隔膜无润滑压缩机压缩机构设计

成都理工大学毕业设计( 论文)I隔膜无润滑压缩机压缩机构设计学生： 专业班级： 教师： 摘 要隔膜式压缩机是容积式压缩机的一种，因其特殊的结构，被压缩的气体与外界相分隔，由于膜片不需要润滑，密封比很好，气体不与任何润滑剂接触.所以压缩气体的纯洁度极高。广泛应用于小流量、易燃易爆、腐蚀性、较高的出口压力气体的压缩。隔膜式压缩系统具有两大特点：一是密封性好，二是压缩比大。这两大特点就是隔膜式压缩系统的生命力所在，是其他类型压缩机不能替代的。本文主要针对金属隔膜式压缩记压缩系统的结构进行设计，包括机身方案、膜腔、膜片、连杆、气阀等压缩机的主要零部件。隔膜式压缩系统设计的重点在于容器室的构造，本文介绍了膜腔和隔膜的结构设计；对气阀、连杆的设计、补液系统也做了一定的阐述；此外还对一些标准件做了选用和校核。关键字：无油、压缩系统、膜腔、隔膜成都理工大学毕业设计( 论文)IINon-lubricated diaphragm compressor compression designDiaphragm compressor is a positive displacement compressor, because of their special structure, In this condition the air can not get in touch with any lubricant., the diaphragm does not require lubrication, So its seal capacity is quite good., the gas does not contact with any lubricant. So the purity of compressed gas is very high. Widely used in small flow, inflammable, explosive, corrosive, The export of high pressure gas compression. Diaphragm compression system has two main characteristics: fine sealing capacity and high compress proportion. These are life-force of diaphragm compression system, so it can not be substituted by other types of compressors. This article mainly talks about the design of structure of metal diaphragm compressor system, including fuselage、air chamber、membrane slice、shank、air valve and so on. They are main components of a compressor. The point of design lies in the structure of air-chamber. This article introduces the design of air chamber and diaphragm structure in detail and also introduces the design of shank、gas valve and the oil-supplement system. In addition this article also introduces the selection and check of some standard parts.Key words: oil-free、compressor、air chamber、membrane slice成都理工大学毕业设计( 论文)III目录第 1章 前言 .- 1 -第 2章 隔膜压缩机简介 .- 3 -2.1 隔膜压缩机的发展及其现状 .- 3 -2.2 隔膜压缩机的分类 .- 4 -2.2.1金属膜片隔膜压缩机 .- 4 -2.2.2非金属膜片隔膜压缩机 .- 5 -2.3 隔膜压缩机的基本结构 .- 6 -2.4 隔膜式压缩系统的工作原理和过程 .- 6 -第 3章 整体方案选择 .- 8 -3.1 机型的选择 .- 8 -3.2 传动方案的选择 .- 8 -3.3 压缩机构分析 .- 9 -3.3.1节机构运动简图 .- 9 -3.3.2 自由度分析 .- 10 -第 4章 零部件设计 .- 11 -4.1 机身设计 .- 11 -4.2 气阀的结构与设计 .- 11 -4.2.1 气阀的工作过程 .- 13 -4.2.2 气阀的设计 .- 14 -4.2.3 气阀主要特性参数的选择 .- 15 -43 金属膜片的设计与选材 .- 18 -4.3.1膜片挠曲变形后的应力 .- 19 -4.3.2 压缩机工作时膜片所受的交变应力 .- 21 -4.3.3 隔膜膜片的选择 .- 21 -4.4.4应力的预防措施 .- 22 -成都理工大学毕业设计( 论文)IV44 膜腔的设计及计算 .- 23 -4.4.1 膜片的绕度 .- 23 -4.4.2 膜片的最大挠度 ,直径及厚度的确定 .- 24 -4.5 连杆设计 .- 25 -4.5.1 连杆工作情况与设计要求 .- 25 -4.5.2 结构设计 .- 27 -第 5章 标准件的选用 .- 30 -5.1V 带的选用 .- 30 -5.1.1选用胶带的型号 .- 30 -5.1.2确定大小带轮基准直径 .- 31 -5.1.3 验算带速 .- 31 -5.1.4 求 V带基准长度 .- 31 -5.1.5 求最小包角 .- 31 -5.1.6 求皮带根数 .- 31 -5.1.7 带轮的基本参数 .- 32 -52 轴承的选用 .- 32 -5.2.1求皮带作用在带轮上的力 .- 32 -5.2.2求连杆作用在曲轴上的力 .- 33 -53 盖板螺栓的选用 .- 35 -5.3.1计算螺栓工作载荷 .- 35 -5.3.2计算螺栓总拉伸载荷 .- 35 -5.3.3求螺栓直径 .- 35 -5.3.4 螺栓分布圆直径 .- 35 -结论 .- 36 -致谢 .- 37 -参考文献 .- 38 -成都理工大学毕业设计( 论文)- 1 -第 1章 前言压缩机是一种压缩各种气体，提高气体压力或者输送气体的机器，在采矿业、冶金业、机械制造业，土木工程、石油化工、制冷分离工程及国防工业中，压缩机是必不可少的关键设备之一，此外还应用于医药、纺织、农业、食品、交通、电子、电力等部门。压缩机因其应用广泛而被成为“通用机械” 1 压缩机按照工作原理可分为如下几种类型:轴流式 速度式 离心式 喷射式压缩机 滑片式(旋叶式) 回转式 螺杆式容积式 转子式(罗茨鼓风机) 膜片式 往复式活塞式 隔膜式压缩机是一种只允许微量或不允许泄漏的气体压缩机专用设备。普通活塞压缩机与隔膜式压缩机之间的区别在于各自的压缩方式和密封方式不同。活塞压缩机使用运动活塞压缩气体,活塞以活塞环作为动态气体密封,但是活塞环并不是不泄漏的。而隔膜式压缩机也使用带活塞环的活塞,但是活塞推动的是一定体积的液压油,由液压油使一组膜片上下弯曲,从而压缩气体,由于压缩过程仅涉及静密封,所以没有通过动密封的气体泄漏。由于隔膜式压缩机结构上的特点,所以比较适于小流量、易燃易爆、腐蚀性、较高的出口压力气体的压缩。目前,隔膜压缩机在国内外已有数十年的使用经验,我国国内生产厂家近年在隔膜压缩机的研制上也有较大的发展 2 成都理工大学毕业设计( 论文)- 2 -隔膜式压缩机的应用领域：由于隔膜式压缩系统的设计室一项复杂而又需要多人协作的浩大工程 1，所以本篇论文主要从理论角度谈论隔膜式压缩机的关键部件设计连杆。就本人来说，由于专业水平有限，在做此论文过程中难免有不足和偏颇之处，但我是本着和大家共同探讨，共同学习的态度来进行的希望指导老师及评审组给与批评指正。成都理工大学毕业设计( 论文)- 3 -第 2章 隔膜压缩机简介2.1隔膜压缩机的发展及其现状隔膜压缩机的发展历史可以追溯到 20 世纪初期。1916 年，法国 Henri Corblin 在寻找氯压缩系统时发明了金属隔膜压缩机，该产品确保他在巴黎的公司“SA de Compresseurs Membrane Corblin”不断的成长壮大，之后的许多年，他一直是全球隔膜式压缩机的唯一制造商，为化工、石化和工业气体生产行业提供解决方案，也是历史上生产隔膜压缩机时间最长的制造商。由于膜腔不需要润滑，密封比很好，气体不与任何润滑剂接触.所以压缩气体的纯洁度极高，特别适用于某些珍贵的稀有气体的压缩、输送或装瓶。另外，对于腐蚀性强、有毒、易爆的气体，也宜采用隔膜式压缩机。隔膜式压缩机所能提供的压力范围较广，可以从很低的压力直到 200Mpa.但是，由于膜片的变形量有限.处理的气体量一般较小，单机容积流量不超过 100 /h。2我国隔膜式压缩机也有将近 40 多年的发展历程，从第一台仿制法国的隔膜式高压压缩机开始，现已经具有 独立的研发、制造能力。随着我国经济实力的增强，政府政策更是给予大力支持，在隔膜式压缩机这一技术领域上，我国已经取得了一定突破，甚至可以与国外的一些著名制造商相互竞争。随着隔膜式压缩系统技术水平不断提高和计算机辅助设计在机械行业中的应用，隔膜式压缩系统的设计开发、生产制造将迎来一个崭新的时代。在产品设计上，应用压缩机热力学，动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件，高计算准确度，通过综合模拟模型预测压缩机在实际工况的性能参数，以提高产品开发的成功率，压缩机机电一体化得到强化。控制上，采用计算机自动控制，自动显示各项运行参数，实现优化节能运行状态，优化联机运行，运行参数异常显示，隔膜式无油润滑压缩机的启停自动卸荷、油压和气压监测、膜片破裂报警与自检等自动控制部分将逐渐实现无人操作 2。超高压、大排量将是隔膜式无油润滑压缩机今后的发展趋势。成都理工大学毕业设计( 论文)- 4 -2.2 隔膜压缩机的分类(l)按结构形式分类:Z、V、D、L、W、六角型六种型式;(2)按膜片材质分类:金属膜片(包括黑金属、有色金属)、非金属膜片;(3)按压缩介质分类:稀有贵重气体(He)、易燃易爆气体(H2、c2h2)、高纯度气体(AT、N299.999%)腐蚀性气体(02、H2S、氟立昂)、有毒有害气体(CO、NO)、放射性气体(核废氢气、冷却剂 He)。(4)按运动机构分类:曲轴连杆(包括连杆、主副连杆、多副连杆)、曲柄滑块等。(5)按冷却方式分类:水冷却、油冷却后风冷却、自然冷却(6)按润滑方式分类:压力润滑、飞溅润滑、外置强制润滑设备。2.2.1金属膜片隔膜压缩机金属膜片的隔膜压缩机是由法国工程师 CORBLIN 于 1916 年友明的，1922年试制成功。金属膜片隔膜压缩机中，膜片都是由液压驱动的，因此，每一台压缩机一定具有一个液压系统。其主要特点有：（1）由于采用液力驱动膜片，故结构比较复杂，机器尺寸和重量较大。盖板和穹形表面的特殊型面，加工比较困难。价格高于一般的活塞式压缩机。（2）因膜片可紧贴穹形表面，故相对余隙容积很小，一般为 2%4%。（3）盖板和膜片构成的模腔不仅散热表面大，而且气体与液体之间的膜片极薄，金属本身又是热的良导体，故压缩过程中散热情况良好，压缩过程可接近等温。成都理工大学毕业设计( 论文)- 5 -（4）膜片两侧液气压力大致平衡。在压力小于 100Mpa 时，膜片强度几乎与气体压力无关，又因过程指数和相对余隙容积都很小，所以一般一级压缩压力可达 2.5Mpa，二级压缩可达 25Mpa，三级可达 100Mpa。目前，金属隔膜式压缩机的最高排气压力已达 700Mpa。（5）由于液体的惯性，使得液压缸活塞住复运动不能过快，否则可能使液柱与活塞脱离，从而造成液力冲击，所以机器转速一般控制在 250 一 5OOr/min范围内。2.2.2非金属膜片隔膜压缩机膜片由夹布橡胶或塑料等非金属材料制造，膜片与连杆的菌形头部相固结，由曲轴或偏心轮轴直接驱动，故结构简单，制造方便，造价不高于一般活塞式压缩机。非金属膜片隔膜压缩机中，大多数膜片被夹持在菌形连杆小头上，由连杆直接进行驱动。由于连杆菌形小头在运转时将产生摆动运动，以及在排气形成终了时，菌形表面与盖板表之间需留必要的间隙线性余隙，造成相对余隙往往很大，可达 a=19%25%.故单级压力比一般限制在 3.非金属膜片式压缩机膜腔冷却差，压缩指数接近绝热.:虽然没有活塞环产生的摩擦损失，但因行程小而膜腔直径大，故连杆受力较同样容积流量的活塞式压缩机为大，加之柔性材料的阻尼在变形时也会消耗功.所以机械效率较低。由于大的相对余隙容积，低的膜片强度以及排气温度不能很高（温度高时非金属膜片容易老化），所以，单级排气压力不超过 0.5Mpa，二级不超过1.6Mpa。成都理工大学毕业设计( 论文)- 6 -2.3 隔膜压缩机的基本结构图 2-1 隔膜压缩机基本结构1-排气管；2-进气管；3-排气阀；4-进气阀；5-缸盖；6-配油盘；7-膜片；8-溢流阀；9-油缸；10-活塞；11-补偿油泵隔膜式压缩机主要结构如图 2-1 所示。缸体部件包括缸盖、膜片、配油盘、缸体及紧固螺栓组成。缸盖上设有进、排气阔孔，排气孔阀位于缸盖的中心，进气孔阀位于膜片最大挠曲变形时母线拐点的半径上，约在距中心 0.6 倍曲面半径处。配油盘上均匀地布有油孔，使油缸内油压均匀地传给膜片。缸盖和配油盘上各有一形状特殊的曲面，一组金属膜片夹紧于中间，形成了三腔一垫的概念。即气腔、油腔和膜腔及油垫。气腔是膜片与缸盖形成了的容积，压缩机工作时，在油缸活塞的往复作用下，膜片具有一般活塞式压缩机中活塞的作用。油腔是膜片与缸体、油缸活塞等零件之间形成的容积，工作时它的大小也在不断地改变。膜腔是缸盖曲面与配油盘曲面之间形成的容积，它比油缸中活塞的行程容积大 1.1 倍左右。油垫是膜片在下止点时与配油盘曲面之间形成的工作油液容积，大约是膜腔容积与行程容积的差值。成都理工大学毕业设计( 论文)- 7 -2.4隔膜式压缩系统的工作原理和过程隔膜式压缩机是一种特殊结构的容积式压缩机，它是通过油缸活塞气缸油腔中的工作油液，工作油液通过配油盘后再均匀推动膜片在气缸盖与配油盘间曲面所形成的膜腔中作往复运动，改变气缸气腔的容积，在吸、排气阀配合工作的情况下，实现压缩输送气体的目的。隔膜式压缩机是两个系统的结合液压油系统和气体压缩系统。金属膜片将两个体系的完全隔离开。气体压缩体系：气体压缩系统包括金属膜片和气体进气阀和排气阀。液压油系统：液压油系统包括一个由电机驱动的曲轴、连杆和活塞，通过活塞往复运动，产生液压油压力，推动膜片向气体侧运动，从而压缩气体，将气体排出。液 压系统的另一个组件是自动补油泵、止回阀、调压阀和油压安全保护，保证液压油系统在压缩循环过程中一直处于充满液压油状态，同时让液压油压力保证在合理范围内。在压缩工程中，止回阀将液压油和油泵隔离开，防止液压油回流，同时调压阀控制液压油压力，从而形成液压油系统的工作压力。工作过程：(1)当活塞处于最底部时，液压系统被自自动补油泵注入液压油，气体在入口压力下通过进气阀进入膜腔，把膜片推动到膜腔的底部。膜腔被充满气体，当曲轴旋转，活塞从底部向顶部移动，液压油系统压力升高，当液压油压力达到压缩气体压力时，膜片向腔体的顶部移动，压缩气体 。(2) 当膜腔内的气体压力达到排气阀开启压力时，排气阀打开，气体排出，液压系统压力继续增加，膜片继续向顶部移动，确保最大限度地气体排量和效率，当膜片已经完全地进入腔体顶部，活塞继续运动到最顶部，此时，通过液压油压力打开液压油调压阀，液压油返回曲轴箱，液压油压力控制阀的设定压力比出口压力高（通常为出口压力的 1.1-1.2 倍），因此可保证气体的出口压力达到设计值，成都理工大学毕业设计( 论文)- 8 -此时，压缩循环完成，活塞开始向底部移动。 (3) 当活塞向底部移动时，余隙气体和吸入气体推动膜片组朝向腔体的底部运行，整个循环完成。第 3章 整体方案选择假定压缩机性能参数：排气压力 1.6Mpa，标准容积流量 38/mh，额定转速400r/min，查阅中华人民共和国机械行业标准 JB/T6905-2004，压缩级数为单级时选用功率为 4kw，转速为 1000r/min 的交流电机，比功率为 0.255. 3.1机型的选择非金属隔膜式无油润滑压缩机采用曲柄连杆机构直接驱动膜片，故结构简单，制造方便，造价低，但相对余隙容积大（可达 19%29%），膜片强度低，因为排气温度高时非金属膜片容易老化，所以排气温度低，一级排气压力不超过 1.6MPa，属中低压，如用非金属隔膜机型，则设计成一级显然达不到压力要求，如采用二级，即使能达到压力要求，也会因二级机型结构复杂化，成本大大提高，故不宜采用非金属隔膜式。金属隔膜式无油润滑压缩机采用液力推动膜片，结构较复杂，压缩机尺寸和质量都较大，盖板的穹形表面为特殊型面，加工较困难，造价一般高于活塞式无油润滑压缩机。其相对余隙较小（一般仅为 2%4%），压缩过程中散热良好（因盖板和膜片构成的膜腔散热表面积大，气体与液体之间的膜片极薄，仅有十分之几毫米）压缩过程接近等温，当压缩双原子分子时，其压缩过程指数n=1.051.15 左右。膜片两侧液、气压力大致平衡，当压力小于 100MPa，膜片强度几乎与气体无关。一般一级压缩压力比可达 2.5MPa，二级压缩比可达25MPa，三级压缩比可达 100MPa。从本设计的参数来看，采用一级压缩完全可以达到压力要求。所以综合考虑，本文针对一级金属隔膜式压缩系统进行设计。成都理工大学毕业设计( 论文)- 9 -3.2传动方案的选择压缩机由交流电机带动，通过带轮机构将动力传递给曲轴，然后经过曲柄滑块机构将曲轴的旋转运动转化为活塞的上下往复运动，周期地改变油压缸中的油压，通过油把运动传递给隔膜，使隔膜产生往复振动，改变气体压缩室的容积。活塞往复运动一次，膜片就振动一次，由于气体压缩室容积的改变，而完成气体的吸气、压缩、排气和膨胀地循环过程。金属隔膜式压缩机，如前所述膜片的变形均由液压驱动，而液缸中活塞的驱动，大多数是由电动机通过曲轴连杆机构来实现的，仅一小部分超高压隔膜式压缩机，液压缸活塞是由另外的液力来驱动。由于本文讨论的是一般压力的压缩机，所以其结构就采用曲轴连杆机构方式。图 3-1 金属隔膜压缩机系统工作原理图如图 3-1，当连杆上止点下行时，牵动隔膜产生弹性变形，容器室容积逐渐增大产生负压，克服吸气阀片的弹力，吸入新鲜气体。当连杆由下止点上行时，连杆推挤隔膜，容器室容积减小，气体压缩后克服排气阀片弹力排出，完成吸气、压缩、排气的工作循环产生压缩气体。 成都理工大学毕业设计( 论文)- 10 -3.3压缩机构分析3.3.1节机构运动简图机构是由许多构件组成的,机构的每个构件都以一定的方式与某些构件相互联接,这种联接不是固定联接,而是能产生一定相对运动的联接.在隔膜无润滑压缩机中的压缩机构为曲柄滑块机构,且为对心曲柄滑块机构,这种机构除广泛应用于压缩机以外,还常用于活塞式内燃机,冲床等机构中.1为活塞 2 为连杆 3 为曲轴图 3-2 机构运动简图3.3.2 自由度分析为了使组合起来的构件能产生相对运动并具有运动确定性,有必要探讨机构自由度和机构具有确定运动的条件.在此曲柄滑块机构中,活动构件数 n=3,有两个转动副和两个移动副共四个低副 4LP,没有高副 0HP,所以其自由度为321LHFnP,有确定的运动方向 ,自由度数与原动件个数相同，在压缩机压缩机构上，电机通过带轮带动曲轴，曲轴为原动件，带动活塞规律地上下成都理工大学毕业设计( 论文)- 11 -运动，反应在压缩机上就是活塞沿内衬套来回固定移动实现吸气，压缩，排气的工作循环。第 4章 零部件设计4.1机身设计机身是压缩机的主要基本部件，它包括机体中体与基基座，是定位的基准件，同部装有曲轴，连杆，活塞，外部承接液压缸，电动机及其它附属部件，同时机身还承受气体作用力及其它部件的惯性力。由于标准容积流量为 8 立方米每分钟，排气量小，排气压力为 1.6Mpa,所以就采用立式单级机身结构，机座和机体构成曲轴箱，设计遵循体积小，重量轻，机构简单，使用维修方便的设计原则，功率的传入通过带轮机构来完成，电动机通过 V 带将功率传递给带轮，带轮与曲轴用键连接，最后由曲轴经连杆带动活塞在缸体内往复运动，实现吸气，压缩，排气的工作循环，连杆大头与曲轴的动力传递用滑动轴承，即连杆大头与曲轴间衬耐磨的轴瓦，采用喷油润滑。一级隔膜压缩机往往采用立式单缸，V 型双缸，水平单或双缸等结构形式；二级隔膜压缩机采用 V 型单缸，水平双侧双缸结构形式，或 L 型水平-立式单缸结构；三级或四级采用水平双侧双缸结构形式 6。4.2 气阀的结构与设计压缩机气缸上装有进，排气阀。气阀是压缩机气缸上的重要组件，它负责气体的吸入和排出。即在进气过程时，让气体从进气孔进入气缸，排气过程时，让气体由气缸排出至排气管，而且当气缸内为压缩和膨胀过程时，气阀还应将气缸和管路隔离，保持气缸工作容积的密封。从气阀工作原理来看，气阀工作性能将直接影响压缩机气缸的工作，因此，对气阀有如下要求：成都理工大学毕业设计( 论文)- 12 -1，阻力损失小。气阀阻力损失大小与气流的阀隙速度及弹簧力大小有关。气速越高，能量损失越大；弹簧力过大，阻力损失也大，其大小按气阀运动规律的合理性准则设计确定。2，气阀关闭及时、迅速，关闭时不漏气，以提高机器的效率，延长使用期。3，寿命长、工作可靠。限制气阀寿命的主要因素是阀片及弹簧质量，一般对长期连续运转的压缩机，希望寿命达 8000 小时以上；对移动式、短期或间歇运转的压缩机，要求可稍低些。4，形成的余隙容积要小。5，噪声小。此外，还要求气阀装配、安装、维修方便，加工容易等。气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件，也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率消耗及运转的可靠性，目前压缩机正向高速方向发展，而限制转速提高的关键问题之一就是气阀。活塞式压缩机一般都采用“自动阀”，就是气阀的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差实现的，没有其它的驱动机构。传统的气阀一般是由：阀座、阀片、弹簧、升程限制器、螺栓等组成，如图 4-1。成都理工大学毕业设计( 论文)- 13 -图 4-1 气阀得主要组成 排气阀的结构与吸气阀基本相同，两者仅是阀座与升程限制器的位置互换，吸气阀升程限制器靠近气缸里侧，排气阀则是阀座靠近气缸里侧。环状阀因其阀片为薄圆 环而得名阀座与升程限制器上都有环形或孔形通道，供气体通过。阀片与阀座上的密封口贴合形成密封。升程限制器上有导向凸台，对阀片升降起导向作用。4.2.1 气阀的工作过程当活塞从上止点向下止点移动时，带动隔膜向下运动，气缸与阀腔之间气体压力差逐渐增大。当压力差大到足以克服弹簧弹力等阻力时，进气阀阀片便开启，气体便通过进气阀进入气缸，阀片在流入气体的推力作用下继续上升，直至撞到升和限制器，阀片的动力学议程为：22= = (4-1)成都理工大学毕业设计( 论文)- 14 -式中，m 为阀片质量与 1/3 弹簧质量之和（Kg）；h 为升程(m);Fg 为气体推力(N);Fs 为弹簧力(N);T 为时间(s)。当气缸中气体进入阀腔之后，阀腔中气体的压强会逐渐增大，气缸与阀腔之间气体压力差逐渐减小。当阀腔中的气体压强增大到一定程度时，气缸与阀腔之间气体压力差不足以抵消弹簧弹力等阻力的时候，进气阀阀片便会关闭。阀片的关闭是在弹簧力和气流推力之差的作用下落向阀座的，要求活塞到达止点位置时，阀片也恰好落在阀座上。进气过程结束。当活塞从下止点向上止点移动时，隔膜从最低点开始向上运动，此时吸、排气阀均处于关闭状态。随着隔膜向上运动，气体在缸内被压缩，压强逐渐增大。当压强增大到一定程度时，排气阀阀片打开，排出气体。当活塞移动到最高点时，排气过程完成。重复进气过程。4.2.2 气阀的设计气阀有手动阀和自动阀两大类。手动阀的启闭由专门机构控制，与气缸内气体压力变化无关。自动阀的启闭不需要外力驱动，主要由气缸和阀腔的气体压力差来决定，绝大多数压缩机均采用自动阀，自动阀也分很多类，其中网状阀最适合于无油润滑压缩系统 6。图 4-3.网状气阀结构图成都理工大学毕业设计( 论文)- 15 -如图 4-3 所示，网状阀的结构是由阀座，阶梯导向环，阀片，缓冲片，闭合螺旋弹簧，升程限制器,冕形螺母和双头螺栓组成，该气阀在关闭状态时，阀片仅受闭合弹簧的载荷，而贴在阀座上，闭合弹簧是从缓冲片的孔中穿过，缓冲片承受弹簧的载荷，并靠在导向环的凸肩上，因此在关闭状态时，缓冲片是在阀片和升和限制器之间，不对阀片发生作用，这样，气阀在工作时将有两个缓冲作用，阀片在运动时其升程由两个阶段组成 ，弹簧对阀片所产生的合力也分段计算，当阀片开启时，阀片先只承受弹簧五作用沿环二移动到 h1 的高度，然后弹簧急剧增加，因为这时阀片已和缓冲片一起运动，承受闭合弹簧和缓冲弹簧的合力运动到高度 h2，在升程的第一阶段，只有相当弱的闭合弹簧作用在阀片上，可是在第二阶段，不仅有缓冲片的质量，而且有缓冲弹簧的附加力来阻止阀片的运动，阀片在升程终了时的动能急剧下降，撞击相应地比较缓和，关闭过程与此相反，这种结构气阀的缺点是，阀片在运动时仍有磨擦 8。成都理工大学毕业设计( 论文)- 16 -如果网状阀片在中心被固定，那么气阀开启时，阀片就要弯曲，边时为了降低刚性，可将内环处铣开，并在很长一段弧度内铣薄，使之具有弹性，这种中心被固定，外缘为阀片的网状阀不需要导向滑块便能上下运动，且没有磨擦，上述网状阀的结构，由于中间因定部分和弹性部分占据了一定的面积，使得气阀面积和利用率下降，为此可采用带有导向片的网状阀，则能得某些改善，这时阀片不固定，而导向片固定，阀片的弹性部分和导向片的部分铆在一起，共同补偿阀片和导向片的位移，但这种结构由于铆接处容易断裂而影响气阀工作的可靠性。为了减小阀片开关时的撞击力，提高阀片的强度，减小气阀工作的噪声，可把阀片做最大限度的切开。4.2.3 气阀主要特性参数的选择阀片的运动规律与压缩机的排气量，效率，及其可靠性有密切的关系，为了获得很好的阀片运动，应先取合适的气体推力和气阀全开时的弹簧力。(1)间隙马赫数因为影响气体推力的重要因素是气体流经阀隙时的间隙马赫数，所以选择合适的间隙马赫数是设计气论阀的主要内容这一。定义瞬时相对压力损失为： ，其中p 为气体流经气阀时瞬时压= 力损失(4-2)=222 (sin3+3 sin3cos） (sin+ 2sin2)其中 为平均相对压力损失，Mv 为间隙马赫数， 为活塞多 a 运动到 b 时曲轴转过和角度。已知气体流经气阀时的平均相对压力损失为间隙马赫的平方成正比，所以从减少平均相对压力损失的角度出发，间隙马赫数应尽量小，但间隙马赫数的成都理工大学毕业设计( 论文)- 17 -降低受到气阀安装尺寸及升程的限制，升程过高将导致气阀寿命急剧下降，所以应综合考虑选择合适的间隙马赫数。(2)气阀升程:升程对压缩机的经济性及寿命有重要影响，合理增加升程，可降低阀隙速度，减少耗能，但是大的升程会大大降低气阀的寿命。阀片运动时，不但有平行于升程限制器的平面的平行运动，而且有侧倾运动。气体推力，弹簧力及磨擦力的不均匀作用，均会导致阀片的侧倾运动，如图 4-4 所示，由于阀片有正吹区 A 和偏吹区 B 两部分，故同一阀片上的各点，将受到不同的气体推力，在启闭时产生侧倾撞击速度，而且使阀片与升程限制器撞击时的接触条件恶化，引起额外的机械载荷，使阀片损坏，降低升程，可减少侧倾速度，升程过低将会引起能耗的增加，所以确定升程应综合考虑各种因素 7。经验公式为：H=H-H (4-3)其中 H=(0.76-0.0724)/ , = 按图 4-5 求取：成都理工大学毕业设计( 论文)- 18 -?图 4-5.H和H 关系曲线图(3) 气阀全开时的弹簧力弹簧力选得正确与否，直接关系到阀片的颤抖与延迟情况，定义 等于阀全开时的弹簧力和 09时的气体推力之比。 = (+0) ( 28 2)(4-4)则阀片全开时的弹簧力为： =(+0)其中 =90时的气体推力可通过公式求出，故求得 值即可得出弹簧力，进而求出预压缩量 .0选取的 值至少应满足 01。1 时,弹簧将超过阀片全开时可能产生的最大推力,阀片不能充分开启, =0 时,气阀无弹簧力,阀片延迟关闭,推,进气阀的 值可按图 4-6 所示选取. 成都理工大学毕业设计( 论文)- 19 -进气阀推荐 值 排气阀推荐 值图 4-6(4)气阀的材料阀座和升程限制器均受冲击载荷，阀座还承受阀两侧的气体压力差。要求材料耐冲击并有足够强度。阀座和升程限制器的材料可根据气体性质的不同和承受压力差的不同而选择相应的材料。阀片材料应具有强度高、韧性好、耐磨、耐腐蚀性能。气阀弹簧一般采用碳素弹簧钢，合金弹簧钢及不锈钢等材料。43 金属膜片的设计与选材图 4-7 周边紧固平膜片在压力差作用下的变形膜片是隔膜压缩机中最重要的和最易损坏的零件，膜片的损坏，尤其是裂纹和穿孔将导致机器性能的变坏和无法正常运转，甚至会带来很严重的经济损失。在连续运转过程中，隔膜要经受强制性的高频摆动弯曲和不均匀的拉伸弹性变形，易产生疲劳断裂导致漏气，因此，隔膜的设计好坏直接影响机器的使用寿命和可靠性。成都理工大学毕业设计( 论文)- 20 -由于膜片在工作时间周期性的振动，承受着交变载荷，不能产生塑性变形，首先要求膜片材料有较高的弹性极限和疲劳极限，以保证膜片在弹性极限范围内工作，并有较长的使用寿命 9，压缩腐蚀性气体时，膜片还应具有抗腐蚀能力。此外，在隔膜式无油润滑压缩机中，阀孔等处的局部应力对膜片寿命影响极大，阀孔或沟槽尺寸较大时，膜片仅能工作几十小时，至多几百小时，有关资料介绍经过膜式压缩机进行实测后表明，1Cr18Ni9Ti 膜片，当压力为 2.5Mpa时，能 1000-1200 小时，相当于（24-29）X106 次循环，所以金属膜片高计的好坏直接关系到其可靠性。在液、气压力差作用下，隔膜压缩机中周边紧固的金属平膜片将产生鼓起变形，如图，对于相同材料及尺寸的膜片，压差愈大，鼓起的变形也愈大，而对于相同材料在相同的压差作用下，膜片愈薄变形愈大. 但是，它们的关系都不是线性的。为了弄清楚变形与压力差之间的关系，下面对膜片受力后的变形作一分析研究。4.3.1膜片挠曲变形后的应力隔膜压缩机膜片承受着交变载荷的作用而发生挠曲变形，在这个过程中，由于