【JX437】VF-0.850空气压缩机的设计【KT+RW+FY】[4A0]
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【JX437】VF-0.850空气压缩机的设计【KT+RW+FY】[4A0],jx437,vf,空气压缩机,设计,kt,rw,fy,a0
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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 2、专题 整体设计、曲轴箱设计、曲轴设计 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。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 ，压缩后经排气阀进中间冷却器后再经二级气缸压缩后，再次经排气阀进入中间冷却器后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（论文或其它）应达到的要求： 根据设计参数进行压缩机的热、动力计算 (主要包括缸径确定，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，惯性力和惯性力矩的平衡 )； 绘制主机总图及主要零件图； 对压缩机主要零件进行强度校核； 根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，完成总装配图； 查阅相关数据，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 李 达 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 2012 年 11 月 12 日 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 相关资料 题目： 0 空气压缩机的设计 整体、曲轴箱部件、曲轴部件设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923166 学生姓名： 李 达 指导教师： 俞萍 （职称： 高级工程师 ） 2013年 5月 25日 目 录 一、毕业设计（论文）开题报告 二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文 三、学生 “毕业论文（论文）计 划、进度、检查及落实表 ” 四、实习鉴定表 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 开题报告 题目： 0 空气压缩机的设计 整体、曲轴箱部件、曲轴部件设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923166 学生姓名： 李 达 指导教师： 俞萍 （职称： 高级工程师 ） 2012年 11月 12日 课题来源 “ 0空气压缩机的设计 ” 的课题来源于企业 ； 结合所学知识，老师拟定题目； 综合大学里所学知识，将理论与实践相互结合。 科学依据 （包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等） 1、 化工、冶金、化肥、食品、医疗等众多企业的生产过程需要用到气体 压缩机，而活塞式空气压缩机由于有较高的压缩比，在高压气体生产 与输送中尚不能被其它设备所替代，是许多工程项目中的关键设备。 2、 活塞式压缩机上所用的密封活塞环通常用自润滑材料聚四氟乙烯制 成，由于活塞环长期运行在剧烈的摩擦环 境下，活塞环极易磨损，导 致压缩机不能正常工作。为了减少高分子材料的摩擦磨损，传统气体 压缩机活塞环需要用油润滑，以减少活塞环与气缸壁的摩擦磨损，提 高活塞环的使用寿命。 3、 无油润滑压缩机采用自润滑聚合物复合材料制造活塞环，活塞部位不 用油润滑，所生产的压缩气体洁净无污染，既节省了大量的润滑油， 又可简化生产工艺流程，降低能耗，减少环境污染，是当前活塞式压 缩机的发展方向。 4、目前压缩机制造业已经发展成为机械制造工业的一个重要组成部分。 研究内容 1、 活塞式空气压缩机的工 作原理以及工作形成； 2、 活塞式压缩机参数与结构的设计； 3、 活塞式滑压缩机设计图纸的绘制。 拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 研究方法：通过阅读有关资料，文献，收集筛选，整理课题研究所需的 有关数据，理论依据，综合运用所学理论知识研究论文课题。 技术路线：分析活塞式空气压缩机的各个参数的取值情况，包括结 构参数、工艺参数、热力学参数和动力学参数。确定各参数 的具体数值或取值区间。 可行性分析：通过对论文课题的学习 研究，达到巩固，扩大，深化已学 理论知识，提高思考分析解决实际问题等综合素质的目的。 研究计划及预期成果 1、 首先对活塞式空气压缩机整体结构进行分析，对传动结构进行筛选，初步选择达到设计要求的结构方案； 2、 对活塞式压缩机的热力部分及动力部分进行计算，通过压缩机机构的分析计算可提高其自身的精度； 3、 对活塞式压缩机的主要零件进行强度校核，提高机构稳定性，稳定性。 特色或创新之处 通过对活塞式空气压缩机的设计及计算，形成一整套现代的设计方法，对理论和实践的结合，起到整体的 规划的作用，达到降低损耗提高效率，优化结构设计方便使用。 已具备的条件和尚需解决的问题 已具备的条件：拥有机械设计手册等参考资料及文献；到企业进行参观， 对空气压缩机进行直观的了解与认识，对所学的机械基础 知识有较好的掌握；能熟练运用 图软件，提高作 图效率。 尚需解决的问题：对于活塞式空气压缩机的工作原理不是非常清楚和熟悉，缺乏自主设计的经验。 指导教师意见 指导老师签名： 年 月 日 教研室（学科组、研究所）意见 教研室主任签名： 年 月 日 系意见 主管领导签名： 年 月 日 he is by - - is at it is if is no on to in - in - to is by a is a of a of by a is a in or or of of if in be to at 0 5% be to to or as be to or at be in a of a to up 0 in is to be in in in 0 00 at 50 of a to In a is an to ,000 in a of is by of a or is by of a in a is in in a In do do by do at a is a at a be at in ,000 50 do no no in A in an is by to of as of a is in up 50 0 00 to of at of a a is a In at If to to 00 ,000 at 0,000 as a As is in a to it by to of is In a so In is up ,000 is 25 in be or to at do to as it a of 00 on as As is to is n to to In in a in to or be at of of as to of is it a as in g, or in a In be be is a = at a = at of is to of no at to of at a is At or is at is is to is of be by in be by is by of at by at is to of is of - - be by At so is to of by be by to if on as or A by a of is a is at is A on to a at of of - 7 to 9 - a of of or to a in to a at a a of An a to a in to by a s - - is in up 5.5 9 of of a is no on of s An as a - to on a - as a as of a is to s 7.5 9 Hg or of at as 0 A to is a of of 0 a of in a to As an in a of it of to in 0 8 Hg a up 9.5 in a of No or in as 5 or on an to a is a 0 Hg be at of to As of in of to a in a is As is by to a of to of in 80 of a 80 of is In to of as as or in of is as as in to of to A s to of of as in of in of a of in it of at an is To a ac or dc in to At to a As to to of a is a to of of is a - 00in is up to at 压缩机 泵和压缩机主要区别是 ： 流体 被压缩机传送 气体 在它被传送的同时被压缩并 处于压力之下， 即使系统 在 没有 载荷的情况下。大多数 用于空气压缩 的 装置 原理上非常相似 部件上 泵 ， 考虑和选择 是 相同 的。 它们本质上 唯一 的不同 是 大多数 的液压系统由单一泵 供给能量，并且泵 实际上是 系统的一部分， 而 大多数的 气动动力系统往往由单一压缩机 供给能量，像 厂区内 的 水 、 电 力 服务 一样它 几乎 是厂区“公共设施”。 不过有许多小 型 压缩机 用于特殊、不连续的工作场合。 他们通常是 可 移 动型 压缩机 。动力型的或非移动型 压缩机通常 是大型的单元设备。 压缩机装置比较简单 ， 如果纳入适当的气动系统 则使压缩机 能长期维持 运转，由于在 系统设计中忽视了明显的注意事项导致了压缩机 一次又一次的 前期故障。 只 要 适度的努力 遵循四项基本规则可大大提高压缩机设计 寿 命 ： 泵和压缩机应 该以最低 压力和流量 来分级， 最好 在 10至 25%以上 ； 应选择过 滤器 来 保护泵 单元，并且 有时 也 保护下游产 摘 要 空 气压缩 机是一种用 来压缩 空气、提高气体 压力 或 输 送气体的机械， 是将原动 机的机械 转 化 为压力 能的工作机， 简称 空 压 机。而本次 设计 的活塞 压缩 机是依靠活塞在气缸 内 作往复 运动 而 实现 工作容 积 的周期性 变化来 工作的。 本次设计的为角度式 为两列，其中一列为一、二级气缸压缩，另外一列为一、三级气缸压缩，两列夹角为 90，平衡性达到最佳。活塞式压缩机是利用活塞在汽缸中往复运动使容积缩小而提高气体浓度、压力的。相比于其它形式的压缩机有许多优点，如：效率高；适应性强，特别是用于排气量小的情况；涉及的压力范围广，低 压和高压都适用。在实际的生产、生活中，此型号的压缩机的应用范围比较广泛。 本 设计 的 内 容包括 压缩 机整体的 设计 、曲 轴 箱的 设计 、曲 轴 的 设计 。主要通 过热 力 计 算和 动 力 计 算 来 初步确定 压缩 机的整体 设计 。同 时 ， 对 曲 轴 箱、曲 轴进 行 设计 ，并 绘 出 压缩机的 总装 配 图 ，曲 轴 箱、 轴 承 盖 、曲 轴 、 轴 承座， 风叶轮 等的零部件 设计 。 关键词： 压缩机 ； 活塞 ； 曲轴箱 ； 曲轴 he is a to or is of to as in is to on in of of to or as a, 0 , to is of a in a of to in to of In of of of is of of to of At of of 目 录 摘 要 . . 目 录 . 1 绪论 . 1 课题的 研究 内 容和意 义 . 1 缩 机的工作原理 . 1 2 压缩机 总 体 设计 . 2 构方 案选择 . 2 数 的 选择 和各 级压力 比的分配 . 2 数 的 选择 . 2 级压力 比的分配 . 3 缩 机 转数 和行程的确定 . 3 3 压缩 机的 热 力 计 算 . 5 步确定各 级 公 称压力 和 温 度 . 5 步确定各 级 公 称压力 . 5 算 绝热 指 数 k . 5 算各 级排气温 度 T . 6 算各 级排 气系 数 . 6 积 系 数v. 6 力 系 数p. 8 度系 数 T . 8 密系 数g. 9 算干气系 数d和抽气系 数o. 10 算干气系 数d. 10 算抽气系 数o. 11 缩 机各 级 行程容 积 的确定 . 11 缩 机各 级 气缸直 径 的确定 . 12 正各 级 公 称压力 和 温 度 . 13 定 圆 整后各 级实际 行程容 积. 13 定各 级压力 修正系 数i及1i. 13 正后各 级 公 称压力 和 压力 比 . 13 正后各 级排气温 度 . 14 算活塞力 . 14 算气缸 内实际 吸排 气压力 . 14 算各列的活塞力 . 15 算 轴 功率， 选 取 电 机 . 15 算各 级 指示功率 . 15 算 轴 功率 . 17 动 机功率， 选 取 电动 机 . 17 4 压缩 机的 动 力 计 算 . 18 缩 机中的作用力 . 19 各 级 气缸示功 图 . 20 往各列气缸复 惯 性力 图 . 22 各列气缸 综 合活塞力 图 . 24 各列气缸切向力 图 . 26 定飞轮矩 . 30 5 机体的设计 . 32 体的 结 构 设计 . 32 体 结 构 设计 的基本 原则 . 32 体主要 结 构尺寸的确定 . 32 体的壁厚 . 32 体加强筋的布置 . 32 接螺栓的布置 . 33 栓的强度计算 . 33 体的基本计算要求 . 33 材料的要求 . 33 毛坯件的要求 . 33 热处理的要求 . 34 机械加工的要求 . 34 它 . 34 6 曲 轴 基本尺寸的 设计 . 35 轴 基本 结 构 . 35 轴结 构设计 . 35 颈 和曲柄 . 35 渡 圆 角 . 36 孔 . 36 轴 的 轴 向定位 . 36 封 . 37 端 . 37 衡 铁 . 37 轴结 构 设计 . 37 轴设计 基本 原则 . 37 轴 基本尺寸的 设计 . 38 轴 平衡的计算 . 38 轴 受力分析 . 39 轴 基本技 术 要求 . 39 7 结论与不足 . 41 论 . 41 足之处 . 41 致谢 . 42 参考 文 献 . 43 周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注1012年 11月 12日 2月 02日 教师下达毕业设计任务，学生初步阅读资料，完成毕业设计开题报告。 按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。问题：刚开始拿到资料，感觉无从下手，不知道从那边开始。改进方法：在俞老师的细心指导下开始对资料进行查阅，初步了解压缩机的构成。4012年 12月 03日 1月 20日 指导专业实训通过查找相关于压缩机的资料，了解毕业设计的内容，对毕业设计怎么着手有一个概括性的认识。问题：在查阅资料的时候，产生很多不懂的问题。改进方法：多次与俞老师进行交流，解决问题。11013年 01月 21日 3月 01日 指导毕业实习 了解压缩机的工作原理，总体结构，工作过程，特点，分类及形式。 问题：下一步该如何做，该如何继续，感觉很迷茫。改进方法：多次请教俞老师。13 2013年 03月 04日 3月 08日 开始着手压缩机的热力计算自己先查阅关于压缩机热力计算方面的资料，进行初步了解，开始尝试进行热力计算。问题：进行热力计算时，很多数据的选择，不知该如何选择合理的数据。改进方法：通过查阅资料，俞老师的指导，进行修正。14 2013年 03月 04日 3月 15日 热力计算的修改与完善 由在老师的指导下，进行热力计算，并修改、完善。 问题：最后结果不合理。改进方法：不停地修改系数，从新计算。15 2013年 03月 18日 3月 22日 进行压缩机的动力计算 查阅资料，对压缩机进行受力分析。 问题：压缩机的受力，不知如何分析。改进方法：查阅资料，询问同学，请教俞老师。16 2013年 03月 25日 3月 29日 动力计算的修改与完善 根据资料，对压缩机进行动力计算，并在老师的指导下完善。问题：动力计算时，往复惯性力和飞轮矩难以确定。改进方法：俞老师多次给我进行指导，从而让我指导其中的原理。17 2013年 04月 01日 4月 05日 压缩机主要零件的绘制 用题：绘图过程中，一些主要零件的尺寸没法确定，结构无法确定。改进方法：参观实体的压缩机，查阅大量资料。18 2013年 04月 08日 4月 12日 根据零件图，绘制组件图 根据已绘出的零件，绘制出组件图。 问题：结构的合理性存在问题，零件无法组装。改进方法：修改零件图，并在俞老师的指点完成组件图。存档编码：无锡太湖学院 2012 届毕业作业周次进度计划、检查落实表系别：信机系 班级：机械 94 学生姓名：李达 课题（设计）名称： 0空气压缩机的设计 开始日期： 2012年 11月 12日周次 起止日期 工作计划、进度 每周主要完成内容 存在问题、改进方法 指导教师意见并签字 备 注19 2013年 04月 15日 4月 19日 总装配图的绘制 绘出总装配图，并完善、修改。 问题：粗糙度以及细节方面存在问题。改进方法：查阅资料。20 2013年 04月 22日 4月 26日 主要零部件的分析 对压缩机的组要零件进行分析、了解。问题：实际生产中，如完全按照书本根本不不切实际。改进方法：请教工人师傅，了解设计和实际操作还是有一点差距的。21 2013年 04月 29日 5月 03日 压缩机曲轴箱的分析 收集压缩机曲轴箱的资料，进行分析。 问题：对曲轴箱的概念不熟悉。改进方法：查阅资料。22 2013年 05月 06日 5月 10日 压缩机曲轴的计算 对压缩机的曲轴进行计算，并作动力平衡分析。问题：在进行平衡块计算时无从下手。改进方法：俞老师提供了一些设计手册，通过查阅完善计算。23 2013年 05月 13日 5月 17日 完善说明书和相关资料 整理、编写说明书和相关资料。 问题：排版的设置不是很熟悉。改进方法：通过网络和同学的帮助，顺利完成。24 2013年 05月 20日 5月 25日 不足的地方改进，打印，装订，上交 根据老师指导，进行修改。 编号 无锡太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 0 空气压缩机的设计 整体、曲轴箱部件、曲轴部件设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923166 学生姓名： 李 达 指导教师： 俞萍 （职称： 高级工程师 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 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、曲轴箱、曲轴部分设计） 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）不包含任何其它个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 94 学 号： 0923166 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 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 2、专题 整体设计、曲轴箱设计、曲轴设计 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。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，压缩后经排气阀进中间冷却器后再经二级气缸压缩后，再次经排气阀进入中间冷却器后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（论文或其它）应达到的要求： 根据设计参数进行压缩机的热、动力计算 (主 要包括缸径确定，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，惯性力和惯性力矩的平衡 )； 绘制主机总图及主要零件图； 对压缩机主要零件进行强度校核； 根据计算结果，确定压缩机结构尺寸，完成总装配图； 查阅相关数据，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 李 达 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 2012 年 11 月 12 日 要 空 气压缩 机是一种用 来压缩 空气、提高气体 压力 或 输 送气体的机械， 是将原动 机的机械 转 化 为压力 能的工作机， 简称 空 压 机。而本次 设计 的活塞 压缩 机是依靠活塞在气缸 内 作往复 运动 而 实现 工作容 积 的周期性 变化来 工作的。 本次设计的为角度式 为两列，其中一列为一、二级气缸压缩，另外一列为一、三级气缸压缩，两列夹角为 90，平衡性达到最佳。活塞式压缩机是利用活塞在汽缸中往复运动使容积缩小而提高气体浓度、压力的。相比于其它形式的压缩机有许多优点，如：效率高 ；适应性强，特别是用于排气量小的情况；涉及的压力范围广，低压和高压都适用。在实际的生产、生活中，此型号的压缩机的应用范围比较广泛。 本 设计 的 内 容包括 压缩 机整体的 设计 、曲 轴 箱的 设计 、曲 轴 的 设计 。主要通 过热 力 计 算和 动 力 计 算 来 初步确定 压缩 机的整体 设计 。同 时 ， 对 曲 轴 箱、曲 轴进 行 设计 ，并 绘 出 压缩机的 总装 配 图 ，曲 轴 箱、 轴 承 盖 、曲 轴 、 轴 承座， 风叶轮 等的零部件 设计 。 关键词： 压缩机 ； 活塞 ； 曲轴箱 ； 曲轴 he is a to or is of to as in is to on in of of to or as a, 0 , to is of a in a of to in to of In of of of is of of to of At of of 目 录 摘 要 . . 目 录 . 1 绪论 . 1 课题的 研究 内 容和意 义 . 1 缩 机的工作原理 . 1 2 压缩机 总 体 设计 . 2 构方 案选择 . 2 数 的 选择 和各 级压力 比的分配 . 2 数 的 选择 . 2 级压力 比的分配 . 3 缩 机 转数 和行程的确定 . 3 3 压缩 机的 热 力 计 算 . 5 步确定各 级 公 称压力 和 温 度 . 5 步确定各 级 公 称压力 . 5 算 绝热 指 数 k . 5 算各 级排气温 度 T . 6 算各 级排 气系 数 . 6 积 系 数v. 6 力 系 数p. 8 度系 数 T . 8 密系 数g. 9 算干气系 数d和抽气系 数o. 10 算干气系 数d. 10 算抽气系 数o. 11 缩 机各 级 行程容 积 的确定 . 11 缩 机各 级 气缸直 径 的确定 . 12 正各 级 公 称压力 和 温 度 . 13 定 圆 整后各 级实际 行程容 积. 13 定各 级压力 修正系 数i及1i. 13 正后各 级 公 称压力 和 压力 比 . 13 正后各 级排气温 度 . 14 算活塞力 . 14 算气缸 内实际 吸排 气压力 . 14 算各列的活塞力 . 15 算 轴 功率， 选 取 电 机 . 15 算各 级 指示功率 . 15 算 轴 功率 . 17 动 机功率， 选 取 电动 机 . 17 4 压缩 机的 动 力 计 算 . 18 缩 机中的作用力 . 19 各 级 气缸示功 图 . 20 往各列气缸复 惯 性力 图 . 22 各列气缸 综 合活塞力 图 . 24 各列气缸切向力 图 . 26 定飞轮矩 . 30 5 机体的设计 . 32 体的 结 构 设计 . 32 体 结 构 设计 的基本 原则 . 32 体主要 结 构尺寸的确定 . 32 体的壁厚 . 32 体加强筋的布置 . 32 接螺 栓的布置 . 33 栓的强度计算 . 33 体的基本计算要求 . 33 材料的要求 . 33 毛坯件的要求 . 33 热处理的要求 . 34 机械加工的要求 . 34 它 . 34 6 曲 轴 基本尺寸的 设计 . 35 轴 基本 结 构 . 35 轴结 构设计 . 35 颈 和曲柄 . 35 渡 圆 角 . 36 孔 . 36 轴 的 轴 向定位 . 36 封 . 37 端 . 37 衡 铁 . 37 轴结 构 设计 . 37 轴设计 基本 原则 . 37 轴 基本尺寸的 设计 . 38 轴 平衡的计算 . 38 轴 受力分析 . 39 轴 基本技 术 要求 . 39 7 结论与不足 . 41 论 . 41 足之处 . 41 致谢 . 42 参考 文 献 . 43 0 空气压缩机的设计 1 1 绪论 课题的 研究 内 容和意 义 空 气压缩 机是一种用 来压缩 空气、提高气体 压力 或 输 送气体的机械， 是将原动 机的机械能 转 化成 压力 能的工作机， 简称 空 压 机。而本次 设计 的活塞 压缩 机是依靠活塞在气缸 内作往复 运动 从而 实现 工作容 积 的周期性 变化来 工作 的。 压缩 机的 应 用极其 广泛 ，因其用途的 广泛 而 被称为 “ 通用机械 ” ，几乎遍及制冷与气体分离工程、采 矿业 、冶金 业 、土木工程、石油化 学工业 、机械制造 业 以及 国 防 工业 等。 压缩 空气作 为动 力。 压缩 空气供 驱动 各种 风动 机械和 风动工 具， 压缩 机的排 气压力 常用范围 于控制 仪 表及其自 动 化 装 置；高 压 爆破采煤，在有瓦斯的 矿 井中，避免 产 生火花引起爆炸，容易 实现冲击 机械往复、高速、 冲击强 的要求； 车辆 的制 动 、 门窗 的 启闭 ；制 药业 、 酿造业中 的 搅 拌；大、中型柴油机的 启动 ； 喷 气 织 机中 纬 砂的吹送；国 防 工业中 某些武器 的发射，鱼 雷的射出、 潜 水艇的沉浮及 驱动以 及沉船打 捞 等。 压缩 机的用 途还 有很多。 压缩 空气用于制冷和气体分离，气体 经压缩 、冷 却 、膨 胀 而液化，用于人工制冷（冷 冻 、冷藏及空气 调节 ），如氨或氟里昂 压缩 机， 这 一 类压缩 机一般被 称为 “ 冰机 ” 或 “ 制冷机 ” ；液化的气体混合 时 ，可在分离 装 置中 将各组 成成份分 别分离出 来 ，得到合 格纯 度的各种气体，如空气液化分离后，能得到 纯 氧、 纯 氮 和纯的 其它稀有气体；石油化 学工业中 ，其原料气“石油裂解气”的分离，是先 经压缩 ，然后采用不同的冷 却温 度， 将各组 份分 别 的分离出 来 ；在化 学工业中 ，气体 压缩 至高 压 ，常 有利于合成和聚合，例如氮和 氢 合成氨、 氢 与二氧化碳合成甲醇，二氧化碳与氨合成尿素等； 压缩气体用于油的加 氢 精制 石油 工业中 ，用人工 办 法把 氢 加 热 加 压 后与油反 应 ，能使 碳氢 化合物的重 组 份裂化成 碳氢 化合物的 轻组 份，如重油的 轻 化、 润 滑油加 氢 精制等；气体 经压缩 后，便于用管道 输 送。 缩 机的工作原理 本机 为 往复活塞式 压缩 机 ，属于 最早的 压缩 机 设计 之一，但它仍然是最通用和高效的一种 压缩 机。活塞式 压缩 机是唯一一种能 够 把空气和气体 压缩 至高 压 的 设计 ，通 过连 杆和曲 轴 使活塞在气缸中往复 运动 ， 从 而 压缩 气体体 积 来提高 压力 。 多级压缩 机中 ，空气被分多 级压缩 ，并逐 级 增大 压力 。 当驱动 机“ 电 机” 启动 后，通 过皮带传动带动压缩 机的曲 轴运动 ，不 断转动 的曲 轴 使连 杆不停地 摆动 ，而 牵动 活塞杆和活塞，在气缸 内 做往复直 线运动 。 压缩 机工作 时 ，在活 塞从外 止 点 到 内 止 点 的 运动过 程中，气缸容 积处 于相 对 真空 状态 ，缸外气体 从 一 级进 气口通 过 吸气 阀 吸入缸 内 ， 当 活塞行至外止 点时 ，气缸 内 充 满 低 压 待 压缩 气体。 当 活 塞从外 止 点 向 内 止 点运动时 ，吸气 阀 自 动关闭 ，气缸 内 的气体 随着 活塞的 运动压缩 ，气缸 内 的气体 压力 不 断 提高， 当 气体 压力 大于排气 阀 外气体 压力 和气 阀弹 簧力 时 ，排气 阀被打开 ，排出一 级压缩 气体， 当 活塞 运动 到 内 止 点时 ，排气 结 束，准 备 重新吸气。至此，完成一 个 膨 胀、 吸气、 压缩 、排气、再吸气的工作循 环 。 从 一 级 气缸排出的气体，进 入中 间 冷 却 器后，再 进 入二 级 气缸， 进 行第二 级 的 压缩 ，以此直 至经过 第三次 压缩 至需要的 压力 ， 经过 三 级排 气 阀 排出 压缩 机。因此，周而复始，活塞不 断 地 进 行往复 运动 ，吸入气缸的气体又不 断 地被吸入排出， 从 而不 断 地 获 得 压缩 的气体。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 压缩 机 总 体 设计 已知 :排 气压力为 压 ） 构方 案选择 在活塞式 压缩 机的 结 构方 案选择时 ， 应 注意以下 几点 ：机器的型式、 级数 、列 数 等。还应 根 据 压缩 机的用途、 运转条 件、排气量、排 气压力 、制造厂的可能性、 驱动 方式以及占地面 积 等 条 件，制定合适的方案。 本次机型 为角 度式 V 型压缩 机（ 无十 字 头 ）， 两 列气缸中 线线夹角为 90，此机型有以下优 点 ： 1、可以 将 若干的 连 杆 连结在 同一曲拐上，曲 轴 的 拐数 则可 减 少，机器的 轴 向 长 度可 缩短，因此主 轴颈 就可以采用 滚动轴 承； 2、气缸彼此之间 错开 一定角度，这样有利于气 阀 的安 装 和布置，因而使气 阀 的流通面积 有可能增加，中 间 冷 却 器和 级间 管道也可以直 接装 在机器上，使 结 构更加 紧凑 ； 3、各列的一 阶惯 性力的合力，可以用 装 在曲 轴 上的平衡块使 大部分平衡或者完全平衡，可 获 取 较 高的 转 速； 4、无十 字 头 的 结 构 简单 、 紧凑 ，机器的高度偏低，相 应 的机器重量也 较轻 ，一般不需要 专门的润 滑机构，以减少成本。 数 的 选择 和各 级压力 比的分配 数 的 选择 工业 中用的气体，有 时 需要 较 高的 压力 ，从而采用 多级压缩 。 在选择压缩 机的 级数 的时候，一般要遵循以下 原则 ：使 压缩 机消耗的功达到最小，排 气温 度 应 在使用 条 件 许 可的范 围 之 内 ，机器重量 轻 ，造价则低，要使机器具有 较 高的 热 效率， 则级数 越多越好（各 级的 压力 比越小越好）然而 级数 增多， 则 阻力的 损 失增加，机器 总 效率反而降低， 结 构也更加复 杂， 造价便大大上升。因此，必 须 根据 压缩 机的容量和工作特 点 ，恰 当 的 选择 所需要的 级数 和各 级压力 比。 要求 长期连续运转 的大、中 型压缩 机，可靠性和 经济性 放在第一位。 在选择级数 从获 得 较 高效率的 观点 出 发， 可以 应 用 曲线图 步确定所需的 级数 。 图 中 横 坐 标 表 示级 中相 对压力损 失 ，一般取平均的相 对压 力 损 失值 为 为 10% 20% ，在 初步 的 设计 中，大 型压缩 机可 取中 间 值，小型压缩机可取大值。 纵 坐 标 表 示级 中最 佳压力 比o，按此 压力比确定 压缩 机的 级数 可 达较 高效率。不同的 曲线 表示不同 压缩过 程指 数 值 n。若已知 压缩机的 总压力 比t， 则压缩 机的 级数 3(多级压缩 机得主要优 点 1 是： (1) 功率相同的 压缩 机， 列 数 增多，每列承受气体作用 力 就 减 小，每列的 运动 机 构 减轻 ，机器的 转数 从而可取得 较 高，因此， 压缩 机和 驱动 机 紧凑 ，机体重量 较轻 。 (2) 每列串 联 的气缸 较 少，气缸和活塞的 装 拆就比较方便。 (3) 可通 过 合理的布置曲柄 错 角，来让切向力比 较 均 匀 ，因此 飞轮 的重量可取得 较轻 。同 时 ，各列的最大 惯 性力则不 会 同 时发 生，而且相互之间可以抵消。所以机器的 惯 0 空气压缩机的设计 3 衡性比 较 好，机器 转数 可以提高，基 础减 小。 图 最 佳压力 比o与相 对压力 比 损 失值 的关系曲线 级压力 比的分配 等 级数 确定后，再按等 压力 比的 规 律，求得各 级 的 压力 比 为： Z t （ 式中：t的 总压缩 比 实际 上，由于下列的原因，根据式 压力 比，往往需 进 行合理的 调 整 ： （ 1） 为 了确保各 级排气温 度比 较 均 匀 ，一 级 的吸 气温 度往往取得比 较 低，所以有意将一 级 的 压力 比提高一些。 Z t（ （ 2） 调节 方式可能要引起末 级压力 比的上升从而造成末 级 气缸 温度 太高，末 级压力比3应该取得 较 低，按下式： Z t （ 缩 机 转数 和行程的确定 转 速和行程的 选 取 对 机器的尺寸、制造 难易 、重量和成本有较大的影 响 ，并 且还直 接影 响机 器的效率、 寿命 和 动 力特性。如果 压缩 机和 驱动 机直接的相 连 接， 也 影 响驱动 机的经济性 和成本。近代 设计 中活塞式 压缩 机的 总趋势 是提高 转数 。 转数 、行程、活塞的平均速度 的关 系式： 无锡太湖学院学士学位论文 4 30（ 式中：m/s） n 的 转数（转 /分） S m） 活塞式 压缩 机 设计 中，在一定的 参数 和使用 条 件下，应该首先考 虑选择 合适的活塞平均速度 3 ，因 为： （ 1）活塞速 度过 高，则气 阀 在气缸上 难 以得到相对应的安 装 面 积 ，所以气 阀 、管道中的阻力 损 失就会很大，功率的消耗以及排 气温 度 将会过 高。 严 重的话会影 响压缩 机的 运转 的 经济性 、使用的可靠性。 （ 2）活塞平均速度的高低， 对 压缩机 运动 机件中的磨擦和磨 损 有直接的影 响 。 对 气缸 内 的工作 过 程也有较大影 响 。 一般 说来 ， 对 于 工艺 流程中的大、中 型压缩 机，活塞速度可以 取 4 5米 /秒； 对 于大批量生 产 的 动 力用固定式空 气压缩 机， 为 了 获 得 较 高的效率，可取 3 4米 /秒；移 动 式 压缩 机 为 了 尽 量 减 少机器的重量和外形尺寸，一般也取取 4 5米 /秒；微型、小 型压缩 机，为 了使 结 构变得 紧凑 ，只能采用 较 小的行程， 虽 有 较 高的 转 速，但是活塞的平均速度 却较低，只有 2米 /秒左右。 个别 小 型压缩 机由于气 阀 的 结 构改 进 ，也可取超 过 5米 /秒。在 这里， 选转 速 秒米 /25.2 在一定的活塞速度下，活塞行程的 选 取，与下列因素有 关 ： 1、机器的 结 构型式。考 虑 到 压缩 机的使用和 维护条 件， 对 于 V 型 结 构的压缩机，活赛 的行程不宜取得太 长 。 2、排气量的大小。排气量大的行程 应 取 得长 一些，相反 则应 短一些。 3、气 缸结 构。主 要应 考 虑 一 级 缸 径 与行程要保持一定比例，如果行程太小， 则进 入排气接管在气缸上的布置 将发 生困 难 。在常 压进 气 时 ，一般 当转 速低于 500 转 /分 时 ，S （ 1D 为 一 级 气缸直 径） ； 转 速高于 500 转 /分 时 ， S 。 本机取活塞行程 S=90 根据式（ 到活塞 转 速 n=750转 /分。结构图见图 0 空气压缩机的设计 5 图 缩机结构图 3 压缩 机的 热 力 计 算 步确定各 级 公 称压力 和 温 度 压缩 机的 热 力 计 算，应该根据气体的 压力 、容 积 和 温 度 之间 存在一定 的关 系，并且 结合压缩 机的具体特性和使用要求而 进 行，其目的是要求得最有利的 热力参数（ 各 级 的排 气压力 、所耗 动 力）和适合的主要 结 构尺寸（活塞行程、气缸行程）。 步确定各 级 公 称压力 表 3 公 称压力 及 压力 比 级 次 吸 气压力)/( 2排 气压力)/( 2压力 比 一 级 级 级 1 计 算 绝热 指 数 k 在 绝热 循 环 的 压缩过 程中，气体同外界 没有热 交 换 。混合气体的 绝热 指 数 按 下式 计 算： 111 （ 式中： 热 指 数 分的 绝热 指 数 查表 3热 指 数 表 3 【 3】 无锡太湖学院学士学位论文 6 表 3热 指 数 气体名 称 2N 2O 2容 积 百分 数 k（ 20） 据公式（ 计 算： 2 . 4 i 由此可得， k 则 算各 级排气温 度 T 在 压缩过 程中， 温 度与 压力间的关 系，可按下式 计 算： 1212 )( （ 式中： 1T ， 2T 点 和 终点 的 温 度（ K ） 1p ， 2p 点 和 终点 的 压力 （公斤 / 2零米 ） 根据式（ 计 算 结 果如下： 表 3排气温 度 级数 吸 气温 度 压力 比 k 排 气温 度 )C(0 )(0 )C(0 )(0 一 级 20 293 66 439 二 级 25 298 55 428 三 级 25 298 54 427 0 空气压缩机的设计 7 算各 级排 气系 数 压缩 机在 运 行 时 ，由于存在吸气 阀 的 弹 簧力和管道上的 压力 波 动 、余隙容 积 的影 响 、吸气 时 气体与气缸壁 之间 的 热 交 换 、气体泄漏等因素，使气缸行程容 积 的有效值相对 减 少。在气缸行程容 积 相同的情 况 下，上述四因素的影 响 越大，排气量则越小。 设计计 算中，考虑 上述因素 对 排气量的影 响 而引用排气系 数 ，以 表示： （ 式中： v 系 数 p 数 t系 数 g 积 系 数v对 于大多 数压缩 机 来说v对 排气量的影 响 相对于其它系 数 的影响大， 设计 的 时 候必 须充分考虑。 对 于 实际 的 气 体， 计 算 时 要考 虑 气体的 压缩 性系 数 ，v须 按照下式 计 算： )1(1 1 mv a （ 式中： a 余隙容 积 压 力比 m 过 程指 数 在选 取 ， 应 注意到 3 ： （ 1）各 种类 型的气 阀 ，在安 装 的直 径 相同 时 ，但是具有不同的余隙容 积 。那么直流阀 的余隙容 积较 大， 环状阀 和网 状阀 的小些，而 进 、排气 组 合 阀 的最小。此外，气 阀 余隙容 积 的 大小也 会直接影 响 相 对 余隙容 积 。 （ 2）一般大直 径 的气缸具有 较 小的相 对 余隙容 积 ，反之小直 径 的气缸具有 较 大的相对 余隙容 积 。 （ 3） 多级压缩 机中，高 压级 的相 对 余隙容 积 要比低 压级 的相 对 余隙容 积 大。 （ 4）气 阀 在气缸上的布置位置的不同，相 对 余隙容 积 也不同。气 阀 布置在气缸端面上的相 对 余隙容 积较 小，气 阀径向 布置在气缸上的相 对 余隙容 积较 大； 当 斜缸上布置气 阀时 ，相 对 余隙容 积 应该介于上述 两 者之 间 。 （ 5）在相同的活塞 线 速度和排气量情 况 下，高 转 速短行 程 的 压缩 机相 对 余隙容 积 ，要比低 转数长 行 程 的 压缩 机相 对 余隙容 积 大得多。 本机 选 取的相 对 余隙容 积 分 别为： a ， a ， a。 膨 胀过 程指 数 m，膨 胀过 程指 数表 示余隙容 积中 的气体膨 胀时 ，气体和缸壁、活塞端部的 热 交 换 情 况 。 各 级 的 考 表 3 ,得： 无锡太湖学院学士学位论文 8 表 3力下 的 吸入 压力 ）厘米（公斤绝 2/pm 意值 k= 1.5 m=1+0.5(m=于 4 m=1+m=于 4 10 m=1+m=于 10 30 m=1+m=于 30 M=k m= 积 系 数v按式（ 进 行 计 算： (1 111 11 mv a (1 122 22 mv a (1 133 33 mv a 力 系 数p吸气终了压力 相应于气缸 内的压力），通常应低于公称吸入压力 相应于吸气管中压力）。气缸内的压力 需要达到吸气管内的压力 要经过一段预压缩。这又相当于使有效行程容积 V 缩小 V ，吸气能力从而再次下降。考虑因吸气过程中的压力损失使吸气能力下降而引用的系数称为压力系数。 吸气 结 束的 时 候，造成气缸 内压力 和吸气管中气体 压力 的差 别 的主要原因是：吸气 阀存在弹 簧力，吸气管中的 压力 波 动 。 过强 的 弹 簧使 阀 会导致提前 关闭 ， 这将 降低接近吸气 终点时 气缸 内压力 ，增大了管道同气缸 内 的 压力 差，使p下降。 由于活塞式 压缩 机吸气、 排 气 过 程的周期性，吸气管中的 压力 是呈周期性波 动 的。 当吸气 结 束时，
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