活塞式空氣壓縮機(jī)課程設(shè)計(jì)

計(jì) ()摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，壓縮機(jī)已經(jīng)成為眾多部門中的重要通用機(jī)械。壓縮機(jī)是壓縮氣體提高氣體壓力并輸送氣體的機(jī)械，它廣泛應(yīng)用于石油化工、紡織、冶煉、儀表控制、醫(yī)藥、食品和冷凍等工業(yè)部門。在化工生產(chǎn)中，大中型往復(fù)活塞式壓縮機(jī)及離心式壓縮機(jī)則成為關(guān)鍵設(shè)備。本次設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)為空氣壓縮機(jī)，其型號(hào)為D—42/8。該類設(shè)備屬于動(dòng)設(shè)備，它為對(duì)稱平衡式壓縮機(jī)，其目的是為生產(chǎn)裝置和氣動(dòng)控制儀表提供氣源，因此本設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)有重要的實(shí)用價(jià)值。活塞式壓縮機(jī)是空氣壓縮機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種，它是利用氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來壓縮氣體的，通過能量轉(zhuǎn)換使氣體提高壓力的主要運(yùn)動(dòng)部件是在缸中做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞，而活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)是靠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲軸帶動(dòng)連桿等傳動(dòng)件來實(shí)現(xiàn)的。4L—20/8型空氣壓縮機(jī)(其外觀圖見下頁)，使用壓力~(絕壓)排氣量20m3/min，可用于氣動(dòng)設(shè)備及工藝流程，適用于易燃易爆的場(chǎng)合。應(yīng)、輸送等過程的需要，因而應(yīng)用于各有關(guān)工業(yè)中。因?yàn)榛钊綁嚎s機(jī)已得到如此廣泛的應(yīng)用的需要，故保證其可靠的運(yùn)轉(zhuǎn)極為重要。氣液分離系統(tǒng)是為了減少或消除壓縮氣體中本機(jī)為角度式L型壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)較緊湊，氣缸配管及檢修空間也比較寬闊，基礎(chǔ)力本機(jī)分成兩列，其中豎直列為第一列，水平列為第二列，兩列夾角為90度，共用一個(gè)本機(jī)為往復(fù)活塞式壓縮機(jī)，依靠氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞壓縮氣體容積而提高其壓力。當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)(電機(jī))開啟后，通過彈性聯(lián)軸器帶動(dòng)壓縮機(jī)的曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，不斷旋轉(zhuǎn)的曲軸使連桿不停的擺動(dòng)，從而牽動(dòng)十字頭、活塞桿、活塞分別在十字頭滑道內(nèi)和氣缸內(nèi)作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)[5]。壓縮機(jī)工作時(shí)，在活塞從內(nèi)止點(diǎn)到外止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，氣缸容積處于相對(duì)真空狀態(tài)，缸外一級(jí)進(jìn)氣緩沖罐中的氣體即通過吸氣閥進(jìn)入一級(jí)氣缸內(nèi)，當(dāng)活塞行至外止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)充滿了低壓氣體。當(dāng)活塞由外止點(diǎn)向內(nèi)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸氣閥自動(dòng)關(guān)閉，氣缸內(nèi)的氣體被逐漸壓縮而使壓力不斷提高，當(dāng)氣體壓力大于排氣閥外壓力和氣閥彈簧力時(shí)，排氣閥打開，排出壓縮氣體，活塞運(yùn)動(dòng)到內(nèi)止點(diǎn)時(shí)排氣終了，準(zhǔn)備重新吸氣。至此，完成一個(gè)膨從一級(jí)氣缸排出的氣體，進(jìn)入中間冷卻器后，再經(jīng)儀表控制管路組件二級(jí)氣缸，進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，吸入氣缸的氣體亦不斷地被吸入排出，從而不斷地獲得脈動(dòng)壓縮氣體。(1)壓縮機(jī)構(gòu)1)氣缸組件：各級(jí)氣缸中都有三層壁并行成三層空腔，最里層的薄壁筒為氣缸套，緊貼在內(nèi)壁上，內(nèi)壁與其外面一層形成空腔通冷卻水，稱為冷卻水套；冷卻水套包在整個(gè)缸體、缸頭、填兩部分：吸入通道和排出通道，分別與吸入和排出閥相通，缸體靠近曲軸側(cè)，由于穿過活塞桿，為防止氣體泄漏，設(shè)有填料函腔，整體為鑄鐵結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是氣缸靠軸側(cè)的座蓋與缸體鑄成一體，簡化了座蓋結(jié)構(gòu)，減少了密封面，填料涵和氣缸中心線的同心度很容易保證，氣缸座蓋上有止口與壓縮機(jī)中相配合，以保證氣缸和十字頭滑道的同心度，但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鑄造工藝有一定難度。2)活塞組件：圖壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖一級(jí)活塞為盤形中空組合活塞，整個(gè)活塞分成兩部分；二級(jí)活塞為盤形中空整體活四道活塞環(huán)，裝配時(shí)應(yīng)將活塞環(huán)的開口相互錯(cuò)開，可以減少泄漏。各級(jí)活塞環(huán)均為四氟乙烯，氣缸由注油器實(shí)現(xiàn)有油潤滑?；钊麠U有良好的耐磨性，活塞桿與十字頭用螺栓連接，旋入或旋出螺紋即可調(diào)節(jié)氣缸3)吸氣閥和排氣閥部件：各級(jí)吸氣閥均為環(huán)形閥，由閥座、閥蓋、閥片、彈簧等零件組成。閥片由不銹鋼組成，其它零件都經(jīng)鍍鎘處理，因而氣閥的耐磨性良好。氣閥中均勻分布的彈簧將閥片壓緊在閥座上，工作時(shí)，閥片在兩邊壓差和彈簧力的作用下打開或關(guān)閉，由于氣閥閥片自動(dòng)而頻繁的開啟，因而要求彈簧力均勻，安裝時(shí)應(yīng)對(duì)彈簧仔細(xì)挑選，力求彈簧高度一致。另體顆粒雜質(zhì)。本機(jī)填料部件由節(jié)流套、密封環(huán)、閉鎖環(huán)等組成，節(jié)流套內(nèi)的節(jié)密封環(huán)槽用于節(jié)流降壓，減輕密封環(huán)的負(fù)荷。閉鎖環(huán)、密封環(huán)靠外圈彈簧和氣體力緊箍在活塞桿上起到密封作實(shí)效。5)中間接筒部件：中間接筒、刮油環(huán)座、油封圈等組成中間接筒部件。中間接筒分別與氣缸和機(jī)身相封潤滑管路，另兩路接排污管路。(2)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)L，曲軸軸徑兩端各裝有一個(gè)滾動(dòng)軸承，曲軸上裝有兩塊平衡塊，以平衡回轉(zhuǎn)部分不平衡質(zhì)量和運(yùn)動(dòng)部件的部分慣性力，同一曲軸連桿為球墨鑄鐵鑄造，與曲柄銷連接的大部分都裝有軸瓦，軸瓦與軸頸的間隙可用墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)，大小頭軸瓦之間沿連桿軸向鉆有油孔，連桿與活塞桿之間的空隙，十字頭銷及十字頭體上鉆有油孔，使由連桿進(jìn)來的潤滑油能進(jìn)入十字頭。曲軸如下圖所示由三部分組成：主軸頸、曲柄和曲柄銷。曲柄和曲柄銷構(gòu)成的彎曲部分稱之為曲拐[12]。圖曲軸組成示意圖壓縮機(jī)曲軸有三種基本型式：曲柄軸、曲拐軸(簡稱曲軸)和偏心輪軸。曲軸是目前普遍采用的型式，其曲拐一般兩端支承，剛性較曲柄軸好。曲軸的支承方式有兩種：全支承是每個(gè)曲拐兩側(cè)均設(shè)有主軸承；非全支承方式是每2~3個(gè)曲拐的兩側(cè)用兩個(gè)主軸承。前者對(duì)曲軸的剛性，以及機(jī)身系列化時(shí)奇數(shù)列要求的滿足有利；后者對(duì)縮短壓縮機(jī)的長度有利。曲軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)是曲軸定位、軸頸、過渡圓角、油孔、軸端和平衡重的設(shè)計(jì)。其主要結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)應(yīng)使配用的軸承有承受負(fù)荷的能力，同時(shí)曲軸應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度，以承受交變彎曲與交變扭轉(zhuǎn)的聯(lián)合作用，保證軸頸偏轉(zhuǎn)角處的曲軸強(qiáng)度計(jì)算主要包括靜強(qiáng)度計(jì)算和疲勞強(qiáng)度計(jì)算。靜強(qiáng)度計(jì)算的目的是求出曲軸各危險(xiǎn)部位最大工作應(yīng)力。疲勞強(qiáng)度計(jì)算的目的是求出曲軸在反復(fù)承受交變工作應(yīng)力下的最小強(qiáng)度儲(chǔ)備，通常以安全系數(shù)的形式表示。曲軸的強(qiáng)度計(jì)算一般有如下步驟：(1)軸的受力分析；(2)軸靜強(qiáng)度校核；(3)軸疲勞強(qiáng)度校核；(4)軸剛度校核。(1)確定各級(jí)壓力比壓力比的分配通常按最省工的原則進(jìn)行，即可按等壓比分配原則[3]。kPIⅡ(2)各級(jí)名義進(jìn)排氣壓力如下：2k1kk1(k+1)2k因壓縮級(jí)工作壓力不高，介質(zhì)為空氣，全部計(jì)算可按理想氣體處理。由排氣系數(shù)的計(jì)算公式：vPTl各級(jí)的排氣系數(shù)。(1)計(jì)算容積系數(shù)：IⅡ級(jí)多變膨脹指數(shù)m：n則各級(jí)容積系數(shù)為：計(jì)算各級(jí)凝析系數(shù)(1)計(jì)算在級(jí)間冷卻器中有無水分凝析出來bIbⅡ1IbI1bⅡⅡ外1ⅡZⅡ2ⅡgⅡQ1。(2)計(jì)算各級(jí)凝析系數(shù)(3)抽加氣系數(shù)oIoⅡ?yàn)榱擞?jì)算雙作用氣缸缸徑，必須首先確定活塞桿直徑，但活塞桿直徑要根據(jù)最大氣體力來確定，而氣體力又須根據(jù)活塞面積來計(jì)算，它們是互相制約的。因此須先暫選活塞桿直徑，計(jì)算氣體力，然后校核活塞桿是否滿足要求。(1)計(jì)算任一級(jí)活塞總的工作面積F=Vhk(Z—同一級(jí)氣缸數(shù))(2-8)(2)暫選活塞桿直徑根據(jù)雙作用活塞面積和兩側(cè)壓差估算出該壓縮機(jī)的最大氣體力約為30噸左右，由《化機(jī)器》附錄四暫選活塞桿直徑d=45mm。d44(3)非貫穿活塞桿雙作用活塞面積的計(jì)算蓋側(cè)活塞工作面積F=1(F+f)g2kd軸側(cè)活塞工作面積F=1(F一f)z2kd(4)計(jì)算活塞上所受氣體力1)第一列(第Ⅰ級(jí))2)第二列(第Ⅱ級(jí))(1)各過程壓力：Ⅱ內(nèi)2ⅡZⅡ1ⅡgⅡ(1)計(jì)算非貫穿活塞桿雙作用氣缸直徑K"SZ2K"SZ2(2)確定各級(jí)氣缸直徑 zg (2)agz第Ⅱ列本列的曲柄轉(zhuǎn)角，兩者結(jié)果一樣，故用一個(gè)表。xcaa用列表計(jì)算法作各級(jí)氣缸指示圖及氣體力展開圖。iSidi值。因本機(jī)為雙作用活塞，蓋側(cè)氣體力與軸側(cè)氣體力應(yīng)分別列表計(jì)算[12]。(2)氣體力：iigiiz對(duì)雙作用活塞蓋側(cè)與軸側(cè)氣體力應(yīng)分別計(jì)算，然后將同一轉(zhuǎn)角時(shí)兩側(cè)氣體力合成。氣體力符號(hào)規(guī)定：軸側(cè)氣體力是活塞桿受拉，為正；蓋側(cè)氣體力使活塞桿受壓，為(3)將計(jì)算結(jié)果列入表中：(4)作各級(jí)氣缸指示圖：用活塞行程為橫坐標(biāo)，以氣體力為縱坐標(biāo)，將表中的數(shù)據(jù)在坐標(biāo)上描點(diǎn)連線即成，Ⅰxp(5)氣體力展開圖：以曲柄轉(zhuǎn)角為橫坐標(biāo)，以氣體力為縱坐標(biāo)，將指示圖展開。軸側(cè)氣體力為正，繪在橫坐標(biāo)上，蓋側(cè)氣體力為負(fù)，繪在橫坐標(biāo)下，并將合成氣體力繪出，Ⅰ級(jí)氣缸氣體力展開圖ap(1)往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的計(jì)算llPIP(2)活塞加速度值由運(yùn)動(dòng)計(jì)算已知。(3)計(jì)算各級(jí)往復(fù)慣性力力為負(fù)，這一規(guī)定恰好和慣性力與加速度方向相反的規(guī)定相一致。(1)往復(fù)摩擦力為總摩擦力的70%R==832R==832NⅡ級(jí)往復(fù)摩擦力R==Ⅱ級(jí)往復(fù)摩擦力R==871N1)使活塞桿受拉為正，受壓為負(fù)。2)之間為向軸行程，摩擦力使活塞桿受拉，定為正。在之間為向蓋行程，摩擦力使活塞桿受壓，定為負(fù)。(2)旋轉(zhuǎn)摩擦力的計(jì)算(1)壓縮機(jī)一轉(zhuǎn)中的能量最大變化量L：(2)旋轉(zhuǎn)不均勻度6的選取111本壓縮機(jī)與電機(jī)使用三角帶傳動(dòng)，由《化工機(jī)器》6=~，取6=。304030(3)飛輪矩的計(jì)算MD2=3600L=3600人1164.6=79.65kgm2(3-8)缸，水平列為高壓氣缸。設(shè)兩列的往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量相等為m。SS2二階慣性合力的方向角為9,：以上表明：一階往復(fù)慣性力的合力是個(gè)定值，方向始終沿曲柄方向外指，這樣就可在曲柄的反方向加平衡質(zhì)量，產(chǎn)生的離心慣性力I,，可使一階慣性力完全平衡。二階慣性力。旋轉(zhuǎn)慣性力可用平衡質(zhì)量離心慣性力I平衡。由于角度式壓縮機(jī)各列連桿置于同一曲柄銷上，列間距很小，所以各種慣性力矩很計(jì)算為使計(jì)算簡便，對(duì)曲軸的受力情況先作如下簡化假定：(1)對(duì)于多支承曲軸，作為在主軸承中點(diǎn)處被切開的分段簡支梁考慮；(2)連桿力集中作用在曲柄銷中點(diǎn)處；(3)略去回轉(zhuǎn)慣性力；(4)略去曲軸自重。由于工作負(fù)荷引起的曲軸破壞總是疲勞破壞，因此對(duì)曲軸要求進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核。但為使計(jì)算簡便，通常把曲軸所受載荷，看成是應(yīng)力幅度等于最大應(yīng)力的對(duì)稱循環(huán)載荷，且略去應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，而代之選用較大的安全系數(shù)，從而使復(fù)雜的疲勞強(qiáng)度校核具有靜強(qiáng)度校核的簡單形式[3]。一般要校核軸頸和曲柄的如下截面：即軸與曲柄連接處和軸頸開油孔處。近似地可取曲軸下述各旋轉(zhuǎn)位置，對(duì)曲軸進(jìn)行靜強(qiáng)度校核：1)被校核一跨的輸入扭矩最大時(shí)；2)被校核一跨中，列的綜合活塞力絕對(duì)值最大時(shí)(在角度式壓縮機(jī)情形中，是一拐上各列綜合活塞力矢量和的絕對(duì)值最大時(shí))。軸頸和曲柄各截面的靜強(qiáng)度校核按下式進(jìn)行：被校核危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力計(jì)算，對(duì)于軸頸：M2+M2=yz(4-2)WyMTx(4-3)Wx軸頸與曲柄間的過渡圓角處，由于有高度應(yīng)力集中現(xiàn)象存在，是曲柄最易發(fā)生破壞的地方，有時(shí)要按考慮了應(yīng)力集中系數(shù)和尺寸系數(shù)的疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法，進(jìn)行進(jìn)一步的強(qiáng)度校華T式中n—彎扭交變應(yīng)力綜合作用下，曲軸的工作安全系數(shù)；1n—彎曲交變應(yīng)力作用下，曲軸的工作安全系數(shù)；華n—扭轉(zhuǎn)交變應(yīng)力作用下，曲軸的工作安全系數(shù)；T[n]—許用工作安全系數(shù)。推薦：[n]=~