目录一、热力学计算 (2)1.1初步确定压力比及名义压力 (2)1.2初步计算各级排气温度 (3)1.3计算各级排气系数 (4)1.4确定气缸行程容积: (6)1.5确定气缸直径 (7)1.6修正压力及压力比 (9)1.7实际压力与压力比 (9)1.8各级温度 (10)1.9计算止点活塞力 (10)1.10复核实际排气量 (11)1.11计算指示功率 (11)1.12计算功率 (12)1.13比功率计算 (12)二、第一级缸动力分析 (14)2.1曲柄长度: (14)2.2余隙容积折合的长度 (14)2.3气体力分析 (14)2.4摩擦力的计算 (17)2.5往复运动质量的计算 (17)2.6总活塞力的计算 (18)2.7切向力计算 (18)三、第二级缸图解法 (20)3.1运动曲线 (20)3.2Ⅱ各级气缸指示图 (20)3.3作气体力展开图 (21)3.4作切向力图 (22)参考文献 (24)一、热力学计算1.1 初步确定压力比及名义压力 (1) 两级压缩总压力比964.8009.1045.912===s d P P ε 按等压力比分配原则确定各级压力比:0.321===εεε(2) 各级名义进、排气压力如下:027.30.3009.1111=⨯==εs d P P 081.90.3027.3222=⨯==εs d P P式中:ε——两级压缩总压力比1S P ——第一级名义进气压力1d P ——第一级名义排气压力 2S P ——第二级名义进气压力2d P ——第二级名义排气压力1ε——一级压力比2ε——二级压力比故各级名义进、排气压力如下表:1.2 初步计算各级排气温度第一级进气温度:K T s 3001=第一级排气温度: 由公式kk s d T T 1-=ε可得:K T T kk s d 4110.33004.114.1111=⨯==--ε由于介质是空气取k=1.4。
第二级进气温度:K T s 3152=第二级排气温度:K T T kk s d 4310.33154.114.1122=⨯==--ε式中:1S T ——第一级进气温度 1d T ——第一级排气温度2S T ——第二级进气温度 2d T ——第二级排气温度故各级名义排气温度如下表:1.3 计算各级排气系数因为压缩机工作压力不高,介质为空气,全部计算可按理想气体处理。
(1) 容积系数:查表得;一级压缩膨胀系数2.11=m ; 二级压缩膨胀系数25.12=m近似取1(+2ααα=盖轴)得:一级相对余隙容积:111(+=+=22ααα=⨯盖轴)(0.1290.1403)0.135二级相对余隙容积:211(+=+=22ααα=⨯盖轴)(0.1430.1955)0.169由公式⎪⎪⎭⎫⎝⎛--=111m εαλ得: 一级容积系数:798.010.3135.01112.111111=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=m v εαλ 二级容积系数:762.010.3169.011125.111222=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=m v εαλ 式中:1α——一级缸相对余隙容积 2α——二级缸相对余隙容积(2) 压力系数:考虑到用环状阀,气阀弹簧力中等,吸气管中压力波动不大,两级压力差也不大,可选取 96.01=p λ和98.02=p λ(3) 温度系数:考虑到压缩比不大,气缸有较好的水冷却,气缸尺寸及转速等,得T λ在0.835-0.975范围内,可选取1T λ=2T λ=0.90。
(4) 泄露系数:考虑到活塞双作用,无油润滑,压力不高,缸径中等,选活塞的相对泄漏系数:参阅文献(1)98.01=l λ和97.02=l λ(5) 凝析系数:根据附表可查的在20℃时水的饱和蒸汽压a b b Kp P P 735.721==,若气体经冷却后有冷却水析出,则满足如下公式:21111b b p p εφ75.7387.2083.2375.78.01111 =⨯⨯=εφb p ,所以级间必然有水分凝析出来,所以8.0=φ工程上常忽略抽加气对凝析系数的影响,故把1φU 取为1,即11=φU 所以水份凝析系数2φμ:99.01.04.0002337.08.04.0002337.08.01.02212212121111112=⨯⨯-⨯-=⨯--=P P P P P P U b b φφμφϕ取99.02=p λ无析水要求(第二级)(6) 排气系数:由公式L T P V H λλλλλ=得: 一级排气系数:676.011111==L T P V H λλλλλ二级排气系数:652.022222==L T P V H λλλλλ 式中:H λ——排气系数 V λ——容积系数P λ——压力系数 T λ——温度系数 L λ——泄漏系数1.4确定气缸行程容积:为了计算双作用气缸缸径,必须首先确定活塞杆直径,但活塞杆直径要根据最大气体力来确定,而气体力又需根据活塞面积(气缸直径)来计算,他们是互相制约的。
因此需先暂选活塞杆直径,计算气体力,然后校核活塞杆是否满足要求。
(1) 一级气缸行程容积:2101394.0375676.0100m SF nV V H dh =⨯===λ双作用气缸:f F F -='2 式中:S ——冲程n ——转数F ——活塞工作面积f ——活塞杆截面积'F ——活塞截面积d V ——排气量(2) 二级气缸行程容积:2122120202142.0300027.3652.0375315009.110099.0m T T P P n V Vs s s s H d h =⨯⨯⨯⨯⨯⨯==λμμϕ 2φμ——水份凝析系数,取0.99;0μ——抽气系数, 取1;1.5 确定气缸直径为了计算双作用气缸缸径,必须首先确定活塞杆直径,但活塞杆直要根据最大气体力来确定,而气体力又需根据活塞面积气缸直径来计算,他们是互相制约的。
因此需先暂选活塞杆直径,计算气体力 然后校核活塞杆是否满足要求。
结构参数中活塞行程:mm S 300=电机转速:n=375r/min连杆长度:l=760mm(1) 由公式SF V h =得一级活塞工作面积:21131.130.0394.0m S V F h ===二级活塞工作面积:22247.030.0142.0m S V F h ===(2) 活塞力估算:一级气缸活塞力:()N P P F P s d 55111110322.110)009.1027.3(31.12121⨯=⨯-⨯⨯=-=二级气缸活塞力:()N P P F P s d 55222210423.110)027.3045.9(47.02121⨯=⨯-⨯⨯=-=根据最大活塞力N P 5max 10423.1⨯=冲程S=300mm 查表得活塞直径取90mm 。
则活塞杆截面积222006.009.0785.04m d f =⨯==π(3) 气缸直径计算如下表:(4) 根据圆整值的直径,复核活塞工作面积及气缸行程容积如下:1.6 修正压力及压力比校核系数043.1485.047.031.141.1'21'=⨯=⨯=ⅡⅠh h F F F F β所以修正后名义压力比: 一级修正后名义压力比:1*1*1s d P P =ε 二级修正后名义压力比:*11*2s d P P =ε式中:a s s d kp P P P 157.3027.3043.12*2*1=⨯=⨯==β代入上式中解得:129.3009.1157.31*1*1===s d P P ε865.2157.3045.9*11*2===s d P P ε 1.7 实际压力与压力比查阅文献列表如下(虚线为准)表中0δ=s δ+d δ其中11P P s ∆=δ;22P Pd ∆=δ。
所以:)1('s s s P P δ-= )1('d d d P P δ-=式中:0δ——总的相对压力损失 s δ——吸气相对压力损失 d δ——排气相对压力损失 根据以上数据可得表格如下:1.8 各级温度按公式kk s d T T 1-⨯=ε计算得下表:1.9 计算止点活塞力内止点(向轴行程终点)时的活塞力:’‘’‘内2s 1d F P F PP ⨯-⨯= 外止点(向盖行程终点)时的活塞力:’‘’‘外2d 1s F P F P P ⨯-⨯=列表如下:表中“+”表示受拉,“—”表示受压。
所以最大活塞力为173500N 查文献得d=90mm 基本满足要求。
1.10复核实际排气量近似认为排气系数变化不大,可取为676.01=v λ 则min /88.99394.0375676.03110m nV Q h H =⨯⨯==λ 满足要求1.11计算指示功率一级:查文献得公式:⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=--1160111''11'1k k k k nV P N v h s ελ 代入数据解得:kw N 2881= 二级:查文献得公式:⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=--1160111''22'2k k k k nV P N v h s ελ 代入数据解得:kw N 2802=总功率:kw N N N 56828028821=+=+=1.12 计算功率压缩机的机械功率m η:zm N N=η 该压缩机要求容积流量为min /1003m 为大型压缩机m η取0.90由上面公式解得:kw N N mz 63190.0568===η 因为连接为电机与压缩机直接相连故0.1=c η631=631kw 1.0Z C C N N N == 1.13比功率计算c g N N )15.1~05.1(=取储备系数为1.1 则:c g N N 1.1=kw 1.6946311.1=⨯=所以比功率为:min /95.688.991.6943⋅==m kw V N dg 上式中:1N ——一级指示功率N——二级指示功率2N——总功率η——联轴器效率cη——压缩机机械功率mN——联轴器功率cN——轴功率g二、第一级缸动力分析2.1曲柄长度:150mm 0.30/2s/2r ===)5.3/1~6/1(5/1067/150∈===lrλ 随着角度α的变化位移x 根据下公式可以求出:)]2cos 1(41)cos 1[(x αλα-+-=r当α=0时 X=0;当90α︒=时 X=0.1647m ;当180α︒=时 X=0.3m2.2余隙容积折合的长度s S c ⨯=α轴侧:m S c 873.0030.0%90.12=⨯=I盖侧:m S cg 0421.030.0%03.14=⨯=2.3 气体力分析轴侧气体力q P : 吸气时:N F P s 5'1'q 106746.0P ⨯=⋅=排气时:N F p 5'1'd q 10389.2P ⨯=⋅=压缩过程:3.15'1'q )0387.030.00387.0(106746.0)s (P im i c c s x x s s F p ++⨯⨯=++⋅=膨胀过程:3.15'1'q )0387.00387.0(10389.2)(p 'im i c c d x x s s F p +⨯⨯=+⋅= 盖侧气体力q P : 吸气时:N F P s 5'2'q 106804.0P ⨯=⋅=排气时:N F P 5'2'd q 10409.2P ⨯=⋅=压缩过程:3.15'2'q )0421.030.00421.0(106804.0)s (P im i c c s x x s s F p ++⨯⨯=++⋅= 膨胀过程:3.15'2'q )0421.00421.0(10409.2)(p 'im i c c d x x s s F p +⨯⨯=+⋅=气体力受力图气体力符号规定:轴侧气体力使活塞杆受拉,为正;盖侧气体力使活塞杆受压,为负。