1、畢 業(yè) 設(shè) 計學生姓名： 崔紅飛 學 號： 080503105 學 院： 機械電子工程學院 專 業(yè)： 過程裝備與控制工程 題 目： 2V-0.5/10型空氣壓縮機設(shè)計 指導教師： 任歐旭(講師) 評閱教師： 朱玉峰（教授） 2012年06月 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 中 文 摘 要壓縮機是非常重要的化工機械，屬于容積式壓縮機，在流體動力過程中應(yīng)用十分廣泛。本設(shè)計為對2V-0.5/10型壓縮機進行最優(yōu)化的計算和設(shè)計，在保證結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕的前提下，進行熱力學計算，動力學計算，零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計。總體結(jié)構(gòu)設(shè)計主要有結(jié)構(gòu)方案選擇、轉(zhuǎn)數(shù)的確定、氣閥的選擇、輪滑方式的選擇和驅(qū)動的確定。熱力學計算主要有確

2、定壓縮機的設(shè)計參數(shù)，結(jié)構(gòu)形式、行程、各級壓縮比的分配、實際壓縮比、熱力學四大系數(shù)及行程和氣缸直徑的確定等。動力學計算的主要任務(wù)是確定出飛輪矩和平衡慣性力，其目的是保證主軸轉(zhuǎn)動平穩(wěn)。零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容主要為一二級的氣缸、氣缸蓋及連桿、曲拐軸、油環(huán)、氣環(huán)和主要運動零部件的結(jié)構(gòu)示意圖。關(guān)鍵詞 壓縮機 結(jié)構(gòu)設(shè)計 熱力學 動力學 零件圖畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 外 文 摘 要Title The Design of 2V-0.5/10-type Air Compressor AbstractThe compressor is a very important chemical machinery, a

3、 positive displacement compressor is widely used in the process of fluid power. The design for the 2V-0.5/10 type compressor optimization calculation and design, the compact, light weight, thermodynamic calculations, and dynamics calculations, the structural design of components. The overall structu

4、ral design of the main structure of the program to select, the number of revolutions to determine the choice of the valve, skating Selection and driven. Thermodynamic calculations to determine the design parameters of the compressor, structural form, stroke, compression ratio distribution at all lev

5、els, the actual compression ratio, thermodynamics four coefficients and stroke and the cylinder diameter. Dynamics calculations, the main task is to determine the flywheel moment and balance the inertial force, which aims to ensure that spindle rotation smooth. Parts of the structure design mainly f

6、or two cylinders, cylinder heads and connecting rod, crank shaft, oil ring, gas ring, and the structure diagram of the main moving partsKey Words Compressor Structural design Kinetics Parts diagram 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 II 頁 共 頁目 錄1 緒論11.1 本設(shè)計的背景及意義11.2 本設(shè)計中的注意事項21.3 本設(shè)計的預(yù)期工作22總體結(jié)構(gòu)設(shè)計32.1 結(jié)構(gòu)方案選擇32.2 壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)的確定

7、52.3 氣閥的選取52.4 壓縮機輪滑方式的選擇52.5 壓縮機的驅(qū)動63 熱力學計算73.1 設(shè)計參數(shù)73.2 結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)確定73.3 行程的確定73.4 級數(shù)選擇、各級名義壓力比分配和實際壓力比83.5 各級排氣溫度103.6 各級氣體的可壓縮性系數(shù)103.7 各級熱力學系數(shù)103.8 各級氣缸的行程容積133.9 各級氣缸直徑143.10 圓整后各級名義壓力及溫度153.11計算活塞力163.12 計算軸功率184 壓縮機零部件設(shè)計204.1 活塞銷設(shè)計204.2 活塞設(shè)計214.3 曲軸設(shè)計244.4 連桿設(shè)計254.5 刮油環(huán)設(shè)計274.6 活塞環(huán)設(shè)計284.7 氣缸設(shè)計305

8、動力學計算325.1 動力學任務(wù)325.2 活塞組件質(zhì)量計算數(shù)據(jù)325.3 動力學作用力計算335.4 綜合活塞力計算及列的切向力圖繪制395.5 總切向力疊加及總切向力圖的繪制435.6 飛輪矩確定485.7 飛輪矩設(shè)計48結(jié) 束 語50致 謝51參 考 文 獻52 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 第 54 頁 共 52 頁1 緒論1.1 本設(shè)計的背景及意義壓縮機是用來提高氣體壓力和輸送氣體的，屬于將原動機的動力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w壓力能的工作機械。要實現(xiàn)壓縮機的連續(xù)運轉(zhuǎn)需要兩個條件：一是主機完成壓縮任務(wù)；二是輔機確保機械的運行安全。壓縮機的種類多、用途廣，有“通用機械”之稱。目前，除了活塞式壓縮機，其他各

9、類壓縮機機型，比如離心式、雙螺桿式、滾動轉(zhuǎn)子式和渦旋式等均被有效地開發(fā)和利用，為用戶在機型的選擇上提供了更多的可能性1。根據(jù) 2003 年，壓縮機行業(yè)協(xié)會單位 67 家企業(yè)的統(tǒng)計結(jié)果，壓縮機工業(yè)總產(chǎn)值(不變價)達 48 億元，且在大中型壓縮機中，空氣壓縮機占絕對主導地位。據(jù)不完全統(tǒng)計，2005 年國內(nèi)動力用壓縮機的生產(chǎn)銷售總量已經(jīng)達到 120 億元左右。圖 1.1 是從 1952年至 2003 年我國壓縮機年產(chǎn)量的變化2。全國壓縮機產(chǎn)量圖1.1 19522003 年全國壓縮機產(chǎn)量變化隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國的壓縮機設(shè)計制造技術(shù)也有了長足進步，在某些方面的技術(shù)水平也已經(jīng)達到國際先進水平。我國的壓

10、縮機專業(yè)高等教育學科已設(shè)置半個世紀，機械部門的壓縮機研究機構(gòu)也已面世50 年。尤其在改革開放后，壓縮機行業(yè)得到了快速發(fā)展，現(xiàn)已形成了人才培養(yǎng)、科學研究、產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計和制造的完善體系。除少數(shù)超高壓和特殊氣體壓縮機外，現(xiàn)有產(chǎn)品品種和數(shù)量基本滿足國民經(jīng)濟各部門的需要3。1.2 本設(shè)計中的注意事項壓縮機屬于單元過程機械，并都涵蓋在流體動力過程的涉及范疇內(nèi)。壓縮機的設(shè)計過程是遵循流體力學規(guī)律的過程，這其中要涉及到流體靜力學過程和流體動力學過程4。在壓縮機設(shè)計過程中要符合以下基本原則：（1）滿足用戶提出的排氣量，排氣壓力及有關(guān)有關(guān)使用條件的要求；（2）有足夠長的使用壽命，足夠高的使用可靠性；（3）有較高的

11、運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性（4）有良好的動力平衡型（5）維護檢修方便（6）盡可能采用新機構(gòu)，新技術(shù)，新材料；（7）制造工藝性良好（8）機器的尺寸小，重量輕。顯然上述原則是相互矛盾的5。因為，對于壓縮機設(shè)計者來說，重要的是根據(jù)壓縮機的用途，掌握其主要要求，在保證主要要求的前提下，盡量滿足其他要求。1.3 本設(shè)計的預(yù)期工作本課題的設(shè)計任務(wù)是在常溫下對空氣進行壓縮，進氣壓力為大氣壓，壓縮后排氣壓力為1.1MPa，排氣量不低于0.5 m3/min。為滿足設(shè)計和技術(shù)要求，綜合考慮，本設(shè)計采用V型兩級壓縮，有油淪滑，冷卻方式為風冷式。設(shè)計內(nèi)容包括進行總體方案和結(jié)構(gòu)設(shè)計，進行熱力學計算、動力學計算、飛輪設(shè)計、主要零部件結(jié)構(gòu)

12、設(shè)計及必要的強度校核計算、動平衡設(shè)計計算等。其中總體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面主要包括結(jié)構(gòu)方案選擇、氣缸排列形式、運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)選擇、級數(shù)選擇、壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)、行程的確定和驅(qū)動選擇；熱力學計算方面主要是通過各級排氣壓力、排氣溫度和各級排氣系數(shù)的計算來確定各級氣缸形成容積和氣缸直徑及活塞力和軸功率，從而選擇電機型號；零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計方面主要包括活塞組件的設(shè)計、曲軸結(jié)構(gòu)、連桿設(shè)計和氣缸的設(shè)計；動畫里學計算主要是計算各級平均切向力，然后根據(jù)不同方案級數(shù)的布置進行疊加計算總平均切向力，選擇最優(yōu)方案，確定飛輪距；飛輪設(shè)計主要包括根據(jù)及其允許的旋轉(zhuǎn)不均度、飛輪距的大小和冷卻所需風量，參照工廠圖紙進行尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計。 2 總體結(jié)

13、構(gòu)設(shè)計總體設(shè)計的基本步驟：（1）選擇結(jié)構(gòu)方案，主要參數(shù)，相應(yīng)的驅(qū)動方式和大體確定附屬設(shè)備布置。（2）壓縮機的技術(shù)經(jīng)濟性能指標是否先進，可否滿足使用要求根本取決于總體設(shè)計階段考慮的是否恰當?shù)取Ｈ绻紤]不當就會導致先天不足其消除時十分困難。故此，總體設(shè)計十分重要，故先要搜集國內(nèi)同類型或相近的資料，進行研究比較提出合理方案，再進行熱力學計算，動力計算，初步選擇主要零件的尺寸，在分析研究的基礎(chǔ)上選出最符合要求的方案，最后繪出縱橫剖面圖和外形布置圖等盡量清楚明了。2.1 結(jié)構(gòu)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)以及各級氣缸在列中的排列和各列間曲柄錯角的排列。(1)機器的型

14、式。無特殊說明機器的型式均是帶十字頭的對稱平街型壓縮機。(2)級數(shù)的選擇和各級壓力比的分配原則。工業(yè)用的氣體，有時需要較高的壓力，需采取多級壓縮。在選擇壓縮機的級數(shù)時，一般應(yīng)遵循下列原則：使壓縮機消耗的功最小、排氣溫度應(yīng)在使用條件許可的范圍內(nèi)、機器重量輕、造價低。要使機器具有較高的熱效率，則級數(shù)越多越好(各級壓力比越小越好)。然而級數(shù)增多，則阻力損失增加，機器總效率反而降低，結(jié)構(gòu)也更加復雜，造價便大大上升。因此。必須根據(jù)壓縮機的容量和工作特點，恰當?shù)剡x擇所需的級數(shù)和各級壓力比。(3)各級氣缸在列中的排列。在活塞式壓縮機中，一個連桿所對應(yīng)的氣缸活塞組即為一列6。壓縮機按列數(shù)的多少分成單列和多列兩

15、類。對稱平衡型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機，而且列數(shù)通常是偶數(shù)。各級氣缸的排列應(yīng)根據(jù)下述原則進行：要求各列往返止點的活塞力相等；盡可能使氣體的內(nèi)泄漏和外泄漏盡可能小；應(yīng)該使得級間設(shè)備和管道得到較有利的布置，以便降低流動阻力損失和減小氣流脈動；要使氣缸、活塞和氣閥的裝拆方便。2.1.1 氣缸排列形式壓縮機氣缸的排列多種多樣：臥式、立式、L型、V型、W型、星型和對稱平衡型7。臥式及對稱平衡型壓縮機較多用于大、中型壓縮機；立式僅用于中小型且中型壓縮機主要用于無油淪滑；L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機適用于中小型和微型。L型、V型、W型、星型等角度式壓縮機共同優(yōu)點：本設(shè)計屬于微型壓縮機常規(guī)設(shè)計，考慮設(shè)計

16、參數(shù)和市場現(xiàn)狀選用V型結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)中相鄰氣缸中心線可以選擇90、75、60等，其中以90平衡最佳，兩級往復質(zhì)量相等，一階往復慣性力合力為定值，且始終處于曲柄方向，因此可以在曲柄相反方向用裝平衡重的方法來平衡。當兩列不為90時，用裝平衡重的方法只能平衡掉一階往復慣性力合力的一部分。在這種情況下往復慣性力合力的方向與曲柄方向是不一致的8。故本設(shè)計采用氣缸夾角為90。2.1.2 運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)活塞式壓縮機的運動機構(gòu)有：無十字頭和有十字頭兩種。無十字頭結(jié)構(gòu)簡單緊湊及其高度較低，相應(yīng)的機器重量較輕，一般不需要專門的淪滑機構(gòu)。但是只能做成單作用缸，氣體泄漏量較大，氣缸工作表面所受側(cè)向力較大，因而活塞易磨損

17、，另外，氣缸中的淪滑油量也不好控制。其一般只用于立式、V型、W型和扇形結(jié)構(gòu)。當壓縮機功率大于（120150）kW 時，無十字頭壓縮機重量超過有十字頭，而結(jié)構(gòu)也較復雜。因此，無十字頭壓縮機只在小功率范圍內(nèi)使用。小型壓縮機注重緊湊便于搬動，多選用無十字頭運動機構(gòu)。帶十字頭的特點有：工作表面不承受連桿帶來的側(cè)壓力，所以氣缸與活塞間摩擦和磨損較小，從分利用氣缸容積，輪滑油易于控制，可以設(shè)置填料函，故氣體泄漏量較小。但是機械結(jié)構(gòu)復雜，高度和重量也增加。特別是工藝流程的壓縮機，要求機械長期運轉(zhuǎn)，所以多用帶十字頭的壓縮機。我國固定式動力用空壓機，排量在（10100）m3/min動率在（60630）kW之間時

18、用帶十字頭結(jié)構(gòu)。化工石油部門工藝流程中使用都是帶十字頭的9。本設(shè)計為功率較小的V型空氣壓縮及設(shè)計，考慮到以上因素采用無十字頭的運動機構(gòu)。2.1.3 級數(shù)選擇及各級壓力比分配工業(yè)用氣體有較高的壓力，多采用多級壓縮，這樣可以降低排氣溫度，提高氣缸容積系數(shù)，降低作用在活塞上的活塞力也節(jié)省功率消耗。選擇級數(shù)的一般原則是：節(jié)省功率，機器結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕成本低及操作維修方便，有時主要是滿足工藝流程上的特殊要求，例如排氣溫度不得超過允許值，某級間壓力符合工藝上對中間抽氣壓力的要求等。對不同的壓縮機，選擇級數(shù)的原則各有側(cè)重，例如化工上常用的大、中型壓縮機，首先是以省功和運轉(zhuǎn)可靠為第一要求，同時排氣溫度不應(yīng)過高

19、，一般級壓力比均取在24之間。間歇使用的小型壓縮機，其基本要求則是機器結(jié)構(gòu)簡單緊湊、質(zhì)量輕及成本低，而功耗卻處于次要地位，所以這種壓縮機可適當提高級的壓力比以減少級數(shù)。對于易燃、易爆等特殊氣體及無油潤滑的壓縮機，級數(shù)選擇主要是受排氣溫度的限制，再兼顧其他原則10本設(shè)計為2V-0.5/10壓縮機，根據(jù)市場常用壓縮機形式與宜采用的級數(shù)關(guān)系，選擇級數(shù)為二級。對于壓縮比的分配，則以省功為主。研究表明，兩級壓縮當其兩級壓縮比相等時可獲得最小指示功，則此壓縮比即為省功的最佳壓力比，但是，實際壓縮存在損失余隙影響有熱交換及回冷不完善等情況，故實際上最佳壓力比分配并不是等壓縮比分配，但各級名義壓縮比的乘積仍等

20、于總壓縮比即： （2.1）2.1.4 列數(shù)的選擇活塞式壓縮機的一個連桿所對應(yīng)的氣缸活塞組即為一列。壓縮機按列數(shù)的多少分成單列和多列兩類，其列數(shù)的選擇主要取決于排氣量、排氣壓力、機器的型式和級數(shù)。立式結(jié)構(gòu)和臥式結(jié)構(gòu)可以制成單列和多列壓縮機；對稱平衡型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機，且列數(shù)通常是偶數(shù)；對置型結(jié)構(gòu)卻制成多列壓縮機。V型結(jié)構(gòu)只能制成多列壓縮機。各級氣缸的排列應(yīng)根據(jù)下述原則進行：要求各列往返止點的活塞力相等；盡可能使氣體的內(nèi)泄漏和外泄漏盡可能小；應(yīng)該使得級間設(shè)備和管道得到較有利的布置，以便降低流動阻力損失和減小氣流脈動；要使氣缸、活塞和氣閥的裝拆方便。本設(shè)計采用V型結(jié)構(gòu)，多列壓縮機單重V型結(jié)構(gòu)。

21、2.2 壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)的確定轉(zhuǎn)數(shù)和行程的選取對機器的尺寸、制造難易和成本有重大影響，并且還直接影響機器的效率、壽命和動力特性。轉(zhuǎn)數(shù)、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下： (2.2)式中: 活塞平均速度(m/s)；n壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)(r/min)； S活塞行程(m)。壓縮機按其轉(zhuǎn)速可以分為低速、中速和高速三種。雖然單從轉(zhuǎn)速出發(fā)而不顧及壓縮機的尺寸大小來衡量其高速性是不全面的，因而需要依據(jù)一些原則，但由于設(shè)計的為微型壓縮機，為是結(jié)構(gòu)緊湊，只能采取較小行程，較高轉(zhuǎn)數(shù)，但活塞平均速度較低，近代壓縮機的轉(zhuǎn)速通常在以下范圍：微型和小型（10003000）r/min；中型（5001000）r/min；大型（250500）

22、r/min。綜合考慮壓縮機轉(zhuǎn)速取 n=1000 r/min.2.3 氣閥的選取氣閥是活塞式壓縮機的重要部件之一，它的工作直接關(guān)系到壓縮機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性和可靠性，對氣閥的基本要求如下：(1)使用壽命長(只閥片和彈簧的壽命長)；(2)氣體通過氣閥時能量損失小；(3)氣閥關(guān)閉時具有良好的密封性；(4)閥片起、閉動作及時和迅速，且需完全開啟；(5)氣閥所引起的余隙容積要小；(6) 還要求結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，舌簧閥故綜合考慮壓縮機氣閥選用舌簧閥。2.4 壓縮機輪滑方式的選擇機器進行淪滑的主要目的如下：（1）減小摩擦功率，降低壓縮機功率消耗（2）減少潤滑部分磨損，延長零件壽命（3）潤滑劑有冷卻作用可以到走摩

23、擦熱，是零件溫度不過高，防止?jié)櫥课灰罒齻?）做潤滑即使有防止零件生銹的作用。按氣缸是否用油潤滑，可分為有潤滑和無油潤滑兩種（1）無油潤滑的特征為由氣缸、缸體、氣缸蓋、連桿、曲軸等組成，采用自潤滑材料制成，不用添加潤滑油排除氣體不含油污，使壓縮機的工作環(huán)境更加廣泛，適用于一切需要高凈化行業(yè)中。（2）有油潤滑大體又可分為兩種：飛濺式和壓力潤滑。飛濺潤滑多用于小型無十字頭壓縮機中，其特點是氣缸和運動部件的潤滑面都靠裝在連桿上的甩桿油，將油甩起飛濺到潤滑部位，氣缸和運動部件的潤滑劑只能采用一種潤滑油，氣缸內(nèi)帶油量較大。壓力輪滑多用于大、中型帶十字頭的壓縮機。因為本壓縮機為微型壓縮機，小成本故采用

24、有油潤滑中的飛濺潤滑。2.5 壓縮機的驅(qū)動活塞式壓縮機的驅(qū)動包括驅(qū)動機和傳動裝置。驅(qū)動方式與壓縮機的結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)的選擇有著密切的關(guān)系，在選擇壓縮機結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)時，應(yīng)該同時考慮驅(qū)動方式的選擇。活塞式壓縮機驅(qū)動機可分三類；(1)電動機，比如異步交流電動機或同步交流電動機；(2)活塞式發(fā)動機，比如內(nèi)燃機或蒸汽機；(3)旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機，比如燃氣輪機或蒸汽輪機。在活塞式壓縮機中，用很最普遍的是電動機驅(qū)動。這里根據(jù)活塞式壓縮機的軸功率來選取電動機，傳動裝置為三角帶傳動。3 熱力學計算3.1 設(shè)計參數(shù)熱力學計算的任務(wù)：根據(jù)氣體壓力、容積和溫度之間存在的熱力學關(guān)系，結(jié)合壓縮機的具體特性和使用要求確定

25、壓縮機的結(jié)構(gòu)型式及合理的熱力參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)。3.2 結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)確定結(jié)構(gòu)型式：V型壓縮機結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)示意圖見圖3.1和圖3.2。 圖3.1 V型壓縮機 V型兩級壓縮圖3.2 V型壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖3.3 行程的確定轉(zhuǎn)數(shù)、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下： （3.1）式中: Cm活塞平均速度 m/s； n 壓縮機轉(zhuǎn)數(shù) 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)考慮選擇適宜的活塞平均速度，一般說來，微型和小型壓縮機，為使結(jié)構(gòu)緊湊，而只能采用較小行程，雖有較高轉(zhuǎn)數(shù)，但活塞平均速度卻較低，只有2m/s左右。個別小型壓縮機由于氣閥結(jié)構(gòu)改進，也可高達6m/s 。在一定的活

26、塞速度下，活塞行程的選取，與下列因素有關(guān)：1 氣量的大小2 機器的結(jié)構(gòu)型式3 氣缸的結(jié)構(gòu)。在常壓進氣時，一般當轉(zhuǎn)速低于500r/min時，=0.40.7（D1為級氣缸直徑）；轉(zhuǎn)速高于500r/min時，=0.320.45。現(xiàn)代活塞式壓縮機的行程與活塞力之間，按統(tǒng)計與分析，有下列關(guān)系： S=A （3.2）式中: P活塞力， N； 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。選擇壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)時，通常應(yīng)遵循慣性力不超過活塞力原則（因為運動部件的強度是按活塞力來計算的）。一般說來，活塞力較大的機器，轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)較低，此外，由于各種結(jié)構(gòu)的壓縮機的動力平衡性不同，

27、所以轉(zhuǎn)數(shù)也會有區(qū)別。壓縮機與驅(qū)動機相連時，應(yīng)參照驅(qū)動機的額定轉(zhuǎn)數(shù)。近代壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)n通常在下列范圍：微型和小型： 1000r/min3000r/min中型： 500r/min1000r/min大型： 250r/min500r/min 由于選取轉(zhuǎn)速為1000 r/min可得出壓縮機的活塞平均轉(zhuǎn)速，根據(jù)以上要求，行程確定如下：行程：s=0.065m3.4 級數(shù)選擇、各級名義壓力比分配和實際壓力比根據(jù)已知的進、排氣壓力，初步確定名義壓力比10。 (3.3)式中： 各級名義壓力比；排氣壓力，MPa；進氣壓力，MPa。上述結(jié)果是按假設(shè)的理想情況得到的。實際壓縮機存在壓力損失、余隙影響、有熱交換及回冷不完

28、善等情況，另外，氣缸直徑圓整也會引起壓力再分配，故實際上各級的壓力比分配并不是等壓力比分配。在確定各級壓力比的分配時往往還需要考慮其他一些因素，例如第I級常取較小的壓力比，以增大第I級的容積系數(shù)，目的是確保進氣量。最末一級也常取較小的壓力比，以防止在氣量調(diào)節(jié)時，末級壓力比可能增大到超過一般允許值，造成末級超溫。由于本設(shè)計為兩級壓縮，以側(cè)重防止第二級超溫為前提。考慮到風冷效果不如水冷，為降低中冷負擔，將一級壓力比適當調(diào)低，通過減小一級排氣溫度來間接降低二級排氣溫度，已達到緩解中冷負擔的目的，故此，一級壓力比應(yīng)做調(diào)整為：=（0.900.95）適當選取計算為=0.953.32 =3.154則：=3.

29、1540.1=0.3154= =3.488調(diào)整后，各級名義進、排氣壓力比列于表3.1：表3.1 名義壓力比級數(shù)名義進氣壓力p1（MPa）名義排氣壓力p2（MPa）名義壓力比0.10.31540.31541.13.1543.488各級的實際吸氣壓力按下式計算： （3.4）各級的實際排氣壓力按下式計算： （3.5）考慮相對壓力損失，查參考文獻相對壓力損失圖。查得各級相對壓力損失數(shù)據(jù)，計算各級實際吸、排氣壓力和壓力比如下表3.2：級數(shù)p1(MPa)p2（MPa）sdps(MPa)pd(MPa)級0.10.31540.050.0780.0950.34003.58級0.31541.10.0380.058

30、0.30341.16383.84表3.2 各級實際吸排氣壓力和實際壓力比3.5 各級排氣溫度根據(jù)下式，計算各級的排氣溫度： (3.6)式中： 各級排氣溫度，K； 各級進氣溫度，K； n 絕熱壓縮過程指數(shù)。在實際壓縮過程中，對微、小型壓縮機，各級氣體的等熵指數(shù)近似取標準狀態(tài)下的（雙原子），此處根據(jù)經(jīng)驗取值n=0.95和k=1.33。將計算結(jié)果列于下表3.3。表3.3 各級名義排氣溫度級數(shù)名義進氣溫度Ts名義壓力比壓縮指數(shù)n名義排氣溫度TdKK20352933083.1543.4881.331.331.3351.359118.2145.6391.2418.63.6 各級氣體的可壓縮性系數(shù)根據(jù)空氣的

31、氣體性質(zhì)，查空氣的出臨界壓力和臨界溫度值，根據(jù)已求得的吸、排氣溫度和進、排氣壓力，且已知當壓力不高時，空氣可作為理想氣體處理。壓縮性系數(shù)均可取為1。3.7 各級熱力學系數(shù)3.7.1 容積系數(shù)容積系數(shù)可按下式進行計算： (3.7)式中： 容積系數(shù)； 壓力比； 相對余隙容積； m 膨脹指數(shù)。值的大小取決于氣閥在氣缸上的布置方式、壓縮的級次和氣閥的結(jié)構(gòu)形式以及同一級次氣缸行程與缸徑之比值等等，一般值在下列范圍內(nèi)：低壓級=0.070.12，中壓級0.090.14，高壓級0.110.16。在選擇時，應(yīng)該考慮到：（1） 在相同的活塞線速度和排氣量情況下，高速短行程壓縮機的相對余隙容積，要比低轉(zhuǎn)速長行程壓縮

32、機的相對余隙容積大。（2） 氣閥在氣缸上的布置方式不同，相對余隙容積不同。氣閥布置在氣缸端面上的相對余隙容積較小，氣閥徑向布置在氣缸上的相對余隙容積較大。（3） 各類型氣閥，在安裝直徑相同時，具有不同的余隙容積。（4） 一般直徑大的氣缸具有較小的相對余隙容積。膨脹過程指數(shù)m愈小，膨脹所占體積愈大，容積系數(shù)愈小。膨脹過程指數(shù)的大小除與氣體性質(zhì)有關(guān)外，主要取決于余隙氣體在膨脹過程中與缸壁的熱交換情況。當氣體得到的熱量多時，膨脹過程趨于等溫過程，m較小，就小。若得到的熱量少，則膨脹過程趨于絕熱過程，m趨于k，這時變大。對于空氣冷卻式壓縮機，因為受冷風溫度的限制，不可能將氣體冷卻到一級進氣溫度，導致回

33、冷不完善。因此，其脹過程指數(shù)m值接近于1。另外，m值還隨氣體性質(zhì)的差異有所不同，膨脹過程指數(shù)m可根據(jù)進氣壓力由表3.4來確定。表3.4 不同進氣壓力下的膨脹過程指數(shù)m值進氣壓力（MPa）等熵指數(shù)kk=1.40.15m=1+0.5(k-1)1.200.150.4m=1+0.62(k-1)1.250.41m=1+0.75(k-1)1.3013m=1+0.88(k-1)1.353m=k1.40按照表3.4計算各級膨脹過程指數(shù)： m1 = 1+0.5（k-1）= 1+0.5(1.4-1) = 1.2m2= 1+0.62（k-1）= 1+0.62(1.4-1) = 1.248由于采用舌簧閥，根據(jù)以上推薦

34、，選擇一級和二級的相對余隙容積分別為：于是，各級的容積系數(shù)分別為：= = 1-0.034(-1)= 0.996=1-0.035(-1)=0.93973.7.2 壓力系數(shù)在同一個進氣容積下，氣體壓力愈低，則其中的氣體質(zhì)量愈少，氣體經(jīng)過進氣閥需克服氣閥彈簧力、氣閥通道阻力等，故進入氣缸后壓力下降。因而對進氣過程來說，進氣時壓力的下降，等于損失了進氣量，所以可認為壓力系數(shù)=表示了由于壓力降低使氣量減小的程度。按經(jīng)驗0.950.98。因此，取值如下：=0.96 =0.97。3.7.3 溫度系數(shù)溫度系數(shù)表示進入氣缸的氣體由于吸熱體積膨脹而使進氣量減少的程度。的大小取決于氣體吸熱的多少，吸熱愈多愈小。影響

35、熱交換的因素很多，即有：(1)壓力比；(2)氣體的性質(zhì)；(3)氣缸的冷卻程度11。值可從參考文獻中查取。并根據(jù)經(jīng)驗推薦范圍=0.950.98，選擇溫度系數(shù)如下：=0.96=0.953.7.4 泄漏系數(shù)（1）外泄漏 多級壓縮機填料函的泄漏都是外泄漏，而且為了保證一定的排氣量，經(jīng)第一級開始到發(fā)生填料函泄漏的所在級為止所有氣缸都必須加大，以彌補這種外泄漏的損失，另外氣閥的泄漏對于本級而言屬于外泄漏（2）內(nèi)泄漏 多級壓縮機中常有部分氣體由高壓級通過活塞環(huán)泄漏到低壓級或級間導管中（但不是漏到第一級或一級入口），在以后的工作循環(huán)中又從該低壓依次被壓向高壓級，這種在壓縮機內(nèi)部進行循環(huán)流動的泄露屬于內(nèi)泄漏。這

36、種內(nèi)泄漏不影響壓縮機的進氣量和排氣量，但是影響循環(huán)流動所涉及的各個級的進入氣量和排出氣量，并且使級間壓力的分布發(fā)生變化，壓縮機的功耗也有所增加。影響多級往復活塞式壓縮機各級氣缸泄漏系數(shù)的因素有（1）各級相對泄漏點的個數(shù)，（2）內(nèi)、外泄漏的路線，（3）每個泄漏點兩側(cè)的壓差。對于通過活塞環(huán)的泄漏還應(yīng)考慮是全循環(huán)泄漏還是半循環(huán)泄漏等，然后選取各種相對泄漏值。因此，可參照以下原則選擇：（1）大直徑氣缸，取大些，小直徑氣缸取小些；（2）有油潤滑壓縮機，取大些，無油潤滑時，取小些；（3）高轉(zhuǎn)速壓縮機，取大些，低轉(zhuǎn)速壓縮機取小些；（4）壓力高或高壓級，取小些，相反時可取大些。參照以上原則，結(jié)合經(jīng)驗取值范圍選

37、擇溫度系數(shù)如下： =0.94 =0.933.7.5排氣系數(shù)排氣系數(shù)是容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù)和泄漏系數(shù)幾個系數(shù)的總稱，可根據(jù)公式3.11算出： （3.11）則= 0.996 0.96 0.96 0.94 = 0.863= 0.9397 0.97 0.94 0.93 = 0.8053.8 各級氣缸的行程容積3.8.1 壓縮機的排氣量在壓縮機排氣端測得的單位時間內(nèi)排出的氣體容積值，換算到壓縮機吸氣條件下的數(shù)值稱為排氣量。排氣量用表示，其單位為m3/min。計算行程容積時涉及到兩大系數(shù)。3.8.2 凝析系數(shù)(1)凝析的產(chǎn)生 壓縮的氣體中如含有一定量的水蒸汽，這種氣體就為濕氣體。當濕氣體中的水汽分

38、壓大于該溫度下的水汽飽和壓力時，便會有一部分水汽凝結(jié)成水然后在液汽分離器中分離析出，即所謂凝析。凝析出的水量正是過飽和的那部分水汽量。這種水汽的凝析常稱為水析 12。(2)水析的條件 根據(jù)前面所述水析的原理，如第I級排出的氣體經(jīng)冷卻后有水汽冷凝析出，則應(yīng)存在以下關(guān)系式： (3.8)式中：I級進氣的相對濕度，它的定義是：=； (3.9) 式中： 、I級、級進氣溫度下的飽和水蒸汽壓； I級的名義壓力比。如果計算結(jié)果滿足，則表明從I級排出的氣體經(jīng)冷卻后并無水汽析出。所以上式就是判別氣體中有無析水的判別式。（3）凝析系數(shù)的計算用公式3.10計算凝析系數(shù)： （3.10）式中： 、I級及k級的進氣壓力，P

39、a；、I級及k級進氣溫度下的飽和蒸汽壓，Pa；、I級及k級進氣的相對濕度。根據(jù)已知條件查出飽和蒸汽壓=2.337，=7.375。根據(jù)空氣焓濕圖得I級相對濕度=0.65先根據(jù)式3.10來判定有無水析出：I級無析水問題： 級： 0.65 2.337 0.3154 0.1 = 4.7911 7.375 級亦無水析出；因此：= 1。3.8.3 抽（加）氣系數(shù)抽（加）氣系數(shù)通常針對大中型工藝壓縮機而言。小型壓縮機一般無無抽（加）氣問題，所以，取壓縮機的抽（加）氣系數(shù)：由于沒有抽（加）氣過程的存在所以：= = 13.8.4 行程容積各級的行程容積，按下式3.12計算： （3.12）計算、得：= =0.00

40、05974 /次= =0.000207 /次3.9 各級氣缸直徑根據(jù)氣缸直徑和行程的關(guān)系由下式來計算氣缸直徑： m （3.13）根據(jù)已知的結(jié)構(gòu)參數(shù)，各級氣缸直徑為：= = 0.1082 m= = 0.0637 m按照表3.6進行圓整，經(jīng)圓整后：= 110 mm= 65 mm3.10 圓整后各級名義壓力及溫度3.10.1 確定圓整后各級的實際行程容積利用公式3.13，導出公式3.14： = /次 （3.14）按照上式計算圓整后各級的實際行程容積：= =0.000617 /次= = 0.000216 /次3.10.2 各級壓力修正系數(shù)按下式計算： （3.15）按照上式計算壓力修正系數(shù)：一級吸氣壓力

41、無需修正二級吸氣壓力修正系數(shù)=0.9903.10.3 修正后各級名義壓力及壓力比計算結(jié)果見表3.5。表3.5 修正后各級名義壓力及壓力比級 次計算行程容積，0.00059740.000207實際行程容積，0.0006170.000216 修正系數(shù)10.9900.990名義進氣壓力0.10.31540.10.31225名義排氣壓力0.31541.10.312251.1修正后的名義壓力比3.12253.5228表3.6 氣缸直徑93.10.4 修正后各級排氣溫度計算結(jié)果列于表3.7中。表3.7 修正后的各級排氣溫度級次進氣溫度，K壓力比絕熱指數(shù)n排氣溫度，K2933083.12253.52281.

42、331.331.3261.367388.5421.13.11計算活塞力3.11.1計算氣缸內(nèi)進、排氣過程的平均壓力氣缸實際壓力及壓力比要根據(jù)修正后的名義壓力查詢對應(yīng)的相對壓力損失，相對壓力損失根據(jù)資料查詢得：一級相對壓力損失為 = 5%， = 7.8% ；二級的相對壓力損失為 = 3.8%， = 5.8% 。根據(jù)相對壓力損失計算實際氣缸內(nèi)實際壓力及壓力比，列于表3.8。3.11.2 計算各列活塞力計算各列活塞所承受的活塞力要根據(jù)氣缸內(nèi)的實際壓力和活塞的工作面積，活塞工作面積根據(jù)3.16式計算：對于小型壓縮機，活塞工作面積為： （3.16）式中： 軸側(cè)活塞工作面積，； 蓋側(cè)活塞工作面積，； D氣

43、缸直徑，m。一級氣缸工作面積： 二級氣缸工作面積： 計算各列活塞力，并將計算結(jié)果列于表3.9。表3.8 實際壓力及壓力比級次修正后名義壓力（MPa）相對壓力損失（%）1-1+氣缸內(nèi)實際氣體壓力實際壓力比0.10.312250.312251.153.87.85.80.950.9681.0781.0580.0950.302260.33661.1633.54323.8477表3.9 各列活塞力級次內(nèi)止點活塞力（MPa）外止點活塞力（MPa）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（-）軸側(cè)（+）蓋側(cè)（-）0.10.00950.000950.0950.00950.0009030.10.00950.000950.33660.00

44、950.0032=80 =0.02kN=6330N=-2.25 kN0.10.0033170.00033170.302260.0033170.00100.10.0033170.0003171.1630.0033170.0039 =-0.6683 kN=3.6 kN3.12 計算軸功率3.12.1 計算各級指示功率及總指示功率按式3.17： （3.17）式中： 指示功率，kW； k等熵系數(shù)； Z壓縮性系數(shù)。多級壓縮機指示功率為各級指示功率之總和。= 1.43564 + 1.6106 = 3.04624 kW3.12.2 壓縮機軸功率驅(qū)動機傳約壓縮機主軸的功率稱為軸功率，軸功率計算為： (3.18

45、)式中： 軸功率，kW； 機械效率，%；根據(jù)已有機器的統(tǒng)計：小微型不帶十字頭的壓縮機 0.850.92取0.90。 kW 3.12.3 所需電機功率對于中、小型壓縮機，如在驅(qū)動機和壓縮機間有傳動裝置(如皮帶、齒輪等)時，驅(qū)動機的的輸出功率要考慮附加的傳動損失，則驅(qū)動機功率為： （3.19）式中的為傳動效率，一般對皮帶傳動取=0.960.99，三角皮帶傳動取下限；取=0.96一般驅(qū)動機還應(yīng)留有5%15的儲備功率以防止壓縮機運轉(zhuǎn)時常會因工況的變化、冷卻的惡化等引起功耗增加而造成驅(qū)動機負荷超過正常工作的需要，所以驅(qū)動機的名義功率應(yīng)為： （3.20）計算出驅(qū)動機的名義功率后，可據(jù)此選取合適的驅(qū)動機規(guī)格

46、13。選安全裕度為10%，則：= 3.89 kW據(jù)此選取電機規(guī)格為：Y132M1-6電機額定功率為：4 kW；電機轉(zhuǎn)速為：1000 r/min；滿載轉(zhuǎn)速為：960 r/min。4 壓縮機零部件設(shè)計4.1 活塞銷設(shè)計4.1.1 活塞銷的結(jié)構(gòu)形式及選材活塞銷要有足夠的強度和剛度為連接了活塞和連桿，承受連桿的重量和連桿作用在活塞銷的力。綜合考慮選擇20Cr。4.1.2 活塞銷主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定活塞銷的計算尺寸如圖4.1所示。(1) 活塞銷的直徑d (4.1)式中： d活塞銷直徑，mm； l0連桿小軸襯套寬度，l0 =(1.11.4) d mm k2活塞銷許用比壓，活塞力始終在一個方向時，k2(120150)105 Pa；活塞力的方向有變化時，k2(150250)