vw-320空氣壓縮機的設計

1、vw-3/20空氣壓縮機的設計摘要:壓縮機的用途非常廣泛,在石油、化工生產中,已成為必不可少的關鍵設備.活塞式壓縮機屬于容積式壓縮機的一種,它的作用是提升氣體壓力或輸送氣體.本設計的內容包括了兩局部：一局部是通過熱力學計算,設計出氣缸的行程容積、排氣溫度、功率和效率以及確定出壓縮機的其 它主要尺寸；另外一局部是通過動力計算和分析,計算了曲柄連桿機構的受力情況,主要零部件的 尺寸、強度校核以及力矩平衡.在整個的設計過程中,設計內容是以設計標準為依據(jù)的,符合要求.關鍵詞：壓縮機熱力計算動力計算The design of vw-3/20 air compressorZhao Fei(Shaanxi

2、radio and Television University Open Education 12 autumnapplied chemical specialty of Weinan TV University)Abstract: compressor is widely used in petroleum, chemical industry, in production, has become the necessary key equipment. A piston type compressor belong to the compressor, its role is to inc

3、rease the gas pressure or gas transportation. The design includes two parts: one part isdesigned by thermodynamic calculation, stroke volume, cylinder exhaust temperature, power and efficiency and to determine the other main dimensions of compressor; the other part is the dynamic calculation andanal

4、ysis, the force of the crank connecting rod mechanism is calculated,the size of the main components, strength check and balance of moment.Throughout the design process, the design content is the designstandard as the basis, to meet the requirements.keyword: compressor thermodynamic calculation dynam

5、ic calculation1、緒論壓縮機是一種用于壓縮氣體借以提升 氣體壓力的機械.也稱為“壓氣機 或“氣 泵.一般提升壓力小于0.2MPa時稱為鼓風機,提升壓力小于 0.02MPa時稱為通風機. 屬于將原動機的動力能轉變?yōu)闅怏w壓力能的工作機.它的種類多、用途廣,有“通用機械之稱.1.1 壓縮機的用途壓縮機的應用廣泛,幾乎普及農業(yè),工業(yè),國防甚至生活的各個領域.按氣體被壓 縮的 的,大致可分為以下幾類：(1)壓縮空氣作為傳遞力能的介質空氣取之不盡用之不竭,而用壓縮空氣作為傳遞 力能的介質又具有平安的優(yōu)點,所以用壓縮機來驅動各種工具及機械越來越普遍.(2)使氣體液化、氣體壓縮冷卻膨脹液化.(3

6、)壓縮氣體有利于合成化學工業(yè)中常將合成的氣體原料壓縮至高壓,利于合成反響.1.2 壓縮機的分類1.2.1 按工作原理分類按工作原理,壓縮機壓縮機可分為“容積式和“動力式兩大類.容積式壓縮機直接對一對可變容積工作腔中的氣體進行壓縮,使該局部氣體的容積縮小、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根底是反 映氣體根本狀態(tài)參數(shù)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 提升,即增加分子的動能,然后使氣體速度有序降低,使動能轉化為壓力能,與此同時 氣體容積也相應減少,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 機的工作理論根底是反映流

7、體靜壓與動能守恒關系的伯努利方程.1.2.2 按排氣壓力分類按排氣壓力分類時,壓縮機的進氣壓力為大氣壓或小于 0.2MPa對于進氣壓力高于 0.2MPa的壓縮機,稱為“增壓壓縮機,化工廠中常用的循環(huán)壓縮機(循環(huán)泵)即為增 壓機的一種.1.2.3 按壓縮級數(shù)分類在容積式壓縮機中,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的葉輪壓縮后,才進入冷 卻器進行冷卻.單級壓縮機一一氣體僅通過一次工作腔或葉輪壓縮；兩級壓縮機一一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屢次工作腔或葉輪壓縮,相應通過幾次便是幾級壓縮.1.3

8、 往復活塞式壓縮機工作原理及結構特點1.3.1 結構及工作原理活塞式壓縮機主要由三大局部組成運動機構曲軸、軸承、連桿、十字頭、皮帶輪或 聯(lián)軸器等、工作機構氣缸、活塞、氣閥等與機身.三個輔助系統(tǒng)即潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng) 及調節(jié)系統(tǒng).運動機構是一種曲柄連桿機構把曲軸的旋轉運動變?yōu)槭诸^的往復運動.機身用來支承和安裝整個運動機構和工作機構又兼作潤滑油箱用曲軸用軸承支承在機身上機身 上的兩個滑道又支托著十字頭兩個氣缸分別固定在機身的兩臂上.工作機構是實現(xiàn)壓縮機工作原理的主要部件.氣缸呈圓筒形兩端都裝有假設干吸氣閥 與排氣閥活塞在氣缸中間作往復運動.將蒸發(fā)器內的低壓蒸氣吸入使其壓力升高后排入冷凝器完成吸入壓

9、縮和輸送制冷 劑的作用.往復活塞式壓縮機的簡單工作原理是由于活塞在氣缸內的往返運動與氣閥相應的 開閉動作相配合使缸內來自蒸發(fā)器的低壓蒸氣依次實現(xiàn)膨脹、吸氣、壓縮、排氣四個過 不斷循環(huán)升壓后排入冷凝器完成吸入、壓縮和輸送制冷劑的作用.1.3.2 主要部件(1)曲軸曲軸是往復活塞式壓縮機的重要運動部件外界輸入的轉矩要通過曲軸傳給連桿、十字頭從而推動活塞作往復運動.它又承受從連桿傳來的周期變化的氣體力與慣性力等.曲軸的根本結構每個曲軸由主軸頸安裝柱軸承部位、曲柄銷與連桿大小頭相連部 位、曲柄所組成(2)連桿連桿式將作用在活塞上的氣體力等各種力傳遞給曲軸又將曲軸的旋轉運動轉換為 活塞的往復運動的機件.

10、連桿包括大頭、小頭、桿體三局部.(3)十字頭十字頭是連接活塞環(huán)與連桿的零件它具有導向作用.(4)氣閥氣閥是往復活塞式壓縮機中的重要部件也是易損壞的部件之一.它的好壞直接影響壓縮機的排氣量、功率消耗及運轉的可靠性.(5)氣缸氣缸是活塞式壓縮機工作部件中的主要局部.根據(jù)壓縮機不同的壓力、排氣量、氣 體性質等需要應選用不同的材料與結構型式.根本要求是應具有足夠的強度與剛度應具 有良好的冷卻、潤滑及耐磨性應盡可能地減少余隙容積和氣體阻力應有利于制造和便于 檢修應符合系列化、通用化、標準化的“三化要求以便于互換.(6)活塞活塞與氣缸構成壓縮工作容積是壓縮機中重要的工作部件.可分為兩大類筒形活塞和盤形活塞

11、.筒形活塞常為單作用活塞用于小型無十字頭的壓縮機通過活塞銷與連桿直 接相連.2、總體設計2.1 設計依據(jù)及參數(shù)公稱容積流量：2.0m3/min壓縮介質：空氣進氣壓力：大氣壓公稱排氣壓力：3MPa(表)排氣溫度：<180C2.2 總體設計原那么設計活塞壓縮機應符合以下根本原那么：(1)滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力,及有關使用條件的要求.(2)有足夠長時間的使用壽命(應理解為壓縮機需要大修時間間隔的長短),足夠高的使用可靠性(應理解為壓縮機被迫停車的次數(shù)).(3)有相當高的運轉經濟性.(4)有很好的動力平衡性.(5)維護檢修很方便.(6)應該盡可能采用新結構、新技術、新材料.(7)制造工藝

12、性良好.(8)機器的尺寸小、重量輕.2.2.1 結構方案的選擇活塞式壓縮機的結構方案由以下因素組成：(1)機器的型式；(2)級數(shù)和列數(shù)；(3)各級氣缸在列中的排列和各列曲柄錯角的排列,用上述因素組成的圖形,稱為結構方案 圖,即習慣上所說的機器縱,橫剖面圖.選擇壓縮機的結構方案時,應根據(jù)壓縮機的用 途,運轉條件,排氣量和排氣壓力制造廠生產的可能性,驅動方式及占地面積等條件, 從選擇機器的型式和級數(shù)入手,制訂出適宜的方案.壓縮機的結構特點主要表達在兩方 面,氣缸排列的型式和運動機構的結構.2.2.2 vw壓縮機的特點系列無油潤滑壓縮機氣氛兩 V型,電動機直連驅動.是為食品、醫(yī)藥、紡織、石化、 電子

13、、冶金、環(huán)保、機械等工業(yè)部門設計制造的中型壓縮機,為其提供不含油的純潔空 氣.系列壓縮機采用止口聯(lián)接,定位度高,拆裝維修十分方便.主機與電動機采用國際 上流行的之聯(lián)方式,同軸度高,傳動效率高功率損耗小,機器運轉穩(wěn),結構緊湊,體積 小節(jié)省空間,外形美觀漂亮.采用國際上最先進的V型結構,對稱平衡,活塞環(huán),填料等潤滑和密封元件不會產生嚴重的偏磨現(xiàn)象而造成泄漏產氣量缺乏的情況.第6頁共14頁2.2.3 氣缸排列型式的選擇根據(jù)氣缸排列的型式不同,有立式壓縮機、臥式壓縮機、對稱平衡型壓縮、對置型 壓縮機及角度式壓縮機.角度式壓縮機,氣缸中央線具有一定角度,但不等于零度和 180Co按氣缸中央線的位置不同,

14、又可以分為 W型、V型、L型和扇型.本設計選擇立式V型壓縮機.具優(yōu)點在于：(1)活塞工作外表不承受活塞重量,因 而氣缸和活塞的磨損比臥式的小且均勻,活塞環(huán)的工作條件有所改善,能延長機器的使 用壽命.(2)占地面積比擬小.(3)由于載荷使機身主要產生拉伸和壓縮應力,所以機身 的形狀簡單,重量輕.(4)往復運動部件的慣性力垂直作用在根底上,而根底抗垂直振 動的水平較強,尺寸較小.3、氣缸局部的設計3.1 氣缸氣缸是活塞式壓縮機中的組成壓縮容積的主要局部.根據(jù)壓縮機所到達壓力,排氣 量,壓縮機的結構方案,壓縮氣體的種類,制造氣缸的材料以及制造廠的習慣等條件, 氣缸的結構可以有各種各樣的形式.設計氣缸

15、的要點是：(1)應具有足夠的強度和剛度.工作外表具有良好的耐磨性.(2)要具有良好的冷卻,在有油潤滑的氣缸中,工作外表應有良好的潤滑狀態(tài).(3)盡可能減少氣缸內的余隙容積和氣體阻力.(4)結合局部的連接和密封要可靠.(5)要有良好的制造工藝性和裝拆方便.(6)氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應符合三化要求.3.1.1結構形式確實定氣缸因工作壓力不同而選用不同強度的材料,這個設計工作壓150kgf/cm2低于200kgf/cm2,本設計采用水冷空氣壓縮機的單層壁氣缸,氣缸用鑄鐵制造,鑄鐵具有良 好的鑄造性能,對氣缸結構形狀的限制較小,所以鑄鐵氣缸的形式較多.極差式的鑄鐵氣缸,根據(jù)級在氣缸中的布置方式和

16、氣缸的尺寸,可以制成整體式和分段的.本設計的 氣缸由一二級氣缸組成.在水冷氣缸中,應特別注意氣閥局部的冷卻,一方面要使氣閥有充分的冷卻,另一 方面把吸氣閥和排氣閥用冷卻水隔開,以保證氣缸有較高的吸氣系數(shù).3.2 活塞活塞可分為筒形和盤形兩大類.我國系列壓縮機的活塞均采用筒形結構,它由頂部,環(huán)部和群部三局部組成.活塞頂部組成封閉氣缸的工作面.活塞環(huán)部的外圓上開 有安裝活塞環(huán)的環(huán)槽,環(huán)槽的深度略大于活塞環(huán)的徑向厚度,使活塞環(huán)由一定的活動余 地.活塞裙部在氣缸中起導向作用并承受側壓力.活塞材料一般為鋁合金或鑄鐵.灰鑄 鐵活塞過去在制冷壓縮機中應用較廣,但由于鑄鐵活塞的質量大且導熱性能差,因此, 今年

17、來系列制冷壓縮機的活塞都采用鋁合金活塞.鋁合金活塞的優(yōu)點是質量輕,導熱性 能好,外表經陽極處理后具有良好的耐磨性.但鋁合金活塞比鑄鐵活塞的機械強度低, 耐磨性差.活塞與氣缸構成了壓縮容積.活塞必須有良好的密封性, 此外還有要求：1, 有足夠的強度和剛度；2活塞與活塞銷的連結和定位要可靠；3,重量輕,兩列以上的壓 縮機中,應根據(jù)慣性力平衡的要求配置各列活塞的重量；4,制造工藝性好.活塞式壓縮機中采用的活塞根本結構型式有：筒形、盤形、級差式、組合式、柱塞等.3.3 本部件的設計4.1 曲軸4.1.1 曲軸結構的選擇壓縮機曲軸有兩種根本型式,即曲柄軸和曲拐軸.曲柄軸結構,連同電機軸一起, 一般只有兩

18、個主軸承.曲拐軸在制造安裝方面,雖較曲柄軸為差,但是采用曲拐軸的壓 縮機,可以實現(xiàn)結構緊湊,重量輕.4.1.2 曲軸結構設計曲軸設計根本原那么：(1)曲軸的軸頸要有適當?shù)某叽?使配用的軸承能有勝任的負荷水平曲軸要有足夠的強度,以承受交變彎曲與交變扭轉的聯(lián)合作用.曲軸的 2處,要進行強度校核2曲軸要有足夠的剛度.軸頸偏轉角不應超過許用值,以保證軸承可靠的工作. 在采用懸掛電機結構時,電機轉子中央的繞度應不超過許用值,以保證電機正常工作.4.1.3 曲軸材料壓縮機上用的較多,制造經驗較成熟的,是中碳鋼鍛造曲軸,近年來由于鑄造技術 的開展,采用稀土鎂球墨鑄鐵鑄造曲軸的越來越多.制造曲軸可以節(jié)省原材料

19、和大量減 少加工工時,并且有條件把曲軸的形狀設計地更合理.本次設計中曲軸材料選用球墨鑄 鐵.5、軸承壓縮機常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承兩大類.滾動軸承使用、維護方便,機械 效率較高,結構雖然復雜,但由專業(yè)廠制造,價格也不很貴,而且通用化標準化程度很 高.滑動軸承的結構簡單緊湊,制造方便、精度高、振動小、安裝方便.一般中、小型 壓縮機適宜采用滾動軸承；大型壓縮機及多支承的壓縮機普遍采用滑動軸承.本設計是 小型壓縮機,采用圓錐滾子軸承.6、聯(lián)軸器壓縮機與驅動機的連接,一般分為：1壓縮機與驅動機為同一軸的直連；2壓縮 機與原動機兩軸間有速比的皮帶傳動；3壓縮機與原動機兩軸間沒有速比的聯(lián)軸器連 接.

20、對于中、小型壓縮機與電動機的連接,多采用彈性與半彈性的聯(lián)軸器.常用的彈性 圈柱銷聯(lián)軸器及彈性聯(lián)軸器,后一種聯(lián)軸器適用于高速、起動頻繁的情況下,安裝時允 許在徑向上與轉角上有稍許偏移.彈性圈柱銷聯(lián)軸器通常以不裝圈的一半為主動軸.我 國已有彈性圈柱銷聯(lián)軸器標準.它的缺點是加工要求較高,壽命較低,彈性圈常易損壞. 為了提升壽命,我國維修工人在實踐中創(chuàng)造了木銷聯(lián)軸器.經過幾年來的使用,可代替 彈性圈柱銷聯(lián)軸器,且結構簡單,壽命長,軸向允許有較大的竄動.7、填料填料是阻止氣缸內氣體自活塞桿與氣缸之間泄漏的組件.堆填料的要求是密封性能好并耐用.它是易損件,故設計中盡量采用標準化或通用化的元件,以便于生產治

21、理, 提升生產效率,降低本錢.8、氣路系統(tǒng)8.1 空氣濾清器空氣進入壓縮機前,必須經過濾清器過濾.雖然排氣量為12m3/min以下的空氣壓縮機,都采用紙制過濾器,但為了提升過濾器的吸氣水平,采用金屬絲網濾清器或金屬 屑濾清器.8.2 液氣別離器、緩沖器和儲氣罐為了減少或消除壓縮機中的油、水及其他冷凝液,必須采用液氣別離器.液體別離 器的作用是根據(jù)液體和氣體的重度差異,利用氣流方向和速度改變時的慣性作用,使液 體和氣體別離.液氣別離器配置在壓縮機各級中間冷卻器之后. 為了消除吸、排氣管內氣流的脈動, 需要在級間配置漸漸緩沖器.空氣壓縮機在末級之后配置儲氣罐,用來穩(wěn)定空氣管道的 壓力,儲藏一定量的

22、氣體,維持供需氣量之間的平衡.液體別離器、緩沖器和冷卻器可分別單獨設置,也可組合成一體.組成一體的結構, 可以簡化級間設備和管路,便于操作和維修.9、潤滑系統(tǒng)壓縮機中,在零件相互滑動部位,如活塞與氣缸、填料與活塞桿、主軸承、連桿大 頭瓦、連桿小頭瓦襯套以及十字頭滑道等處, 要注入潤滑劑進行潤滑,已到達以下目的： 1擦功率,降低壓縮機功率消耗；2動局部的磨損,延長零件壽命；3有冷卻 作用,可導走摩擦熱,使零部件溫度不高；4滑劑時,尚有預防零件生銹的作用.本次設計采用無油潤滑,無油潤滑壓縮機是被壓縮的氣體不帶油的壓縮機,即壓縮 機的無油潤滑一般是指被壓縮的氣體所接觸的零部件不包括傳動部件無油潤滑壓

23、縮 機的主要特點為:(1)被壓縮氣體不帶油污,不需脫油處理,不污染環(huán)境.(2)能耗低.僅以節(jié)省的潤滑油為例,一臺無油潤滑高壓循環(huán)機每年可節(jié)省潤滑油 3600kg.(3)無油潤滑壓縮機系統(tǒng)取消了注油器、油別離器等設備,不但大大降低系統(tǒng)的阻 力,有利于增加產量,而且還減少了往油器、油別離器的檢修工作量和檢修費用.(4)理想的無油潤滑壓縮機由于密封摩擦件摩擦因數(shù)小,因而使用壽命長,減少了 非生產檢修時間及其費用.因此,比有油潤滑壓縮機的效益高.10、冷卻系統(tǒng)10.1 概述活塞式壓縮機冷卻系統(tǒng)由中間冷卻器,氣缸和填料的水套,潤滑油冷卻器,后冷卻 器,水管路以及其他附件組成.活塞式空壓機工作時,內部氣體

24、會迅速被壓縮,氣體的溫度將很快升高.為了降低 排氣溫度,必須對空壓機實行冷卻.對壓縮機冷卻器結構的一般要求是：緊湊,流動阻力小,消耗材料少,工藝性好和 便于清洗.由于活塞式壓縮機壓力范圍寬廣和用途眾多,所以冷卻器的結構型式也各式 各樣.通?？砂从猛?、換熱面幾何形狀、承受壓力大小、冷卻介質種類(水或空氣)及 流動方式等進行分類.10.2 冷卻介質的選擇本次設計采用水冷式冷卻器.對于中、大型壓縮機,排氣量較大,壓力高,所需傳 遞的熱負荷大,一般選用比熱容大、價格低,容易獲得的水作為冷卻介質.應該指出缺 點：運行一段時間后,在冷卻系統(tǒng)內會有水垢形成,致使水流通道截面積減小,水循環(huán) 的阻力增加,阻礙正

25、常的熱交換造成設備冷卻不良,增加功率消耗,甚至發(fā)生事故.因 此,使用前必須對冷卻水進行軟化處理,并當水垢超過一定厚度時及時將其消除掉.11、結語畢業(yè)設計是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的時機,通過這次比擬 完整的vw-3/20型空氣往復壓縮機的設計,我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài),和實際 設計的結合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)根底知識,解決實際工程問題的水平,同時 也提升我查閱文獻資料、設計手冊、設計標準以及電腦制圖等其他專業(yè)水平水平,而且 通過對整體的掌控,對局部的取舍,以及對細節(jié)的斟酌處理,都使我的水平得到了鍛煉, 經驗得到了豐富,并且意志品質力,抗壓水平及耐力也都得到了不同程

26、度的提升,使我 熟悉到,想要成為一名成功的設計者,細節(jié)確定成敗.雖然畢業(yè)設計內容繁多,過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富.各種系統(tǒng)的適用條件, 各種設備的選用標準,各種元件的安裝方式,我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并 學會應用的,在設計過程中,我不間斷翻閱最新的相關書籍和雜志,不斷更新和完善我 的設計理念.和老師的溝通交流更使我從經濟的角度對設計有了新的熟悉也對自己提出 了新的要求,這些本是我工作后才會意識到的問題,通過這次畢業(yè)設計讓我提前了解了 這些知識,這是很珍貴的.vw3/20 型空氣往復壓縮機的設計,主要是熱力計算和動力計算,對壓縮機的曲軸、 連桿以及活塞的尺寸設計,并對其進行校核.根據(jù)

27、任務書提供的介質、氣量、壓力等參 數(shù)要求,經過計算得到壓縮機的相關參數(shù),如級數(shù)、列數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等,經過 動力計算得到活塞式壓縮機的受力情況,機組受力情況準確地分析,對于消除機組的振 動非常重要.活塞式壓縮機熱力計算、動力計算的結果將為各部件圖形以及根底設計提 供原始數(shù)據(jù).在設計過程中,通過不斷地選定參數(shù),借鑒前人的經驗,從而到達構件的 強度和剛度要求.參考文獻1 Paul C. Hanlon. 壓縮機手冊M.郝點,北京：中國石化出版社,2003.2全國壓縮機標準化技術委員會.中國機械工業(yè)標準匯編壓縮機卷上、下 M.北京：中國標準出版社,2004.3活塞式壓縮機編寫組.活塞式壓縮機設計M.北京：機械工業(yè)出版社,1981.4朱圣東,鄧建,吳家聲.無油潤滑壓縮機M.北京：機械工業(yè)出版社,2001.5上海東方壓縮機廠.水冷系列空氣壓縮機EB/OL.上海:20212021-02-05.6高慎琴.化工機器M.北京：化學工業(yè)出版社,1992.7活塞式壓縮機設計編寫組.活塞式壓縮機設計M.北京：機械工業(yè)出版社,1974.8高路,張喜杰.空氣壓縮機喘振原因分析及對策J,化