VF-0.850空气压缩机（整体设计编程，一、二级缸）的设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 0 空气压缩机设计 （整体设计编程，一、二级气缸设计） 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923183 学生姓名： 陆 暤 冉 指导教师： 俞 萍 （职称 ： 高级工程师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重 声明：所呈交的毕业设计（论文） 0 空气压缩机的设计（整体设计编程，一、二级缸设计） 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923183 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 0 空气压缩机的设计 （ 整体设计编程，一、二级缸设计 ） 2、专题 二、课题来源及选题依据 0 一级有油、二、三级微油润滑空气压缩机是风冷单作用压缩机， 不仅能提供纯净的压缩空气，且省去了频繁的加油工作，在食品、医疗、仪表等行业广泛应用。压缩机由三相异步电动机作为原动机，经“ V”型皮带传动，使曲轴作旋转运动，再通过连 杆带动活塞在气缸内作往复运动。空气由进气阀吸入一级气缸，压缩后通过一级 排气阀进中间冷却器后再经 过 二级气缸压缩后 ，经二级排气阀再次进入中间冷却器后最后通过 三级气缸压缩 后， 进入储气罐。采用自动停机方式控制排气压力，压缩机的冷却 主要由兼作风扇的飞轮对气缸及中间冷却器进行强制对流换热来保证。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 、 根据设计参数 ，利用计算机编程 进行压缩机的热、动力计 算（主要包括缸径的 确定，电动机功率计算及选型，压缩机 中的作用力的分析， 飞轮距的确定 ）； 2、对压缩机主要零件进行强度校核； 3、根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，绘 制 主要零 部 件图及 一、 二级气缸组装图 ； 4、查阅相关资料，完成毕业设计说明书一份，不少于 30 页。 四、接受任务学生： 机械 94 班 姓名 陆 暤 冉 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主任 签名 012 年 11 月 12 日 要 压缩机是用来提高气体压力和输送气体的机械。从能量 转换的方式 来看， 压缩机是属于将原动机的动力能转变为气体压力的工作机。本设计为 中 压 活塞式空气压缩机设计。活塞式压缩机与其他类型的压缩机相比，其优点是：压力范围最广、效率高、适应性强，即排气量范 围较广，且不受压力高低的影响。活塞式压缩机应用较广泛，例如在吹瓶 机 、核电站、 仪表等方面， 特别是在中小制冷范围内成为应用最广，生产批量最大的一种机型。 本次整个设计的内容包括压缩机的总体、气缸及基本部件的设计。主要通过热力计算和动力计算来确定压缩机的总体结构方案设计，和各种零部件的设计。同时，在本次的设计过程中，开发了一个计算机软件来完成热力计算和动力计算，借助 关键词： 活塞式压缩机；计算机编程；热力计算；动力计算； 主要零部件 设计 V he is to is is of of is a of is as in It is of a of of of is by I a to V 目 录 摘 要 . . V 目 录 . V 1 绪论 . 1 课题的研究内容和意义 . 1 内外的发展概况 . 1 课题应达到的要求 . 2 2 总体设计方案 . 3 计参数及依据 . 3 计参数 . 3 计活塞压缩机应符合以下基本原则 . 3 要结构参数的选择 . 3 速 n . 3 程 S . 3 塞平均速度. 4 构方案的选择 . 4 缸排列的型式及其选择 . 4 动机构的结构及选择 . 5 间冷却器 . 5 3 热力计算 . 7 述 . 7 力计算原始数据 . 13 步确定各级名义压力 . 15 算各级排气温度 . 17 定各级的排气系数 . 19 积系数v. 19 力系数p. 21 度系数T. 21 密系数g. 21 气系数 . 22 定各级干气系数 . 22 定各级抽气系数 . 22 定各级气缸行程容积 . 22 定各级气缸直径 . 24 整后各级名义压力及温度 . 26 定圆整后各级实际行程容积 *. 26 求各级压力修正系数x、1x. 27 正后各级名义压力及压力比 . 29 正后各级排气温度 . 30 算活塞力 . 31 算气缸内实际吸排气压力 . 31 算各列的活塞力 . 32 算轴功率，选取电机 . 35 算各级指示功率 . 35 个机器总指 示功率 . 36 功率 . 36 择电机 . 36 4 动力计算 . 37 述 . 37 始数据 . 37 各级气缸设计示功图 . 37 往复惯性力图 . 44 算各级往复摩擦力 . 47 综合活塞力曲线图 . 47 切向力图 . 52 定飞轮距 . 56 5 主要零部件设计 . 58 、二级气缸设计 . 58 缸结构型式 . 58 缸结构设计 . 58 、二级活塞组件 . 61 塞 . 61 塞环与活塞环的润滑 . 62 、二级气阀 . 65 阀的基本要求 . 65 阀主要参数的确定 . 65 结论与展望 . 71 论 . 71 足之处及未来展望 . 71 致谢 . 72 参考文献 . 73 附录 . 74 0 空气压缩机的设计（整体设计编程，一、二级缸设计） 1 1 绪论 课题的 研究内容 和 意义 随着现代工业的发展，压缩机的使用已十分普遍，所占的地位相当重要。 压缩机是输送气体介质并提高其压力能的机械 装置，它在国民经济各部门中特别在化工、 石油、矿山、冶金、机械、农田灌溉以及国防工业中已成为必不可少的关键设备。其重要的应用场合有： (1) 化工工艺过程上的应用 在化工生产中，为了保证某些合成工艺 能在高压条件下进行，往往通过压缩机把气体 预先加压到所需的压力。例如高压聚乙烯的聚合反应要求把乙烯加压到 2000成氨的反应要求把合成气加到 320油裂解如氢要求把氢气加压到 150 (2) 动力工程 上的应用 在动力、机械以及国防工业上常采用压缩空气作为驱动装置的动力气源，例如常见的 风动机械，要求空气的压力为 8于控制仪表及 自动化装置上的气源压力 6防工业中某些武器的发射、潜水艇的沉浮、鱼雷的发射驱动等需要采用压缩机。 (3) 气体 输送 在石油、化工生产中，为了输送原料气，常用压缩机增压。例如 从油田输出天然气，煤气厂输出煤气都要求事先加以增压。 压缩机种类有很多，有往复式压缩机、回转式压缩机、透平式压缩机、喷射式压缩机等。其中在往复式压缩机中最典型的是活塞式压缩机。活塞式压缩机是依靠气缸内活塞的往复运动来压缩气体。 活塞压缩机由于具有耗能低、适应性强和灵活性大等优点，应用比较普遍。所以活塞压缩机的设计及研究对国民经济的发展具有十分重要的意义。 由于计算机的飞速发展与普遍应用，在活塞式压缩机设计中，可以使用计算机编程来实现热力计算和动 力计 算。通过利用计算机编程，可以使得热力计算和动力计算变得迅捷、方便 、精确 。 同时借助 以很方便的生成气缸的示功图、综合活塞力图、切向力图和总切向力图。 本次设计中编程语言采用 C#。 C#是 一款面向对象的编程语言，是 微软公司在 2000年 7月推出 版时提供的一种全新语言，它从 +语言演化而来， 并 吸取了以往的教训 ，考虑了其他语言的许多优点，并解决了它们的问题 12。本次设计使用010开发工具进行所有的 C#编程。 内外 的发展概况 近 年 来，国民经济不断的 发展，行业集中度提高了许多，大企业进一步集中供货。 气体压缩机的产业布局 ，正在 逐步合理的向新局面发展。由于 战略性 的经济 重组的 不断推进，很多不合格的企业退出，杰出的 企业 找准发展方向 ， 加强 主 要 业 务的发展，不断做大做好 ，达到强强联合，承担起国家重大技术装备项目。在相关政策方面，为应对全球性金融危机对我国经济的影响，早在 09年年初，国家已经制定了一系列的刺激经济方案，重点调整振兴包括石化、冶金等气体压缩机的下游产业在内的十大产业。 由于 这些措施 ，使得 气体压缩机产 业得到了积极的发展 ， 同时 也使得 压缩机行业经济 在 2009年 的 下半 年 逐渐变好 。在开拓国际市场方面，压缩机行业应 积极而谨慎地探索自己的国际化道路。近年来 ，压缩机无锡太湖学院 学士学位论文 2 行业 的国际化步伐放缓，特别 是在 2009年 ，压缩机 的出口形势不容乐观，这主要表现于国内压缩机行业技术发展水平与国外压缩机技术发展水平存 在一定 的差距，真正意义上的具有国际竞争力的大型国际企业集团还没有形成。但是在将来， 压缩机 的需求 在 我国 压缩机市场 中 将进一步提高 。 2013年，是压缩机行业发展的新起点，预计行业未来呈现出新的发展态势。首先是结构调整将有重大突破。 目 前 在我国 的压缩机行业中 ， 企业规模小而且分散，产业集中度低；生产力布局不合理现象依然存在；企业节能减排的任务重；科技创新能力不强；资源控制力不强，保障体系建设滞后等。 正因为 压缩机行业中存在这些 矛盾， 所以 ，特别的要在压缩机行业中特别的调整好压缩机产业结构 ， 不断 升级 产业， 并且 解决 压缩机行业的重大问题，不影响其发展 。第二，行业内要大力推动共性技术研究开发，掌握核心技术、关键技术的自主知识产权。当前，压缩机行业共性技术的科研经费投入不足，研究开发力量薄弱。2013年，各企业应加大 在我国重点培育自主知识产权的技术装备研发力量。可以循序渐进地 加强 建设 国家工程技术研究中心、 国家重点实验室、 行业科研院所等共性技术研究开发平台，重点对 原创性技术、 战略性关键技术 、及共性技术 的研究开发，并 且 培养一支既精通基础技术又熟悉行业技术的高科技人才队伍， 努力使其 掌握 关键技术 、核心技术 和重要产品的自主知识产权。第三，进入加快发展制造服务业阶段。当前，压缩机行业存在一些不利于产业发展的缺陷，如缺少高端技术，企业规模偏小等。面临这些问题和激烈的市场竞争，压 缩机企业极需提高自身的核心竞争力，转变增长方式。在制造过程中， 并 且 在 市场调研，销售，产品报废回收过程中，力争为客户提 供方便，高品质的 优 异 服务 ，这点对一个压缩机企业的发展有着重要意义 ， 因为通过这些 可以实现可持续发展。 现代服务业 主要投入 的大部分是人力资本和知识资本 ，这 些解决了压缩机企业发展、升级问题，并且提升了市场竞争力 。 我国往复压缩机 设计与制造技术水平跟国外 水平相比，主要差距是在 研究 基础理论 上的 差 距 ， 开发 产品 的 技术能力 相对较 低， 落后国外的 工艺装备和实验手段 ，产品技术起点不高。另外，技术含量高和特殊要求的产品在国内压缩机市场上供不应求 。 课题 应 达到的要求 1、根据设计参数 ，利用计算机编程 进行压缩机的热、动力计算（主 要包括缸径的确定，电动机功率计算及选型，压缩机中的作用力的分析， 飞轮距的确定 ）； 2、对压缩机主要零件进行强度校核； 3、根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，绘制主要零部件图及一、二级气缸组装图 ； 4、查阅相关资料，完成毕业设计说明书一份，不少于 30页。 0 空气压缩机的设计（整体设计编程，一、二级缸设计） 3 2 总体设计方案 计参数及依据 计参数 排气量： 缩介质： 空气 进气压力： 大气压 公称排气压力： 5 压力 ) 排气温度： 25 计活塞压缩机应符合以下基本原则 气量、排气压力，及有关使用条件的要求。 b. 使用寿命 要足够长 ，即压缩机需要大修时间间隔的长 ， 使用可靠性 要足够高 ，及 压缩机被迫停车的次数 短 。 技术、新材料。 量轻。 要结构参数的选择 所谓结构参数是指能反映机器结构面貌和工作性能的特征数据，如转速 n，活塞平均速度 程 择这些参数时，必须符合压缩机 三化（系列化、通用化、标准化）标准。 速 n 由排气量公式可知，排气量随转速的提高而增大。对于已使用的机器，适当提高转速，可使生产能力增大；对于新设计的机器，转速取得高，可使机器尺寸小、重量轻。转速越高，相同功率的电机越小，并有可能与压缩机直联，占地面积小，总的经济性好 。因此，近年来， 压缩机转速趋于提高。但是，转速提高也带来许多不利因素。当转速增加时，往复惯性力与转速的平方成正比的增加。若最大惯性力大于最大活塞力，则运动机构的设计将以空车运行时的最大惯性力为依据，运动件的利用程度差。因此，设计时应选取恰当的转速，使最大惯性力不超过最大活塞力；对于平 衡得不够好的压缩机，高转速 会使不平衡的惯性力和力矩增加，使机器和基础的振动加剧；转速高使易损件寿命低。如活塞环、填料函、十字头，连杆大小头轴瓦以及主轴瓦等的磨损均速转速增高而加快。特别是阀片的工作寿命大致与转速成反比，为使阀片有相当的寿命，转速也不宜过高；此外，转速增高，气流在气阀中的速度增大，阻力损耗增加，使压缩机效率降低。 近代压缩机的转速，通常在下列范围：微型和小型： 10003000型： 5001000型： 250500 程 S 在选定行程时，需考虑下列因素： 无锡太湖学院 学士学位论文 4 （ 1）排气量的大小 排气量大，则行程应取得长一些，反之，应短些； （ 2）对于立式、 型等结构形式，活塞行程可以取得小些，这样 机器 就不 太高， 方便 使用 和 维修； （ 3）气缸的结构主要考虑 级缸径与行程要保持一定的比例。若行程太小，则吸、排气接管在气缸上的布置将发生困难（特别是径向布置气阀的情况）。 在保证运转可靠、零部件寿命较长的前提下，趋向于采用高转速、短行程。 塞平均速度与转速 、行程直接相关。其值的大小直接影响运动件的磨损、气阀的工作状况和气流的阻力损失等。 活塞平均速度速 的关系如下： m 30 ， m/s（ 式中 活塞平均速度， m/s； n 压缩机转速， S 活塞行程 ， m。 为顾及 易损件的寿命及运转的经济性，对于大、中型工艺用压缩机，s；对于大批生产的动力用固定式空压机，为获得较高的效率，可取 34m/s；对于移动式压缩机，为尽量减小尺寸和重量，可取 45m/s；对于微、小型压缩机，为了让 结构紧凑 些 ， 可以选取较小的行程，尽管转速较高 ，但 是活塞平均速度 较低 ，约 2m/ 对于无油润滑的迷宫式压缩机，要求 4/mC m s，以减少泄露；而用聚四氟乙烯或石墨环等自润滑材料活塞环及填料的压缩机， mC m s；乙炔压缩机具有爆炸的危险性，为安全计，取 1/mC m s。 在往复活塞式压缩机设计中，由于 一定的参数和使用条件 的限制下，第一步应考虑选择适当 的活塞平均速度，因为 （ 1）活塞平均速度的高低，对运动机件中的摩擦和磨损有直接的影响。对气缸内的工作过程也有影响。 （ 2）本次设计的 压缩机二、三级采用微油自润滑材料的半无油润滑，活塞速度过高，功率的消耗及排气温度将会过高。严重地影响压缩机运转的经济性和使用的可靠性。 0空气压缩机行程定为 90速定为 750 根据式（ 活塞平均速度为： 7 5 0 0 . 0 9 2 . 2 5 /30mC m s 构方案的选择 活塞式压缩机的结构特点主要体现在气缸排列的型式，即指气缸中心线的排列位置 和运动机构的结构 这两个方面 。 缸排列的型式及其选择 根据气缸排列的型式不同，有立式压缩机、卧式压缩机、对称平衡型压缩、对置型压缩机及角度式压缩机。角度式压缩机，气缸中心线具有一定的角度，但不等于零度和 180。0 空气压缩机的设计（整体设计编程，一、二级缸设计） 5 按气缸中心线的位置不同，又可以分为 角式压缩机的 特点是同一曲拐上装有几个连杆，与每个连杆相应的气缸中心线间具有一定的夹角， 角 式压缩机优点有 ： （ 1） 各列一阶往复惯性力的合力，可用装在曲轴上的平衡重达到大部分或完全平衡，动力平衡好，机器可取较高的转速，可达 5002200 （ 2） 气缸彼此错开一定角度，有利于 安排气阀 及 配置中间冷却器 ，结构紧凑 。 （ 3） 若干列的连杆连接在同一曲拐上，曲轴的曲拐数减少，轴向长度可缩短，主轴颈有可能采用滚动轴承 。 由于本设计排气量和排气压力比较小，选择角度式中的 其具有较好的平衡性，同一曲拐上相邻的汽缸中心线夹 角做成 90，如图 图 型压缩机结构图 动机构的结构及选择 活塞式压缩机的运动机构有：无十字头和带十字头两种。 本设计为无十字头。选择无十字头的理由是：结构简单、紧凑，机械高度较低，相应的机械重量较轻，一般不需要专门的润滑机构。同时本次选择的是 十字头适用于小功率范围内使用。 间冷却器 冷却器对上一级排出气体的冷却效果的好坏直接影响到机器的性能，所以冷却器的设计也是本系列压缩机设计的一个重要部分。根据已有的科研成果和实践经验先选型，风冷中冷器采用铝制板 翅式中冷器，一级中冷器和二级中冷器组合在一起，结构紧凑，再由兼作风扇作用的飞轮对中间冷却器进行强制冷却。试验证明该中间冷却器起到了很