活塞式壓縮機課程設計說明書

1、合肥工業(yè)大學過程裝備與控制工程專業(yè)過程流體機械課程設計設計題目4L-20/8活塞式壓縮機設計學院名稱專業(yè)（班 級）姓名（學 號）指導教師1/15目錄第一章 概述 .31.1壓縮機的分類 .31.2壓縮機的基本結構 .41.3活塞式壓縮機的工作原理 .51.4活塞式壓縮機設計的基本原則.51.5活塞式壓縮機的應用 .5第二章 設計計算 .72.1設計參數 .72.2計算任務 .72.3設計計算 .72.3.1壓縮機設計計算 . .72.3.2皮帶傳動設計計算 . .10第三章 結構設計 .133.1氣缸. .133.2氣閥. .143.3活塞. .143.4活塞環(huán) .143.5填料. .14參考

2、文獻.152/15第一章概述1.1 壓縮機的分類 2按工作原理分類按工作原理，壓縮機可分為“容積式”和“動力式”兩大類。容積式壓縮機直接對一可變容積工作腔中的氣體進行壓縮， 使該部分氣體的容積縮小、壓力提高，其特點是壓縮機具有容積可周期變化的工作腔。 容積式壓縮機工作的理論基礎是反映氣體基本狀態(tài)參數 P、 V、 T 關系的氣體狀態(tài)方程。動力式壓縮機首先使氣體流動速度提高， 即增加氣體分子的動能， 然后使氣流速度有序降低， 使動能轉化為壓力能， 與此同時氣體容積也相應減小， 其特點是壓縮機具有驅使氣體獲得流動速度的葉輪。 動力式壓縮機工作的理論基礎是反映流體靜壓與動能守恒關系的流體力學伯努利方程

3、按排氣壓力分類見表 1，按排氣壓力分類時， 壓縮機的進氣壓力為大氣壓力或小于 02MPa。對于進氣壓力高于 02MPa的壓縮機，特稱為“增壓壓縮機”按壓縮級數分類在容積式壓縮機中， 每經過一次工作腔壓縮后， 氣體便進入冷卻器中進行一次冷卻，這稱為一級。 而在動力式壓縮機中， 往往經過兩次或兩次以上葉輪壓縮后，才進人冷卻器進行冷卻， 把每進行一次冷卻的數個壓縮 “級”合稱為一個“段”。單級壓縮機氣體僅通過一次工作腔或葉輪壓縮；兩級壓縮機氣體順次通過兩次工作腔或葉輪壓縮；多級壓縮機一一氣體順次通過多次工作腔或葉輪壓縮， 相應通過幾次便是幾級壓縮機。按功率大小分類壓縮機按功率大小分類見表12。3/1

4、5壓縮機分類及命名壓縮機按結構或工作特征分類和命名見表13。1.2壓縮機的基本結構 2其組成大致可以分為三個部分：(1) 工作腔部分工作腔部分是直接處理氣體的部分，包括汽缸、活塞、氣閥等，構成有進、出通道的封閉空間。 活塞桿穿出工作腔端板的部位設有填料， 用以密封問隙， 活塞上設置的活塞環(huán)也是起密封作用的。(2) 傳動部分傳動部分把電動機的旋轉運動轉化為活塞的往復運動， 包括曲軸、 連桿、十字頭等，往復運動的活塞通過活塞桿與十字頭連接。(3) 機身部分機身部分是用來支承 ( 或連接 ) 汽缸部分與傳動部分的零部件，包括機身 ( 或稱曲軸箱 ) 、中體、中問接筒等，其上還可能安裝有其他附屬設備。

5、4/151.3 活塞式壓縮機的工作原理（ 1）膨脹過程當活塞向左邊移動時， 缸的容積增大， 壓力下降，原先殘留在氣缸中的余氣不斷膨脹。（ 2）吸入過程當壓力降到稍小于進氣管中的氣體壓力時， 進氣管中的氣體便推開吸入氣閥進入氣缸。隨著活塞向左移動， 氣體繼續(xù)進入缸內， 直到活塞移至左邊的末端 （又稱左死點）為止。（ 3）壓縮過程活塞從下止點向上運動， 吸、排氣閥處于關閉狀態(tài)， 氣體在密閉的氣缸中被壓縮，由于氣缸容積逐漸縮小， 則壓力、溫度逐漸升高至氣缸內氣體壓力與排氣壓力相等。壓縮過程一般被看作是等熵過程。（ 4）排氣過程活塞繼續(xù)向上移動，致使氣缸內的氣體壓力大于排氣壓力，則排氣閥開啟，氣缸內的

6、氣體在活塞的推動下等壓排出氣缸進入排氣管道， 直至活塞運動到上止點。此時由于排氣閥彈簧力和閥片本身重力的作用，排氣閥關閉排氣結束。至此，壓縮機完成了一個由膨脹， 吸氣，壓縮和排氣四個過程組成的工作循環(huán)。此后，活塞又向下運動，重復上述四個過程，如此周而復始地進行循環(huán)。這就是活塞式壓縮機的工作原理。1.4 活塞式壓縮機設計的基本原則（ 1）滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力以及有關使用條件的要求；（ 2）有足夠長的使用壽命（壓縮機需要大修被迫停車的次數） ；（ 3）有良好的運轉經濟性；（ 4）有良好的動力平衡性；（ 5）維護檢修方便；（ 6）盡可能采用新結構；（ 7）制造工藝性良好；（ 8）機器尺寸小

7、。1.5 活塞式壓縮機的應用壓縮機的用途極為廣泛， 遍布工農業(yè)、交通運輸、國防甚至生活的各個領域。按照氣體被壓縮的目的，大致可區(qū)分為如下四類。5/15（ 1）動力用壓縮機利用壓縮空氣驅動各種工具和器械已經應用得非常廣泛，如風鎬、風鉆、氣力扳手、造型機、車輛制動、儀表控制等。紡織工業(yè)中利用壓縮空氣吹送緯線以替代梭子，食品和制藥工業(yè)用壓縮空氣攪拌漿液，中大型發(fā)動機用壓縮空氣啟動，高壓空氣爆破采煤， 魚雷發(fā)射，潛艇沉浮等。 這些場合均需用到不同壓力的壓縮空氣，具有安全、可靠、方便、潔凈等優(yōu)點。（ 2）化工工藝用壓縮機在化學工業(yè)中將氣體壓力提高有利于化學反應的進行，提高反應速度和產率，并可相應減小設備

8、尺寸， 降低工程造價。 如化肥生產中的合成氨工藝要使氫氣和氮氣在 15IOOMPa的壓力下反應，尿素生產需要在 21MPa下使二氧化碳和氨發(fā)生化學反應，而由乙烯聚合生產塑料的工藝則需要高達 280MPa的工作壓力，石油加氫精煉則需要 732MPa的壓力。（ 3）制冷和氣體分離用壓縮機制冷設備中需要提高制冷劑的壓力，以將其冷卻成液態(tài)， 這需要壓縮機提供約 15 12MPa的壓力。在氣體分離工業(yè) ( 如空分 ) ，需要用壓縮機先將混合氣體提高壓力，然后進行冷卻和膨脹降溫并變成液態(tài)， 最后利用不同組分沸點差將其蒸發(fā)分離。（ 4）氣體輸送用壓縮機氣體輸送有管道輸送和裝瓶輸送兩種方式。 氣量大時由管道輸

9、送， 此時壓縮氣體的目的是提高氣體壓力以克服流動過程中的管道阻力， 并使較小的管徑輸送盡可能多的氣體，如天然氣的管道輸送需要 1 1OMPa的壓力。氣量小時用容器裝運，因容器一般體積有限， 所以為裝運更多的氣體， 往往將充氣壓力定得高一些，如天然氣汽車加氣子站氣體轉運槽車的運輸壓力是 20MPa，而燃料電池汽車車載氫氣瓶的充裝壓力是 35 70MPa。6/15第二章設計計算2.1 設計參數（ 1）排氣量：有效排氣量21.5m3 min（ 2）進氣壓力： 0.1MPa（ 3）排氣壓力： 0.8MPa（ 4）軸轉速： 400rpm（ 5）行程：240mm（ 6）氣缸數：一級壓縮 1 二級壓縮 1（

10、 7）氣缸直徑： 一級420mm二級250mm（ 8）軸功率： 118kW（ 9）電機：功率 130KW轉速 730rpm額定電壓380V（ 10）排氣溫度： 160 （ 11）冷卻水量：4 噸/ 小時2.2 計算任務（ 1）對實際排氣量，排氣溫度和功率進行復算。（ 2）主、從動皮帶輪的設計計算。2.3 設計計算壓縮機設計計算(1) 結構型式及方案選擇根據總壓力比 8，壓縮機的級數取兩級比較合適。 本設計為固定式壓縮機，為了獲得較好的運轉平穩(wěn)性，結構型式采用 L 型，而且、級采用雙作用氣缸。另外，壓縮機采用水冷方式。（ 2）容積流量（排氣量）的計算1) 理論排氣量 qvn1 、 qvn2 的計

11、算n壓縮機轉速 400 rpm圖 1容積流量的計算7/15D1 420mm, D2250mm, d1 d2 40mm, n 400rpmqvn12D12d12L n424202402240400426.480m3 / minqvn222L n2D2d242250240224040049.304m3 / min2） 實際排氣量的計算qvqvn v式中v 容積效率，vvpTl1其中v 容積系數，v1(n1) ，為相對余隙系數，低壓級0.1，中壓級0.11，為名義壓力比。p 壓力系數，p0.950.98 ；T 溫度系數，T0.920.98 ；l 泄露系數，l0.900.98 ；1 0.12 0.11

12、n1 1.2n2 1.251 2.72 2.961由取由v1(n1)算得v10.871v 2 0.867p10.95T10.95l 1p 20.96T 20.96l 2vvp Tl算得00.950.96v18v 2 0.7500.7478/15則qv1qvn1 v1qv2qvn2 v23）各級行程容積 Vs 的計算26.438 ×9.72304 ×由 Vsqv（n 為壓縮機轉速）算得nv26.43Vs10.0664009.27Vs20.023400（ 3）排氣溫度計算m 1Td Ts m式中m 壓縮過程指數， 一般壓縮過程指數取低壓級m(0.950.99)k ，中、高壓級

13、m=k注意：壓縮終溫不能超過160第一級Ts1293Km11.33m 1Td 1Ts1 1 m1.3-1293 2.7 1.3374.88K第二級Ts2298Km2 1.4m 1Td 2Ts2 2 m1.4-12982.96 1.4406. 32K133. 32 160（ 4）估算軸功率（ 118 KW）N ij1vj psjVsjmjj (10 j )m j1 m j1n(1 sj )60m j 19/15本設計中，1sj和10 j 均取為 1。11.331.33-1N i 14000.8710.10.6612.7 1.331601.33 -143.17KW=43.17KW11.41.4 -

14、1N i 24000.8480.10.0232.7 1.41601.4 -143.17KW=44.66KWN i.17+44.66=87.83KW432.7844.0086.78取機械效率m0.94N zN i /0.9493.47KW118KW92.32KW皮帶傳動設計計算已知條件： P=130KW， n1730rpm ， n2400rpm(1) 求計算功率PdkA p本設計為軟起動，連續(xù)工作，工作時間16h，查表可得 kA1.3由此可得Pd1.3 130169KW(2) 由計算功率 Pd 和小帶輪轉速的型號，選 SPC型窄 V 帶。(3) 帶輪直徑計算1）初選主動輪基準直徑dd1400mm

15、n17301.825 ，可計算出從動輪直徑 dd 2由 i400n2dd2idd 1 730mm2）驗算帶速SPC型窄 V 帶帶速范圍 5 25m s10/15V1dd1 n115.29m/s 25 m s100060(4) 確定中心距 a 和帶輪基準長度 Ld1）確定帶輪Ld 基準長度0.7(dd1dd2 )a02( dd1dd2 )取a0dd1dd24007301130L02a0(dd2 dd1 )2(dd1 dd2 )4a02（730221130400）21130411304059mmL d4000mm2）確定實際中心距 aaLdL0a021101mm由amina0.015Ld以及 am

16、axa 0.03Ld 可得amin1040mmamax1220mma 0.045Ld 180mm(5) 計算小帶輪包角 11180odd2 dd1 57.3oa(730400)18057.31101162.81120(6) 求 V帶根數 ZpdZp0 ) k( p0 k kl查表得式中k0.96kL0.94 k lk 1p020.41KW11/15p01.60pdZ( p0k klp0 ) k169(20.41 0.960.941.60) 18.44取Z9根(7) 單根帶的預緊q0.37kg/mv15.29m/sF0500Pd( 2.5 1)qv 2vZk 5001699（ 2.51） 0.3

17、7 15.29215.290.961071.55N(8) 軸上的壓力Fz2F0 sin1z221071.559sin81.419071 .20N12/15第三章結構設計圖 2 L型空氣壓縮機本課程設計所設計的壓縮機是如圖 2 所示的 L 型空氣壓縮機。其主要零部件包括氣缸、活塞、吸氣閥、排氣閥等。3.1 氣缸（1）基本結構型式采用雙作用式鑄鐵氣缸，冷卻方式為水冷，不采用缸套。（2）氣閥在氣缸上的布置要求氣閥在氣缸上設置的通道截面盡量大，氣流阻力小以及安裝檢修方便。氣缸頂部的兩個氣閥在氣缸蓋上作軸向布置，底部兩個氣閥作傾斜布置。圖 3氣閥在缸蓋上的布置圖 4氣缸壁厚13/15（3）主要尺寸進氣口和出氣口直徑140 mm氣缸壁厚L1 14 16 mm L21214 mm機身壁厚工作面12 14 mm非工作面10 12 mm要求壁厚均勻，美觀，便于鑄造。3.2 氣閥進氣閥和排氣閥均采用標準件。目前壓縮機都使用隨管路中氣體壓力變化而自動啟閉的自動閥。本設計采用的是結構較簡單，制造容易的環(huán)狀閥。圖5環(huán)狀閥圖6填料部件3.3 活塞活塞分為桶形活塞、盤形活塞、級差式活塞、隔距環(huán)組合式活塞和柱塞等幾種。本設計采用的是盤形鑄鐵活塞，兩端壁間按直徑大小配加強筋 3 8