V型往復(fù)活塞壓縮機主要零部件設(shè)計

1、重慶科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目 V型往復(fù)活塞壓縮機主要零部件設(shè)計<二> 院 （系） 機械與動力工程學(xué)院 專業(yè)班級 機設(shè)普2009-05 學(xué)生姓名 周述煒 學(xué)號 2009440943 指導(dǎo)教師 雷貞貞 職稱 講 師 評閱教師 職稱 2013年 6 月 8 日 重慶科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 摘要 摘 要壓縮機一直是各行各業(yè)不可缺少的重要設(shè)備之一。 現(xiàn)代企業(yè)中，使用壓縮機的場合越來越多，例如：石油、化工、冶金、輕工、紡織、采礦等，許多工業(yè)中無不廣泛使用各種各類的氣體壓縮機。往復(fù)式壓縮機屬于容積式壓縮機，使一定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間，從而提高靜壓力的壓縮機。 本課題

2、在調(diào)研市場，比較各種壓縮機特點的基礎(chǔ)上，確定設(shè)計類型，選擇結(jié)構(gòu)方案；根據(jù)任務(wù)書提供的介質(zhì)、氣量、壓力等參數(shù)，進行熱力學(xué)計算；經(jīng)過計算得到壓縮機的相關(guān)參數(shù)，如氣缸尺寸、活塞尺寸、連桿尺寸等。根據(jù)得到的尺寸，查閱相關(guān)設(shè)計手冊，繪制零件圖、裝配圖。完成V-0.6/8型壓縮機設(shè)計。 關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機 結(jié)構(gòu)設(shè)計 熱力計算 氣缸 曲軸重慶科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 ABSTRACT ABSTRACTCompressor has been one of the indispensable important equipment&#

3、160;in all walks of life. In modern enterprises, compressor is being used more and more frequently, su-ch as in petroleum, chemical industry, metallurgy, light industry, texti

4、le, mining, etc. Reciprocating compressor belongs to positive displacement compressor, which Make-s a certain volume of gas in hale and discharge regularly from a closed space so a

5、s to improve the static pressure.    The design type of compressor was determined by marketing research and the characteristics comparison of all kinds of compressors.

6、60;Some relative parameters like the size of cylinder, of piston and connecting rod can be obtained  from  the thermodynamic calculation which is done according to t

7、he arguments such as medium, gas volume, pressure provided by the assignment book . With the help of the size and related design manual, the designing of 0.6/8 

8、V - type compressor can be completed according to the parts drawing and assembly drawing.Keywords: piston compressor; structure design ; thermal calculation ; cylinder; crankshaftI重慶科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 目錄目錄摘 要IABSTRACTII目錄11 引言11.1 本課題的目的及

9、意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析22 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計42.1 氣缸排列的型式42.2 運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)52.3 級數(shù)選擇及各級壓力比的分配52.4 列數(shù)選擇62.5 壓縮機轉(zhuǎn)速和行程的確定62.6 壓縮機潤滑方式的選擇82.7 慣性力和慣性力矩的平衡92.8 壓縮機驅(qū)動的選擇93 熱力學(xué)計算113.1 初步確定各級排氣壓力和排氣溫度113.1.1 初步確定各級壓力113.1.2 初步確定各級排氣溫度123.2 確定各級的進、排氣系數(shù)133.2.1 計算容積系數(shù)133.2.3 確定壓力系數(shù)143.2.4 確定溫度系數(shù)143.2.5 確定泄漏系數(shù)（氣密系數(shù)）153.2.6 確定各級排氣系數(shù)153.

10、3 確定各級氣缸的行程容積163.3.1 凝析系數(shù)的確定163.3.2 抽氣系數(shù)的確定173.3.3 壓縮機行程容積的確定173.3.4 確定氣缸直徑183.4 修正各級名義壓力和溫度193.4.1 確定圓整后各級的實際行程容積193.4.2 計算各級壓力修正系數(shù)及193.4.3 修正后各級名義壓力及壓力比193.4.4 修正后各級排氣溫度203.5 計算活塞力213.5.1 計算氣缸進排氣過程的平均壓力213.5.2 計算活塞力213.6 計算軸功率，選擇電機223.6.1 計算各級指示功率及總指示功率223.6.2 壓縮機軸功率233.6.3 電機輸入功率244 活塞組件設(shè)計254.1 活

11、塞環(huán)設(shè)計254.1.1 活塞環(huán)的材料254.1.2 活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計254.1.3 活塞環(huán)環(huán)數(shù)的確定264.1.4 主要尺寸的確定264.2 刮油環(huán)設(shè)計274.3 活塞的設(shè)計274.3.1 活塞材質(zhì)的選取284.3.2 活塞結(jié)構(gòu)尺寸的確定284.4 活塞銷的設(shè)計314.4.1 活塞銷的材料314.4.2 活塞銷的主要結(jié)構(gòu)尺寸315 氣缸的設(shè)計345.1 基本結(jié)構(gòu)型式及選材345.2 氣缸主要尺寸的確定346 曲軸的設(shè)計376.1 曲軸的結(jié)構(gòu)形式及選材376.2 主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定377 連桿的設(shè)計397.1 連桿的結(jié)構(gòu)型式及選材397.2 連桿主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定398 結(jié)語42參考文獻43致

12、謝44附 件45任務(wù)書45開題報告45外文譯文45譯文原文（復(fù)印件）4548重慶科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 1引言1 引言1.1 本課題的目的及意義 壓縮機是將低壓氣體提升為高壓的一種從動的流體機械。隨著氣壓技術(shù)的不斷發(fā)展,壓縮機在生產(chǎn)建設(shè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。壓縮機按工作原理可分為容積式和動力式兩大類；按壓縮級數(shù)分類，可分為單級壓縮機、兩級壓縮機和多級壓縮機；按功率大小分類，可分為微小型壓縮機、中型壓縮機和大型壓縮機。按壓縮機的結(jié)構(gòu)形式可分為立式、臥式和角度式。而且角度式又可分為L型、V型、W型、扇形和星型等。不同形式的壓縮機具有其鮮明的特點，根據(jù)其工作原理的不同決定了其不同的適用范圍速度型壓縮機

13、靠氣體在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪的作用下，得到巨大的動能，隨后在擴壓器中急劇降低，使氣體的動能轉(zhuǎn)變?yōu)閯菽?，也就是壓力能。容積型壓縮機靠在氣缸內(nèi)作往復(fù)或回轉(zhuǎn)運動的活塞，使容積縮小而提高氣體壓力。往復(fù)式活塞壓縮機是各類壓縮機中發(fā)展最早的一種。往復(fù)式壓縮機屬于容積式壓縮機，是使一定容積的氣體順序地吸入和排出封閉空間提高靜壓力的壓縮機1。往復(fù)式壓縮機與其它類型的壓縮機相比，具有以下優(yōu)點：<1>、往復(fù)式壓縮機的適用壓力范圍廣，不論流量大小，均能達到所需壓力；<2>、適應(yīng)性強，即排氣范圍較廣,且不受壓力高低影響，能適應(yīng)較廣闊的壓力范圍和制冷量要求；< 3>、往復(fù)式壓縮機對材料要求

14、低，多用普通鋼鐵材料，加工較容易，造價也較低廉；<4>、往復(fù)式壓縮機的裝置系統(tǒng)比較簡單，可維修性強；< 5>、熱效率高，單位耗電量少；< 6>、技術(shù)上較為成熟，生產(chǎn)使用上積累了豐富的經(jīng)驗 。不足是：<1>、排氣不連續(xù)，造成氣流脈動 ；<2>、轉(zhuǎn)速不高，機器大而重 ；< 3>、運轉(zhuǎn)時有較大的震動； <4>、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件多，維修量大2。 本課題考慮到壓縮機已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到了生產(chǎn)、生活的各個角落，且有資料顯示國內(nèi)需求量呈上升趨勢，是中小型工業(yè)用壓縮機一個龐大的族群。中小型壓縮機具有這么大的市場需求，與他本身所具有

15、的特點是分不開的。它與其他壓縮機主要的區(qū)別就是壓縮比小，因而體積小便于移動；目前市場上通用的排氣壓力系列有0.4MPa、0.7 MPa、1.0 MPa、1.25 MPa、2.5MPa五檔等3；而本課題設(shè)計的排氣壓力為0.8MPa，排氣量為600L/min的微型壓縮機。本課題在給定參數(shù)的條件下，設(shè)計一種結(jié)構(gòu)緊湊、便于移動、噪音小的微型壓縮機，具有巨大的市場潛力。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 從上一世紀30年代開始,在傳統(tǒng)的活塞往復(fù)壓縮機已經(jīng)問世.到上世紀80年代,西方國家用于壓縮機裝備所消耗的電能占發(fā)電總量的10%以上,而且隨著現(xiàn)在設(shè)備的復(fù)雜化,這一電耗比例在不斷攀升

16、?，F(xiàn)代的一臺大型壓縮機軸功率如果達到10000kW,能量損失在5%20%,浪費的能量就達5002000kW;對于小型壓縮機,雖然單機功率較小,但是應(yīng)用范圍廣,數(shù)量非常之大,總體的能量損失還是觸目驚心。因此,挖掘潛力、減少壓縮機能量損失、提高效率,勢在必行4。 20世紀80年代中期以來，國外壓縮機行業(yè)在技術(shù)和生產(chǎn)方面都有新的發(fā)展。在各類壓縮機的性能和可靠性已基本妥善解決了的高水準基礎(chǔ)上，仍主要圍繞提高產(chǎn)品的壽命和性能兩大方面進行工作。特別是計算機在研制中的廣泛應(yīng)用，使數(shù)理模型取代了“經(jīng)驗湊巧”，使科研工作向自動化、最佳化方向發(fā)展，從而降低了壓縮機制造廠商的制造成本。其中、對氣閥、閥腔流動阻力、閥

17、室熱交換的研究占有重要地位。在壓縮機性能預(yù)測的研究中，實現(xiàn)了對幾何特征參數(shù)、壓縮過程、排氣過程、吸氣過程、泄露流量的計算預(yù)測，避免了許多工況下的實際運轉(zhuǎn)實驗，大幅度節(jié)約了時間和費用。近年來，我國壓縮機行業(yè)通過引進、消化、吸收及再創(chuàng)新，取得了突破性進展，打破了國外廠商長期壟斷我國空壓機和空壓機配件市場的格局。國內(nèi)已形成L、D、DZ、H、M等等數(shù)十個壓縮機系列、數(shù)百種產(chǎn)品。國內(nèi)的中小型壓縮機基本滿足了國內(nèi)石化行業(yè)的需求。但是，與國外先進水平相比，亦然存在著一定的差距。主要差距為基礎(chǔ)理論研究差、產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)能力低、工藝裝備落后。另外，技術(shù)含量高和特殊要求的產(chǎn)品還不能滿足需求?！笆?五”期間，石化工

18、業(yè)、化學(xué)工業(yè)、輕紡工業(yè)、冶金及采礦等各大領(lǐng)域內(nèi)成套設(shè)備的加大國產(chǎn)化為我國壓縮機行業(yè)的發(fā)展提供了巨大的商機，同時也為壓縮機行業(yè)加快提升壓縮機品質(zhì)、超越世界水準提供了前所未有的機遇5。 目前往復(fù)式壓縮機發(fā)展方向是：大容量、高壓力、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗少、噪聲低、效率高、可靠性高、排氣凈化能力強；普遍采用撬裝無基礎(chǔ)、全罩低噪聲設(shè)計，大大節(jié)約安裝、基礎(chǔ)和調(diào)試費用；不斷開發(fā)變工況條件下運行的新型氣閥，氣閥壽命大大提高；在產(chǎn)品設(shè)計上，應(yīng)用壓縮機熱力學(xué)、動力學(xué)計算軟件和壓縮機工作過程模擬軟件等，提高了計算準確度，通過綜合模擬模型預(yù)測壓縮機在實際工況下的性能參數(shù)，以提高新產(chǎn)品開發(fā)的成功率6。壓縮機產(chǎn)品機電一體化得到

19、強化，采用計算機自動控制，自動顯示各項運行參數(shù)，實現(xiàn)優(yōu)化節(jié)能運行狀態(tài)，優(yōu)化聯(lián)機運行、運行參數(shù)異常顯示、報警與保護；產(chǎn)品設(shè)計重視工業(yè)設(shè)計和環(huán)境保護，壓縮機外型美觀，更加符合環(huán)保要求7。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，我國的壓縮機設(shè)計制造技術(shù)也有了長足發(fā)展，在某些方面的技術(shù)水平也已經(jīng)達到國際先進水平8。壓縮機向著高使用壽命、降低成本、節(jié)能降噪、凈化氣體及提高運行的安全性等方面發(fā)展日趨明顯。但在一些方面與國際先進水平還存在一定差距9-11。因此，壓縮機設(shè)計應(yīng)該在保證性能和可靠性的基礎(chǔ)上，消化吸收國外成熟的數(shù)理模型設(shè)計技術(shù)，以降低壓縮機的設(shè)計、制造成本。面臨國內(nèi)外激烈的市場競爭，我國壓縮機企業(yè)極需提高自身的核心競

20、爭力，轉(zhuǎn)變增長方式。在制造過程中重視服務(wù)，從市場調(diào)研、售后，直到產(chǎn)品報廢回收，努力為客戶提供以知識密集、附加值高為特征的服務(wù)項目，則是壓縮機企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵內(nèi)容。重慶科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 2 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計2 總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 設(shè)計往復(fù)活塞式壓縮機時應(yīng)符合以下基本原則：（1）滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關(guān)使用條件的要求；（2）有足夠長的使用壽命，足夠高的使用可靠性；（3）有較高的運轉(zhuǎn)經(jīng)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(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料；（7）制造工藝性良好；（8）機器的尺寸小、重量輕?；钊綁嚎s機的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成：（1）機器

21、的型式；（2）級數(shù)和列數(shù)；（3）各級氣缸在列中的排列和各列間曲柄錯角的排列。選擇壓縮機的結(jié)構(gòu)方案，應(yīng)根據(jù)壓縮機的用途、運轉(zhuǎn)條件、排氣量和排氣壓力、制造廠生產(chǎn)的可能性、驅(qū)動方式以及占地面積等條件，從選擇機器的型式和級數(shù)入手，制訂出合適的方案?？傮w設(shè)計的任務(wù)：選擇結(jié)構(gòu)方案、主要參數(shù)、相應(yīng)的驅(qū)動方式以及大體確定附屬裝備的布置。2.1 氣缸排列的型式壓縮機氣缸有多種排列型式，按氣缸軸線布置的相互關(guān)系分為：臥式、立式、L型、V型、W型、星型和對稱平衡型。臥式、對稱平衡型壓縮機動力平衡性能較好，運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，宜用于大、中型壓縮機；立式壓縮機現(xiàn)僅用于中、小型和微型，使機器高度均處于人體高度便于操作的范圍內(nèi)，且

22、中型壓縮機主要用于無油潤滑結(jié)構(gòu)；L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機則適用于中、小型和微型。L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機共同的優(yōu)點是（1）各列的一階慣性力的合力可用裝在曲軸上的平衡重達到大部分或完全平衡。因此，機器可取較高的轉(zhuǎn)數(shù)。（2）氣缸彼此錯開一定角度，有利于氣閥的安全與布置。因而使氣閥的流通面積有可能增加。中間冷卻器和級間管道可以直接裝在機器上，結(jié)構(gòu)緊湊。（3）角度式壓縮機可以將若干列的連桿連接在同一曲拐上，曲軸的拐數(shù)可減少，機器的軸向長度可縮短，因此主軸頸能采用滾動軸承。本設(shè)計屬于微型中壓壓縮機常規(guī)設(shè)計，綜合考慮其設(shè)計參數(shù)(壓縮介質(zhì)、排氣量及排氣壓力)及市場現(xiàn)狀，采用V型結(jié)構(gòu)。

23、2.2 運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)活塞式壓縮機的運動機構(gòu)有：無十字頭與帶十字頭兩種。無十字頭運動機構(gòu)的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，機器高度較低，相應(yīng)的機器重量較輕，一般不需要專門的潤滑機構(gòu)。但是無十字頭的壓縮機只能作成單作用的，所以氣缸容積的利用不充分(因為活塞與氣缸之間，只在活塞的一側(cè)形成工作腔)，氣體的泄漏量也較大，氣缸工作表面所受的側(cè)向力也較大，因而活塞易磨損，另外，氣缸中的潤滑油量也難于控制。無十字頭的壓縮機一般只適于作成立式、V型、W型和扇形的結(jié)構(gòu)。當壓縮機的功率大于（120150）kW時，無十字頭的壓縮機的重量要超過有十字頭的壓縮機，而且結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜。因此，無十字頭壓縮機只在小功率范圍內(nèi)采用。在小

24、型移動裝置中用的壓縮機，要求輕便緊湊以便于搬動，多選用無十字頭的運動機構(gòu)。帶十字頭運動機構(gòu)的特點是：由于帶有十字頭，氣缸工作表面不承受連桿傳來的側(cè)壓力，所以，氣缸與活塞間的摩擦和磨損較小，充分利用了氣缸容積，潤滑油易于控制；可以設(shè)置填料密封，所以，氣體地 泄漏量較小，特別是對于易燃、易爆、有毒的氣體，只能采用此種結(jié)構(gòu)。當然，帶十字頭的壓縮機增多了十字頭、活塞桿及填料等部件，使機器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度和重量也相應(yīng)增加。一般固定式的壓縮機功率都較大，特別是工藝流程中用的壓縮機，要求機器長期連續(xù)運轉(zhuǎn)，所以多用帶十字頭的壓縮機。我國固定式動力用空壓機，排氣量在（10100）m3/min、功率在（60630

25、）kW之間的都是帶十字頭結(jié)構(gòu)?；?、石油等部門工藝流程中使用的壓縮機都帶有十字頭。本設(shè)計為功率較小的V型空氣壓縮機設(shè)計，考慮到以上因素，故采用無十字頭的運動機構(gòu)。2.3 級數(shù)選擇及各級壓力比的分配 工業(yè)用的氣體，有時有時需要較高的壓力，需采用多級壓縮。在選擇壓縮機的級數(shù)時，一般應(yīng)遵循以下原則：使壓縮機消耗的功最小、排氣溫度應(yīng)在使用條件許可的范圍內(nèi)、機器重量輕、造價低。要使機器具有較高的熱效率，則級數(shù)越多越好（各級壓力比越小越好）。然而級數(shù)增多，則阻力損失增加，機器總效率反而降低，結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，造價便大大上升。因此，必須根據(jù)壓縮機的容量和工作特點，恰當?shù)剡x擇所需的級數(shù)和各級壓力比。要求長期連續(xù)

26、運轉(zhuǎn)的大、中型壓縮機，可靠性積極性最為重要；在選擇級數(shù)時，以獲得較高效率為出發(fā)點。選擇壓縮機的級數(shù)是一個比較復(fù)雜的問題。設(shè)計時，通常總是分析工作條件相同或相近的現(xiàn)有機器入手，來確定新機器的級數(shù)。表2-1列出了工業(yè)上在各種操作條件下使用的壓縮機的級數(shù)。本設(shè)計為V-0.6/8型壓縮機，選擇級數(shù)為二級。表2-12.4 列數(shù)選擇在活塞式壓縮機中，一個連桿所對應(yīng)的氣缸活塞組即為一列。壓縮機按列數(shù)的多少分成單列和多列兩類。壓縮機列數(shù)的選擇，主要決定于排氣量、排氣壓力、機器的型式和級數(shù)。立式結(jié)構(gòu)可以制成單列和多列壓縮機；臥式結(jié)構(gòu)可以制成單列和雙列壓縮機；對稱平衡結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機，而且列數(shù)必須是偶數(shù)；對

27、置型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機。V型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機，即單重V型（兩列）和雙重V型（四列）。各級氣缸的排列應(yīng)根據(jù)下述原則進行：（1）要求各列往返止點的活塞力相等。這時，曲柄連桿機構(gòu)利用充分，重量較輕，慣性力較小，機械效率較高。由于往返行程的功也大致相等，因而飛輪較輕。（2）通過布置氣缸排列，達到使氣體的內(nèi)泄漏和外泄漏盡可能小的目的。本設(shè)計采用V型結(jié)構(gòu)，如前所述，只能制成多列壓縮機，采用單重V型結(jié)構(gòu)。2.5 壓縮機轉(zhuǎn)速和行程的確定轉(zhuǎn)速和行程的選取對機器的尺寸、重量、制造難易和成本有重大影響，并且還直接影響機器的效率、壽命和動力性能。如果壓縮機與驅(qū)動機直接連接，則也影響驅(qū)動機的經(jīng)濟性和成本。近代

28、設(shè)計活塞式壓縮機的總趨勢是提高轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下 （1-1）式中：活塞平均速度，m/s； 壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)，r/min； 活塞行程，m?；钊綁嚎s機設(shè)計中，在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應(yīng)考慮選擇適宜的活塞平均速度，因為（1）活塞平均速度的高低，對運動機件中的摩擦和磨損有直接的影響。對氣缸內(nèi)的工作過程也有影響。（2）活塞速度過高，氣閥在氣缸上難以得到足夠的安裝面積，所以氣閥、管道中的阻力損失很大，功率的消耗及排氣溫度將會過高。嚴重地影響壓縮機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性和使用的可靠性。移動式壓縮機為盡量減少機器重量和外形尺寸，所以取活塞速度為（45）m/s，而本設(shè)計就屬于此類。由于微型和小型

29、壓縮機，為使結(jié)構(gòu)緊湊，而只能采用較小行程，雖有較高轉(zhuǎn)數(shù)，但活塞平均速度卻較低，只有2m/s左右。本設(shè)計采用2m/s。在一定的活塞速度下，活塞行程的選取，與下列因素有關(guān)：(1)、排氣量的大小。排氣量大者行程應(yīng)取得長些，反之則短些。（2）、機器的結(jié)構(gòu)型式。考慮到壓縮機的使用維護條件，對于立式、V型、W型、扇型等結(jié)構(gòu)，活塞行程不宜取得太長。（3）、氣缸的結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)考慮一級缸徑與行程要保持一定比例，如果行程太小，則進、排氣管在氣缸上的布置將發(fā)生困難（特別是徑向布置氣閥的情況）?，F(xiàn)代活塞式壓縮機的行程與活塞力之間，按統(tǒng)計與分析，有下列關(guān)系： （1-2）式中：P 活塞力，t； A 系數(shù)，其值在0.065

30、0.095之間，較小值相應(yīng)于短行程的機器，較大值相應(yīng)于長行程的機器。 本設(shè)計為V-0.6/8型壓縮機,設(shè)計活塞行程：S=100mm;現(xiàn)代活塞式壓縮機使用的氣閥，都是隨著氣缸內(nèi)氣體壓力的變化而自行開、閉的自動閥。氣閥是活塞式壓縮機的關(guān)鍵部件之一，氣閥的優(yōu)劣直接影響壓縮機的性能。自70年代以來，國外微型空氣壓縮機開始普遍采用舌簧閥，以代替盤狀閥或環(huán)狀閥。在70年代末期開始，我國對這項技術(shù)進行了研究和推廣。舌簧閥具有排氣系數(shù)高、比功率低、壽命長、噪聲小、制造工藝簡單等優(yōu)點。但舌簧閥相對盤狀閥或環(huán)狀閥壽命低，選擇轉(zhuǎn)速時要綜合考慮。擇壓縮機轉(zhuǎn)速時應(yīng)注意到慣性力的影響，慣性力的大小與轉(zhuǎn)速成平方關(guān)系；通常應(yīng)

31、遵循慣性力不超過活塞力的原則（因為運動部件的強度是按活塞力來計算的）。另外轉(zhuǎn)數(shù)過高對閥片、活塞環(huán)、填料的使用壽命也會產(chǎn)生不利影響。一般說來，活塞力較大的機器，轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)地較低，因為活塞力較大則運動部件的尺寸和重量也相應(yīng)的增加，慣性力增長的程度往往顯著地超過活塞力增長的程度。此外，由于各種機構(gòu)的壓縮機的動力平衡性不同，所以轉(zhuǎn)數(shù)也會有所區(qū)別。另外，壓縮機與驅(qū)動機直聯(lián)時，應(yīng)顧到驅(qū)動機的額定轉(zhuǎn)數(shù)。壓縮機與驅(qū)動機直連時，應(yīng)顧到驅(qū)動機的額定轉(zhuǎn)數(shù)。近代壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)n通常在下列范圍： 微型和小型： 10003000 （轉(zhuǎn)/分） 中型： 5001000 （轉(zhuǎn)/分） 大型： 250500 （轉(zhuǎn)/分） 應(yīng)該注意到只有

32、當轉(zhuǎn)數(shù)與行程最終確定后 ，才能由1-1得出壓縮機實際的活塞平均速度綜合考慮本設(shè)計中的上述因素，取壓縮機的轉(zhuǎn)速為n=980r/min，而氣閥則選用舌簧閥2.6 壓縮機潤滑方式的選擇壓縮機中，在零件相互滑動的部位，如活塞環(huán)與氣缸、填料與活塞桿、主軸承、連桿大頭瓦以及連桿小頭襯套等處，要注入潤滑劑進行潤滑，以達如下目的：（1）減小摩擦功率，降低壓縮機功率消耗；（2）減少滑動部位的磨損，延長零件壽命；（3）潤滑劑有冷卻作用，可導(dǎo)走摩擦熱，使零件工作溫度不過高從而保證沿動部位必要的運轉(zhuǎn)間隙，防止滑動部位咬死或燒傷，（4）用油作潤滑劑時，尚有防止零件生銹的作用。 設(shè)計和選擇潤滑系統(tǒng)的基本要求是：（1）要有

33、可靠的供油裝置。要保證有適量的潤滑油輸送至各運動部位；（2）系統(tǒng)中要有便了檢查供油情況的部位和儀表；（3）要有使?jié)櫥蛢艋倪^濾裝置；（4）供油管路的布置要緊湊、整齊，便于拆裝和清洗，同一管路中管件的選擇要力求劃一。按氣缸是否用油潤滑，壓縮機的潤滑方式可區(qū)分為油潤滑和無油潤滑兩種。全無油潤滑壓縮機其實是指所有運動摩擦副均不采用液體潤滑劑潤滑，排出的壓縮氣體是潔凈無油的一種動力機械。其特征是由氣缸缸體、氣缸蓋、活塞、連桿、曲軸、曲軸箱等組成；鋁合金或鑄鐵缸體采用表面處理工藝提高了表面硬度；連桿的兩端采用軸承結(jié)構(gòu)提高了整機的使用壽命。采用自潤滑材料制成，不需添加潤滑油，排出的氣體不含油污，不污染作

34、業(yè)環(huán)境和工作介質(zhì)，使壓縮機的工作范圍更加廣泛，適用一切需要高凈化氣源行業(yè)使用。根據(jù)壓縮機的結(jié)構(gòu)特點，所采用的有油潤滑方式大體可分為兩種:飛濺潤滑和壓力潤滑。飛濺潤滑多用于小型無十字頭壓縮機中。其特點是氣缸與運動部件的摩擦面均靠裝在連桿上的甩油桿，將油甩起飛濺到個潤滑部位進行潤滑，氣缸和運動部件的潤滑劑只能采用同一種潤滑油，氣缸內(nèi)帶油量較大。壓力潤滑多用于大、中型帶十字頭的壓縮機中。這種潤滑分為兩個獨立系統(tǒng)，即氣缸和填料部位是用供油壓力較高的注油器供油潤滑，而其它運動部件的潤滑則是靠油泵連續(xù)供油。鑒于前述內(nèi)容，由于本設(shè)計是微小型的壓縮機，考慮使用材料的成本，制造的工藝復(fù)雜程度等因素，本設(shè)計采用有

35、油潤滑方式，并結(jié)合兩種有油潤滑方式各自的特點，具體采用飛濺潤滑方式。2.7 慣性力和慣性力矩的平衡 從力學(xué)可知，一定質(zhì)量的物體在做加速運動時就產(chǎn)生慣性力。在往復(fù)式壓縮機中存在的慣性力有兩種，即曲柄銷旋轉(zhuǎn)式所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)慣性力以及活塞組件往復(fù)運動時所產(chǎn)生的往復(fù)運動慣性力。至于連桿運動的慣性力，可轉(zhuǎn)化到上述兩種慣性力中加以考慮。 往復(fù)壓縮機中的慣性力和慣性力矩是外力，它的大小和方向均隨曲軸轉(zhuǎn)角作周期性的變化，若在機器內(nèi)部沒有相應(yīng)的平衡力和平衡力矩與之平衡，則會導(dǎo)致壓縮機的振動，并且還會傳給基礎(chǔ)。 本課題設(shè)計的單重V型壓縮機，由于各列曲軸錯角的排列以及氣缸中心線之間的夾角配置，使得各列同一瞬間的慣性力

36、有相位差，可以起到互相平衡的作用。另外本課題設(shè)計的曲軸水對稱結(jié)構(gòu)，起到了平衡慣性力矩的作用。2.8 壓縮機驅(qū)動的選擇活塞式壓縮機的驅(qū)動包括驅(qū)動機和傳動裝置。驅(qū)動方式與壓縮機的結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)的選擇有著密切的關(guān)系，在選擇壓縮機結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)時，應(yīng)該同時考慮驅(qū)動方式的選擇?；钊綁嚎s機驅(qū)動機可分三類（1）電動機異步交流電動機或同步交流電動機；（2）活塞式發(fā)動機內(nèi)燃機或蒸汽機；（3）旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機燃氣輪機或蒸汽輪機。在活塞式壓縮機中，用得最普遍的是電動機驅(qū)動。以市場現(xiàn)有同類產(chǎn)品為對照，本設(shè)計選擇電動機作為驅(qū)動機，傳動裝置為皮帶傳動綜上所述：本設(shè)計結(jié)構(gòu)型式為V型，屬角度式壓縮機。此類壓縮機結(jié)構(gòu)緊湊

37、，每個曲柄銷上裝有兩根以上的連桿，曲軸結(jié)構(gòu)簡單、軸向長度較短，并可采用滾動軸承，主要適用于中、小型及微型壓縮機。V型合理的列間夾角為，在此前提下，若能保證各列往復(fù)運動質(zhì)量相等，有利于慣性力的平衡。重慶科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 3 熱力學(xué)計算3 熱力學(xué)計算 常規(guī)熱力計算是源于簡化的熱力學(xué)方程，對壓縮機的熱力過程進行分析計算，這是傳統(tǒng)的計算方法，包括正常性計算和復(fù)算計算兩部分內(nèi)容。正常性熱力計算是指已知壓縮機吸入氣體的熱力參數(shù)（壓力、溫度、相對濕度等）、容積流量、排氣壓力及其他一些條件（使用中的一些要求），確定壓縮級數(shù)，工作容積、轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)尺寸（如往復(fù)壓縮機的氣缸直徑、行程等）、多級壓縮機級間壓力和溫

38、度、功率和效率等。3.1 初步確定各級排氣壓力和排氣溫度3.1.1 初步確定各級壓力本課題所設(shè)計的壓縮機為單級壓縮則： 吸氣壓力：Ps=0.1Mpa 排氣壓力：Pd=0.8Mpa多級壓縮過程中，常取各級壓力比相等，這樣各級消耗的功相等，而壓縮機的總耗功也最小。各級壓力比按下式確定。 （3-1） 式中： 任意級的壓力比； 總壓力比； 級數(shù)?？倝毫Ρ龋? 0.8/0.1=8各級壓力比： 壓縮機可能要在超過規(guī)定的排氣壓力值下工作，或者所用的調(diào)解方式（如余隙容積調(diào)節(jié)和部分行程調(diào)節(jié)）要引起末級壓力比上升而造成末級氣缸溫度過高，末級壓力比值取得較低，可按下式選?。?（3-2）則各級壓力比：=2.122.5

39、5=2.5=3.2 各級名義進、排氣壓力及壓力比已經(jīng)調(diào)整后列表如下表3-1 各級名義進、排氣壓力及壓力比級數(shù)名義進氣壓力p1（MPa）名義排氣壓力p2（Mpa）名義壓力比0.10.323.20.320.82.53.1.2 初步確定各級排氣溫度各級排氣溫度按下式計算： （3-3）式中：Td 級的排氣溫度，K； Ts 級的吸氣溫度，K；n 壓縮過程指數(shù)。在實際壓縮機中，壓縮過程指數(shù)可按以下經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取。對于大、中型壓縮機：對于微、小型空氣壓縮機：空氣絕熱指數(shù)=1.4，則，取=1.30各級名義排氣溫度計算結(jié)果列表如下。一級的吸氣溫度Ts1=210C+273=294（K）一級的排氣溫度Td1=382(

40、K)二級的吸氣溫度Ts2=400C+273=313（K）二級的排氣溫度：471(K)=386(K)表3-2 各級排氣溫度級數(shù)名義吸氣溫度T1壓縮過程指數(shù)n名義排氣溫度T2KK212941.301.31130382403131.301.3131.233863.2 確定各級的進、排氣系數(shù)3.2.1 計算容積系數(shù)容積系數(shù)是由于氣缸存在余隙容積，使氣缸工作容積的部分容積被膨脹氣體占據(jù)，而對氣缸容積利用率產(chǎn)生的影響。 （3-4） 式中： 容積系數(shù)； 相對余隙容積； 壓力比。表3-3 不同壓力下的值各級膨脹過程指數(shù)m按下表計算。 確定相對余隙容積 根據(jù)統(tǒng)計，壓縮機的相對余隙容積值多在以下范圍內(nèi)： 壓力20

41、公斤厘米2： =0.070.12 壓力20321公斤厘米2：=0.120.16 微型壓縮機的相對余隙容積： 排氣量在0.2米2分以下：=0.0880.10 排氣量在0.3米2分以上：=0.0350.05 則：取相對余隙容積=0.0350.05根據(jù)不同的氣閥結(jié)構(gòu)，選用各級的相對余隙容積值。采用環(huán)狀氣閥時，一般值在下列范圍內(nèi)選?。旱蛪杭?，中壓級，高壓級。采用舌簧閥的微小型壓縮機，。根據(jù)本設(shè)計的技術(shù)要求，選用舌簧閥結(jié)構(gòu)，由上述經(jīng)驗選取各級相對余隙容積：0.035，0.04。由此，各級計算如下 3.2.3 確定壓力系數(shù)由于進氣阻力和閥腔中的壓力脈動，使吸氣終了時氣缸內(nèi)的壓力低于名義進氣壓力，從而產(chǎn)生的

42、對氣缸利用率的影響。影響壓力系數(shù)的主要因素一個是吸氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)時的彈簧力，另一個是進氣管道中的壓力波動。在多級壓縮機中，級數(shù)愈高，壓縮系數(shù)應(yīng)愈大。對于進氣壓力等于或接近大氣壓力的第一級，進氣阻力影響相對較大，可在范圍內(nèi)選取，第二級進氣阻力相對于氣體壓力要小的多，可在范圍內(nèi)選取。故在本設(shè)計當中，選?。?，。3.2.4 確定溫度系數(shù)壓縮機的吸入氣體，其溫度總是高于吸氣管中的氣體溫度（由于缸壁對氣體加熱），折算到公稱吸氣壓力和公稱吸氣溫度時的氣體吸氣容積將比吸入時的容積小，因而使氣缸行程容積的吸氣能力再次降低。用來表示在吸氣過程中，因氣體加熱而對氣缸吸氣能力影響的系數(shù)稱為溫度系數(shù)，用表示。影響氣缸

43、內(nèi)氣體在吸氣終了時溫度的主要因素是：在吸氣過程同氣體接觸的氣缸和活塞的壁面?zhèn)鹘o氣體熱量的大??；膨脹終了時余隙容積中殘余氣體溫度的高低；氣體在吸氣過程中阻力損失的大?。ㄟ@部分阻力損失轉(zhuǎn)化為熱量使氣體溫度上升）。顯然，在吸氣過程，氣體吸收的熱量越多，溫度便越高，溫度系數(shù)就越小。要全面地考慮這些因素對溫度系數(shù)的影響，精確地求得，是比較困難的；計算時可根據(jù)壓力比的大小從圖選擇適當?shù)?溫度系數(shù)的大小取決于進氣過程中加給氣體的熱量，其值與氣體冷卻及該級的壓力比有關(guān)，一般。如果氣缸冷卻良好，進氣過程中加入氣體的熱量少，則取較高值；而壓力比高，即氣缸內(nèi)的各處平均溫度高，傳熱溫差大，造成實際氣缸容積利用率低，取

44、較低值。查圖時應(yīng)注意以下幾點：（1）壓力比大者，取小值。（2）冷卻效果好時，取大值，水冷卻比風冷卻的大。（3）高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速的壓縮機，大。（4）氣閥阻力小時，取大值。（5）大、中型壓縮機取大值，微、小型壓縮機取小值。 圖3-1 系數(shù)T與壓力比的關(guān)系查表得：，。綜合考慮：，3.2.5 確定泄漏系數(shù)（氣密系數(shù)）泄漏系數(shù)表示氣閥、活塞環(huán)、填料以及管道、附屬設(shè)備等因密封不嚴而產(chǎn)生的氣體泄漏對氣缸容積利用率的影響。泄漏系數(shù)的取值于氣缸的排列方式、氣缸與活塞桿的直徑、曲軸轉(zhuǎn)速、氣體壓力的高低以及氣體的性質(zhì)有關(guān)。對于一般有油潤滑壓縮機，；無油潤滑壓縮機，。選?。?.95，0.923.2.6 確定各級排氣系數(shù)

45、按下式計算：余隙容積的影響、吸氣閥的彈簧力和管線上的壓力波動、吸氣時氣體與氣缸壁之間的熱交換、氣體泄漏等因素，使氣缸行程容積的有效值減少。在氣缸行程容積相同的情況小，上述四因素的影響愈大、則排氣量愈小。設(shè)計計算中，考慮上述因素對排氣量的影響而引用的系數(shù)稱排氣系數(shù)，以表示： （3-5）式中 容積系數(shù) 壓力系數(shù) 溫度系數(shù) 泄漏系數(shù)表3-4 各級排氣系數(shù)級數(shù)0.9430.9570.960.980.960.950.950.920.8260.8203.3 確定各級氣缸的行程容積3.3.1 凝析系數(shù)的確定當壓縮機進口含有水蒸氣（或其它蒸汽），氣體經(jīng)過壓縮，蒸汽的分壓將會提高，當壓縮機的蒸汽分壓超過冷卻器氣

46、體出口溫度下的飽和蒸汽壓時，氣體中的蒸汽將冷凝而析出水分。水分的析出會影響第一級以后各級的吸氣量。計算時，如不考慮水分的析出，將會使得實際壓力同計算結(jié)果不相同。氣體中的蒸汽含量可用相對濕度表示：進口氣體的相對濕度以重慶市的空氣相對濕度為準，以成都、昆明、貴陽的空氣平均相對濕度為參照， 有、無水析出的判別式 則無水析出， （3-6） 則有水析出， （3-7）若本級前有水析出，則本級吸入的為飽和氣體，凝析系數(shù)可按下式計算 （3-8） 式中：分別為一級和i級在進口溫度下的飽和蒸汽壓, MPa； 分別為一級和i級的名義吸氣壓力，MPa； 分別為一級和i級進口氣體的相對濕度。查文獻<<活塞式

47、壓縮機設(shè)計>>表2-7得： 公斤/ 厘米2 公斤/ 厘米2已得：MPa ，MPa。第一級從大氣中吸氣，無析水問題，故第二級析水系數(shù)為：二級進氣水蒸氣分壓小于二級進氣溫度下的水蒸氣飽和蒸汽壓，故二級無水析出 故：。3.3.2 抽氣系數(shù)的確定 在化工中流程中，經(jīng)常遇到從級間抽氣或加氣的情況，例如在合成氨生產(chǎn)中，要在不同壓力下清楚有害氣體，使得壓縮機各段的重量流量不相等。在確定各級的氣缸行程容積時，要考慮到它的影響。為此，引進抽氣系數(shù)，他表示某級的吸入容積（不考慮泄漏、析水且換算到一級吸氣狀態(tài)）與級吸入容積的比值。 有抽氣，無抽氣。本設(shè)計中間無抽、加氣，故。3.3.3 壓縮機行程容積的確

48、定壓縮機第級的氣缸行程容積按下式計算 （3-9）式中： 壓縮機的排氣量，m3/min； 壓縮機第一級的排氣系數(shù)。多級壓縮機其余各級的氣缸行程容積按下式計算 （3-10）式中： 分別為一級和二級的名義吸氣壓力，MPa；分別為一級和二級的名義進氣溫度, K； 壓縮機第二級的排氣系數(shù)； 壓縮機第二級的凝析系數(shù)； 壓縮機第二級的抽氣系數(shù)。按給定排氣量范圍，取m3/min。則壓縮機第一級的行程容積： m3/min 壓縮機第二級的行程容積：m3/min3.3.4 確定氣缸直徑計算出各級氣缸的行程容積后，可按一下各式計算氣缸直徑。對于單作用氣缸 （3-11）對于雙作用氣缸 （3-12）式中：i級氣缸的行程容

49、積, m3/min； s 活塞行程，m； n 壓縮機轉(zhuǎn)速，r/min；z 同級氣缸數(shù)；d 活塞桿直徑，m。本設(shè)計采用單作用氣缸，連桿直接與活塞相連，無十字頭和活塞桿。故氣缸直徑為一級氣缸： 二級氣缸：參考活塞式壓縮機設(shè)計表2-8 氣缸的公稱直徑 圓整后： D1=70mm D2=55mm3.4 修正各級名義壓力和溫度在各級氣缸直徑計算出后，要按國家標準進行圓整。圓整后，各級的壓力和溫度會發(fā)生變化，需要進行修正。3.4.1 確定圓整后各級的實際行程容積圓整后的行程容積用下式計算。 （3-13）m3/minm3/min3.4.2 計算各級壓力修正系數(shù)及 （3-14） （3-15）式中：、 同級吸、排

50、氣的修正系數(shù)。因此，修正系數(shù)為： 3.4.3 修正后各級名義壓力及壓力比 （3-16） （3-17）式中：、 圓整前的i級名義吸、排氣壓力； 、 圓整后的i級名義吸、排氣壓力105Pa105Pa 表3-5 修正后各級名義壓力及壓力比級 次計算行程容積，m30.7260.244實際行程容積，m30.7540.233修正系數(shù)kk+111.0861.086名義進氣壓力0.10.320.345名義排氣壓力0.320.3450.8修正后的名義壓力比3.452.323.4.4 修正后各級排氣溫度表2-6 修正后各級排氣溫度級數(shù)進氣溫度，K壓力比壓縮過程指數(shù)n排氣溫度，K2943.451.31.331391

51、3132.321.31.2153803.5 計算活塞力3.5.1 計算氣缸進排氣過程的平均壓力由文獻活塞式壓縮機設(shè)計圖2-15查得:、表 3-7 氣缸內(nèi)進、排氣過程的平均壓力級數(shù)修正后名義壓力（MPa）相對壓力損失（%）1-s1+d氣缸內(nèi)實際壓力實際壓力比sd0.10.3456120.941.120.0940.3874.120.3450.85100.951.10.3230.882.723.5.2 計算活塞力列的活塞力是各列氣缸中作用在活塞工作面積上的氣體壓力的代數(shù)和 （3-18）最大活塞力(氣體力)發(fā)生在內(nèi)、外止點處，規(guī)定：使連桿受拉為正，使連桿受拉為負。軸側(cè)： （3-19）蓋側(cè)： （3-20

52、）式中：， 分別為同列缸各級的實際吸、排氣壓力，Pa； ， 分別為同列缸內(nèi)各級對應(yīng)級的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞工作面積，m2。軸側(cè)活塞工作面積為： （3-21）蓋側(cè)活塞工作面積為： （3-22）則：m2m2表3-8各列活塞力級次內(nèi)止點活塞力P(106N)軸側(cè)(+)蓋側(cè)(-)0.3870.0012560.0004860.0940.0012560.0001180.0003680.880.0023750.002090.3230.0023750.0007670.001323級次外止點活塞力P(106N)軸側(cè)(+)蓋側(cè)(-)0.0940.0012560.0001180.3870.0012560.000486-0.0003680.3230.0023750.0007670.880.0023750.0