太原科技大學畢業(yè)設計 I 立式 活塞式石油氣壓縮機 摘要 空氣壓縮機的種類很多，按工作原理可分為 容積式壓縮機 ，速度式 壓縮機 ，容積式壓縮機的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度式壓縮機的工作原理是提高氣體分子的運動速度 ，使氣體分子具有的動能轉化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力。空氣壓縮機在國民經濟和國防建設的許多部門中應用極廣，特別是在紡織、化工、動力等工業(yè)領域中已成為必不可少的關鍵設備，是許多工業(yè)部門工藝流程中的核心設備。提供自動化生產所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會影響產品品質。隨著變頻技術的成熟 ,變頻器在電氣傳動領域中應用越來越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機保護功能以及其特有的優(yōu)點是目前在工控領域其它無可比擬的。 關鍵字 ： 空氣壓縮機 速度式壓縮機 容積式壓縮機 設備 of to be of is of of to is to of of in in in an in 太原科技大學畢業(yè)設計 錄 第一章 概 述 . 1 活塞式壓縮機的基本組成 . 1 活塞式壓縮機的分類 . 1 活塞式壓縮機的技術參數(shù) . 3 活塞式壓縮機的結構特點和主要部件 . 4 第二章 總體設計 . 11 結構形式選擇與分析 . 11 結構參數(shù)選擇及影響 . 13 壓縮機的驅動機選擇 . 14 壓縮機的轉速和行程的確定 . 14 設計要求及參數(shù) . 15 第三章 熱力計算 . 15 初步確定各級名義壓力 . 16 計算各級排氣溫度 . 17 各級可壓縮性系數(shù) . 17 確定各級的吸排氣系數(shù) . 18 確定各級氣缸行程容積 . 20 確定活塞桿直徑 . 21 步確定各級等溫功率 . 21 定活塞桿直徑 . 21 確定各級氣缸的直徑 . 21 圓整后各級名義壓力及溫度 . 22 計算活塞力 . 24 算軸功率，選取電機 . 25 第四章 動力計算 . 26 活塞位移與曲柄轉角的關系計算 . 27 計算各級氣體力 . 28 算 . 28 算級氣缸氣體力 . 32 計算各級往復慣性力 . 35 計算各級活塞摩擦力 . 38 計算各級總活塞力和切向力 . 39 計算總切向力并作總切向 力曲線圖 . 42 作幅度面積向量圖 . 45 確定所需要的飛輪矩 . 45 第五章 零部件的設計 . 46 氣缸的設計 . 46 述 : . 46 計的要求 : . 46 太原科技大學畢業(yè)設計 基本結構形式： . 46 級氣缸主要尺寸的確定與強度校核 . 47 . 48 參考文獻 . 50 致謝 . 51 太原科技大學畢業(yè)設計 1 第一章 概 述 活塞式壓縮機，是容積型壓縮機的一種。它是依靠氣缸內活塞的往復運動來壓縮缸內氣體，從而提高氣體壓力，達到工藝要求。 塞式壓縮機的基本組成 活塞式壓縮機系統(tǒng)由驅動機、機體、曲軸、連桿、十字 頭、活塞桿、氣缸、活塞和活塞環(huán)、填料、氣閥、冷卻器和油水分離器等所組成。驅動機驅動曲軸旋轉，通過連桿、十字頭和活塞桿帶動活塞進行往復運動，對氣體進行壓縮，塞式壓縮機的分類 1. 按排氣壓力分類 (1)低壓壓縮機 P 2)中壓壓縮機 (3)高壓壓縮機 (4)超高壓壓縮機 2. 按消耗功率分類 (1)微型壓縮機 10(2)小型壓縮機 10 100(3)中型壓縮機 100 500(4)大型壓縮機 5003. (1)微型壓縮機 1m3/(2)小型壓縮機 1 10m3/(3)中型壓縮機 10 60m3/(4)大型壓縮機 60m3/4. 按氣缸中心線的相對位置分類 見圖 1 太原科技大學畢業(yè)設計 2 圖 1氣缸中心線位置分類 （ a）立式；（ b）一般臥式；（ c）對稱平衡式或對動式； （ d） e） f） W 型角度式； （ g） T 型角度式；（ h）、（ i）扇型角度式；（ j）星型角度式 (1) (2)臥式：氣缸中心線與地面平行，其中包括一般臥式、對置式和對動式（對置平衡(3)角度式：氣缸中心線彼此成一定角度，其中包括 V 型、 型和星型等。 5. 按曲柄連桿機構分類 6. 按活塞在氣缸內作用情況分類 (1) (2) (3) 7. 按壓縮機級數(shù)分類 (1) (2) (3) 8. 太原科技大學畢業(yè)設計 3 (1) (2) (3) 10. 按機器工作地點分類 塞式壓縮機的技術參數(shù) 1. 排氣量 往復式壓縮機的排氣量，通常是指單位時間內壓縮機最后一級排出的氣體，換算到第一級進口狀態(tài)的壓力和溫度時的氣體容積值，排氣量常用的單位為 m3/ m3/h。 壓縮機的額定排氣量（壓縮機銘牌上標注的排氣量），是指特定的進口狀態(tài)時的排氣2. 排氣壓力 往復式壓縮機的排氣壓力通常是指最終排出壓縮機的氣體壓力，排氣壓力應在壓縮機末級排氣接管處測量，常用單位為 一臺壓縮機的排氣壓力并非固定，壓縮 機銘牌上標注的排氣壓力是指額定排氣壓力，實際上，壓縮機可在額定排氣壓力以下的任意壓力下工作，并且只要強度和排氣溫度等允許，也可超過額定排氣壓力工作。 3. 轉速 往復式壓縮機曲軸的轉速，常用 r/示，它是表示往復式壓縮機的主要結構參數(shù)。 4. 活塞力 活塞力為曲軸處于任意的轉角時，氣體力和往復慣性力的合力，它作用于活塞桿或活塞銷上。 往復式壓縮機在運轉中，活塞從一端止點到另一端止點所走的距離，稱為一個行程，常用單位為 m（米）。 6. 功率 太原科技大學畢業(yè)設計 4 往復式壓縮機消耗的功，一部分直接用于壓縮氣體， 稱為指示功，另一部分用于克服機械摩擦，稱為摩擦功，主軸需要的總功為兩者之和，稱為軸功。單位時間內消耗的功稱為功率，常用單位為瓦（ W）或千瓦（ 壓縮機的軸功率為指示功率和摩擦功率之和。 塞式壓縮機的結構特點和主要部件 機體的基本結構型式 根據(jù)壓縮機不同的結構型式，機體可分為臥式機體、對置機體、立式機體、角度式機體。 (1)立式壓縮機采用立式機體，一般由三部分組成。在曲軸以下的部分稱為機座 (無十字頭的立式壓縮機的機座習慣稱曲軸箱 )。機座上有主軸承座孔，在機座以上，中體以下的部 分稱為機身，位于機身與氣缸間的部分，稱為中體。對于中、小型的立式機體，為了簡化結構，常把機身與中體鑄在一起。對于微型無十字頭的立式壓縮機，機體常鑄成一體。中體、機身、機座鑄成一體的機體統(tǒng)稱為曲軸箱。 (2)臥式壓縮機采用臥式機體，由機身與中體組成，常鑄成整體的。 (3)對稱平衡與對置式壓縮機采用對置機體。機體一般由機身和中體組成，中體配置在曲軸的兩側，用螺栓與機身連接在一起。機身可做成多列的，如兩列、四列、六列等。 機身為上端開口的匣式結構，具有較高的剛性。機身下部的容積可以貯存潤滑油，存油量的多少 ，按照潤滑系統(tǒng)設計的要求而定。如果要求箱體容積能貯存全部潤滑油，則機身下部的容積必須按能貯存 5 8泵油量進行設計。另外應該考慮傳動機構不應觸及最高油面。主軸承安置在與氣缸中心線平行的板壁上，板壁上布置有筋條，機身頂部裝有呼吸孔或呼吸器，使機身內部與大氣相通，降低油溫和機身內部壓力，不使油從聯(lián)接面處擠出來。 太原科技大學畢業(yè)設計 5 圖 1立式 機身 (4)角式壓縮機采用 L 型、 V 型、 W 型、扇型等機體。 V 型、 W 型與扇型壓縮機，傳動機構多為無十字頭結構，機體也多采用曲軸箱型式。 L 型壓縮機，傳動機構多為有十字頭結構。機體的 主軸承都采用滾動軸承。 往復式壓縮機曲軸有兩類：一種是曲柄軸（開式曲軸），一種是曲拐軸（閉式曲軸）。曲柄軸大多用于舊式單列或雙列臥式壓縮機，這種結構現(xiàn)在已很少使用。曲拐軸的結構如圖 3 所示?，F(xiàn)在大多數(shù)壓縮機都采用這種結構。 拐軸的組成： (1)主軸頸 主軸頸裝在主軸承中，它是曲軸支承在機體軸承座上的支點，每個曲軸至少有兩個主軸頸。對于曲拐的曲軸，為了減少由于曲軸自重而產生的變形，常在當中再加上一個或多個主軸頸。這種結構使曲軸長度增加。 (2)曲柄銷 曲柄銷裝在連桿 大頭軸承中，由它帶動連桿大頭旋轉，為曲軸和連桿的連接部分。因此，又把它稱為連桿軸頸。 (3)曲柄 也叫做曲臂，它是連接曲柄銷與主軸頸或連接兩個相鄰曲柄銷的部分。 (4)軸身 曲軸除曲柄、曲柄銷、主軸頸這三部分之外，其余部分稱軸身。它主要用來裝配曲軸上其他零件、部件如齒輪油泵等（一般裝在軸端，軸端設計成 1： 10 的錐度或設計成圓柱形，或帶有法蘭等）。 太原科技大學畢業(yè)設計 6 圖 1曲拐軸 1主軸頸； 2曲柄（曲臂）； 3曲拐頸（曲柄銷）； 4通油孔； 5過渡圓角； 6鍵槽； 7軸端 曲軸可以做成整體的 ，也可以作成半組合和組合式的?，F(xiàn)在，大多數(shù)壓縮機均采用整體式曲軸。 近年來，大多數(shù)壓縮機的曲軸常常被作成空心結構，這種空心結構的曲軸非但不影響曲軸的強度，反而能提高其抗疫勞強度，降低有害的慣性力，減輕其無用的重量。實踐證明，空心曲軸比實心曲軸抗疲勞強度約提高 50%。 (1)連桿的基本結構型式 連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸，又將曲軸的旋轉運動轉換為活塞的往復運動的機件。 圖 1桿 太原科技大學畢業(yè)設計 7 1小頭； 2桿體； 3大頭； 4連桿螺栓； 5大頭蓋； 6連桿螺母 連桿 包括桿體、大頭、小頭三部分，如圖 4所示。桿體截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等。圓形截面的桿體，機械加工最方便，但在同樣強度時，具有較大的運動質量，適用于低速、大型以及小批生產的壓縮機。工字形截面的桿體在同樣強度時，具有較小的運動質量，但其毛坯必須模鍛或鑄造，適用于高速及大批量生產的壓縮機。 (2) 連桿螺栓 連桿螺栓是連桿上非常重要的零件。影響連桿螺栓強度的重要因素有結構、尺寸、材料以及工藝過程。 通常連桿螺栓的斷裂是由于應力集中的部位上材料的疲勞而造成的。 (1)十字頭的基本結構型式 十字頭是連接作搖擺運動的連桿與作往復運動的活塞桿的機件，具有導向作用。十字頭按連接連桿的型式分為開式和閉式兩種。 十字頭與活塞桿連接形式又分為螺紋連接、聯(lián)接器連接、法蘭連接和楔連接四種。 (2)十字頭銷 十字頭銷有圓錐形、圓柱形以及一端為圓柱形而另一端為圓錐形 三種型式。十字頭銷一般固定在十字頭上。 圓錐形銷用于活塞力大于 104N 的壓縮機上，錐度取 1/100。錐度大，裝拆方便，但過大的錐度將使十字頭銷孔座增大，以致削弱十字頭體的強度。錐面上 的鍵主要是防止銷上徑向油孔的移位而起定位作用，其次也可防止十字頭銷在孔座內的轉動。借助于螺釘可使錐面貼緊。 近年來，在活塞力小于 104N 的壓縮機中，大都采用了圓柱形浮動十字頭銷。浮動銷可以在連桿小頭孔與十字頭銷孔座內自由轉動，從而減少了磨損，并可用彈簧卡圈扣在孔座的凹槽內進行軸向定位。它具有重量輕、制造方便的優(yōu)點。 5. 軸承 壓縮機常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承兩大類。滾動軸承使用、維護方便，機械效率較高，結構雖然復雜，但由專業(yè)廠制造，價格并不很貴，而且通用化、標準化程度很高?；瑒?軸承的結構簡單緊湊，制造方便，精度高，振動小，安裝方便。一般中、小型壓縮機適宜采用滾動軸承，大型壓縮機及多支承的壓縮機普遍用滑動軸承。 (1)滾動軸承 滾動軸承在各種機器中應用很普遍，壓縮機用的滾動軸承只是其中的幾種，在此不做介紹。 (2)滑動軸承 滑動軸承的軸瓦大都制成可分的。立式壓縮機主軸軸承的軸瓦一般分 太原科技大學畢業(yè)設計 8 為兩半；臥式壓縮機主軸承的軸瓦常分為四瓣；對稱平衡型壓縮機中，曲軸軸承在水平方向所受的載荷不大，與立式壓縮機一樣，軸瓦由水平剖分的兩部分組成。連桿大頭軸瓦都采用兩半的。 滑動軸承按壁 厚的不同，可分為厚壁瓦和薄壁瓦。當壁厚 t 與軸瓦內徑 d 之比， t/d 為薄壁瓦，其合金層厚度 t/d 為厚壁瓦，合金層 1 2)壁瓦一般都帶有墊片，軸承磨損后可以進行調整；薄壁瓦一般都不帶墊片，軸承磨損后不能調整。但薄壁瓦貼合面積大，導熱性能好，承載能力大，因此目前趨向于使用薄壁瓦軸承。 6. 氣缸 1)計時，除了考慮強度、剛度與制造外，還應注意以下幾個問題： 氣 缸的密封性、氣缸內壁面（又稱氣缸鏡面）耐磨性以及氣缸、填料的潤滑性能要好； 通流面積要大，彎道要少，以減少流動損失； 余隙容積要小，以提高容積系數(shù)； 冷卻要好，以散逸壓縮氣體時產生的熱量； 進排氣閥的閥腔應被冷卻介質分別包圍，以提高溫度系數(shù)； 應避免溫2)方式分，有單作用、雙作用及級差式氣缸；按氣缸的排氣壓力分，有低壓、中壓、高壓、圖 1風冷式氣缸 圖 1雙層壁氣缸 (1) 氣量小于 1m3/氣缸為低壓微型氣缸，多為風冷式移動式空氣壓縮機采用。排氣壓力小于 氣量小于 10m3/原科技大學畢業(yè)設計 9 微型風冷式氣缸結構如圖 1示。為強化散熱，它在缸體與缸蓋上設有散熱片，氣缸上部溫度高，散熱片應長一些。散熱片在一圈內宜分成三、四段，各缺口錯開排列，缺口氣流的擾動可以強化散熱。設計時還應注意防止排氣道對進氣道的加熱，以免影響溫度系數(shù)。為了增強冷卻，還可 大多數(shù)低壓小型壓縮機都采用水冷雙層壁氣缸，如圖 1(2) (3) 10 100氣缸為高壓氣缸，它們可用稀土合金球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼制造，工作壓力大于 100氣缸為超高壓氣缸，設計時主要應考慮強度與安全，活塞的作用是與氣缸一起構成壓縮容積。對活塞的要求是在保證強度、剛度及連接和定位可靠的條件下，選密封性好，摩擦小，重量輕的活 1) (1)部，一般設置有 2 3 道活塞環(huán)及 1 2 道刮油環(huán)。筒形活塞靠飛濺潤滑將油濺至氣缸鏡面上，活塞上行時，刮油環(huán)起著布油的作用，下行時刮油環(huán)將多余的油刮下，經回油孔流回曲軸箱中?；钊舷逻\動時，活塞環(huán)一般會相對于環(huán)槽作往復運動，依靠這種運動可以將氣缸鏡面上的油由下向上布滿整個缸壁，起著潤滑作用。當刮油環(huán)失效時，大量潤滑油進入活塞上部，導致氣體帶油過多，氣缸、氣閥積碳嚴重。刮油失效的原因除了刮油環(huán)失效外，還有氣缸磨損失圓，氣缸軸 線與曲軸不垂直等因素。 (2)(3)用柱塞式活塞，帶環(huán)槽的柱塞，它靠柱塞與氣缸的微小間隙及柱面上的環(huán)槽形成曲折密封。另一種柱塞僅為一光滑圓柱體，氣體之密封靠填料實現(xiàn)。柱塞工作表面應精磨，圓柱度要求很嚴。 2) 太原科技大學畢業(yè)設計 10 動的作用。 活塞桿與填料的接觸部分要求密封性好，故尺寸精度要求高。接觸部 分還要求耐8. 活塞環(huán)與填料函是氣缸的密封組件，都屬于滑動密封元件，對它們的要求是，既要泄漏少，摩擦小，又要耐磨、可靠。 (1) 活塞環(huán)是一個開口的圓環(huán)，用金屬材料如鑄鐵，或用自潤滑材料如聚四氟乙烯制成。 活塞環(huán)的切口形式有三種。直切口制造簡單，但泄漏大，搭切口則相反，所以一般采用斜切口。為減少泄漏，安裝時應將各切口錯開，并使左右切口相鄰，檢修時要注意調整9. 填料密封 (1)平面填料函 平面填料函是填料函中最簡單的一種結構，如圖 8 49 所示為一低壓三瓣密封圈，用于壓力差在 1下的氣缸密封。這種結構的密封圈為單向斜口，它對活塞桿的比壓是不均勻的，銳角的一方比壓較大，所以其內圓磨損主要發(fā)生在銳角的一方。密封圈磨損后，相鄰兩瓣接口處出現(xiàn)縫隙，無法阻擋氣體泄漏。每一組密封圈由兩個密封環(huán)組成，每個環(huán)外圓箍有彈簧，兩個環(huán)有銷釘定位。 當氣體壓力在 10 下的中壓密封時，填料函采用三、六瓣密封圈；填料函的每組密封圈由兩個開口環(huán)組成，開口環(huán)外圓周上有一個鐲形彈簧，使開口環(huán)箍緊在活塞桿上。位于高壓側的開口環(huán)由三瓣組成，它在軸的方向上擋住由六瓣環(huán)組成的第二環(huán)的徑向間隙。第二環(huán)的內三瓣 （包括活塞桿）的徑向間隙被外三瓣擋住，各環(huán)的徑向間隙可以補償密封圈的磨損。 (2)錐面填料函 當壓縮機氣體壓力很高時，會使平面填料很快的磨損，這是因為平面填料在活塞桿上單位面積的壓力過大而造成的。如果在高、中壓壓縮機中采用錐面填料函，就可以解決這一問題，這種填料函按密封壓力差的不同，而選用不同的錐角和錐形填料元件組數(shù)，因而有不同的徑向分力。 錐面填料函跟平面填料函一樣，也是靠氣體壓力來實現(xiàn)自緊密封的， 10. 氣閥組件 太原科技大學畢業(yè)設計 11 氣閥的作用是控制氣缸中的氣體及時吸入與排出，它對壓縮機的排氣量、功耗及使用壽命影響 往復式壓縮機的氣閥是自動閥，它的開啟與關閉是依靠閥片兩邊的壓力差（即氣(1)阻力要小，這不但要求結構上使氣閥完全開啟時的阻力最小，而且要求氣閥能及時啟閉，以避免過大的啟閉阻力，設計好的氣閥其阻力損失只占總功耗的 4% 9%，差的氣閥則可占到 20%。 (2)使用壽命要長，一般要求不低于 4000h。 (3) (4) (5)結構簡單 第二章 總體設計 構形式選 擇與分析 壓縮機的方案選擇是指根據(jù)容積流量、吸排氣壓力、壓縮介質、具體使用條件等要求，選定壓縮機的結構形式、冷卻方式、作用方式、 (單作用、雙作用或極差式 )，有無十字、級數(shù)、列數(shù)，級在列中的配置 (即排列次序 )、各種曲柄錯角、氣缸中心線火角、驅動機類型及傳動方式等。壓縮機結構形式的選擇要考慮諸多因素，例如工藝流程、現(xiàn)場條件、制造力一式的系列構成、生產條件和加工設備狀況、外協(xié)狀況等。針對某以具體的壓縮機，其結構形式的優(yōu)劣只能說是相對的。 (1)立式壓縮機 立式旅縮機的組要優(yōu)點是 :主機直立 ，占地面積小 :活塞重量不支撐在汽缸上，沒有因此產生的汽缸和填料部分的摩擦和磨損；汽缸潤滑油沿圓周分布均勻，因而潤滑油條件好，省潤滑油；活塞與氣缸運行時的同心度易于保持，因而適合做成無油及迷宮壓縮機；機身、中體等零部件不承受自重導致的彎曲應力，因而壁厚可減薄，機體簡單輕便；往復慣性力垂直作用于基礎，相比于平方向作用于基礎，易被基礎承受。 太原科技大學畢業(yè)設計 12 (2)臥式壓縮機 工藝流程用的臥式壓縮機多采用對動式結構，超高壓則采用對置式結構。所有汽缸位于曲軸同側的一般臥式結構在一藝流程中很少采用。臥式壓縮機的主要優(yōu)點是 :整機的高度低 ，視野觀察方便，易接近性好，操作管理和維修方便；每列可串聯(lián)較多的汽缸，從而簡化主軸結構；附屬設備和管路可方便地置于廠房底層，從而使上層廠房變得簡潔，方便主機巡檢；附屬設備可方便地置于壓縮機上方，從而節(jié)省整個機組系統(tǒng)的占地面積而便于成撬，方便用戶使用。 (3)角度式壓縮機 角度式壓縮機的主要優(yōu)點是 :結構緊湊，機組的體積小，占地面積少；每個曲拐上裝有兩根以上的連桿，使曲軸結構簡單，長度較短，并可能采用滾動軸承而提高機械效率；各列汽缸彼此相距較遠，氣閥有允裕的安裝空間，可增加氣閥通流面積而減小流動損失；汽缸間的夾 角空間可安裝中冷器等附件設備使整機結構緊湊，并縮短氣體管路而減小流動損失時，連桿的安裝困難，星型結構的潤滑問題較難解決。因此，角度式壓縮機主要用于中小型壓縮機。 無十字頭壓縮機的特點式結構簡單緊湊，但只能是單作用或級差式，與相同排量的有十宇頭壓縮機相比，汽缸直徑大且靠活塞環(huán)密封氣體，因而泄漏周長及泄漏量大。無十宇頭壓縮機的筒形活塞承受側向力，故活塞與汽缸間的摩擦和磨損加大，機械效率也較低。除非機身傳動部分也不采用潤滑油，否則無十字頭壓縮機不能實現(xiàn)氣體的無油壓縮。故此，無十字頭壓縮機多用于 小功率場合，尤其是要求輕便的移動式。 為了獲得較好的動力平衡力，除微小型壓縮機外，各種形式壓反縮機的列數(shù)均以等于或多于兩列為宜。但是列數(shù)過多將導致壓縮機結構復雜，列數(shù)需視機型系列化的情況、氣量大小、壓力高低等來決定。級和列沒有明確的關系，多級或單級壓縮機都可以是多列，也可以是單列，但級和列會相互影響，級在列中的配置應注意以下問題 : (1)活塞力的均衡性 即各列活塞力要均衡，有十字頭時一希望往返行程中的活塞力也能均衡，這樣曲軸、連桿的強度利用比較充分。 (2)密封性 使相鄰的壓力 差較小，減少活塞環(huán)出的泄漏 ;在填料側配置較低的壓力級，以利于填料密封。 太原科技大學畢業(yè)設計 13 (3)曲軸錯角的合理排列 盡量使各列慣性力和慣性力矩相互抵消，以獲得較好的動力平衡性 :力求總切向力曲線均勻，使所需飛輪矩小；爭取使各級間氣體管道中的氣體脈動相互削弱，減小管道振動。 (4)制造和裝配方便。 4. 設計活塞式壓縮機應符合以下基本原則 (1)滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力以及有關使用條件的要求； (2)有足夠長的是用壽命 (應理解為壓縮機需一要大修時間的間隔長短 )，足夠高的使用可靠性 (應理解為壓縮機被迫停車的次數(shù) )； (3)有較好的運轉經濟性； (4)良好的動力平衡性； (5)護檢修方便； (6)能采用新結構、新技術、新材料； (7)制造工藝性良好； (8)機器的尺寸小、質量輕； 在選擇脹縮機級數(shù)時要使機器消耗的功最小、排氣溫度應在條件許可的范圍內。機器質量輕、造價低，要使機器具有較高的熱效率，則級數(shù)越多越好，然而級數(shù)增多，則阻力損失增加，機器總效率反而降低，結構也更加復雜，造價更大大上升。 在無油潤滑壓機中密封元件采用潤滑材料，有些自潤滑材料的最適宜的工作溫度也有限制，例如聚四氟乙烯的工作溫度，不能超過 170（壓力越高則溫 度應控制的越低 )。在確定級數(shù)和各級壓力比時應考慮這一點。 因此必須根據(jù)壓縮機的額容量和工作特點，恰當?shù)倪x擇級數(shù)和壓力比。綜合各因素考慮，選擇二級壓縮。 結構參數(shù)選擇及影響 1 活塞行程與一級缸徑比 活塞行程與一級缸徑比 =S/壓縮機的一個重要結構參數(shù)，其值對壓縮機的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)表征了壓縮機外向和尺寸間的關系； (2)影響氣閥在汽缸上的安裝面積； 太原科技大學畢業(yè)設計 14 (3)影響相對余隙和重量； (4)影響壓縮機的工作過程。 現(xiàn)代壓縮機的值約處于 別高轉速機器值小至 活塞速度是隨曲軸轉角變化的，故常用活塞平均速度 vm=0 來表征活塞運動的快慢?；钊骄俣仁锹?lián)系機器結構尺寸和轉速的重要參數(shù)，對壓縮機的性能有很大影響。主要體現(xiàn)在以下方面 : (1)對壓縮機耐久性的影響； (2)對氣閥的影響。 3. 轉速 壓縮機的轉速不僅決定了壓縮機的幾何尺寸、重量、制造難易、機器的成本，而且還影響摩擦力、磨損、工作過程及動力特征，還會影響驅動機的經濟性及成本。 縮機的驅動機選擇 活塞式扭縮機的驅動包括驅動機和傳動裝置，本設計中擬采用電動機驅動這 是綜合考慮使用部門的動力裝置，壓縮機的功率和轉速、工作條件來選定電動機的型式。 縮機的轉速和行程的確定 轉速和行程的選取對機器的寸、質量、制造難易和成本有重大影響，并且還直接影響機器效率、壽命和動力特性。活塞式壓縮機設計中在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應考慮選擇適宜的活塞平均速度。因此 : (1)活塞平均速度的高低，對運動機件巾的摩擦和磨損具有直接的影響，對氣缸內的工作過程也很有影響。 (2)活塞速度過高氣閥在氣缸上難以得到足夠的安裝地基，所以氣閥管道中的阻力損失很大，功率的消耗及排氣溫度將會過 高，嚴重的影響壓縮機運轉的經濟性和使用的可靠性。 微型和小型 然較高轉速，但活塞平均速度卻較低。在一定的活塞速度下，活塞行程的選取與下列因素有關 : 太原科技大學畢業(yè)設計 15 (1)排氣量的大小 :排氣量大者行程應取得長些，反而則應短些。 (2)機器的結構型式 :考慮到壓縮機的使用和維護條件，對于立式、 W 型、扇型等結構，活塞行程不宜取得太長。 計要求及參數(shù) 已知：排氣量 氣壓力 (絕壓 ) 吸氣壓力 吸氣溫度 0 0 吸氣相對濕度 =1 相對余隙容積 .1 塞行程 S=180 壓縮機轉速 n=490r/三章 熱力計算 根據(jù)設計任務的要求進行壓縮機的熱力計算，一般已知容積流量與排氣壓力要確定壓縮機級數(shù)、各級熱力參數(shù)、各級工作容積大小、所需軸功率及相應的效率等；也可對己有機器進行復算性計算，根據(jù)已有的結構參數(shù)求取各熱力參數(shù)與功耗。計算方法是常規(guī)熱力計算。 正常性熱力 計算是指已知壓縮機吸入氣體的熱力參數(shù) (壓力、溫度、相對濕度等 )、容積流量、排氣壓力及其他一些條件 (使用中的一些要求 )，確定壓縮級數(shù)、工作容積、轉速、結構尺寸 (如往復壓縮機的氣缸直徑、行程等 )、功率和效率等。 已知條件： 油氣 石油氣的主要成分及體積百分含量 石油氣成分 234 積 %（ 吸氣溫 度： 160C 270C 太原科技大學畢業(yè)設計 16 吸氣壓力： 1p =： 2p =： =1 排氣量： _1.5 m 活塞行程 S=180 壓縮機轉速 n=1a =2a =絕熱指數(shù)： k 6. 連桿大小頭中心距離： L=450步確定各級名義壓力 查 文獻 1得總壓力比 t = 2p / 1p =照等壓比分配原則，有（ 1一 1 =2 =t= 為了提高 便減小機器的尺寸和重量， 取得較低。按（ 1 1 =（ t取 1 =級名義吸、排氣壓力及壓力比經調整后，列表如下 太原科技大學畢業(yè)設計 17 表 3級名義吸、排氣壓力及壓力比 級次 名義吸氣壓力1p 名義排氣壓力 2p 壓力比 = 2p / 1p I 算各級排氣溫度 確定絕熱指數(shù) k 查 文獻 1表 2： 1式 2k 8 5 3 1 以 k= 文獻 2式 2算各級名義排氣溫度1212 )( 列表 表 3級名義排氣溫度 級次 名義吸氣溫度1T 名義吸氣比 絕熱指數(shù) k 名義排氣溫度 2T C K C K 60 333 70 343 級可壓縮性系數(shù) 考慮實際氣體的影響時，各級可壓縮性系數(shù) 太原科技大學畢業(yè)設計 18 表 3級可壓縮性系數(shù) 級數(shù) 名義壓力2/名義溫度 K 臨界值 對比壓力 對比溫度 可壓縮性系數(shù) 1p 2p 1T 2T 12121 2 33 43 查 文獻 2圖 2通用化可壓縮性系數(shù) 圖 查 文獻 1表 2式 2出混合氣體的假臨界溫度和假臨界壓力，結果如下表： 表 3組分的臨界壓力和臨界溫度 氣體成分 2325 2 油氣的假臨界溫度： 假臨界壓力： 2/ 定各級的吸排氣系數(shù) 太原科技大學畢業(yè)設計 19 文獻 2表 2的各級膨脹過程指數(shù) 26.1( （m )126.1(級容積系數(shù)v=按式 22行計算： v=11)( 11221 =1+)=2 1 1)(11221 = 文獻 1得 1p=2p= 取 1T =2T =據(jù)設計條件和工藝過程可知021 o=1 第級無水析出 故1=1 由文獻 3附錄查的各級對應溫度下的飽和蒸汽壓0 C 270 C 由文獻 2若：121. 有水析出。 析出系數(shù)根據(jù)文獻 1式 pp pp = 泄漏系數(shù) l 由文獻 2式 2 氣閥不嚴密和關閉延遲 太原科技大學畢業(yè)設計 20 雙作用活塞環(huán) 于填料函的泄漏 x 表 3級各部位相對泄漏指及各泄漏系數(shù) 泄漏系數(shù) 各級各部位相對泄漏指及各泄漏系數(shù) 氣閥 塞環(huán) 料 0. 的相對泄漏 v 漏系數(shù)l 定各級氣缸行程容積 文獻 2式 2n 1 m 式 2 太原科技大學畢業(yè)設計 21 111111_. =0. 99 70. 99 5541. 2 5 9778 08x 0. m 定活塞桿直徑 步確定各級等溫功率 由文獻 1式 2 s 2 _ =x ()/理可得： sN=x ()/知 級等溫功率較大，所以軸功率也較大，按式 2得該列軸功率為 式中 sN 為等溫功率 查文獻 1表 2油氣壓縮機等溫效率 取 s = 故 N= 確定活塞桿直徑 根據(jù)最大軸功率值查文獻 1表 2步選取活塞桿直徑 d=70定各級氣缸的直徑 由文獻 2 2a）式 2h =20 7 =太原科技大學畢業(yè)設計 22 圓整取 601111h =20 7 =整取 D =270整后各級名義壓力及溫度 _*_1* n)42 =(2x )4/2 m 4 9 4222 z S =m 1x由文獻 2中公式 2x得 1*_*_ _* 按式 2 1x 1(_)1(_*_1*)1(_)1(_*_1 太原科技大學畢業(yè)設計 23 表 3正后各級名義壓力及壓力比 級次 計算行程容積 _( 際行程容積 _*( 3m 正系數(shù) x1 x 1 名義吸氣壓力 ( 2 x )/( 2 義排氣壓力 ( 11.5 = 1x )/( 2 正后的名義壓力比* 溫度 表 3正后各級的排氣溫度 級數(shù) 壓力比 * 氣溫度 1T （ K) 333 343 太原科技大學畢業(yè)設計 24 氣溫度 )(2 算活塞力 表 3缸內實際氣體吸排氣壓力 級 次 修正后名義壓力 )/( 2 相對壓力損失 （ %） s1d1氣缸內實際壓力 )/( 2氣缸內實際壓力比 1*p 2*p s d 表中 )1(1*ss ， )1(*2 dd s ， d 吸排氣相對壓力損失（平均值） 查文獻 2圖 2表 3列的活塞力