc375907607 、抽加氣系數(shù)0 PAGEREF _Toc375907607 h - 10 - HYPERLINK l _Toc375907608 2.5、初步計(jì)算各級(jí)氣缸行程容積 PAGEREF _Toc375907608 h - 10 - HYPERLINK l _Toc375907609 2.6、確定活塞桿直徑 PAGEREF _Toc375907609 h - 11 - HYPERLINK l _Toc375907610 、計(jì)算任一級(jí)活塞總的工作面

9、積 PAGEREF _Toc375907610 h - 11 - HYPERLINK l _Toc375907611 、暫選活塞桿直徑 PAGEREF _Toc375907611 h - 11 - HYPERLINK l _Toc375907612 、非貫穿活塞桿雙作用活塞面積的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907612 h - 11 - HYPERLINK l _Toc375907613 、計(jì)算活塞上所受氣體力 PAGEREF _Toc375907613 h - 12 - HYPERLINK l _Toc375907614 2.7、計(jì)算各級(jí)汽缸直徑 PAGEREF _Toc375907

10、614 h - 13 - HYPERLINK l _Toc375907615 、計(jì)算非貫穿活塞桿雙作用氣缸直徑 PAGEREF _Toc375907615 h - 13 - HYPERLINK l _Toc375907616 、確定各級(jí)氣缸直徑 PAGEREF _Toc375907616 h - 13 - HYPERLINK l _Toc375907617 2.8、計(jì)算氣缸直徑圓整后實(shí)際行程容積、各級(jí)名義壓力及壓力比 PAGEREF _Toc375907617 h - 13 - HYPERLINK l _Toc375907618 、計(jì)算各級(jí)實(shí)際行程容積Vh PAGEREF _Toc375907

11、618 h - 13 - HYPERLINK l _Toc375907619 、各級(jí)名義壓力及壓力比 PAGEREF _Toc375907619 h - 13 - HYPERLINK l _Toc375907620 2.9、按修正后的名義壓力考慮壓力損失后計(jì)算缸內(nèi)實(shí)際壓力 PAGEREF _Toc375907620 h - 14 - HYPERLINK l _Toc375907621 2.10、根據(jù)實(shí)際壓力比，計(jì)算各級(jí)實(shí)際排氣溫度 PAGEREF _Toc375907621 h - 16 - HYPERLINK l _Toc375907622 2.11、計(jì)算缸內(nèi)最大實(shí)際氣體力并核算活塞桿直徑

12、PAGEREF _Toc375907622 h - 16 - HYPERLINK l _Toc375907623 、第I列第I級(jí) PAGEREF _Toc375907623 h - 16 - HYPERLINK l _Toc375907624 、第II列第II級(jí) PAGEREF _Toc375907624 h - 17 - HYPERLINK l _Toc375907625 2.12、復(fù)算排氣量 PAGEREF _Toc375907625 h - 18 - HYPERLINK l _Toc375907626 2.13、計(jì)算功率并選取電機(jī) PAGEREF _Toc375907626 h - 18

13、 - HYPERLINK l _Toc375907627 、計(jì)算各級(jí)指示功率 PAGEREF _Toc375907627 h - 18 - HYPERLINK l _Toc375907628 、整機(jī)總指示功率 PAGEREF _Toc375907628 h - 19 - HYPERLINK l _Toc375907629 、軸功率Nz PAGEREF _Toc375907629 h - 19 - HYPERLINK l _Toc375907630 、所需電機(jī)功率 PAGEREF _Toc375907630 h - 19 - HYPERLINK l _Toc375907631 2.14、熱力計(jì)算

14、結(jié)果數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc375907631 h - 19 - HYPERLINK l _Toc375907632 、各級(jí)名義、實(shí)際壓力及壓力比 PAGEREF _Toc375907632 h - 19 - HYPERLINK l _Toc375907633 、各級(jí)實(shí)際排氣溫度 PAGEREF _Toc375907633 h - 20 - HYPERLINK l _Toc375907634 、氣缸直徑 PAGEREF _Toc375907634 h - 20 - HYPERLINK l _Toc375907635 、氣缸行程容積 PAGEREF _Toc375907635 h - 20

15、 - HYPERLINK l _Toc375907636 、實(shí)際排氣量 PAGEREF _Toc375907636 h - 20 - HYPERLINK l _Toc375907637 、活塞上最大氣體力 PAGEREF _Toc375907637 h - 20 - HYPERLINK l _Toc375907638 、電動(dòng)機(jī)功率 PAGEREF _Toc375907638 h - 20 - HYPERLINK l _Toc375907639 、活塞桿直徑 PAGEREF _Toc375907639 h - 20 - HYPERLINK l _Toc375907640 第三章、壓縮機(jī)的動(dòng)力計(jì)算

16、 PAGEREF _Toc375907640 h - 21 - HYPERLINK l _Toc375907641 3.1、運(yùn)動(dòng)計(jì)算 PAGEREF _Toc375907641 h - 21 - HYPERLINK l _Toc375907642 、速度 PAGEREF _Toc375907642 h - 21 - HYPERLINK l _Toc375907643 、位移 PAGEREF _Toc375907643 h - 22 - HYPERLINK l _Toc375907644 3.2、氣體力計(jì)算 PAGEREF _Toc375907644 h - 22 - HYPERLINK l _

17、Toc375907645 、各過(guò)程壓力 PAGEREF _Toc375907645 h - 22 - HYPERLINK l _Toc375907646 、氣體力 PAGEREF _Toc375907646 h - 22 - HYPERLINK l _Toc375907647 、將計(jì)算結(jié)果列入表中 PAGEREF _Toc375907647 h - 23 - HYPERLINK l _Toc375907648 3.3、往復(fù)慣性力計(jì)算 PAGEREF _Toc375907648 h - 23 - HYPERLINK l _Toc375907649 、往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的計(jì)算 PAGEREF _Toc3

18、75907649 h - 23 - HYPERLINK l _Toc375907650 、活塞加速度 PAGEREF _Toc375907650 h - 23 - HYPERLINK l _Toc375907651 、計(jì)算各級(jí)往復(fù)慣性力 PAGEREF _Toc375907651 h - 23 - HYPERLINK l _Toc375907652 3.4、摩擦力的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907652 h - 23 - HYPERLINK l _Toc375907653 、往復(fù)摩擦力的計(jì)算Rs PAGEREF _Toc375907653 h - 24 - HYPERLINK l _

19、Toc375907654 、旋轉(zhuǎn)摩擦力Rr的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907654 h - 24 - HYPERLINK l _Toc375907655 3.5、綜合活塞力計(jì)算及綜合活塞力圖的繪制 PAGEREF _Toc375907655 h - 25 - HYPERLINK l _Toc375907656 、將氣體力、往復(fù)慣性力及往復(fù)摩擦力合成得到就是得到綜合活塞力 PAGEREF _Toc375907656 h - 25 - HYPERLINK l _Toc375907657 、列的綜合活塞力圖的繪制 PAGEREF _Toc375907657 h - 25 - HYPERLI

20、NK l _Toc375907658 3.6、切向力的計(jì)算及切向力圖的繪制 PAGEREF _Toc375907658 h - 26 - HYPERLINK l _Toc375907659 、切向力的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907659 h - 26 - HYPERLINK l _Toc375907660 、作切向力圖 PAGEREF _Toc375907660 h - 26 - HYPERLINK l _Toc375907661 、平均切向力的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907661 h - 26 - HYPERLINK l _Toc375907662 3.7、作列中各相

21、關(guān)力圖 PAGEREF _Toc375907662 h - 27 - HYPERLINK l _Toc375907663 3.8、作幅度面積向量圖 PAGEREF _Toc375907663 h - 27 - HYPERLINK l _Toc375907664 、求曲線包圍面積 PAGEREF _Toc375907664 h - 27 - HYPERLINK l _Toc375907665 、作幅度面積向量圖 PAGEREF _Toc375907665 h - 27 - HYPERLINK l _Toc375907666 3.9、飛輪矩的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907666 h -

22、 28 - HYPERLINK l _Toc375907667 、壓縮機(jī)一轉(zhuǎn)中的能量最大變化量L PAGEREF _Toc375907667 h - 28 - HYPERLINK l _Toc375907668 、旋轉(zhuǎn)不均勻度的選取 PAGEREF _Toc375907668 h - 28 - HYPERLINK l _Toc375907669 、飛輪矩的計(jì)算 PAGEREF _Toc375907669 h - 28 - HYPERLINK l _Toc375907670 3.10、分析本壓縮機(jī)動(dòng)力平衡性能 PAGEREF _Toc375907670 h - 29 - HYPERLINK l

23、_Toc375907671 附表1 活塞位移、加速度計(jì)算表 PAGEREF _Toc375907671 h - 31 - HYPERLINK l _Toc375907672 附表10 總切向力計(jì)算表 PAGEREF _Toc375907672 h - 40 - HYPERLINK l _Toc375907673 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc375907673 h - 42 -第一章、 緒論容積式流體機(jī)械Positive displacement fluid machinery：靠泵腔容積的變化來(lái)吸入與排出介質(zhì),來(lái)轉(zhuǎn)換能量的為容積式流體機(jī)械。主要有：容積式壓縮機(jī)；容積泵。1.1、壓縮機(jī)的分

24、類(lèi)、按工作原理分類(lèi)容積式壓縮機(jī)-直接對(duì)一可變?nèi)莘e中的氣體進(jìn)行壓縮，使該局部氣體容積縮小、壓力提高。其特點(diǎn)是壓縮機(jī)具有容積可周期變化的工作腔。動(dòng)力式壓縮機(jī)-它首先使氣體流動(dòng)速度提高，即增加氣體分子的動(dòng)能；然后使氣流速度有序降低，使動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力能，與此同時(shí)氣體容積也相應(yīng)減小。其特點(diǎn)是壓縮機(jī)具有驅(qū)使氣體獲得流動(dòng)速度的葉輪。、按排氣壓力分類(lèi)表1-1 壓縮機(jī)按排氣壓分類(lèi)表分 類(lèi)名 稱(chēng)排氣壓力(表壓)風(fēng) 機(jī)通風(fēng)機(jī)100Mpa、按壓縮級(jí)數(shù)分類(lèi) 單級(jí)壓縮機(jī)-氣體僅通過(guò)一次工作腔或葉輪壓縮。 兩級(jí)壓縮機(jī)-氣體順次通過(guò)兩次工作腔或葉輪壓縮。 多級(jí)壓縮機(jī)-氣體順次通過(guò)屢次工作腔或葉輪壓縮，相應(yīng)通過(guò)幾次便是幾級(jí)壓縮

25、機(jī)。、容積流量分類(lèi) 名 稱(chēng) 容積流量/(m3/min) 微型壓縮機(jī) 30m=k1.31I 級(jí)多變膨脹指數(shù)m=1.16；II級(jí)多變膨脹指數(shù)m=1.19；那么各級(jí)容積系數(shù)為：=1-1其中：=0.1，=0.15。將下相關(guān)數(shù)據(jù)帶入上式得：v=0.7213，v=0.6351。、壓力系數(shù)的選擇 考慮到用環(huán)狀閥，氣閥彈簧力中等，吸氣管中壓力波動(dòng)不大，兩級(jí)壓力差也不大，可選取=0.97, =0.99選擇范圍：級(jí)0.950.98；多級(jí)0.981.0、溫度系數(shù)的選取 考慮到壓縮比不大，氣缸有較好的水冷卻，氣缸尺寸及轉(zhuǎn)速中等，從圖II-1-6 查得T在0.9350.975范圍內(nèi)，可選取T=T=0.96。、泄漏系數(shù)1

26、的計(jì)算 (2-6) 由于無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的取值范圍在，且介質(zhì)為二氧化碳粘度低易泄漏以下相對(duì)泄漏值取上限，用相對(duì)漏損法計(jì)算： (1)考慮氣閥成批生產(chǎn)，質(zhì)量可靠，閥彈簧力中等，選取氣閥相對(duì)泄氣閥不嚴(yán)密或延遲關(guān)閉的泄漏。 2活塞均為雙作用，無(wú)油潤(rùn)滑，缸徑中等，壓力不高。選活塞環(huán)相對(duì)泄漏值., 雙作用氣缸活塞環(huán)的泄漏。 3因無(wú)油潤(rùn)滑，壓力不高，選取填料相對(duì)泄漏值Vp=0.0016，Vp=0.0024經(jīng)驗(yàn)范圍。由于填料為外泄漏，需要在第I級(jí)內(nèi)補(bǔ)足，所以第級(jí)相對(duì)泄漏中也包含第級(jí)填料的外泄漏量在內(nèi)，泄漏系數(shù)的計(jì)算列入表2-4。表2-4 泄漏系數(shù)的計(jì)算泄漏部位相對(duì)泄露值級(jí)級(jí)氣閥0.040.04活塞環(huán)0.0140

27、.015填料 0.00160.0024總相對(duì)泄露0.0580.0574泄露系數(shù)0.9450.946、各級(jí)排氣系數(shù)計(jì)算結(jié)果列入表2-5表2-5 各級(jí)排氣系數(shù)計(jì)算結(jié)果級(jí)數(shù)0.72130.970.960.9450.63470.63510.990.960.9460.5712.4、算各級(jí)凝析系數(shù)及抽加氣系數(shù)、凝析系數(shù) 1冷去其中有無(wú)冷凝水析出查表2-6得水在35和40時(shí)的飽和蒸汽壓Pb=5.62235，Pb=7.37540表2-6 水的飽和蒸汽壓和密度溫度飽和蒸汽壓密度溫度飽和蒸汽壓密度而級(jí)進(jìn)氣的相對(duì)濕度由可得那么kPa所以在級(jí)間冷卻器中必然有水分凝析出來(lái)，這時(shí)。 (1)計(jì)算各級(jí)凝析系數(shù) (2-7) =

28、0.85242.4.2、抽加氣系數(shù)0因級(jí)間無(wú)抽氣，無(wú)加氣，故2.5、初步計(jì)算各級(jí)氣缸行程容積 (2-8) =0.04434m3 =0.00737m32.6、確定活塞桿直徑為了計(jì)算雙作用氣缸缸徑，必須首先確定活塞桿直徑，但活塞桿直徑要根據(jù)最大氣體力來(lái)確定，而氣體力又需根據(jù)活塞面積氣缸直徑來(lái)計(jì)算，他們是互相制約的。因此需先估算壓縮機(jī)中可能出現(xiàn)的最大氣體力，按附表2 中的數(shù)據(jù)初步確定活塞桿的直徑。再根據(jù)相關(guān)公式確定氣缸直徑和最大氣體力，然后校核活塞桿直徑是否滿(mǎn)足要求。2.6.1、計(jì)算任一級(jí)活塞總的工作面積 ，Z同一級(jí)汽缸數(shù) 2-10有： = =0.2463m2=2463.3cm2 = =0.0409

29、44m2=409.44cm22.6.2、暫選活塞桿直徑 根據(jù)雙作用活塞面積和兩側(cè)壓差估算出該空氣壓縮機(jī)的最大氣體力約為21 噸左右，由?過(guò)程流體機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)?附表2，暫選活塞桿直徑d=45mm?；钊麠U面積 d =d 2 =4.52=15.90cm22.6.3、非貫穿活塞桿雙作用活塞面積的計(jì)算蓋側(cè)活塞工作面積 2-11軸側(cè)活塞工作面積 2-12級(jí)： F g =(F+d )=2463.3+15.9=1239.6cm2 F Z =(F-d)=502.45cm2 級(jí)： F g =(F+d )=409.44+15.9=236.53cm2 F Z =(F-d)=409.44-15.90=172.91

30、cm2 2.6.4、計(jì)算活塞上所受氣體力 1第一列第級(jí) 外止點(diǎn)： 2-13 =0.041061199.8410-4-0.2281061239.610-4 =-23463.52N 內(nèi)止點(diǎn)： 2-14=0.2281061198.4510-4-0.041061239.610-4=22397.952N 2第二列第級(jí) 外止點(diǎn)： 2-15 =0.228106172.9110-4-1.3106236.5310-4 =-26806.552N 內(nèi)止點(diǎn)： 2-16 =1.3106172.9110-4-0.228106236.5310-4 =15408N 由以上計(jì)算可知，第二列的氣體力最大，為-26806N約合2.

31、7噸。由?過(guò)程流體機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)?附表2 可知，選取活塞桿直徑d=50mm。2.7、計(jì)算各級(jí)汽缸直徑2.7.1、計(jì)算非貫穿活塞桿雙作用氣缸直徑 根據(jù) DK = EQ r(, EQ f(2Vhk,SZ) + EQ f(d2,2) ) (2-17)有： DI = EQ r(, EQ f(2Vhl,SZ) + EQ f(d2,2) ) =0.3977m DII= EQ r(, EQ f(2VhII,SZ) + EQ f(d2,2) ) = =0.1653m2.7.2、確定各級(jí)氣缸直徑根據(jù)查表II-1-6，將計(jì)算缸徑圓整為公稱(chēng)直徑：DI = 400mm ；DII = 180mm2.8、計(jì)算氣缸直徑

32、圓整后實(shí)際行程容積、各級(jí)名義壓力及壓力比、計(jì)算各級(jí)實(shí)際行程容積Vh非貫穿活塞桿直徑雙作用氣缸行程容積：Vhk= EQ f(,4) (2Dk2 d2)SZ (2-18)VhI= EQ f(,4) (2DI2 d2)SZ = EQ f(,4) (20.42 0.052)0.181=0.0449m3 VhII= EQ f(,4) (2DII2 d2)SZ = EQ f(,4) (20.1820.052)0.181=0.0088m3 2.8.2、各級(jí)名義壓力及壓力比 因各級(jí)實(shí)際行程容積Vhk與計(jì)算行程容積Vhk不同，各級(jí)名義壓力及壓力比必然變化。各級(jí)進(jìn)、排氣壓力修正系數(shù)k及k1分別為： 1各級(jí)進(jìn)氣壓力

33、修正系數(shù)：k = EQ f(VhI, VhI) EQ f(Vhk, Vhk) (2-19) I = EQ f(VhI, VhI) EQ f(VhI, VhI) =1 II = EQ f(VhI, VhI) EQ f(Vh, Vh) =0.8482各級(jí)排氣壓力修正系數(shù)：k+1 = EQ f(VhI, VhI) EQ f(Vh(k+1),Vh(k+1) (2-20) I+1 = EQ f(VhI, VhI) EQ f(Vh(+1),Vh(+1)=0.848 II+1 = EQ f(VhI, VhI) EQ f(Vh(II+1), Vh(II+1) = EQ f(P2II,P2II) =1 3修正后

34、各級(jí)名義壓力及壓力比Plk= k P1k (2-21) P2k=k+1 P2k (2-22) = EQ f(P2k,P1k) (2-23)計(jì)算結(jié)果列入表2-7中。表2-7氣缸直徑圓整后的實(shí)際行程容積、各級(jí)名義壓力及壓力比級(jí)次計(jì)算行程容積實(shí)際行程容積修正系數(shù) EQ f(VhI, VhI) EQ f(VhI, VhI) EQ f(VhI, VhI) EQ f(Vh(k+1),Vh(k+1)名義吸氣壓力名義排氣壓力修正后名義壓力比 EQ f(P2k,P1k) 2.9、按修正后的名義壓力考慮壓力損失后計(jì)算缸內(nèi)實(shí)際壓力 根據(jù)修正后名義壓力，并由圖2-1查得相對(duì)壓力損失如下： 當(dāng)P1I0.04MPa時(shí)s1

35、=0.05 ； 當(dāng)P2I0.1933MPa時(shí)d1=0.085 ； 當(dāng)P1II0.1933MPa時(shí)s2=0.035； 當(dāng)P2II1.3MPa時(shí)d2=0.053； 由Cm 值不相同，在下面公式加以修正： = EQ f(Cm,3.5) 2 EQ f(, ) EQ f(2,3) (2-24) 其中：修正的相對(duì)壓力損失值； Cm 實(shí)際的活塞平均線速度，m/s；由附表查的Cm =4.0m/s ，空氣及所用氣體的密度。圖2-1 相對(duì)壓力損失 故：s10.05 EQ f(4.0,3.5) 2 =0.0653 d10.085 EQ f(4.0,3.5) 2 =0.111 s20.035 EQ f(4.0,3.5

36、) 2 =0.0457 d2 0.045 EQ f(4.0,3.5) 2=0.0718 缸內(nèi)實(shí)際壓力：PS= P1(1s) Pd = P2(1+d) (2-25)由修正后的相對(duì)壓力損失s、d，及計(jì)算各級(jí)氣缸內(nèi)實(shí)際壓力，結(jié)果見(jiàn)表28。表28考慮壓力損失后的缸內(nèi)實(shí)際壓力及壓力比級(jí)次修正后名義壓力相對(duì)壓力損失修正后缸內(nèi)實(shí)際壓力實(shí)際壓力比 EQ f(Pd,Ps) EQr(,w) 2.10、根據(jù)實(shí)際壓力比，計(jì)算各級(jí)實(shí)際排氣溫度 T2=T1 EQ f(k-1,k) (2-26) 按k=1.31和m=1.2況計(jì)算，結(jié)果見(jiàn)表2-9。從中可以看出，按k=1.31計(jì)算出的排氣溫度超過(guò)130的允許范圍，但實(shí)際測(cè)出的

37、排氣溫度接近多變壓縮m的結(jié)果，認(rèn)為在允許的范圍內(nèi)。表2-9據(jù)實(shí)際壓力比求的各級(jí)實(shí)際排氣溫度級(jí)次吸氣溫度實(shí)際壓力比k=1.31mI403136.721.574912181.37429156II403137.54 1.6135052321.44381652.11、計(jì)算缸內(nèi)最大實(shí)際氣體力并核算活塞桿直徑 氣缸直徑的圓整，活塞桿直徑的選取及各級(jí)吸排氣壓力的修正都直接影響到氣體力，需重新計(jì)算如下：2.11.1、第I列第I級(jí) 1活塞面積 蓋側(cè)：=0.124163m2 軸側(cè)：0.124160.001590.12257m2 2壓力 0.0320.32105Pa 0.2152.15105Pa 3氣體力 外止點(diǎn)：

38、 0.320.12252.150.12416 818.24N 內(nèi)止點(diǎn)： 2.150.122570.320.12416 22379.43N2.11.2、第II列第II級(jí) 1活塞面積 蓋側(cè)：0.021449 軸側(cè)：0.021440.001590.01985 2壓力 0.18441.844 1.3913.9 3氣體力 外止點(diǎn)： =1.8441050.01985-13.91050.02144 =-26141.26N 內(nèi)止點(diǎn)： =13.91050.01985-1.8441050.02144 =17719.0N 由以上計(jì)算說(shuō)明，最大氣體力在第二列外止點(diǎn)(-23637.964N)，約為2.4噸，沒(méi)有超過(guò)活塞

39、桿的允許值，可用。2.12、復(fù)算排氣量 氣缸直徑圓整后，壓力比發(fā)生變化，引起容積系數(shù)相應(yīng)的變化。 v=1-1=1-0.086.72-1=0.667 v=1-1=1-0.117.54-1=0.5177 如其它系數(shù)不變，那么排氣系數(shù)為： (2-27) =0.6347 =0.587 (2-28) =0.571 =0.465經(jīng)上述修正后的排氣量為：Vd=Vh11n=0.04490.587533=6.70rmin 計(jì)算結(jié)果與題目要求接近，說(shuō)明所選用的氣缸是適宜的。2.13、計(jì)算功率并選取電機(jī)2.13.1、計(jì)算各級(jí)指示功率 (2-29) =0.321050.6670.04491.57-1=56.47kw

40、=1.8441050.51770.00881.61-1 =50.87kw2.13.2、整機(jī)總指示功率 Ni=Ni+Ni (2-30) Ni=Ni+Ni=56.47+50.87=107.34kw2.13.3、軸功率Nz 因本機(jī)為無(wú)油潤(rùn)滑中型壓縮機(jī)，取機(jī)械效率，那么： (2-31) =108.19kw2.13.4、所需電機(jī)功率 因本機(jī)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子直接裝在曲軸端，取傳動(dòng)效率 2-32 =(1.051.15)=(117.1128.27)kw實(shí)際本機(jī)選用JB0355S1-14型隔爆電動(dòng)機(jī)，功率為132kW是夠的，說(shuō)明以上計(jì)算可用。2.14、熱力計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)2.14.1、各級(jí)名義、實(shí)際壓力及壓力比 見(jiàn)表2

41、-10表2-10 各級(jí)名義、實(shí)際壓力及壓力比級(jí)別修正后實(shí)際壓力實(shí)際壓力比名義壓力名義壓力比2.14.2、各級(jí)實(shí)際排氣溫度 T2=429K 或 T2=156 T2=438K 或 T2=1652.14.3、氣缸直徑 DI=400mm，DII =180mm2.14.4、氣缸行程容積 VhI=0.0449m3，VhII=0.0088m32.14.5、實(shí)際排氣量 Vd=14.08m3/min 2.14.6、活塞上最大氣體力 Pmax=PII外=-23637.964N2.14.7、電動(dòng)機(jī)功率 Ne =132kw2.14.8、活塞桿直徑 d =50mm第三章、壓縮機(jī)的動(dòng)力計(jì)算 動(dòng)力計(jì)算局部需要使用熱力計(jì)算局

42、部數(shù)據(jù)，現(xiàn)將計(jì)算數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表3-1。表3-1動(dòng)力計(jì)算數(shù)據(jù)表級(jí)次活塞面積壓力吸入排出溫度吸入排出相對(duì)余隙容積行程余隙容積折合行程程指示功率軸功率機(jī)械效率轉(zhuǎn)速連桿長(zhǎng)3.1、運(yùn)動(dòng)計(jì)算3.1.1、速度r=s/2 (3-1)=/ (3-2) (3-3) (3-4) (3-5)、位移蓋側(cè)： (3-6)軸側(cè)： (3-7) 速度： (3-8)加速度： (3-9)3.2、氣體力計(jì)算用列表計(jì)算法作各級(jí)氣缸指示圖及氣體力展開(kāi)圖。3.2.1、各過(guò)程壓力膨脹過(guò)程 (3-10)進(jìn)氣過(guò)程 (3-11)壓縮過(guò)程 (3-12)排氣過(guò)程 (3-13本機(jī)屬于中型壓縮機(jī)，取m =m=1.4，xi是活塞位移，是運(yùn)動(dòng)計(jì)算中各點(diǎn)的位移值。

43、因本機(jī)為雙作用活塞，蓋側(cè)氣體力與軸側(cè)氣體力應(yīng)分別列表計(jì)算。3.2.2、氣體力蓋側(cè)： (3-14)軸側(cè)： (3-15)對(duì)雙作用活塞蓋側(cè)與軸側(cè)氣體力應(yīng)分別計(jì)算，然后將同一轉(zhuǎn)角時(shí)兩側(cè)氣體力合成。氣體力符號(hào)規(guī)定：軸側(cè)氣缸的氣體力使連桿受拉伸，氣體力為正值；蓋側(cè)氣缸的氣體力使連桿受壓縮，為負(fù)值。3.2.3、將計(jì)算結(jié)果列入表中級(jí)蓋側(cè)氣體力列入附表1，級(jí)軸側(cè)氣體力列入附表2，級(jí)蓋側(cè)氣體力列入附表3，級(jí)軸側(cè)氣體力列入附表4。 3.3、往復(fù)慣性力計(jì)算3.3.1、往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的計(jì)算連桿質(zhì)量 ml=30.9kg取小頭折算質(zhì)量 ml=0.3 ml=0.330.9=9.27kg級(jí)活塞組件及十字頭組件質(zhì)量 mp=79.5

44、5級(jí)活塞組件及十字頭組件質(zhì)量 mp=80.09于是得到各級(jí)集中在十字頭銷(xiāo)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量為：ms=mp+ ml=79.55+9.27=88.82kgms=mp+ ml=8009+9.27=89.36kg3.3.2、活塞加速度加速度值由運(yùn)動(dòng)計(jì)算。3.3.3、計(jì)算各級(jí)往復(fù)慣性力 3-16關(guān)于慣性力的符號(hào)規(guī)定：使連桿或活塞桿受拉伸的力作為正值，使連桿或活塞桿受壓縮的力為負(fù)，這一規(guī)定恰好和慣性力與加速度方向相反的規(guī)定一致。計(jì)算函數(shù)cos+cos2的數(shù)值，按式3-26求的往復(fù)慣性力，計(jì)算結(jié)果列于表5，6。3.4、摩擦力的計(jì)算壓縮機(jī)總是存在著往復(fù)摩擦力和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)摩擦力，其兩者的計(jì)算分別如下：3.4.1、往復(fù)

45、摩擦力的計(jì)算Rs往復(fù)摩擦力Rs可以看作是活塞環(huán)與氣缸壁、活塞桿與填料函、十字頭滑板與滑道等所有往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦力的總和。一般往復(fù)摩擦力所消耗的功率Nm占總的機(jī)械摩擦功率的6070%，即：即： (3-17)式中 (3-18)其中指示功率；壓縮機(jī)機(jī)械效率.取往復(fù)摩擦力為總摩擦力的70%，那么有:級(jí)往復(fù)摩擦力=1075N級(jí)往復(fù)摩擦力=968N關(guān)于往復(fù)摩擦力的符號(hào)規(guī)定：1方向始終與活塞的運(yùn)動(dòng)方向相反，仍以使活塞桿受拉為正,受壓為負(fù)；2在整個(gè)向軸行程中往復(fù)摩擦力使活塞桿受拉，始終為正值；而在整個(gè)向蓋行程中往復(fù)摩擦力使活塞桿受壓，始終為負(fù)值。3.4.2、旋轉(zhuǎn)摩擦力Rr的計(jì)算旋轉(zhuǎn)摩擦力Rr包括：曲柄銷(xiāo)與連桿大頭

46、瓦、十字頭銷(xiāo)與連桿小頭瓦以及主軸與主軸承的摩擦力。一般旋轉(zhuǎn)摩擦力小號(hào)的功率約占摩擦功率的4030%，其計(jì)算式為： (3-19)取旋轉(zhuǎn)摩擦力為總摩擦力的30%，那么=558NRr就是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的被折算成作用于曲柄銷(xiāo)上阻止曲軸旋轉(zhuǎn)的摩擦力。規(guī)定摩擦力的方向?yàn)椋悍才c壓縮機(jī)轉(zhuǎn)向相反的為正值，相同的為負(fù)值。3.5、綜合活塞力計(jì)算及綜合活塞力圖的繪制當(dāng)壓縮機(jī)正常工作時(shí)，其氣體力、往復(fù)慣性力及往復(fù)摩擦力都同時(shí)存在，都是沿著汽缸中心線方向，這些力的代數(shù)和就稱(chēng)為壓縮機(jī)列的綜合活塞力。3.5.1、將氣體力、往復(fù)慣性力及往復(fù)摩擦力合成得到就是得到綜合活塞力 (3-20)上式中各種力都是曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)，所以綜合活塞

47、力是隨著曲柄轉(zhuǎn)角而變化的，其正負(fù)號(hào)規(guī)定同前。計(jì)算結(jié)果列入附表6、附表7中。3.5.2、列的綜合活塞力圖的繪制做綜合活塞力圖時(shí)需要注意：進(jìn)行疊加的各種力的比例尺應(yīng)取得一致，橫坐標(biāo)長(zhǎng)度都相等；力的正負(fù)值均按照使連桿受拉為正，受壓為負(fù)值處理；各種力的疊加均為在相同轉(zhuǎn)角下的瞬時(shí)力的代數(shù)和。將每列的氣體力、往復(fù)慣性力及往復(fù)摩擦力相迭加，繪在同一比例尺的圖上，從而得到列的綜合活塞力圖，橫坐標(biāo)為曲軸轉(zhuǎn)角，縱坐標(biāo)為活塞力。其圖標(biāo)見(jiàn)附圖1、附圖2。顯然，當(dāng)壓縮機(jī)空負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，氣體力為零，此時(shí)綜合活塞力就是往復(fù)慣性力和往復(fù)摩擦力之代數(shù)和；當(dāng)滿(mǎn)負(fù)荷而突然停車(chē)時(shí)，慣性力和摩擦力為零，此時(shí)綜合活塞力就是氣體力。最大氣體

48、力也就是壓縮機(jī)名牌上標(biāo)志的活塞力值。對(duì)活塞桿、十字頭銷(xiāo)進(jìn)行強(qiáng)度及穩(wěn)定性計(jì)算時(shí)，應(yīng)取氣體力、往復(fù)慣性力及綜合活塞力中的最大值作為計(jì)算載荷。3.6、切向力的計(jì)算及切向力圖的繪制活塞兩面受到氣體力。綜合活塞力通過(guò)活塞桿作用到十字頭銷(xiāo)，在十字頭銷(xiāo)分解為兩個(gè)分力：一個(gè)分力傳遞給連桿，沿連桿中心線方向，稱(chēng)為連桿力；另一個(gè)分力通過(guò)十字頭滑板垂直作用到滑道上稱(chēng)為側(cè)向力N。連桿力作用到曲柄銷(xiāo)上，又分解為兩個(gè)分力，一個(gè)分力是垂直與曲柄方向的切向力T，另一個(gè)分力是沿著曲柄方向的法向力Z。3.6.1、切向力的計(jì)算設(shè)連桿力與切向力之間的夾角，切向力為： (3-21)將代入上式得切向力的計(jì)算公式為： (3-22)切向力符

49、號(hào)規(guī)定：切向力與曲軸轉(zhuǎn)向相反時(shí)，規(guī)定為正值，反之為負(fù)值。計(jì)算結(jié)果列入附表6、附表7。3.6.2、作切向力圖 1橫坐標(biāo)為曲柄轉(zhuǎn)角，比例尺為，換算為長(zhǎng)度比例尺ml = (3-23) ml = =0.0314mcm2縱坐標(biāo)為切向力，比例尺mT=2kN/cm3根據(jù)切向力的計(jì)算表作切向圖，如附圖1、附圖2。3.6.3、平均切向力的計(jì)算 1由列表計(jì)算的切向力求平均切向力 (3-24)=20.5KN 2由熱力計(jì)算所得到的軸功率計(jì)算平均切向力為 (3-25)帶入相關(guān)數(shù)據(jù)得:T=21.37KN (7)計(jì)算作圖誤差 (3-26)帶入數(shù)據(jù)得：=4.21以上說(shuō)明，當(dāng)m=1.31時(shí)，誤差沒(méi)有超過(guò)，在允許范圍內(nèi)。(8)將

50、平均切向力水平線畫(huà)在切向圖上。3.7、作列中各相關(guān)力圖 如附圖1、附圖2所示，慣性力I、軸側(cè)氣體力、蓋側(cè)氣體力、綜合活塞力和切向力T隨曲柄轉(zhuǎn)角的分布：3.8、作幅度面積向量圖3.8.1、求曲線包圍面積 用求機(jī)儀或其他方法求得平均切向力與總切向力曲線所包圍的面積F1=-119.68cm2；F2=226.18cm2；F3=-256.19cm2；F4=266.68cm2；F5=-76.66cm23.8.2、作幅度面積向量圖 將平均切向力下方的面積定為向上作向量，平均切向力上方的定為向下做向量，把所有這些向量依次首尾相接平行做出最末一個(gè)向量的終點(diǎn)與第一個(gè)向量的始點(diǎn)在同一水平線，得到向量圖上最高點(diǎn)與最低

51、點(diǎn)的差值190.02cm2，如圖3-1。比例尺：。 圖3-13.9、飛輪矩的計(jì)算3.9.1、壓縮機(jī)一轉(zhuǎn)中的能量最大變化量L (3-27)0.0488m/cm2kN/cm190.02cm2=18550Nm3.9.2、旋轉(zhuǎn)不均勻度的選取 本壓縮機(jī)與電機(jī)是轉(zhuǎn)子直接裝在曲軸端傳動(dòng)，采用彈性聯(lián)軸器，由教材3.9.3、飛輪矩的計(jì)算 (3-28) =3799kgm23.10、分析本壓縮機(jī)動(dòng)力平衡性能 校核的臥式壓縮機(jī)采用兩列二級(jí)二缸雙作用無(wú)油潤(rùn)滑對(duì)稱(chēng)平衡置于曲軸側(cè)，曲拐錯(cuò)角的壓縮機(jī)如圖3-2圖3-2 對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)氣缸反向平行，故中心線的夾角為，得： 即由于對(duì)列的運(yùn)動(dòng)件作對(duì)稱(chēng)于主軸的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谝涣星S曲柄轉(zhuǎn)角

52、為時(shí)，第二列曲柄轉(zhuǎn)角也同樣是相對(duì)于本列的外止點(diǎn)而言。 列的運(yùn)動(dòng)方向相反，所以從整個(gè)機(jī)器看，兩列的往復(fù)慣性力的方向是相反的，慣性力為： 只有相對(duì)列的運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量相等即： 所有慣性力都相互抵消，只是由于相對(duì)兩列的氣缸中心線不在一條中心線上，存在列間距，因此才產(chǎn)生未平衡的慣性力矩： 兩列對(duì)動(dòng)式式壓縮機(jī)由于氣缸分置在曲軸兩側(cè)，列間距較小，所以不大，它對(duì)機(jī)器振動(dòng)的影響也就很小。旋轉(zhuǎn)慣性力仍可用平衡質(zhì)量加以平衡。如果采用四列或四列以上對(duì)動(dòng)式壓縮機(jī)，可以設(shè)法使兩對(duì)對(duì)動(dòng)曲拐之間相互錯(cuò)開(kāi)適宜的角度，已到達(dá)不僅慣性力完全平衡，同時(shí)慣性力矩也得以平衡。這便是對(duì)動(dòng)壓縮機(jī)的最大優(yōu)點(diǎn)，所以對(duì)動(dòng)式也可以稱(chēng)為平衡式壓縮機(jī)。這種

53、類(lèi)型的壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速可以提高，從而減輕機(jī)器質(zhì)量以及壓縮機(jī)根底，在大型機(jī)中得到廣泛應(yīng)用。附表1 活塞位移、加速度計(jì)算表曲柄轉(zhuǎn)角活塞位移/mm活塞加速度a(m/)XgXz00.000 240.000 280.944 102.185 237.815 274.563 208.642 231.358 255.870 3019.084 220.916 226.166 4033.053 206.947 187.477 5049.949 190.051 142.359 6069.069 170.931 93.648 7089.649 150.351 44.204 80110.915 129.085 -3.346

54、90132.122 107.878 -46.824 100152.591 87.409 -84.655 110171.734 68.266 -115.943 120189.069 50.931 -140.472 130204.218 35.782 -158.620 140216.904 23.096 -171.215 150226.931 13.069 -179.342 160234.168 5.832 -184.132 170238.539 1.461 -186.563 180240.000 0.000 -187.296 190238.539 1.461 -186.563 200234.16

55、8 5.832 -184.132 210226.931 13.069 -179.342 220216.904 23.096 -171.215 230204.218 35.782 -158.620 240189.069 50.931 -140.472 250171.734 68.266 -115.943 260152.591 87.409 -84.655 270132.122 107.878 -46.824 280110.916 129.084 -3.346 29089.649 150.351 44.204 30069.069 170.931 93.648 31049.949 190.051 1

56、42.359 32033.053 206.947 187.477 33019.084 220.916 226.166 3408.642 231.358 255.870 3502.185 237.815 274.563 3600.000 240.000 280.944 附表2 級(jí)氣缸蓋側(cè)氣體力計(jì)算表活塞位移xi/m膨脹過(guò)程pi進(jìn)氣過(guò)程Pi=Ps壓縮過(guò)程Pi排氣過(guò)程Pi=Pd氣體力Pi000.215 -26.664 101.580.186 -23.068 206.270.130 -16.124 3013.860.084 -10.420 4024.040.054 -6.700 5036.40.037

57、 -4.592 6050.440.032 -3.972 7065.630.032 -3.972 8081.420.032 -3.972 9097.270.032 -3.972 100112.680.032 -3.972 110127.20.032 -3.972 120140.440.032 -3.972 130152.10.032 -3.972 140161.930.032 -3.972 150169.750.032 -3.972 160175.420.032 -3.972 170178.850.032 -3.972 1801800.032 -3.972 190178.850.032 -3.9

58、72200175.420.033 -4.096 210169.750.035 -4.344 220161.930.037 -4.592 230152.10.040 -4.964 240140.440.044 -5.460 250127.20.050 -6.204 260112.680.058 -7.196 27097.270.070 -8.684 28081.420.086 -10.668 29065.630.111 -13.768 30050.440.149 -18.480 31036.40.209 -25.920 32024.040.215 -26.687 33013.860.215 -2

59、6.687 3406.270.215 -26.687 3501.580.215 -26.687 36000.215 -26.687 附表3 級(jí)氣缸軸側(cè)氣體力計(jì)算表活塞位移xi/m膨脹過(guò)程pi進(jìn)氣過(guò)程Pi=Ps壓縮過(guò)程Pi排氣過(guò)程Pi=Pd氣體力Pi01800.032 3.835 10178.420.032 3.879 20173.730.034 4.015 30166.140.035 4.253 40155.960.038 4.613 50143.60.21525.766 60129.560.21525.766 70114.370.21525.766 8098.580.21525.766 90

60、82.730.21525.766 10067.320.21525.766 11052.80.21525.766 12039.560.21525.766 13027.90.21525.766 14018.070.21525.766 15010.250.21525.766 1604.580.21525.766 1701.150.21525.766 18000.215 25.766 1901.150.193 23.138 2004.580.146 17.504 21010.250.101 12.140 22018.070.069 8.254 23027.90.048 5.700 24039.560.