VF-0.850空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)（整體設(shè)計(jì)編程一、二級(jí)缸設(shè)計(jì)）【含CAD圖紙?jiān)次募?/h1>
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)
（整體設(shè)計(jì)編程，一、二級(jí)氣缸設(shè)計(jì)）
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
1
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
誠(chéng) 信 承 諾 書(shū)
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)（整體設(shè)計(jì)編程，一、二級(jí)缸設(shè)計(jì)） 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。
班 級(jí)：
學(xué) 號(hào)：
作者姓名：
VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)（整體設(shè)計(jì)編程，一、二級(jí)缸設(shè)計(jì)）
信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū)
一、題目及專題：
1、題目 VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)
（整體設(shè)計(jì)編程，一、二級(jí)缸設(shè)計(jì)）
2、專題
二、課題來(lái)源及選題依據(jù)
VF-0.8/50一級(jí)有油、二、三級(jí)微油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)是風(fēng)冷單作用壓縮機(jī)，不僅能提供純凈的壓縮空氣，且省去了頻繁的加油工作，在食品、醫(yī)療、儀表等行業(yè)廣泛應(yīng)用。壓縮機(jī)由三相異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，經(jīng)“V”型皮帶傳動(dòng)，使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)?？諝庥蛇M(jìn)氣閥吸入一級(jí)氣缸，壓縮后通過(guò)一級(jí)排氣閥進(jìn)中間冷卻器后再經(jīng)過(guò)二級(jí)氣缸壓縮后，經(jīng)二級(jí)排氣閥再次進(jìn)入中間冷卻器后最后通過(guò)三級(jí)氣缸壓縮后，進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。采用自動(dòng)停機(jī)方式控制排氣壓力，壓縮機(jī)的冷卻主要由兼作風(fēng)扇的飛輪對(duì)氣缸及中間冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱來(lái)保證。
三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求：
1、 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行壓縮機(jī)的熱、動(dòng)力計(jì)
算（主要包括缸徑的 確定，電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及選型，壓縮機(jī)
中的作用力的分析，飛輪距的確定）；
2、對(duì)壓縮機(jī)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核；
3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，繪制主要零部件圖及
一、二級(jí)氣缸組裝圖；
4、查閱相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，不少于30頁(yè)。
四、接受任務(wù)學(xué)生：
五、開(kāi)始及完成日期：
自2012年11月12日 至2013年5月25日
六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）：
指導(dǎo)教師 簽名
簽名
簽名
教研室主任
〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名
系主任 簽名
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目： VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)
（整體設(shè)計(jì)編程，一、二級(jí)氣缸設(shè)計(jì)）
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
1
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
開(kāi)題報(bào)告
題目： VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)
（整體設(shè)計(jì)編程，一、二級(jí)氣缸設(shè)計(jì)）
信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè)
學(xué) 號(hào)：
學(xué)生姓名：
指導(dǎo)教師：
課題來(lái)源
“VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)（整體設(shè)計(jì)編程、一、二級(jí)氣缸設(shè)計(jì)）”的課題來(lái)源于企業(yè)；
結(jié)合所學(xué)知識(shí)，老師擬定題目；
綜合大學(xué)里所學(xué)的知識(shí)，將理論與實(shí)踐相互結(jié)合。
科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國(guó)內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢(shì)；應(yīng)用前景等）
1、 化工、冶金、化肥、食品、醫(yī)療等眾多企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程需要用到氣體壓縮機(jī)，而活塞式空氣壓縮機(jī)由于有較高的壓縮比，在高壓氣體生產(chǎn)與輸送中尚不能被其它設(shè)備所替代，是許多工程項(xiàng)目中的關(guān)鍵設(shè)備。
2、 由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展與普遍應(yīng)用，在活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員可以使用計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算，可以使得設(shè)計(jì)過(guò)程變得迅捷、方便、高效且計(jì)算結(jié)果精確。
3、 活塞式壓縮機(jī)上所用的密封活塞環(huán)通常用自潤(rùn)滑材料聚四氟乙烯制成，由于活塞環(huán)長(zhǎng)期運(yùn)行在劇烈的摩擦環(huán)境下，活塞環(huán)極易磨損，導(dǎo)致壓縮機(jī)不能正常工作。為了減少高分子材料的摩擦磨損，傳統(tǒng)氣體壓縮機(jī)活塞環(huán)需要用油潤(rùn)滑，以減少活塞環(huán)與氣缸壁的摩擦磨損，提高活塞環(huán)的使用壽命。
4、 VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)一級(jí)活塞環(huán)采用金屬制造，有油潤(rùn)滑。二活塞環(huán)采用自潤(rùn)滑聚合物復(fù)合材料制造，為微油潤(rùn)滑，所生產(chǎn)的壓縮氣體潔凈無(wú)污染，既節(jié)省了大量的潤(rùn)滑油，又可簡(jiǎn)化生產(chǎn)工藝流程，降低能耗，減少環(huán)境污染，是當(dāng)前活塞式壓縮機(jī)的發(fā)展方向。
5、 目前壓縮機(jī)制造業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為機(jī)械制造工業(yè)的一個(gè)重要組成部分。
研究?jī)?nèi)容
1、 活塞式空氣壓縮機(jī)的工作原理以及工作形成；
2、 熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算的計(jì)算機(jī)編程實(shí)現(xiàn)；
3、 一、二級(jí)氣缸的主要零部件設(shè)計(jì)；
4、 一、二級(jí)氣缸主要零部件圖紙的繪制。
擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案及可行性分析
（1）研究方法
通過(guò)閱讀有關(guān)資料，文獻(xiàn)，收集篩選，整理課題研究所需的有關(guān)數(shù)據(jù)，理論依據(jù)，
綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)研究論文課題。
（2）技術(shù)路線
根據(jù)已知的壓縮機(jī)參數(shù)并選取適當(dāng)?shù)南禂?shù)，然后通過(guò)建立的數(shù)學(xué)模型來(lái)編程計(jì)算出
熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，最后根據(jù)熱力學(xué)參數(shù)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)來(lái)確定一、二級(jí)氣缸的結(jié)構(gòu)參數(shù)。
（3）可行性分析
通過(guò)對(duì)論文課題的學(xué)習(xí)研究，達(dá)到鞏固，擴(kuò)大，深化已學(xué)理論知識(shí)，提高思考分析
解決實(shí)際問(wèn)題等綜合素質(zhì)的目的。
研究計(jì)劃及預(yù)期成果
1、 對(duì)VF-.08/50空氣壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行篩選，初步選擇達(dá)到設(shè)計(jì)要求的結(jié)構(gòu)方案；
2、 對(duì)壓縮機(jī)的熱力部分進(jìn)行編程計(jì)算；
3、 對(duì)壓縮機(jī)的動(dòng)力部分進(jìn)行編程計(jì)算；
4、 對(duì)一、二級(jí)氣缸主要零部件設(shè)計(jì)；
5、 對(duì)無(wú)油壓縮機(jī)的主要零部件進(jìn)行強(qiáng)度校核，提高機(jī)構(gòu)穩(wěn)定性，穩(wěn)定性。
特色或創(chuàng)新之處
在VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)及計(jì)算的過(guò)程中，同時(shí)設(shè)計(jì)了一個(gè)活塞式壓縮機(jī)的熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算軟件，該軟件能方便高效的完成一個(gè)熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算，并且計(jì)算結(jié)果精確，有利于進(jìn)一步的壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
已具備的條件和尚需解決的問(wèn)題
（1） 已具備的條件
擁有機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)等參考資料及文獻(xiàn)；到企業(yè)進(jìn)行參觀，對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行直觀的
了解與認(rèn)識(shí)，對(duì)所學(xué)的機(jī)械基礎(chǔ)知識(shí)有較好的掌握；掌握C#編程語(yǔ)言并熟悉面向?qū)ο缶幊痰姆椒?；能熟練運(yùn)用Visual Studio編程軟件；能熟練運(yùn)用CAD制圖軟件，提高作圖效率。
（2） 尚需解決的問(wèn)題
對(duì)于VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的工作原理不是非常清楚和熟悉，缺乏設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
教研室（學(xué)科組、研究所）意見(jiàn)
教研室主任簽名：
年 月 日
系意見(jiàn)
主管領(lǐng)導(dǎo)簽名：
年 月 日
摘 要
壓縮機(jī)是用來(lái)提高氣體壓力和輸送氣體的機(jī)械。從能量轉(zhuǎn)換的方式來(lái)看， 壓縮機(jī)是屬于將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力的工作機(jī)。本設(shè)計(jì)為中壓活塞式空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)?；钊綁嚎s機(jī)與其他類型的壓縮機(jī)相比，其優(yōu)點(diǎn)是：壓力范圍最廣、效率高、適應(yīng)性強(qiáng)，即排氣量范圍較廣，且不受壓力高低的影響?；钊綁嚎s機(jī)應(yīng)用較廣泛，例如在吹瓶機(jī)、核電站、儀表等方面，特別是在中小制冷范圍內(nèi)成為應(yīng)用最廣，生產(chǎn)批量最大的一種機(jī)型。
本次整個(gè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括壓縮機(jī)的總體、氣缸及基本部件的設(shè)計(jì)。主要通過(guò)熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算來(lái)確定壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，和各種零部件的設(shè)計(jì)。同時(shí)，在本次的設(shè)計(jì)過(guò)程中，開(kāi)發(fā)了一個(gè)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)完成熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算，借助AutoCAD繪圖軟件繪圖。
關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī)；計(jì)算機(jī)編程；熱力計(jì)算；動(dòng)力計(jì)算；主要零部件設(shè)計(jì)
Abstract
The compressor is used to increase the gas pressure and gas transportation machinery. Judging from the energy conversion, the compressor is working machine, which can transform the prime mover into gas pressure. This design is for the medium-pressure piston air compressor. Compared with other types of compressors, advantages of piston compressor are: pressure range is the most extensive, high efficiency, adaptability. That means a wider range of displacement and pressure level will not affect it. The piston compressor is used widely, such as blowing machine, nuclear power plants, instrument, particularly in small and medium-sized refrigeration. It is also the largest production volume of a model.
The entire design includes the design of the compressor overall, the cylinder and the basic member. The compressor overall structure of the program and various parts of the design is mainly determined by thermodynamic calculation and dynamic calculation.In the design process, I develop a computer software to complete the thermodynamic calculation and dynamic calculation, drawing with AutoCAD drawing software.
Key words: piston compressor; computer programming; heating calculation; dynamic calculation; structural design
目 錄
摘 要 III
ABSTRACT IV
目 錄 V
1 緒論 1
1.1本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況 1
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 2
2總體設(shè)計(jì)方案 3
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù) 3
2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 3
2.1.2 設(shè)計(jì)活塞壓縮機(jī)應(yīng)符合以下基本原則 3
2.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇 3
2.2.1 轉(zhuǎn)速n 3
2.2.2 行程S 3
2.2.3 活塞平均速度 4
2.3 結(jié)構(gòu)方案的選擇 4
2.3.1 氣缸排列的型式及其選擇 4
2.3.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及選擇 5
2.4 中間冷卻器 5
3 熱力計(jì)算 7
3.1 概述 7
3.2 熱力計(jì)算原始數(shù)據(jù) 13
3.3 初步確定各級(jí)名義壓力 15
3.4 計(jì)算各級(jí)排氣溫度 17
3.5 確定各級(jí)的排氣系數(shù) 19
3.5.1 容積系數(shù) 19
3.5.2 壓力系數(shù) 21
3.5.3 溫度系數(shù) 21
3.5.4 氣密系數(shù) 21
3.5.5 排氣系數(shù) 22
3.6 確定各級(jí)干氣系數(shù) 22
3.7確定各級(jí)抽氣系數(shù) 22
3.8 確定各級(jí)氣缸行程容積 22
3.9 確定各級(jí)氣缸直徑 24
3.10 圓整后各級(jí)名義壓力及溫度 26
3.10.1 確定圓整后各級(jí)實(shí)際行程容積 26
3.10.2 求各級(jí)壓力修正系數(shù)、 27
3.10.3 修正后各級(jí)名義壓力及壓力比 29
3.10.4 修正后各級(jí)排氣溫度 30
3.11 計(jì)算活塞力 31
3.11.1 計(jì)算氣缸內(nèi)實(shí)際吸排氣壓力 31
3.11.2 計(jì)算各列的活塞力 32
3.12 計(jì)算軸功率，選取電機(jī) 35
3.12.1 計(jì)算各級(jí)指示功率 35
3.12.2 整個(gè)機(jī)器總指示功率 36
3.12.3 軸功率 36
3.12.4 選擇電機(jī) 36
4 動(dòng)力計(jì)算 37
4.1 概述 37
4.2 初始數(shù)據(jù) 37
4.3 作各級(jí)氣缸設(shè)計(jì)示功圖 37
4.4 作往復(fù)慣性力圖 44
4.5 計(jì)算各級(jí)往復(fù)摩擦力 47
4.6 作綜合活塞力曲線圖 47
4.7 作切向力圖 52
4.8 確定飛輪距 56
5 主要零部件設(shè)計(jì) 58
5.1 一、二級(jí)氣缸設(shè)計(jì) 58
5.1.1 氣缸結(jié)構(gòu)型式 58
5.1.2 氣缸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 58
5.2 一、二級(jí)活塞組件 61
5.2.1 活塞 61
5.2.2 活塞環(huán)與活塞環(huán)的潤(rùn)滑 62
5.3 一、二級(jí)氣閥 65
5.3.1 氣閥的基本要求 65
5.3.2 氣閥主要參數(shù)的確定 65
結(jié)論與展望 71
6.1 結(jié)論 71
6.2 不足之處及未來(lái)展望 71
致謝 72
參考文獻(xiàn) 73
附錄 74
149
VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)（整體設(shè)計(jì)編程，一、二級(jí)缸設(shè)計(jì)）
1 緒論
1.1本課題的研究?jī)?nèi)容和意義
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，壓縮機(jī)的使用已十分普遍，所占的地位相當(dāng)重要。壓縮機(jī)是輸送氣體介質(zhì)并提高其壓力能的機(jī)械裝置，它在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)中特別在化工、石油、礦山、冶金、機(jī)械、農(nóng)田灌溉以及國(guó)防工業(yè)中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。其重要的應(yīng)用場(chǎng)合有：
(1) 化工工藝過(guò)程上的應(yīng)用
在化工生產(chǎn)中，為了保證某些合成工藝能在高壓條件下進(jìn)行，往往通過(guò)壓縮機(jī)把氣體
預(yù)先加壓到所需的壓力。例如高壓聚乙烯的聚合反應(yīng)要求把乙烯加壓到2000kgf/cm 2以上；合成氨的反應(yīng)要求把合成氣加到320kgf/cm2;石油裂解如氫要求把氫氣加壓到150kgf/cm2以上等。
(2) 動(dòng)力工程上的應(yīng)用
在動(dòng)力、機(jī)械以及國(guó)防工業(yè)上常采用壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力氣源，例如常見(jiàn)的
風(fēng)動(dòng)機(jī)械，要求空氣的壓力為8kgf/cm2；用于控制儀表及自動(dòng)化裝置上的氣源壓力6kgf/cm2；國(guó)防工業(yè)中某些武器的發(fā)射、潛水艇的沉浮、魚(yú)雷的發(fā)射驅(qū)動(dòng)等需要采用壓縮機(jī)。
(3) 氣體輸送
在石油、化工生產(chǎn)中，為了輸送原料氣，常用壓縮機(jī)增壓。例如從油田輸出天然氣，煤氣廠輸出煤氣都要求事先加以增壓。
壓縮機(jī)種類有很多，有往復(fù)式壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)、透平式壓縮機(jī)、噴射式壓縮機(jī)等。其中在往復(fù)式壓縮機(jī)中最典型的是活塞式壓縮機(jī)?；钊綁嚎s機(jī)是依靠氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮氣體。活塞壓縮機(jī)由于具有耗能低、適應(yīng)性強(qiáng)和靈活性大等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用比較普遍。所以活塞壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)及研究對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有十分重要的意義。
由于計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展與普遍應(yīng)用，在活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，可以使用計(jì)算機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn)熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算。通過(guò)利用計(jì)算機(jī)編程，可以使得熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算變得迅捷、方便、精確。同時(shí)借助AutoCad的二次開(kāi)發(fā)，可以很方便的生成氣缸的示功圖、綜合活塞力圖、切向力圖和總切向力圖。
本次設(shè)計(jì)中編程語(yǔ)言采用C#。C#是一款面向?qū)ο蟮木幊陶Z(yǔ)言，是微軟公司在2000年7月推出.NET Framework的第1版時(shí)提供的一種全新語(yǔ)言，它從C和C++語(yǔ)言演化而來(lái)，并吸取了以往的教訓(xùn)，考慮了其他語(yǔ)言的許多優(yōu)點(diǎn)，并解決了它們的問(wèn)題[12]。本次設(shè)計(jì)使用Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)工具進(jìn)行所有的C#編程。
1.2國(guó)內(nèi)外的發(fā)展概況
近年來(lái)，國(guó)民經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展，行業(yè)集中度提高了許多，大企業(yè)進(jìn)一步集中供貨。氣體壓縮機(jī)的產(chǎn)業(yè)布局，正在逐步合理的向新局面發(fā)展。由于戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)重組的不斷推進(jìn)，很多不合格的企業(yè)退出，杰出的企業(yè)找準(zhǔn)發(fā)展方向，加強(qiáng)主要業(yè)務(wù)的發(fā)展，不斷做大做好，達(dá)到強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，承擔(dān)起國(guó)家重大技術(shù)裝備項(xiàng)目。在相關(guān)政策方面，為應(yīng)對(duì)全球性金融危機(jī)對(duì)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的影響，早在09年年初，國(guó)家已經(jīng)制定了一系列的刺激經(jīng)濟(jì)方案，重點(diǎn)調(diào)整振興包括石化、冶金等氣體壓縮機(jī)的下游產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的十大產(chǎn)業(yè)。由于這些措施，使得氣體壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)得到了積極的發(fā)展，同時(shí)也使得壓縮機(jī)行業(yè)經(jīng)濟(jì)在2009年的下半年逐漸變好。在開(kāi)拓國(guó)際市場(chǎng)方面，壓縮機(jī)行業(yè)應(yīng)積極而謹(jǐn)慎地探索自己的國(guó)際化道路。近年來(lái)，壓縮機(jī)行業(yè)的國(guó)際化步伐放緩，特別是在2009年，壓縮機(jī)的出口形勢(shì)不容樂(lè)觀，這主要表現(xiàn)于國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平與國(guó)外壓縮機(jī)技術(shù)發(fā)展水平存在一定的差距，真正意義上的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型國(guó)際企業(yè)集團(tuán)還沒(méi)有形成。但是在將來(lái)，壓縮機(jī)的需求在我國(guó)壓縮機(jī)市場(chǎng)中將進(jìn)一步提高。
2013年，是壓縮機(jī)行業(yè)發(fā)展的新起點(diǎn)，預(yù)計(jì)行業(yè)未來(lái)呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢(shì)。首先是結(jié)構(gòu)調(diào)整將有重大突破。目前在我國(guó)的壓縮機(jī)行業(yè)中，企業(yè)規(guī)模小而且分散，產(chǎn)業(yè)集中度低；生產(chǎn)力布局不合理現(xiàn)象依然存在；企業(yè)節(jié)能減排的任務(wù)重；科技創(chuàng)新能力不強(qiáng)；資源控制力不強(qiáng)，保障體系建設(shè)滯后等。正因?yàn)閴嚎s機(jī)行業(yè)中存在這些矛盾，所以，特別的要在壓縮機(jī)行業(yè)中特別的調(diào)整好壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，不斷升級(jí)產(chǎn)業(yè)，并且解決壓縮機(jī)行業(yè)的重大問(wèn)題，不影響其發(fā)展。第二，行業(yè)內(nèi)要大力推動(dòng)共性技術(shù)研究開(kāi)發(fā)，掌握核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。當(dāng)前，壓縮機(jī)行業(yè)共性技術(shù)的科研經(jīng)費(fèi)投入不足，研究開(kāi)發(fā)力量薄弱。2013年，各企業(yè)應(yīng)加大在我國(guó)重點(diǎn)培育自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)裝備研發(fā)力量?？梢匝驖u進(jìn)地加強(qiáng)建設(shè)國(guó)家工程技術(shù)研究中心、國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、行業(yè)科研院所等共性技術(shù)研究開(kāi)發(fā)平臺(tái)，重點(diǎn)對(duì)原創(chuàng)性技術(shù)、戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)、及共性技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)，并且培養(yǎng)一支既精通基礎(chǔ)技術(shù)又熟悉行業(yè)技術(shù)的高科技人才隊(duì)伍，努力使其掌握關(guān)鍵技術(shù)、核心技術(shù)和重要產(chǎn)品的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。第三，進(jìn)入加快發(fā)展制造服務(wù)業(yè)階段。當(dāng)前，壓縮機(jī)行業(yè)存在一些不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的缺陷，如缺少高端技術(shù)，企業(yè)規(guī)模偏小等。面臨這些問(wèn)題和激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，壓縮機(jī)企業(yè)極需提高自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力，轉(zhuǎn)變?cè)鲩L(zhǎng)方式。在制造過(guò)程中，并且在市場(chǎng)調(diào)研，銷售，產(chǎn)品報(bào)廢回收過(guò)程中，力爭(zhēng)為客戶提供方便，高品質(zhì)的優(yōu)異服務(wù)，這點(diǎn)對(duì)一個(gè)壓縮機(jī)企業(yè)的發(fā)展有著重要意義，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這些可以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)代服務(wù)業(yè)主要投入的大部分是人力資本和知識(shí)資本，這些解決了壓縮機(jī)企業(yè)發(fā)展、升級(jí)問(wèn)題，并且提升了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
我國(guó)往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)水平跟國(guó)外水平相比，主要差距是在研究基礎(chǔ)理論上的差距，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的技術(shù)能力相對(duì)較低，落后國(guó)外的工藝裝備和實(shí)驗(yàn)手段，產(chǎn)品技術(shù)起點(diǎn)不高。另外，技術(shù)含量高和特殊要求的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)壓縮機(jī)市場(chǎng)上供不應(yīng)求。
1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求
1、根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，利用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行壓縮機(jī)的熱、動(dòng)力計(jì)算（主要包括缸徑的確定，電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及選型，壓縮機(jī)中的作用力的分析，飛輪距的確定）；
2、對(duì)壓縮機(jī)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核；
3、根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，繪制主要零部件圖及一、二級(jí)氣缸組裝圖；
4、查閱相關(guān)資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，不少于30頁(yè)。
2總體設(shè)計(jì)方案
2.1設(shè)計(jì)參數(shù)及依據(jù)
2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
排氣量：0.85m3/min
壓縮介質(zhì)：空氣
進(jìn)氣壓力：大氣壓
公稱排氣壓力：5 MPa(表壓力)
排氣溫度：25℃
2.1.2 設(shè)計(jì)活塞壓縮機(jī)應(yīng)符合以下基本原則
a.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。
b. 使用壽命要足夠長(zhǎng)，即壓縮機(jī)需要大修時(shí)間間隔的長(zhǎng)，使用可靠性要足夠高，及壓縮機(jī)被迫停車的次數(shù)短。
c.有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性。
d.有良好的動(dòng)力平衡性。
e.維護(hù)檢修方便。
f.盡可能采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料。
g.制造工藝性良好。
h.機(jī)器的尺寸小、重量輕。
2.2 主要結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇
所謂結(jié)構(gòu)參數(shù)是指能反映機(jī)器結(jié)構(gòu)面貌和工作性能的特征數(shù)據(jù)，如轉(zhuǎn)速n，活塞平均速度Cm、行程S等。選擇這些參數(shù)時(shí)，必須符合壓縮機(jī)三化（系列化、通用化、標(biāo)準(zhǔn)化）標(biāo)準(zhǔn)。
2.2.1 轉(zhuǎn)速n
由排氣量公式可知，排氣量隨轉(zhuǎn)速的提高而增大。對(duì)于已使用的機(jī)器，適當(dāng)提高轉(zhuǎn)速，可使生產(chǎn)能力增大；對(duì)于新設(shè)計(jì)的機(jī)器，轉(zhuǎn)速取得高，可使機(jī)器尺寸小、重量輕。轉(zhuǎn)速越高，相同功率的電機(jī)越小，并有可能與壓縮機(jī)直聯(lián)，占地面積小，總的經(jīng)濟(jì)性好。因此，近年來(lái)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速趨于提高。但是，轉(zhuǎn)速提高也帶來(lái)許多不利因素。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，往復(fù)慣性力與轉(zhuǎn)速的平方成正比的增加。若最大慣性力大于最大活塞力，則運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)將以空車運(yùn)行時(shí)的最大慣性力為依據(jù)，運(yùn)動(dòng)件的利用程度差。因此，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選取恰當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速，使最大慣性力不超過(guò)最大活塞力；對(duì)于平衡得不夠好的壓縮機(jī)，高轉(zhuǎn)速會(huì)使不平衡的慣性力和力矩增加，使機(jī)器和基礎(chǔ)的振動(dòng)加??；轉(zhuǎn)速高使易損件壽命低。如活塞環(huán)、填料函、十字頭，連桿大小頭軸瓦以及主軸瓦等的磨損均速轉(zhuǎn)速增高而加快。特別是閥片的工作壽命大致與轉(zhuǎn)速成反比，為使閥片有相當(dāng)?shù)膲勖?，轉(zhuǎn)速也不宜過(guò)高；此外，轉(zhuǎn)速增高，氣流在氣閥中的速度增大，阻力損耗增加，使壓縮機(jī)效率降低。
近代壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速，通常在下列范圍：微型和小型：1000~3000rpm；中型：500~1000rpm；大型：250~500rpm。
2.2.2 行程S
在選定行程時(shí)，需考慮下列因素：
（1）排氣量的大小 排氣量大，則行程應(yīng)取得長(zhǎng)一些，反之，應(yīng)短些；
（2）對(duì)于立式、V型、W型、扇型等結(jié)構(gòu)形式，活塞行程可以取得小些，這樣機(jī)器就不太高，方便使用和維修；
（3）氣缸的結(jié)構(gòu)主要考慮Ⅰ級(jí)缸徑與行程要保持一定的比例。若行程太小，則吸、排氣接管在氣缸上的布置將發(fā)生困難（特別是徑向布置氣閥的情況）。
在保證運(yùn)轉(zhuǎn)可靠、零部件壽命較長(zhǎng)的前提下，趨向于采用高轉(zhuǎn)速、短行程。
2.2.3 活塞平均速度
活塞平均速度是衡量壓縮機(jī)是否先進(jìn)的重要參數(shù)之一，它與轉(zhuǎn)速、行程直接相關(guān)。其值的大小直接影響運(yùn)動(dòng)件的磨損、氣閥的工作狀況和氣流的阻力損失等?；钊骄俣?、轉(zhuǎn)速n和行程S的關(guān)系如下：
（2.1）
式中 ——活塞平均速度，m/s；
——壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，rpm；
——活塞行程，m。
為顧及易損件的壽命及運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)于大、中型工藝用壓縮機(jī)，一般可取3.5~4.5m/s；對(duì)于大批生產(chǎn)的動(dòng)力用固定式空壓機(jī)，為獲得較高的效率，可取3~4m/s；對(duì)于移動(dòng)式壓縮機(jī)，為盡量減小尺寸和重量，可取4~5m/s；對(duì)于微、小型壓縮機(jī)，為了讓結(jié)構(gòu)緊湊些，可以選取較小的行程，盡管轉(zhuǎn)速較高，但是活塞平均速度較低，約2m/s左右。
對(duì)于無(wú)油潤(rùn)滑的迷宮式壓縮機(jī)，要求，以減少泄露；而用聚四氟乙烯或石墨環(huán)等自潤(rùn)滑材料活塞環(huán)及填料的壓縮機(jī)，；乙炔壓縮機(jī)具有爆炸的危險(xiǎn)性，為安全計(jì)，取。
在往復(fù)活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，由于一定的參數(shù)和使用條件的限制下，第一步應(yīng)考慮選擇適當(dāng)?shù)幕钊骄俣?，因?yàn)?
（1）活塞平均速度的高低，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)件中的摩擦和磨損有直接的影響。對(duì)氣缸內(nèi)的工作過(guò)程也有影響。
（2）本次設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)二、三級(jí)采用微油自潤(rùn)滑材料的半無(wú)油潤(rùn)滑，活塞速度過(guò)高，功率的消耗及排氣溫度將會(huì)過(guò)高。嚴(yán)重地影響壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和使用的可靠性。故VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)行程定為90mm，轉(zhuǎn)速定為750rpm。
根據(jù)式（2.1），活塞平均速度為：
2.3 結(jié)構(gòu)方案的選擇
活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在氣缸排列的型式，即指氣缸中心線的排列位置和運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)這兩個(gè)方面。
2.3.1 氣缸排列的型式及其選擇
根據(jù)氣缸排列的型式不同，有立式壓縮機(jī)、臥式壓縮機(jī)、對(duì)稱平衡型壓縮、對(duì)置型壓縮機(jī)及角度式壓縮機(jī)。角度式壓縮機(jī)，氣缸中心線具有一定的角度，但不等于零度和180℃。按氣缸中心線的位置不同，又可以分為W型、V型、L型和扇型。
角式壓縮機(jī)的特點(diǎn)是同一曲拐上裝有幾個(gè)連桿，與每個(gè)連桿相應(yīng)的氣缸中心線間具有一定的夾角，角式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn)有：
（1）各列一階往復(fù)慣性力的合力，可用裝在曲軸上的平衡重達(dá)到大部分或完全平衡，動(dòng)力平衡好，機(jī)器可取較高的轉(zhuǎn)速，可達(dá)500~2200rpm。
（2）氣缸彼此錯(cuò)開(kāi)一定角度，有利于安排氣閥及配置中間冷卻器，結(jié)構(gòu)緊湊。
（3）若干列的連桿連接在同一曲拐上，曲軸的曲拐數(shù)減少，軸向長(zhǎng)度可縮短，主軸頸有可能采用滾動(dòng)軸承。
由于本設(shè)計(jì)排氣量和排氣壓力比較小，選擇角度式中的V型壓縮機(jī)，使其具有較好的平衡性，同一曲拐上相鄰的汽缸中心線夾角做成90°，如圖2.1。
圖2.1 V型壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖
2.3.2 運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及選擇
活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)有：無(wú)十字頭和帶十字頭兩種。本設(shè)計(jì)為無(wú)十字頭。選擇無(wú)十字頭的理由是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，機(jī)械高度較低，相應(yīng)的機(jī)械重量較輕，一般不需要專門(mén)的潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)。同時(shí)本次選擇的是v型結(jié)構(gòu)，無(wú)十字頭適用于小功率范圍內(nèi)使用。
2.4 中間冷卻器
冷卻器對(duì)上一級(jí)排出氣體的冷卻效果的好壞直接影響到機(jī)器的性能，所以冷卻器的設(shè)計(jì)也是本系列壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要部分。根據(jù)已有的科研成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)先選型，風(fēng)冷中冷器采用鋁制板翅式中冷器，一級(jí)中冷器和二級(jí)中冷器組合在一起，結(jié)構(gòu)緊湊，再由兼作風(fēng)扇作用的飛輪對(duì)中間冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制冷卻。試驗(yàn)證明該中間冷卻器起到了很好的冷卻效果?？諝庥梢患?jí)進(jìn)氣閥吸入級(jí)差式氣缸底部的一級(jí)氣缸，壓縮后,一級(jí)壓縮空氣經(jīng)一級(jí)排氣閥排出，經(jīng)一級(jí)中間冷卻器冷卻后，氣體溫度由140℃左右降到25℃左右經(jīng)二級(jí)進(jìn)氣閥進(jìn)入級(jí)差式氣缸的上部二級(jí)氣缸壓縮，二級(jí)壓縮空氣經(jīng)二級(jí)排氣閥排出，再經(jīng)二級(jí)中間冷卻器冷卻后，氣體溫度由150℃左右降到25℃左右，經(jīng)三級(jí)進(jìn)氣閥進(jìn)入級(jí)差式氣缸的上部三級(jí)氣缸壓縮后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。見(jiàn)圖2.2 。
圖2.2 中間冷卻器
1.一級(jí)冷卻 2.二級(jí)冷卻
3 熱力計(jì)算
3.1 概述
壓縮機(jī)的熱力計(jì)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(jī)的具體特性和使用要求而進(jìn)行的，其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)(各級(jí)的吸排氣溫度，壓力，所耗動(dòng)力）和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸（活塞行程，氣缸直徑等）。
本次計(jì)算利用計(jì)算機(jī)編程輔助，采用基于對(duì)象和面向過(guò)程的方法編程?；趯?duì)象就是將壓縮機(jī)的屬性、結(jié)構(gòu)、零部件（如氣缸、活塞等）數(shù)據(jù)抽象出來(lái)，將數(shù)據(jù)集中起來(lái)，便于直觀的操作。面向過(guò)程就是按熱力計(jì)算的步驟流程來(lái)計(jì)算，通過(guò)向接口輸入?yún)?shù)觸發(fā)對(duì)象的一個(gè)計(jì)算過(guò)程（見(jiàn)圖3.1）?；钊綁嚎s機(jī)熱力計(jì)算的過(guò)程如圖3.2所示。
圖3.1 軟件總構(gòu)架圖3.2 熱力計(jì)算流程圖
圖3.3 StageHeads數(shù)組
圖3.4 LineHeads數(shù)組圖
利用C#語(yǔ)言可以簡(jiǎn)單的將壓縮機(jī)的屬性、零部件表示出來(lái)。見(jiàn)如下代碼：
public class CPistonCompressor
{
private ulong StructureType; //結(jié)構(gòu)類型
private ulong NumberOfCylinders; //氣缸數(shù)目
public CCylinder[] cylinders; //氣缸
private ulong Stage; //壓縮級(jí)數(shù)
private ulong Line; //氣缸列數(shù)
public StageHeadNode[] StageHeads; //氣缸級(jí)結(jié)點(diǎn)
public LineHeadNode[] LineHeads; //氣缸列列結(jié)點(diǎn)
public CPower AxlePower; //軸功率
public CPower[] IndicatedPower; //各級(jí)指示功率
public CPower SumIndicatedPower; //總指示功率
public CCoefficient MachineEfficientcy; //機(jī)械效率
public CPower MotorPower; //電機(jī)功率
public CCoefficient Multiple; //電機(jī)功率是軸功率的多少倍
public CForce[] ReciprocateFriction; //各級(jí)往復(fù)運(yùn)動(dòng)摩擦力
private CPressure SuctionPressure; //進(jìn)氣壓力
private CPressure DischargePressure; //輸氣壓力
private CTemperature SuctionTemperature; //進(jìn)氣溫度
private CTemperature DischargeTemperature; //輸氣溫度
public MixGas WorkingMedium; //工質(zhì)
public CCoefficient RelativeHumidity; //氣體相對(duì)濕度
public double ReciprocatingPartsMass; //往復(fù)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量
public ReciprocatingInertialForce I; //往復(fù)慣性力
private Link link; //連桿
private Crank crankpin; //曲柄
public CCoefficient RatioOfCrankRadiusToLengthOfConnectingRod; //徑長(zhǎng)比
private String label; //壓縮機(jī)標(biāo)注
private CVolume ExhaustVolume; //排氣量
private CLength Stroke; //行程
private CCoefficient OverallPressureRatio; //總壓力比
private CCoefficient AveragePressureRatio; //平均壓力比
private CRevolution Revolution; //壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速
}
在活塞式壓縮機(jī)類CPistonCompressor中，除了表示了其應(yīng)有的屬性，零部件外，還添加兩個(gè)數(shù)組：StageHeads和LineHeads。前者是一個(gè)數(shù)組，存儲(chǔ)著單鏈表的頭結(jié)點(diǎn)，作用是將氣缸按級(jí)次關(guān)聯(lián)起來(lái)（見(jiàn)圖3.3）。后者是存儲(chǔ)雙鏈表的頭結(jié)點(diǎn)的數(shù)組，這些雙鏈表表示出了各列上氣缸的關(guān)系（見(jiàn)圖3.4），每一條雙鏈表上的結(jié)點(diǎn)都是按氣缸級(jí)次從低到高的排列的有序結(jié)點(diǎn)。之所以需要這兩個(gè)鏈表頭結(jié)點(diǎn)數(shù)組，是因?yàn)?，在?jì)算的時(shí)候，有時(shí)需要按級(jí)次遍歷氣缸，有時(shí)需要按列來(lái)遍歷每個(gè)氣缸，通過(guò)鏈表的使用，能很方便的做到。
在熱力計(jì)算中，主要通過(guò)設(shè)置一些參數(shù)來(lái)計(jì)算氣缸的吸排氣壓力、吸排氣溫度，行程容積，缸徑，氣體力等。按參數(shù)作用，將參數(shù)分為性能參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)以及設(shè)計(jì)系數(shù)，氣缸類的屬性表示，部分代碼如下：
public class CCylinder
{
public ulong type; //氣缸類型
private ulong stage; //壓縮級(jí)別
private ulong line; //所在的列
public MixGas MixGas; //氣體
public DesignCoefficient DesignCoe; //設(shè)計(jì)系數(shù)
//名義的性能參數(shù) Nominal Performance Parameter
public NominalPerformanceParameter NPPara;
//修正的性能參數(shù) Corrective Performance Parameter
public CorrectivePerformanceParameter CPPara;
//實(shí)際的性能參數(shù) Real Performance Parameter
public ActualPerformanceParameter RPPara;
//計(jì)算的結(jié)構(gòu)參數(shù) Calculating Constructional Parameter
public CalculatingConstructionalParameter CCPara;
//實(shí)際的結(jié)構(gòu)參數(shù) Real Constructional Parameter
public ActualConstructionalParameter RCPara;
public CPiston piston; //活塞
public Ergogram AxisErgogram; //軸側(cè)示功圖
public Ergogram CapErgogram; //蓋側(cè)示功圖
public Ergogram AxisErgogramExpansion; //軸側(cè)施工圖展開(kāi)圖
public Ergogram CapErgogramExpansion; //蓋側(cè)示功圖展開(kāi)圖
public CForce SumPistonForce; //綜合活塞力
}
在熱力計(jì)算中，吸排氣壓力、吸排氣溫度及缸徑等需要在修正、圓整等操作，所以將性能參數(shù)分為名義性能參數(shù)、修正性能參數(shù)及實(shí)際性能參數(shù)，將結(jié)構(gòu)參數(shù)分為計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)和實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)。由于這些參數(shù)有公共部分，所以將公共參數(shù)放到基類當(dāng)中，再通過(guò)繼承來(lái)表示，部分代碼如下：
public partial class PerformanceParameter /*基類，性能參數(shù)*/
{
public CPressure DischargePressure; //排氣壓力
public CPressure SuctionPressure; //吸氣壓力
public CTemperature DischargeTemperature; //排氣溫度
public CTemperature SuctionTemperature; //吸氣溫度
public CCoefficient PressureRatio; //壓力比
}
public class NominalPerformanceParameter /*子類，氣缸名義性能參數(shù)*/
: PerformanceParameter
{
}
public class CorrectivePerformanceParameter /*子類，氣缸修正性能參數(shù)*/
: PerformanceParameter
{
public CCoefficient Bx; //修正系數(shù)βx
public CCoefficient Bx_plus_1; //修正系數(shù)βx+1
}
public class ActualPerformanceParameter /*子類，氣缸實(shí)際性能參數(shù)*/
: PerformanceParameter
{
// 排氣相對(duì)壓力損失 Discharge Relative Pressure Loss
public CCoefficient DRelativePressureLoss;
// 吸氣相對(duì)壓力損失 Suction Relative Pressure Loss
public CCoefficient SRelativePressureLoss;
}
public class ConstructionalParameter /*基類，氣缸結(jié)構(gòu)參數(shù)*/
{
public CLength Diameter; //直徑
public CVolume SweptVolume; //行程容積
public CCoefficient RelativeClearanceVolume; //相對(duì)余隙容積
}
public class CalculatingConstructionalParameter /*子類，氣缸計(jì)算結(jié)構(gòu)參數(shù)*/
: ConstructionalParameter
{
}
public class ActualConstructionalParameter /*子類，氣缸實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)*/
: ConstructionalParameter
{
}
public class DesignCoefficient /*設(shè)計(jì)系數(shù)*/
{
public CCoefficient PolytropicIndexOfExpansion; //膨脹過(guò)程多變指數(shù)
public CCoefficient VolumeCoefficient; //容積系數(shù)
public CCoefficient PressureCoefficient; //壓力系數(shù)
public CCoefficient TemperatureCoefficient; //溫度系數(shù)
public CCoefficient GasLeakCoefficient; //泄漏系數(shù)
public CCoefficient ExhaustCoefficient; //抽氣系數(shù)
public CCoefficient CondensateCoefficient; //凝析系數(shù)
public CCoefficient DisChargeCoefficient; //排氣系數(shù)
public CCoefficient AirValve; //氣閥
public CCoefficient PistonRing; //活塞環(huán);
public CCoefficient[] Filler; //填料
}
為了方便計(jì)算活塞力，將活塞抽象出一個(gè)類，方便計(jì)算使用，代碼如下：
public class CPiston /*設(shè)計(jì)系數(shù)*/
{
public static readonly uint INNER_DEAD_POINT = 0; //內(nèi)止點(diǎn)
public static readonly uint OUTSIDE_DEAD_POINT = 1; //外止點(diǎn)
public static readonly uint SUCTION = 0; //吸氣
public static readonly uint DISCHARGE = 1; //排氣
public CArea AxleArea; //軸側(cè)活塞面積
public CArea AxleWorkArea; //軸側(cè)活塞工作面積
public CPressure[] AxlePressure; //軸側(cè)壓力
public CForce[] AxleForce; //軸側(cè)活塞力
public CArea CapArea; //蓋側(cè)活塞面積
public CArea CapWorkArea; //蓋側(cè)活塞工作面積
public CPressure[] CapPressure; //蓋側(cè)壓力
public CForce[] CapForce; //蓋側(cè)活塞力
public CForce PistonRodArea; //活塞桿面積
public CLength[] PistonDisplacement; //活塞位移
public CLength Stroke; //活塞行程
}
在進(jìn)行熱力計(jì)算前，需要先創(chuàng)建一個(gè)活塞式壓縮機(jī)對(duì)象：CPistonCompressor pc = new CPistonCompressor()，然后通過(guò)對(duì)該活塞式壓縮機(jī)對(duì)象進(jìn)行屬性的設(shè)置和方法的調(diào)用來(lái)進(jìn)行熱力計(jì)算。雖然活塞式壓縮機(jī)對(duì)象的方法是離散的，但是為了便于理解和減少代碼的復(fù)雜度，熱力計(jì)算的編程依然根據(jù)熱力計(jì)算流程，將參數(shù)有序的輸入，然后再計(jì)算。由于本次實(shí)際著重在于計(jì)算而且篇幅有限，對(duì)于參數(shù)輸入圖形界面設(shè)計(jì)將省略寫(xiě)出。
3.2 熱力計(jì)算原始數(shù)據(jù)
排氣量0.85m3/min（吸入狀態(tài)）；
進(jìn)氣壓力1.03kgf/cm2（絕對(duì)壓力）；
輸氣壓力5MPa（表壓）；
進(jìn)氣溫度20℃；
進(jìn)氣相對(duì)濕度0；
壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速750r/min；
壓縮機(jī)行程90mm。
將進(jìn)氣壓力和輸氣壓力設(shè)置到壓縮機(jī)對(duì)象中見(jiàn)圖3.5，并且設(shè)置一些有關(guān)壓縮機(jī)的屬性，見(jiàn)圖3.6。
圖3.5 設(shè)置進(jìn)氣壓力和輸氣壓力
圖3.6 設(shè)置壓縮機(jī)氣缸屬性
在設(shè)置了列數(shù)，壓縮級(jí)數(shù)和氣缸數(shù)目及其屬性后，就可以創(chuàng)建StageHeads數(shù)組和LineHeads數(shù)組。代碼如下：
public void createStageHeads() /*創(chuàng)建級(jí)結(jié)點(diǎn)*/
{
StageHeads = new StageHeadNode[Stage + 1];
StageHeads[0] = null;
for (ulong i = 1; i <= Stage; i++)
{
StageHeads[i] = new StageHeadNode();
}
}
public void createLineHeads() /*創(chuàng)建列結(jié)點(diǎn)*/
{
LineHeads = new LineHeadNode[Line + 1];
LineHeads[0] = null;
for (ulong i = 1; i <= Line; i++)
{
LineHeads[i] = new LineHeadNode();
LineHeads[i].line = i;
}
}
然后將氣缸添加到StageHeads數(shù)組和LineHeads數(shù)組中。部分代碼如下：
node = new StageNode();
node.cylinder = pc.cylinders[Number];
pc.StageHeads[stage].addNode(node);
//將氣缸關(guān)聯(lián)到列數(shù)組中
linenode = new LineNode();
linenode.cylinder = pc.cylinders[Number];
pc.LineHeads[line].addNode(linenode);
3.3 初步確定各級(jí)名義壓力
進(jìn)氣壓力
輸氣壓力
總壓力比
平均壓力比
各級(jí)名義吸、排氣壓力及壓力比經(jīng)調(diào)整后，列表如下：
表3-1 各級(jí)名義吸、排氣壓力及壓力比
級(jí)次
名義吸氣壓力
(kgf/cm2)
名義排氣壓力
(kgf/cm2)
名義壓力比
Ⅰ
1.03
4.12
4
Ⅱ
4.12
14.7084
3.57
Ⅲ
14.7084
52.04
3.54
圖3.7 輸入名義壓力比
輸入壓力比（見(jiàn)圖3.7）在輸入各級(jí)壓力比后，按級(jí)次遍歷每個(gè)氣缸計(jì)算名義吸排氣溫度，部分代碼如下：
public bool calSucDisPressure()
{
if (SuctionPressure == null || DischargePressure == null)
{
return false;
}
//前一級(jí)的排氣壓力
CPressure PreDisPressure = null;
for (ulong i = 1; i <= Stage; i++)
{
StageNode node = StageHeads[i].node;
//第一級(jí)
if (i == 1)
{
while (node != null)
{
node.cylinder.setSucPressure(
SuctionPressure.KGF_CM2.ToString(),
UNITTYPE.KGF_CM2);
node.cylinder.calDisPressure();
if (node.next == null)
PreDisPressure =
node.cylinder.NPPara.DischargePressure;
node = node.next;
}
}
//最后一級(jí)
if (i == Stage)
{
while (node != null)
{
node.cylinder.setDisPressure(
DischargePressure.KGF_CM2.ToString(),
UNITTYPE.KGF_CM2);
node.cylinder.setSucPressure(
PreDisPressure.KGF_CM2.ToString(),
UNITTYPE.KGF_CM2);
node = node.next;
}
}
while (node != null)
{
node.cylinder.setSucPressure(
PreDisPressure.KGF_CM2.ToString(),
UNITTYPE.KGF_CM2);
node.cylinder.calDisPressure();
if (node.next == null)
{
PreDisPressure = new CPressure(
node.cylinder.NPPara.DischargePressure.KGF_CM2,
UNITTYPE.KGF_CM2);
}
node = node.next;
}
}
return false;
}
3.4 計(jì)算各級(jí)排氣溫度
壓縮工質(zhì)為空氣，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]的附錄Ⅰ常用氣體的主要物理性質(zhì),查得空氣的絕熱指數(shù)k為1.4。
計(jì)算名義排氣溫度的式子[1]：
（3.1）
根據(jù)式（2.1），計(jì)算各級(jí)名義排氣溫度，列表如下：
表3-2 各級(jí)名義吸氣溫度
級(jí)
次
名義吸氣溫度
名義壓力比
絕熱指數(shù)k
名義排氣溫度
Ⅰ
20
293
4
1.4
1.486
162.396
435.396
Ⅱ
25
298
3.57
1.4
1.438
153.944
428.668
Ⅲ
25
298
3.54
1.4
1.435
153.25
427.636
輸入壓縮工質(zhì)、相對(duì)濕度、各級(jí)吸氣溫度，見(jiàn)圖3.8。
為了方便，將常用氣體的主要物理性質(zhì)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢來(lái)計(jì)算、設(shè)置工質(zhì)的絕熱指數(shù)。代碼如下：
public class gas
{
public static string path;
private CCoefficient AdiabaticExponent; //絕熱指數(shù)
private string MolecularFormula; //分子式
private CPressure CriticalPressure; //臨界壓力
private CTemperature CriticalTemperature; //臨界溫度
private CCoefficient volume; //體積分?jǐn)?shù)
private CPressure FakeCriticalPressure; //假臨界壓力
private CTemperature FakeCriticalTemperature; //假臨界溫度
private double V_Kminus1; // V / (K -1)
private string condition;
public static string DBPath;
private void initialization(string molecular_formula,double volume)
{
MolecularFormula = molecular_formula;
condition = "MolecularFormula='" + MolecularFormula + "'";
sqlite3 gas = new sqlite3(DBPath); //獲取氣體數(shù)據(jù)庫(kù)
//select AdiabaticExponent from gas where MolecularFormula=air;
double k = (double)gas.getDataFormSQLite(
"gas", "AdiabaticExponent",condition);
AdiabaticExponent = new CCoefficient(k);
double critical_pressure = (double)gas.getDataFormSQLite(
"gas","CriticalPressure",condition);
CriticalPressure =
new CPressure(critical_pressure, UNITTYPE.KGF_CM2);
double critical_temperature = (double)gas.getDataFormSQLite(
"gas","CriticalTemperature",condition);
CriticalTemperature =
new CTemperature(critical_temperature, UNITTYPE.K);
this.volume = new CCoefficient(volume);
V_Kminus1 = volume / (k - 1.0);
FakeCriticalPressure = this.volume * CriticalPressure;
FakeCriticalTemperature = this.volume * CriticalTemperature;
}
}
然后后根據(jù)式（2.1）編程計(jì)算排氣溫度，代碼如下：
public void calDisTemperature()
{
CTemperature sucTemperature = NPPara.SuctionTemperature;
CCoefficient PressureRatio = NPPara.PressureRatio;
CCoefficient k = MixGas.k;
CCoefficient exponent = (k - 1.0) / k;
CCoefficient coe =
new CCoefficient(Math.Pow(PressureRatio.COE, exponent.COE));
CTemperature DischargeTemperature = coe * sucTemperature;
NPPara.DischargeTemperature = new CTemperature(
Math.Round(DischargeTemperature.K, 3), UNITTYPE.K);
}
圖3.8 輸入壓縮工質(zhì)、相對(duì)濕度、吸氣溫度
3.5 確定各級(jí)的排氣系數(shù)
壓縮機(jī)的排氣量直接受影響于壓縮機(jī)吸氣量的大小，所以凡是影響吸氣量的自然因素自然也就是影響排氣量的因素。由于各種因素的影響，實(shí)際壓縮循環(huán)中所能吸收的氣量比理論吸氣量要小。吸氣系數(shù)包括容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù)、氣密系數(shù)。輸入這些系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，見(jiàn)圖3.9。
3.5.1 容積系數(shù)
按表2-3查得各級(jí)膨脹過(guò)程指數(shù)m為：
據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積值多在一下范圍內(nèi)：
壓力≤20kgf/cm2
壓力>20~321kgf/cm2
循環(huán)壓縮機(jī) 或更大
超高壓壓縮機(jī) 達(dá)0.25
這里根據(jù)壓力，取相對(duì)余隙容積：, ,
表3-3 膨脹過(guò)程多變指數(shù)m()[1]
吸氣壓力kgf/cm2(絕對(duì))
m值
≤1.5
m=1+0.5(k-1)
>1.5~4
m=1+0.62(k-1)
>4~10
m=1+0.75(k-1)
>10~30
m=1+0.88(k-1)
>30
m=k
據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積值多在一下范圍內(nèi)：
壓力≤20kgf/cm2
壓力>20~321kgf/cm2
循環(huán)壓縮機(jī) 或更大
超高壓壓縮機(jī) 達(dá)0.25
這里根據(jù)壓力，取相對(duì)余隙容積：, ,
計(jì)算容積系數(shù)的式子：
(3.2)
根據(jù)式（3.2），計(jì)算容積系數(shù)：
根據(jù)式（3.2）編寫(xiě)計(jì)算容積系數(shù)的程序：
public void calVolumeCoefficient()
{
//計(jì)算膨脹過(guò)程指數(shù)
CCoefficient k = MixGas.k; //絕熱過(guò)程指數(shù)
double sucPressure //該級(jí)的名義吸氣壓力
= NPPara.SuctionPressure.KGF_CM2;
CCoefficient m = null; //膨脹過(guò)程指數(shù)
if (sucPressure <= 1.5)
{
m = 1 + 0