氮氣壓縮機設(shè)計l劉川川

1、課程設(shè)計說明書題目: 氮氣壓縮機設(shè)計 院（部）： 機械工程學院 專業(yè)班級： 過控10-1班 學 號： 2010302350 學生姓名： 劉川川 指導(dǎo)教師： 李坤 2013 年 6 月 20 日安徽理工大學課程設(shè)計（論文）任務(wù)書 機械工程 院（部） 過控 教研室學號2010302350學生姓名劉川川專業(yè)（班級）過控10-1班題目 氮氣壓縮機設(shè)計設(shè)計技術(shù)參數(shù) 壓縮氣體： 氮氣 流 量： 0.4 進氣壓力： 0.4 MPa 排氣壓力 : 1.0 設(shè)計要求 熱力計算：壓力比分配，氣缸直徑，排氣量，功率，各級排氣溫度，缸內(nèi)實際壓力；動力計算：計算氣體力，慣性力，摩擦力，活塞力，切向力，法向力，作切向力圖

2、、綜合活塞力圖，求飛輪矩，分析動力平衡性能等；圖 紙：示功圖、綜合活塞力圖、零件圖2張（自定零件）。工作量 說明書一份（4千字以上），計算說明書條理清楚，有圖有表，數(shù)據(jù)要有根據(jù)及說明，有相應(yīng)的參考資料；工作計劃參考資料指導(dǎo)教師簽字教研室主任簽字 2013 年 6 月 20日 序言 現(xiàn)代企業(yè)中，壓縮機的使用愈來愈頻繁，例如：石油，化工，冶金，輕工，紡織 以及采礦等，許多工業(yè)中無不廣泛使用各種各樣的氣體壓縮機。因此，氣體壓縮機是近代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的通用機器。結(jié)合所學過的中小型壓縮機，了解其基本機構(gòu)及其工作原理，重點掌握其結(jié)構(gòu)設(shè)計，學會所含零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法以及其強度校核方法，在設(shè)計過程中，理

3、論聯(lián)系實際，最終了解設(shè)計一個機械設(shè)備的基本思路和方法。 整個設(shè)計過程包括總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，熱力學計算機（壓力比分配，氣缸直徑，排氣量，功率，各級排氣溫度，缸內(nèi)實際壓力），動力計算（計算氣體力，慣性力，摩擦力，活塞力，切向力，法向力，作切向力圖，綜合活塞力圖，求飛輪矩，分析動力平衡性能等） 。初定相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸，然后借助AoutCAD等繪圖軟件繪圖，選定軸承等標準件，應(yīng)用強度理論對其進行必要的強度校核以滿足實際需要，最后確定壓縮機的輔助設(shè)備。 目錄 第1章 緒論···········&

4、#183;···························1 1.1 壓縮機簡述····················&#

5、183;···························1 1.2 活塞式壓縮的機結(jié)構(gòu)極其工作原理···················

6、;·········3 1.3 壓縮機的發(fā)展·······································

7、;··········8 第2章 總體設(shè)計···································9 2.1 設(shè)計原則及設(shè)計要求

8、3;··········································9 2.2 結(jié)構(gòu)選型及方案選擇·····&

9、#183;····································10 第3章 熱力計算···········&#

10、183;·······················11 3.1 概述·························

11、;····························11 3.2 壓縮機相關(guān)熱力學數(shù)據(jù)確定··················

12、3;················13 3.3 壓縮機的驅(qū)動·······························

13、83;················22 第4章 動力計算·······························

14、3;···23 4.1 各種作用力的計算··········································23 4.2 飛輪矩的計算

15、及分析········································33 4.3 慣性力及其力矩的平衡······

16、3;·······························33 第5章 氣缸部分的設(shè)計················&#

17、183;············34 5.1 氣缸····································

18、;·················34 5.2 氣閥·······························&#

19、183;·····················35 5.3 活塞與活塞銷··························&

20、#183;··················36 第6章 基本部件的設(shè)計····························37 6.

21、1 機身和中體設(shè)計···········································38 6.2 曲軸設(shè)計···

22、3;·············································39 6.3 連桿設(shè)計···

23、;··············································39 第7章 壓縮機的輔助設(shè)備·&#

24、183;·························41 7.1 壓縮機潤滑與潤滑設(shè)備·····················

25、83;···············41 7.2 壓縮機的冷卻系統(tǒng)································

26、·········42 7.3 壓縮機基礎(chǔ)與隔震設(shè)計·····································43 7.4

27、氣體管路及管系設(shè)備·······································43 總結(jié)········

28、3;········································44 參考文獻········

29、83;····································45第一章 緒論 本章概述壓縮機在生產(chǎn)過程中的地位和作用，介紹壓縮機的工作原理與其的發(fā)展前景。 1.1 壓縮機簡述 壓縮機的定義：壓縮機是用于提高氣體壓力和輸送氣

30、體的機械。 從能量的觀點來看，壓縮機是屬于將原動機的動力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力能的工作機。它的種類很多，用途極廣，故有“通用機械”之稱。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，近年來，特別是石油化工的發(fā)展，壓力能的應(yīng)用日益廣泛，使得壓縮機在國民經(jīng)濟的各個部門中成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備之一，壓縮機的種類和結(jié)構(gòu)型式也日益增多，目前不但廣泛的應(yīng)用在采礦業(yè)，冶金業(yè)，機械業(yè)，土木工程，化工石油，制冷與氣體分離工程以及國防工業(yè)中。而且醫(yī)療，紡織，食品，農(nóng)業(yè)，交通等部門，對壓縮機的需要也在不斷的增加。 我們用于壓縮氮氣的壓縮機為活塞式壓縮機，故這里我們重點介紹的是活塞式壓縮機。 1.1.1 活塞式壓縮機簡介活塞式壓縮機的工作是氣缸、氣

31、閥和在氣缸中作往復(fù)運動的活塞所構(gòu)成的工作容積不斷變化來完成。如果不考慮活塞式壓縮機實際工作中的容積損失和能量損失（即理想工作過程），則活塞式壓縮機曲軸每旋轉(zhuǎn)一周所完成的工作，可分為吸氣、壓縮和壓縮過程、排氣過程。（1）活塞式壓縮機分類 按壓縮級數(shù)分類，有單級壓縮和兩級壓縮。單級壓縮機是指壓縮過程中制冷劑蒸氣由低壓至高壓只經(jīng)過一次壓縮。而所謂的兩級壓縮機，壓縮過程中制冷劑蒸氣由低壓至高壓要連續(xù)經(jīng)過兩次壓縮。 按作用方式分類，有單作用壓縮機和雙作用壓縮機。其制冷劑蒸氣僅在活塞的一側(cè)進行壓縮，活塞往返一個行程，吸氣排氣各一次。而雙作用壓縮機制冷劑蒸氣輪流在活塞兩側(cè)的氣缸內(nèi)進行壓縮，活塞往返一個行程，

32、吸、排氣各兩次。所以同樣大小的氣缸，雙作用壓縮機的吸氣量較單作用的大。但是由于雙作用壓縮機的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因而目前大都是采用單作用壓縮機。 按制冷劑蒸氣在氣缸中的運動分類，有直流式和逆流式。所謂直流式是指制冷劑蒸氣的運動從吸氣到排氣都沿同一個方向進行，而逆流式，吸氣與排氣時制冷劑蒸氣的運動方向是相反的。從理論分析來看，直流式與逆流式相比，由于蒸氣在氣缸中溫度及比容的變化較少，故直流式性能較好。但是由于直流式壓縮機的進汽閥需裝在活塞上，這樣便相對增加了活塞的長度和重量，因而功的消耗就增加、檢修也麻煩，所以目前生產(chǎn)的壓縮機大都采用逆流式。 按氣缸中心線的位置分類，有立式壓縮機、臥式壓縮機、型、型和型

33、壓縮機等。立式壓縮機氣缸中心線呈垂直位置而臥式壓縮機氣缸中心線是水平的。型、型和型是高速、多缸、現(xiàn)代型壓縮機，其速度一般為9601440轉(zhuǎn)分，氣缸數(shù)目多為、4、6、8 四種，其中，字母表示氣缸的排列形式。 活塞式制冷壓縮機，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征，還可分為開啟式、半封閉式和全封閉式三種。雖然構(gòu)造各異，但它們之間也有許多共同之處，只是其結(jié)構(gòu)特征不同。 開啟式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)特征在于：壓縮機的動力輸入軸伸出機體外，通過聯(lián)軸器或皮帶輪與電動機聯(lián)結(jié)，并在伸出處用軸封裝置密封。目前，氨壓縮機和容量較大的氟利昂壓縮機都采用這種結(jié)構(gòu)形式。 半封閉式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)特點是：壓縮機與電動機共用一主軸，并共同組裝于同一機

34、殼內(nèi)，但機殼為可拆式，其上開有各種工作孔用蓋板密封。 全封閉式制冷壓縮機的結(jié)構(gòu)特點在于：壓縮機與其驅(qū)動電動機共用一個主軸，二者組裝在一個焊接成型的密封罩殼中。這種壓縮機結(jié)構(gòu)緊湊，密封性好，使用方便，振動小、噪音小，廣泛使用在小型自動化制冷和空調(diào)裝置中。（2） 活塞式壓縮機與其他類型壓縮機相比，其特點是： 優(yōu)點： 壓力范圍廣。活塞式壓縮機從低壓到超高壓都適用。 效率高。由于工作原理不同，活塞式壓縮機比離心式壓縮機的工作效率高的多。而回轉(zhuǎn)式壓縮機由于高速氣流阻力損失的氣體內(nèi)泄露等原因效率亦較低。 適應(yīng)性強?；钊綁嚎s機的排氣量可在較廣的范圍內(nèi)選擇，特別是較小排氣量的情況下，要作成速度型很困難，甚至

35、是不可能。此外，氣體的重度對壓縮機性能的影響，亦不如速度型那樣顯著。 缺點：外形尺寸和重量大，需要較大的基礎(chǔ)，氣流有脈動性。且易損壞件較多。 1.2 活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu)及其工作原理 1.2.1 活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu) 活塞式制冷壓縮機主要由機體、曲軸、連桿、活塞組、閥門、軸封、油泵、能量調(diào)節(jié)裝置、油循環(huán)系統(tǒng)等部件組成。 （1）機體機體：包括汽缸體和曲軸箱兩部分，一般采用高強度灰鑄鐵（HT20-40）鑄成一個整體。它是支承汽缸套、曲軸連桿機構(gòu)及其它所有零部件重量并保證各零部件之間具有正確的相對位置的本體。汽缸采用汽缸套結(jié)構(gòu)，安裝在汽缸體上的缸套座孔中，便于當汽缸套磨損時維修或更換。因而結(jié)構(gòu)簡單，檢修

36、方便。 （2）曲軸曲軸：曲軸是活塞式制冷壓縮機的主要部件之一，傳遞著壓縮機的全部功率。其主要作用是將電動機的旋轉(zhuǎn)運動通過連桿改變?yōu)榛钊耐鶑?fù)直線運動。曲軸在運動時，承受拉、壓、剪切、彎曲和扭轉(zhuǎn)的交變復(fù)合負載，工作條件惡劣，要求具有足夠的強度和剛度以及主軸頸與曲軸銷的耐磨性。故曲軸一般采用40、45或50號優(yōu)質(zhì)碳素鋼鍛造，但現(xiàn)在已廣泛采用球墨鑄鐵（如QT501.5與QT602等）鑄造。 （3）連桿 連桿：連桿是曲軸與活塞間的連接件，它將曲軸的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞的往復(fù)運動，并把動力傳遞給活塞對汽體做功。連桿包括連桿體、連桿小頭襯套、連桿大頭軸瓦和連桿螺栓。 連桿體在工作時承受拉、壓交變載荷，故一般

37、用優(yōu)質(zhì)中碳鋼鍛造或用球墨鑄鐵（如QT4010）鑄造，桿身多采用工字形截面且中間鉆一長孔作為油道。連桿小頭通過活塞銷與活塞相連，銷孔中加襯套以提高耐磨、耐沖擊能力。連桿小頭襯套常用錫磷青銅ZQSn10-1做成整體筒狀，外圓面車有環(huán)槽并鉆有油孔，內(nèi)表面開有軸向油槽。 連桿大頭與曲軸連接。連桿大頭一般做成剖分式，以便于裝拆和檢修。為了改善連桿大頭與曲柄銷之間的磨損狀況，大頭孔內(nèi)一般均裝有軸承合金軸瓦即連桿大頭軸瓦。連桿大頭軸瓦分薄壁和厚壁兩種，系列制冷壓縮機都采用薄壁軸瓦。軸瓦的上瓦與連桿油孔相應(yīng)的地方也開有油孔。 連桿螺栓用于連接剖分式連桿大頭與大頭蓋。連桿螺栓是曲柄連桿機構(gòu)中受力嚴重的零件，它不

38、僅受反復(fù)的拉伸且受振動和沖擊作用，很容易松脫和斷裂，以致引起嚴重事故。所以對連桿螺栓的設(shè)計、加工、裝配均有嚴格要求。連桿螺栓常用40Cr、45Cr鋼等制造，且采用細牙螺紋，其安裝時要求有一定的預(yù)緊力，以免在載荷變化時連桿大頭上下瓦和曲柄銷之間松動敲擊，加速機器零件的損壞。 （4）活塞組 活塞組：活塞組是活塞、活塞銷及活塞環(huán)的總稱?；钊M在連桿帶動下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)直線運動，從而與汽缸等共同組成一個可變的工作容積，以實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣等過程。 活塞活塞可分為筒形和盤形兩大類。我國系列制冷壓縮機的活塞均采用筒形結(jié)構(gòu)，它由頂部、環(huán)部和裙部三部分組成?；钊敳拷M成封閉汽缸的工作面?；钊h(huán)部的外圓上開

39、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)有一定的活動余地?；钊共吭谄字衅饘?dǎo)向作用并承受側(cè)壓力。 活塞的材料一般為鋁合金或鑄鐵?；诣T鐵活塞過去在制冷壓縮機中應(yīng)用較廣，但由于鑄鐵活塞的質(zhì)量大且導(dǎo)熱性能差，因此，近年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(zhì)量輕、導(dǎo)熱性能好，表面經(jīng)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、耐磨性差也差。 活塞銷活塞銷是用來連接活塞和連桿小頭的零件，在工作時承受復(fù)雜的交變載荷?；钊N的損壞將會造成嚴重的事故，故要求其有足夠的強度、耐磨性和抗疲勞、抗沖擊的性能。因此，活塞銷通常用20號鋼、20Cr鋼或45

40、號鋼制造。 活塞環(huán)活塞環(huán)包括汽環(huán)和油環(huán)。汽環(huán)的主要作用是使活塞和汽缸壁之間形成密封，防止被壓縮蒸氣從活塞和汽缸壁之間的間隙中泄漏。為了減少壓縮汽體從環(huán)的鎖口泄漏，多道汽環(huán)安裝時鎖口應(yīng)相互錯開。油環(huán)的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的潤滑油。汽環(huán)可裝一至三道，油環(huán)通常只裝一道且裝在汽環(huán)的下面，常見的油環(huán)斷面形狀有斜面式和槽式兩種，斜面式油環(huán)安裝時斜面應(yīng)向上。 （5）汽閥與軸封 汽閥與軸封：汽閥是壓縮機的一個重要部件，屬于易損件。它的質(zhì)量及工作的好壞直接影響壓縮機的輸汽量、功率損耗和運轉(zhuǎn)的可*性。汽閥包括吸氣閥和排氣閥，活塞每上下往復(fù)運動一次，吸、排氣閥各啟閉一次，從而控制壓縮機并使其完成吸氣、壓縮、

41、排氣等四個工作過程。由于閥門啟閉工作頻繁且對壓縮機的性能影響很大，因此汽閥需滿足如下要求：氣體流過閥門時的流動阻力要小，要有足夠的通道截面，通道表面應(yīng)光滑，啟閉及時、關(guān)閉嚴密，堅韌、耐磨。 軸封軸封的作用在于防止制冷劑蒸汽沿曲軸伸出端向外泄漏，或者是當曲軸箱內(nèi)壓力低于大氣壓時，防止外界空氣漏入。因此，軸封應(yīng)具有良好的密封性和安全可靠性、且結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、并具有一定的使用壽命。 軸封裝置主要有機械式和填料式兩種。目前常用的機械式軸封主要有摩擦環(huán)式和波紋管式。其中，國產(chǎn)系列活塞式制冷壓縮機大都采用摩擦環(huán)式軸封，這種軸封由活動環(huán)(摩擦環(huán)）、固定環(huán)、彈簧及彈簧座、壓圈和兩個“”形耐油橡膠圈所組成。

42、活動環(huán)槽內(nèi)嵌一橡膠密封圈并與活動環(huán)一同套裝在軸上，在彈簧力和壓圈的作用下，活動環(huán)與橡膠圈一同被壓緊在軸上且使活動環(huán)緊貼在固定環(huán)上。工作時彈簧座與彈簧、軸上橡膠密封圈及活動環(huán)隨同曲軸一起轉(zhuǎn)動，固定環(huán)及其上的橡膠圈則固定不動。故工作時活動環(huán)和固定環(huán)作相對運動，緊貼的摩擦面起防止制冷劑往外泄漏的密封作用，軸上橡膠圈用來密封軸與活動環(huán)之間的間隙，固定環(huán)上的耐油橡膠密封圈起防止軸封室內(nèi)潤滑油外泄的作用。 （6）能量調(diào)節(jié)裝置 能量調(diào)節(jié)裝置：在制冷系統(tǒng)中，隨著冷間熱負荷的變化，其耗冷量亦有變化，因此壓縮機的制冷量亦應(yīng)作必要的調(diào)整。壓縮機制冷量的調(diào)節(jié)是由能量調(diào)節(jié)裝置來實現(xiàn)的，所謂壓縮機的能量調(diào)節(jié)裝置實際上就是

43、排氣量調(diào)節(jié)裝置。它的作用有二，一是實現(xiàn)壓縮機的空載啟動或在較小負荷狀態(tài)下啟動，二是調(diào)節(jié)壓縮機的制冷量。壓縮機排氣量的調(diào)節(jié)方法有：°頂開部分汽缸的吸氣閥片；°改變壓縮機的轉(zhuǎn)速；°用旁通閥使部分缸的排氣旁通回吸氣腔，這種方法用于順流式壓縮機；°改變附加余隙容積的大小。頂開汽缸吸氣閥片的調(diào)節(jié)方法是一種廣泛應(yīng)用的調(diào)節(jié)方法，國產(chǎn)系列活塞式制冷壓縮機，均采用頂開部分汽缸吸氣閥片的輸氣量調(diào)節(jié)裝置， 頂開部分汽缸吸氣閥片的輸氣量調(diào)節(jié)裝置的原理很簡單，即用頂桿將部分汽缸的吸氣閥片頂起，使之常開，使活塞在壓縮過程中，壓力不能升高，吸入蒸汽又通過吸氣閥排回吸氣側(cè)，故該汽缸無排

44、氣量，從而達到調(diào)節(jié)輸氣量的目的即能量調(diào)節(jié)。 頂開吸氣閥片能量調(diào)節(jié)裝置可分為執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和油分配機構(gòu)三部分，主要由油分配閥、油缸、油活塞、拉桿、轉(zhuǎn)動環(huán)、頂桿和彈簧等部件組成。拉桿上有兩個凸圓，分別嵌在兩個汽缸套外部的轉(zhuǎn)動環(huán)中。若不向油缸中供油，由于油活塞左側(cè)彈簧的作用，油活塞處于油缸的右端位置，汽缸套外部的頂桿都是處在轉(zhuǎn)動環(huán)斜槽的最高位置，將吸汽閥片頂開，于是該汽缸卸載。當壓力油經(jīng)油分配閥向油缸供油時，因油壓的作用，克服彈簧力使油活塞及拉桿向左移動，并通過拉桿上的凸圓使轉(zhuǎn)動環(huán)轉(zhuǎn)動一定角度，相應(yīng)地使頂桿在頂桿彈簧作用放下而下滑到斜槽的最低處，這時吸汽閥片在重力和彈簧力作用下降落在閥座上并可以

45、自由啟閉，則該汽缸處于工作狀態(tài)。 壓縮機起動時，由于機器尚未轉(zhuǎn)動，油壓為零，因而全部汽缸的吸汽閥片都被頂桿頂開，汽缸不起壓縮作用，從而實現(xiàn)了空載啟動。1.2.2 活塞式壓縮機的工作原理 活塞式壓縮機的工作是氣缸、氣閥和在氣缸中作往復(fù)運動的活塞所構(gòu)成的工作容積不斷變化來完成。如果不考慮活塞式壓縮機實際工作中的容積損失和能量損失（即理想工作過程），則活塞式壓縮機曲軸每旋轉(zhuǎn)一周所完成的工作，可分為吸氣、壓縮和壓縮過程、排氣過程。 其曲軸，連桿動作示意圖如下：（1）壓縮過程 活塞從下止點向上運動，吸、排汽閥處于關(guān)閉狀態(tài)，氣體在密閉的氣缸中被壓縮，由于氣缸容積逐漸縮小，則壓力、溫度逐漸升高直至氣缸內(nèi)氣體

46、壓力與排氣壓力相等。壓縮過程一般被看作是等熵過程。 （2）排氣過程 活塞繼續(xù)向上移動，致使氣缸內(nèi)的氣體壓力大于排氣壓力，則排氣閥開啟，氣缸內(nèi)的氣體在活塞的推動下等壓排出氣缸進入排氣管道，直至活塞運動到上止點。此時由于排氣閥彈簧力和閥片本身重力的作用，排氣閥關(guān)閉排氣結(jié)束。至此，壓縮機完成了一個由吸氣、壓縮和排氣三個過程組成的工作循環(huán)。此后，活塞又向下運動，重復(fù)上述三個過程，如此周而復(fù)始地進行循環(huán)。這就是活塞式制冷壓縮機的理想工作過程與原理。（3）活塞式壓縮機產(chǎn)品型號表示方法每一臺壓縮機的基本型式都用一定的符號表示。這些符號亦稱為型號，單級產(chǎn)品型號主要由氣缸數(shù)目、所用制冷劑的種類、氣缸布置形式與氣

47、缸直徑四個方面的內(nèi)容組成。 1.3 壓縮機的發(fā)展1. 壓縮機的應(yīng)用很廣泛，有時也稱為通用機械。自20世紀70年代石油化工大發(fā)展之后，形成了與之配套的壓縮機，如大化肥壓縮機，乙烯工業(yè)“三機”等?？傮w來看，目前國內(nèi)壓縮機產(chǎn)品的供需情況是：一般的動力用活塞式壓縮機和微型壓縮機的產(chǎn)品的生產(chǎn)能力大于市場的需求，微型壓縮機的快速發(fā)展主要依賴于出口為主的生產(chǎn)模式，工藝用的壓縮機雖然有了較快的發(fā)展，但在技術(shù)水平，技術(shù)能力，特別是在產(chǎn)品性能穩(wěn)定性，可靠性方面與國際先進水平還有一段差距。2. 活塞式壓縮機，為新設(shè)計的全無油氣體壓縮機，傳動原理為曲軸，連桿，擺桿結(jié)構(gòu)，氣閥是新設(shè)計的直流閥。目前國內(nèi)外生產(chǎn)活塞式氣體壓

48、縮機，傳動原理是曲軸連桿傳動（有油壓縮機），或曲軸連桿十字滑塊活塞桿傳動（半無油壓縮機），所用氣閥均為網(wǎng)狀閥。第二章 總體設(shè)計 2.1 設(shè)計原則及設(shè)計要求（1） 設(shè)計原則 設(shè)計活塞式壓縮機應(yīng)符合以下基本原則： 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。 有足夠長的使用壽命（壓縮機大修時間間隔長），足夠高的使用可靠性。 有較高的運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性。 有良好的動力平衡性。 維護檢修方便。 盡可能采用新的結(jié)構(gòu)，新的材料，新技術(shù)。 制造工藝性良好。 機器的尺寸小，重量輕。 （2） 設(shè)計要求 總體設(shè)計任務(wù)是：選擇結(jié)構(gòu)方案，主要參數(shù)，相應(yīng)的驅(qū)動方式，以及大體確定附屬設(shè)備的布置。壓縮機的技術(shù)經(jīng)濟指標是否先

49、進，能不能很好的滿足使用要求，很大程度上決定于總體設(shè)計階段的考慮是否恰當合適。如果總體設(shè)計不當，就會給壓縮機帶來“先天不足”的缺陷。要消除它的后患就比較困難。因此，總體設(shè)計是壓縮機的最重要的環(huán)節(jié)。為了使總體設(shè)計能達到既符合多快多好的方針，又符合用戶的特定要求，在總體設(shè)計時應(yīng)廣泛搜集國內(nèi)外類型和相近似機型的資料，進行充分的分析比較，提出幾個方案，通過熱力計算，動力計算，初步確定主要零件的主要尺寸，在分析研究的基礎(chǔ)上，選擇最符合要求的總體方案。 總體設(shè)計完成之后，即著手進行工作圖設(shè)計。工作圖設(shè)計的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計中初步定下的零件和部件的尺寸，輪廓和基本結(jié)構(gòu)型式，詳細的繪制出總體和部件的裝配圖，零

50、件圖，編制必要的技術(shù)文件，擬定型號，同時完成各零件的強度校核計算。2.2 結(jié)構(gòu)選型及方案選擇活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成： 機器的型式； 級數(shù)和列數(shù); 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)方案時，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生產(chǎn)的可行性，驅(qū)動方式以及占地面積等條件，從選擇機器型式和級數(shù)入手，制定出合適的方案。（1） 立式壓縮機 優(yōu)點：主機直立，占地面積??；活塞重量不支承在汽缸上，沒有為此而產(chǎn)生的摩擦和磨損。 缺點：大型時高度大，需要設(shè)置操作平臺，操作不方便；管道布置困難；多級時級間設(shè)備占地面積大。 適用于中小型及微型壓縮機。（2） 臥式壓縮

51、機 臥式壓縮機大都制成氣缸置于機身兩側(cè)的結(jié)構(gòu)，其優(yōu)缺點正好和立式壓縮機相反。臥式壓縮機的級間設(shè)備甚至可以配置在壓縮機的上方，特別是緩沖容積可緊靠氣缸，故中，大型壓縮機宜采用臥式壓縮機。 （3） 角度式壓縮機 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，每個曲拐上裝有兩根以上的連桿，使曲軸結(jié)構(gòu)簡單，長度較短，并可以采用滾動軸承。 缺點：大型時高度高。 適用于中小型以及微型壓縮機。 綜合上述優(yōu)缺點及任務(wù)參數(shù)要求，設(shè)計的壓縮機為中小型，且壓縮機參數(shù)等因素，所以選擇立式壓縮機。 活塞式壓縮機的運動機構(gòu)有：無十字頭和帶十字頭兩種。 （1） 無十字頭運動機構(gòu) 優(yōu)點：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

52、滑機構(gòu)。 缺點：只能做成單作用的，故氣缸容積利用不充分，氣體泄漏也較大，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，氣缸的潤滑油量也難控制。 無十字頭的壓縮機一般只適合做成立式，V型，W型和扇形的結(jié)構(gòu)。當壓縮機的功率大于120150kw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)復(fù)雜。因此無十字頭壓縮機只能在小功率范圍內(nèi)采用。 （2） 帶十字頭運動機構(gòu) 優(yōu)點：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；氣體泄漏量小，特別對于易燃，易爆，有毒的氣體，只能采用此結(jié)構(gòu)。 缺點：機器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，高度高，重量大。 綜上可知：計算總壓力比=10，選擇級數(shù)選取兩

53、級比較合適，為了保證被壓縮介質(zhì)的純度，可選擇立式結(jié)構(gòu)，而且、級采用雙作用汽缸，無十字頭運動機構(gòu)。壓縮機采用水冷方式。因為已知額定排氣量為0.4m3/min<1 m3/min,所以該壓縮機為微型的。 第三章 熱力計算 3.1 概述 壓縮機的熱力計算，是根據(jù)氣體的壓力，容積和溫度之間存在一定的關(guān)系，結(jié)合壓縮機的具體特點和使用要求而進行的，其目的是要求得到最有利的熱力學參數(shù)和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸。這是新設(shè)計壓縮機時必須進行的計算。 計算步驟大致如下：1. 把標準狀態(tài)下的氣量換算成進氣狀態(tài)太下的氣量： 式中：標準狀態(tài)下壓力 標準狀態(tài)下溫度 2. 計算總壓力比并選擇級數(shù) 總壓力比 ： 3. 確定各級

54、壓力比分配 一般可根據(jù)總壓力比及級數(shù)按等壓比分配。 4. 計算各級排氣溫度，容積系數(shù)，壓力系數(shù)，溫度系數(shù)，泄漏系數(shù)，析水系數(shù)等。 5. 計算各級氣缸每分鐘的工作容積 式中 ： 任一級的進氣壓力 任一級的進氣溫度 6. 氣缸的直徑。 7. 求指示功 壓縮機的指示功： 級單位體積排氣量所消耗的指示功： 8. 確定軸功率 9. 確定原動機功率 按原動機的方式，壓縮機運行情況等，確定功率裕度，一般為515%，然后確定原動機功率。3.2 壓縮機相關(guān)熱力學數(shù)據(jù)確定 設(shè)計原始數(shù)據(jù)： 排氣量：； 進氣壓力： ； 排氣壓力： ； 進氣溫度： 3.2.1 壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)和行程的確定 轉(zhuǎn)數(shù)和行程的選取對機器的尺寸，重量

55、，制造難易程度和成本有重大影響，并且還直接影響機器的效率，壽命和動力特性。如果壓縮機與驅(qū)動機直接連接，也影響驅(qū)動機的經(jīng)濟性和成本。近代設(shè)計活塞式壓縮機的總趨勢是提高轉(zhuǎn)數(shù)。 轉(zhuǎn)數(shù)，行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下： （3-1） 式中 活塞平均速度 （m/s） n壓縮機轉(zhuǎn)速 （r/min） S活塞行程 （m） 活塞式壓縮機設(shè)計中，在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應(yīng)考慮適宜的活塞平均速度。 一般來說，對工藝流程中使用的大，中型壓縮機活塞平均速度可取45m/s；對于大批量生產(chǎn)的動力固定式壓縮機，取34m/s；移動式壓縮機取45m/s；微型和中小型壓縮機取12.5m/s。 在活塞平均速度一定下，活塞行程的選

56、取，與下列因素有關(guān)系： 排氣量的大小。排氣量大的行程應(yīng)取長些，反之短些。 機器的結(jié)構(gòu)形式。對于立式，V型，W型，扇形等結(jié)構(gòu)，活塞行程不宜太長。 氣缸的結(jié)構(gòu)。級缸徑與行程要保持一定的比例。當轉(zhuǎn)速低于500r/min時，S /D=0.40.7（D為級氣缸的直徑）；轉(zhuǎn)數(shù)高于500r/min時，S /D=0.320.45。 現(xiàn)代活塞式壓縮機的行程和活塞力之間的關(guān)系，按統(tǒng)計與分析，有下列關(guān)系： 式中 P活塞力（t） A系數(shù)，其值在0.0650.095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。 對于本課程中設(shè)計的氮氣壓縮機為微型壓縮機故活塞速度取1.5m/s。 3.2.2 初步確定壓力比及

57、名義壓力 （1） 兩級壓縮總壓比： = 按等壓比分配原則確定各級壓力比： （2）各級名義進，排氣壓力： 為了使第一級有較高的容積系數(shù)，第一級的壓力比取稍低值。 式中： 兩級壓縮總壓力比 第一級名義進氣壓力第一級名義排氣壓力 第二級名義進氣壓力第二級名義排氣壓力 一級壓力比二級壓力比 故各級名義進，排氣壓力如下表： 級數(shù) 吸氣壓力 （MPa） 0. 0. 排氣壓力 （MPa） 0. 1. 壓力比 . .3.2.3 初步計算各級排氣溫度 （1） 級進排氣溫度 級進氣溫度: 級排氣溫度： （介質(zhì)為氮氣，故取K=1.4） （2） 級進排氣溫度 級進氣溫度： 級排氣溫度： 式中： 第一級進氣溫度 第一級

58、排氣溫度第二級進氣溫度 第二級排氣溫度 故各級名義排氣溫度如下表： 級別 進氣溫度 排氣溫度 （K） （） （K） （） 300 27 336.75 63.75 310 37 360.61 87.61 3.2.4 計算各級排氣系數(shù) 因為壓縮機工作壓力不高，介質(zhì)為氮氣，全部計算可按理想氣體處理。 （1） 容積系數(shù)進氣壓力/(bar)（1bar=0.1MPa）任意k值k=1.401.51.54.04.0101030>30m=1+0.5(k-1)m=1+0.62(k-1)m=1+0.75(k-1)m=1+0.88(k-1)m=k1.21.251.301.351.4 查表得： 級壓縮膨脹系數(shù)，級

59、壓縮膨脹系數(shù)， 近似取相對余隙容積得： 級相對余隙容積：級相對余隙容積： 有公式得： 級容積系數(shù)：級容積系數(shù)： 式中： 一級缸相對余隙容積二級缸相對余隙容積 （2） 壓力系數(shù) 考慮到用環(huán)狀閥，氣閥彈簧力中等，吸氣管中壓力波動不大，兩級壓力差也不大，可選取 和 （3） 溫度系數(shù) 考慮到壓縮比不大，氣缸有較好的水冷卻，氣缸尺寸及轉(zhuǎn)速等，得在0.835-0.975范圍內(nèi)，可選取=0.95 （4） 泄漏系數(shù) 考慮到活塞雙作用，無油潤滑，壓力不高，缸徑中等，選活塞的相對泄露系數(shù)： 參閱文獻得，和 （5） 析水系數(shù) 根據(jù)附表可查的在20時水的飽和蒸汽壓，若氣體經(jīng)冷卻后有冷卻水析出，則滿足如下公式

60、：，所以級間必然有水分析出來，所以，工程上常忽略抽加氣對析水系數(shù)的影響，故把取為1，即所以析水系數(shù)：取無析水要求（第二級） （6） 抽氣系數(shù) 由公式得：級抽氣系數(shù)：級抽氣系數(shù)：式中：抽氣系數(shù)容積系數(shù)壓力系數(shù)溫度系數(shù) 泄漏系數(shù) 3.2.5 確定氣缸的行程容積（1） 級氣缸的行程容積 雙作用氣缸：式中：沖程轉(zhuǎn)速活塞工作面積活塞桿截面積活塞截面積排氣量 （2） 級氣缸的行程容積 3.2.6 確定氣缸的直徑計算雙作用氣缸缸徑，必須首先確定活塞桿直徑，而活塞桿直徑需根據(jù)最大氣體力來確定，而氣體力又需根據(jù)活塞面積（氣缸直徑）來計算。因此需先暫選活塞桿直徑，計算氣體力，然后校核活塞桿是否滿足要求。結(jié)構(gòu)參數(shù)中

61、活塞行程： 電機轉(zhuǎn)速：n=750r/min（1）由公式得級活塞工作面積： 及活塞工作面積： （2）活塞力估算 級氣缸活塞力：級氣缸活塞力：根據(jù)最大活塞力，沖程S=70mm查表得活塞直徑取25mm。則活塞桿截面積 （3） 氣缸直徑計算：級別軸側(cè)活塞工作面積軸側(cè)活塞工作面積缸徑圓整值（）（）0.00430.00480.07970.090.00250.00300.0640.07 （4） 根據(jù)圓整后的直徑，復(fù)核活塞工作面積及氣缸的行程容積：級別軸側(cè)活塞工作面積軸側(cè)活塞工作面積各級總活塞工作面積氣缸行程容積0.00590.00640.01230.000860.00340.00420.00760.0005

62、33.2.7 修正壓力及壓力比 校核系數(shù)： 修正后的名義壓力比： 級修正后名義壓力比： 級修正后名義壓力比：3.2.8 實際壓力與壓力比 查閱文獻列表如下（虛線為準）虛線 2.97.22.56.0 表中=+其中；。 故可知： 式中： 總的相對壓力損失吸氣相對壓力損失排氣相對壓力損失 根據(jù)上述數(shù)據(jù)列表得：級別修正名義壓力損失實際壓力壓力比0.40.580.9711.0720.3880.622 1.600.581.00.9751.0600.5661.060 1.87 3.2.9 各級溫度 按公式計算得下表：級別吸氣溫度壓力比按多方壓縮計算m=1.3300271.601.1133360310371.

63、871.1535784 3.2.10 復(fù)核實際排氣量 近似認為排氣系數(shù)變化不大，可取為則。滿足要求。3.2.11 功率及比功率計算 （1）功率計算：壓縮機的指示功: 級單位體積排氣量所消耗的指示功： 式中: n 取 1.4則： 壓縮機的機械功率：該壓縮機要求容積流量為為微型壓縮機取0.85由上面公式解得：因為連接為電機與壓縮機直接相連故 電動機的功率余度取15%，則電動機功率取2.5KW（2）比功率計算： 取儲備系數(shù)為1.1 則：所以比功率為：上式中： 一級指示功率二級指示功率總功率聯(lián)軸器效率壓縮機機械功率聯(lián)軸器功率軸功率 3.3 壓縮機的驅(qū)動 活塞式壓縮機是消耗功的機械，需要原動機來驅(qū)動。原動機的選擇要根據(jù)能源供應(yīng)情況及總的經(jīng)濟效益來決定。 三相異步電機結(jié)構(gòu)簡單，功率在150KW以內(nèi)應(yīng)用均合適。因為異步電動機功率因數(shù)小于1，電網(wǎng)要供給一部分無功功率，而且轉(zhuǎn)數(shù)越低功率因數(shù)越小，所以低轉(zhuǎn)速大功率壓縮機不合適。 根據(jù)熱力學計算的數(shù)據(jù)，已知電機功率為2.5KW，則查表可得選Y160M1-8異步電動機。 YR200L-8主