对置式压缩机往复惯性力计算
第5章-活塞式压缩机惯性力平衡2讲述
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二阶往复惯性力的合力始终处于水平方向，其位随二倍于主轴旋转角速度而变化， 显然，二阶往复惯性力是无法简单地利用平衡重予以平衡的。
W型压缩机
若以垂直地面的中间列为基准，可写 出其一阶往复惯性力合力在垂直方向和 水平方向的分力为
FIv ms' r2 cos( )cos ms'' r2 cos ms'''r2 cos( )cos
' ''' FIl ms r2 cos( )sin ms r2 cos( )sin
3 ms r 2 cos 2 3 FIl ms r 2 sin 2 FIv
2 FI FIv FIl2
3 ms r 2 2
FIl tg tg FIv
4
300
M
' Is max
1 ams r 2 (3cos 30 3 sin 30) 3ams r 2 2
2100
M
' Is max
1 ams r 2 (3cos 210 3 sin 210) 3ams r 2 2
对二阶惯性力矩求导，得到力矩的位置和极值
任意列曲柄对于本列气缸中心线的转角 i 按下式计算
i
i i i
。
第一列曲柄相对于Y轴的夹角 i 任一列气缸中心线与Y轴的夹角（Y轴的右侧为正，左侧为负）
i
任一列曲柄顺旋转方向相对于第一列曲柄的错角
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第三种类型
在分析多列压缩机惯性力时，应特别注意两个主要的问题， 否则将会得出不正确的结果 第一，注意各列曲柄转角的相位
2 FIv FIl2 2 2 cos ( ) sin ( ) 1 2 2 AIv AIl 2 2
往复式压缩习题
往复式压缩机习题1.某一单作用往复式压缩机输送空气（氮气μ=28.02），吸入温度20℃，吸入压力100kPa，排出压力5×100kPa（均为绝压）。
取m=1.25，k=1.4。
试求：（1）等温，绝热，多变三种状态下理论循环过程的排气温度各为多少？（2）输送氮气，每吸入单位体积所用理论压缩循环功（等温，绝热，多变条件下）为多少？（3）若排气量为1.57m3／min，每分钟理论压缩循环功各为多少?(等温,，绝热，多变条件下)。
2.有一台单缸往复式压缩机，进行理论压缩循环过程，吸入温度25℃，试求下列条件下压缩空气的排出温度、排出容积、理论循环功？（空气分子量为29），k=1.35，m=1.3。
试求：（1）吸入气量1.5m3／min，从100kPa压缩到300kPa（均为绝压）,以绝热压缩循环。
（2）吸入气量2.5m3／min，从2000kPa压缩到3000kPa（均为绝压），以多变压缩循环。
3.某一往复压缩机的第一级吸入压力为100kPa（绝压），吸入温度为30℃。
经绝热压缩后，若排出压力为200kPa（表压）。
试求：（1）压缩空气时的压力比及排气温度是多少？（k=1.25）（2）压缩乙烯时，按上面吸入条件，而排气温度不得超过100℃，其允许压力比及排出压力是多少？（k=1.23）4.用充气法测一空气压缩机的排气良，压缩机缓冲罐中压力为8×105 Pa（表），向一容积为15m3，温度20℃，压力为1×105 Pa（绝）的容器充气，压缩机吸气温度为20℃，吸气压力为1×105 Pa（绝），充气5分22秒时间，容器中压力达8×105 Pa（表），测得容器中气温50℃，求该压缩机的排气量。
5.某压缩机压送理想气体，末级排出压力为8×105 Pa（表），温度为155℃，排出状态下的气量为1.57m3／min，假设压缩机的气体没有外泄露。
试求：（1）进口温度为30℃，进气压力为1×105 Pa（绝）时进气状态下的吸气量。
压缩机动力计算的Excel解析法
第 6期
邢万坤 ,等 :压缩机动力计算的 Excel解析法
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根据合成的原则 ,各列切向力按同一瞬时对应叠加 。
求位移 、惯性力采用精确计算式 ,求平均切向力及幅
度面积时 ,采用数值积分以确保计算精度 。
212 主要计算公式
21211 气体力
根据状态方程和过程方程式及考虑实际气体的
性质导出递推公式 :
co sα
+
(1 / l) [1
co s2α +
- ( r/ l) 2
( r/ l) 2 sin4α sin2α]3 /2
×10-
3
21213 往复摩擦力
Rs
=
0165 ( 1
-
η m
)
N
i
/2 sinηm
式中 N i ———该列总指示功率 , kW
21214 综合活塞力
6 P6 = P + ls + R s
m s2 = 151038 kg 转速 n = 980 r/m in 行程 S = 120 mm 压缩过程指数 k = 1. 4 膨胀过程指数 m 1 = 1. 20 m2 = 1. 25 连杆比 λ = 0. 2 一级指示功率 N i1 = 25. 6 kW 二级指示功率 N i2 = 24. 5 kW 机械效率 ηm = 0. 90 气缸夹角 δ= 90° 计算结果详见图 2～图 4。限于篇幅 ,本文省略
参考文献 :
[ 1 ] 郁永章. 容积式压缩机技术手册 [M ]. 北京 :机械工业出版社 , 2000: 239 - 243.
[ 2 ] 高慎琴. 化工机器 [M ]. 北京 : 化学工业出 版社 , 1994: 65 112.
往复式压缩机计算实例
往复式压缩机计算实例以下是一个往复式压缩机的计算实例，以进一步理解其工作原理和性能参数的计算方法。
假设有一个往复式压缩机，其气缸直径为100 mm，活塞行程为90 mm，压缩比为6:1，进气温度为27°C，进气容积流量为0.02 m^3/min，压缩机效率为80%。
首先需要计算气缸的容积和进气容积流量。
气缸容积的计算公式为：V_cylinder = π * (d/2)^2 * h其中，d为气缸直径，h为活塞行程。
V_cylinder = 3.1416 * (100/2)^2 * 90 = 636.174 m^3进气容积流量的计算公式为：Q_in = V_in / t_in其中，Q_in为进气容积流量，V_in为进气容积，t_in为进气时间。
假设进气时间为1分钟，则进气容积为：V_in = Q_in * t_in = 0.02 * 1 = 0.02 m^3下一步是计算出排气容积。
排气容积的计算公式为：V_out = V_in * 压缩比其中，V_in为进气容积，压缩比为进气容积与排气容积的比值。
V_out = 0.02 * 6 = 0.12 m^3接下来需要计算出排气流量。
排气流量的计算公式为：Q_out = V_out / t_out其中，Q_out为排气流量，V_out为排气容积，t_out为排气时间。
假设排气时间与进气时间相等，则有：Q_out = V_out / t_in = 0.12 / 1 = 0.12 m^3/min然后可以计算出压缩机的有效排气功率。
压缩机的有效排气功率的计算公式为：P_e = Q_out * p_out / 600其中，P_e为压缩机的有效排气功率，Q_out为排气流量，p_out为排气压力（假设为常数值），600为单位换算常数（将分钟转换为秒）。
假设排气压力为8 bar（绝对压力），则有：最后需要计算出压缩机的绝热效率。
绝热效率的计算公式为：η = (T_out - T_in) / (T_out - T_in / 压缩比) * 100%其中，η为绝热效率，T_out为排气温度（绝对温度），T_in为进气温度，压缩比为压缩比。
往复式压缩习题
往复式压缩机习题1.某一单作用往复式压缩机输送空气（氮气μ=28.02），吸入温度20℃，吸入压力100kPa，排出压力5×100kPa（均为绝压）。
取m=1.25，k=1.4。
试求：（1）等温，绝热，多变三种状态下理论循环过程的排气温度各为多少？（2）输送氮气，每吸入单位体积所用理论压缩循环功（等温，绝热，多变条件下）为多少？（3）若排气量为1.57m3／min，每分钟理论压缩循环功各为多少?(等温,，绝热，多变条件下)。
2.有一台单缸往复式压缩机，进行理论压缩循环过程，吸入温度25℃，试求下列条件下压缩空气的排出温度、排出容积、理论循环功？（空气分子量为29），k=1.35，m=1.3。
试求：（1）吸入气量1.5m3／min，从100kPa压缩到300kPa（均为绝压）,以绝热压缩循环。
（2）吸入气量2.5m3／min，从2000kPa压缩到3000kPa（均为绝压），以多变压缩循环。
3.某一往复压缩机的第一级吸入压力为100kPa（绝压），吸入温度为30℃。
经绝热压缩后，若排出压力为200kPa（表压）。
试求：（1）压缩空气时的压力比及排气温度是多少？（k=1.25）（2）压缩乙烯时，按上面吸入条件，而排气温度不得超过100℃，其允许压力比及排出压力是多少？（k=1.23）4.用充气法测一空气压缩机的排气良，压缩机缓冲罐中压力为8×105 Pa（表），向一容积为15m3，温度20℃，压力为1×105 Pa（绝）的容器充气，压缩机吸气温度为20℃，吸气压力为1×105 Pa（绝），充气5分22秒时间，容器中压力达8×105 Pa（表），测得容器中气温50℃，求该压缩机的排气量。
5.某压缩机压送理想气体，末级排出压力为8×105 Pa（表），温度为155℃，排出状态下的气量为1.57m3／min，假设压缩机的气体没有外泄露。
试求：（1）进口温度为30℃，进气压力为1×105 Pa（绝）时进气状态下的吸气量。
第二章往复式压缩机热力学基础
第二章往复式压缩机热力学基础1.教学目标1.掌握理想气体状态方程式和热力学过程方程式。
2.了解压缩机的工作循环。
3.理解压缩机的排气量及其影响因素。
4.掌握压缩机的功率和效率的计算。
5.了解压缩机的多级压缩过程。
2.教学重点和难点1.理想气体状态方程式和热力学过程方程式。
2.压缩机的工作循环。
3.压缩机的功率和效率的计算。
3.讲授方法多媒体教学正文2.1 理想气体状态方程式和热力过程方程式：2.1.1 理想气体的热力状态及其状态参数压缩机运转时，汽缸内气体的热力参数状态总是周期不断的变化，所以要研究压缩机的工作，首先就得解决如何定量描述气体的状态以及如何确定状态变化的过程。
实际上，这也是研究气体热力学必须首先解决的问题。
气体在各种不同热力状态下的特性，一般都是通过气体状态参数来说明。
2.1.1.1基本热力状态参数1.温度在热力学中采用绝对温标°K为单位。
绝对温标以纯水三相点的绝对温度273.16°K（计算时取273°K）作为基准，只有绝对温度才是气体的状态参数，与常用的摄氏百度温标℃应加以区别。
2.压力在热力学中规定绝对压力为状态参数，与一般的表压力应加区别。
3.比容比容是指每单位重量气体所占有的容积，以v表示。
比容的倒数称为重度，以γ表示。
2.1.1.2 导出状态参数1.内能气体的内能与温度及比容间存在一定的函数关系。
当忽略气体分子间的作用力和气体分子本身所占有的体积时，内能可认为是温度的单值函数。
内能一般用u表示。
2.焓为了便于计算，有时把一些经常同时出现的状态参数并在一起构成一个新的状态参数。
例如在流动系统中，常把内能u和压力p、比容v的乘积pv 相加组成一个新的状态参数i，称为“焓”。
即：i=u+Apv , kcal/kg式中u------内能，kcal/kg;p------压力，kgf/cm2v------比容，m3/kgA------功热当量，A=1/427kcal/kg f·m3.熵熵也是导出状态参数，根据热力学第二定律，对于可逆过程的熵变，与温度及过程进行时的热量交换有关，其关系式为：dq=Tds.kcal/kg式中q---单位重量气体与外界交换的热量，kcal/kg;T---交换热量时的瞬时绝对温度，°Ks-----单位质量气体的熵值，kcal/kg·°K2.1.2理想气体状态方程式所谓理想气体时不考虑气体分子之间的作用力和分子本身所占有的体积的气体，实际上自然界中并不存在真正的理想气体，不过当气体压力远低于临界压力，温度远高于临界温度的时候，都相当符合理想气体的假定。
活塞式压缩机惯性力平衡分析与计算
钱新春，屈宗长
Copyright © 2017 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). /licenses/by/4.0/
−ms a = −ms rω 2 ( cos θ + λ cos 2θ ) = − ( FIs + FIIs ) FIs = Fr = −mr rω 2
(1)
式中： a -活塞运动加速度(m/s2)；
FIs 、 FIIs -分别为一阶和二阶往复惯性力(N)；
Fr -旋转惯性力(N)； ms -往复运动质量(kg)；
r -曲轴的回转半径(m)；
λ -曲柄半径连杆比(即回转半径 r 与连杆长度 l 的比值)； θ -曲轴的转角(˚)； ω -曲轴的旋转角速度(1/s)；
在压缩机作用的分析计算中，一般规定使连杆受拉的力为正，受压为负。曲柄承受拉力为正，否则为 负，这样式(1)中符号不再考虑。
′ 和 ms ′′ ，而旋转质量为 mr ′和 根据式(1)，当两列的曲柄夹角 δ = 90 时，二列的往复运动质量分别为 ms ′′ ，由相位角确定准则，取第一列为基准列，其曲柄的转角为 θ1 ，则同一瞬时第二列曲柄转角为 θ 2 ，第 mr
th th th
Received: May 25 , 2017; accepted: Jun. 7 , 2017; published: Jun. 14 , 2017
Abstract
Based on inertial force and torque equilibrium problems of the piston compressor, the plus criterion is given. The inertia force and torque equilibrium are introduced in detail on account of the criterion with two columns of the compressor as an example. The methods provided some guidance for the calculation of the compressor.
压缩机受力计算
齿轮力计算实例——单级压缩机、不用推力盘，即每根转子都带推力轴承
示意图
齿轮轴向力
气动不平衡力 —齿轮轴向力
齿轮力计算实例——单级压缩机、用推力盘，即只有驱动转子带推力轴承
气动力全部传递到大齿轮推力轴承上。
齿轮轴向力
气动力齿轮轴向力
齿轮力计算实例——高速轴承受力分析流程
计算 模型
推力盘
每台多轴式压缩机至少有：1个推力轴承+每根轴2个径向轴承+每根非驱动轴2个推力盘； 或：每根轴2个径向推力组合轴承；
2、多轴式原理及结构
推力盘 推力盘
推力盘
推力盘
2、多轴式原理及结构
3、压缩机的气封、气动不平衡力的产生
气动不平衡力 ≈叶轮进出口压差×不平衡面积
高压排气
机壳
低压进气
转子平衡区 转子非平衡区
主动 齿轮
从动 齿轮
静载荷计算（主要是重力）
齿轮力计算（径向力、圆周力、轴向力<单斜齿轮>）
圆周力和径向力方向如 图所示。 圆周力的方向在主动轮 上与运动方向相反，在 从动轮上与运动方向相 同。 径向力的方向对两轮都 是指向各自的轴心。 轴向力的方向需根据螺 旋方向和轮齿工作面而 定。例如当主动轮的轮 齿为右旋，回转方向为 逆时针时，轴向力朝外。 大多数主机齿轮采用单斜齿轮传动，有的用人字齿。 人字齿不用考虑齿轮轴向力的影响。 右手定则
叶轮密封
级间密封
叶轮及转子
转向及转速 径向和轴向载荷方向及大小 润滑油类型 进油温度及压力 进油孔位置 轴承安装止口尺寸 防转销大小及位置 测温孔大小及出线位置 转子上安装轴承处的轴颈尺寸及公差
对于单轴式压缩机（相对比较简单）： 径向——主要考虑转子重力分配到轴承的载荷； 轴向——主要考虑气动不平衡力； 对于多轴式压缩机： 径向——转子重力、齿轮力、气动不平衡力偶 分配到轴承的载荷； 轴向——齿轮力、气动不平衡力 分配到轴承的载荷；