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1、活塞式压缩机的设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1 压缩机的作用及用途11.1.1 压缩机的作用11.1.2 压缩机的用途11.2 压缩机的国外发展历史11.2.2压缩机的国发展历史11.2.2压缩机的国外发展历史11.3 本次设计的介绍1第2章 压缩机的总体设计22.1 主机结构方案的选择22.1.1 结构型式的选择22.1.2 级数的选择及压力比分配32.1.3 列数的选择及气缸的排列42.2 主要结构参数的确定42.3 驱动机的选择5第3章 热力计算63.1 原始数据63.2热力计算63.2.1总名义压力比63.2.2各级压力比分配73.2.3各级名义压力
2、73.2.4各级排气温度83.2.5各级排气系数93.2.6各级气缸的行程容积113.2.7各级气缸直径123.2.8各级名义压力及温度修正123.2.9 活塞力143.3 复算排气量163.3.1 复算163.3.2 第一次复算183.3.3 复算排气量193.4压缩机功率203.4.1 指示功率203.4.2 轴功率213.4.3 电机功率213.4.4 电动机型号213.4.5 比功率22第4章 活塞组件设计234.1结构形式及选材234.2活塞的设计234.2.1设计计算244.3活塞环选材及设计274.3.1选材274.3.2设计计算284.4活塞杆选材及校核314.4.1选材314
3、.4.2稳定性校核314.4.3凸台比压校核334.4.4静强度和疲劳强度校核34第5章 连杆组件机械设计395.1结构型式及材料的确定395.1.1结构型式395.1.2材料405.2结构设计425.3强度校核465.4 连杆螺栓的设计525.4.1主要尺寸的确定525.4.2连杆螺栓的计算54第6章 压缩机主要零部件选型606.1 活塞组件606.2 气阀组件606.3 冷却系统606.4 润滑系统606.5 气量调节系统60第7章 结 论61参考文献62致 谢63 .专业.专注. 第1章 引 言1.1 压缩机的作用及用途1.1.1 压缩机的作用 压缩机是压缩气体提高气体的压力并输送气体的
4、机械。1.1.2 压缩机的用途压缩机的用途极为广泛，遍布工农业、交通运输、国防甚至生活的各个领域。按照气体被压缩的目的，大致可区分为如下四类：我国的压缩机设计制造技术也有了长足进步，在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平6。1.2 压缩机的国外发展历史1.2.2压缩机的国发展历史1.2.2压缩机的国外发展历史1.3 本次设计的介绍第2章 压缩机机组结构设计2.1主机结构设计2.1.1结构型式压缩机型式的基本特征是压缩机汽缸中心线的空间位置，按照汽缸中心线的位置，活塞式压缩机可分为立式、卧式与角式三大类，每种又可分为有十字头与无十字头两种，这些型式各有优缺点，适合于不同的场合。2.1.2级数
5、及气缸(1)压缩机的列数压缩机的列数是指气缸中心线数或连杆数，有单列与多列之分。从动力平衡的角度看，多列机可以得到较好的惯性力平衡性与切向力均匀性，所以机器转速可较高，基础也可较小；功率相同的机器，列数多者的活塞力小，运动机构就轻巧，而且每列串的级数较少，拆装也方便。但列数过多则结构复杂，易损件数量与泄露点增加，所以压缩机的列数是由机器的型式、排气量、级数与活塞力的大小等综合考虑要决定的。通常活塞力（222） 时，取24列；所以本设计取2列。级在列中的配置原则是指级在各列中以及在一个列中的排列次序，它是列数确定后对结构方案影响最大的因素。(2)级的配置原则应争取各列外止点时的最大活塞力的相等对
6、某一刻，这个要求可用运动机构利用系数来表示，系数接近1最好，这时活塞往返行程的最大活塞力接近，曲柄连杆机构的强度在往返行程中得到充分利用，从而机构重量轻，惯性力小，机械效率也高。而且由于往返行程的功耗相近，切向力也较均匀，飞轮也可作地小些。一列中配一级时，作成双作用缸时的较大。力求泄漏最小泄漏取决于密封压差、密封周长、间隙及润滑剂等，所以相邻两缸的级次应相近，以减少压差，降低泄露，高压级尽量设在盖侧，这样填料设在低压侧，所以泄露也可以减少。应注意降低流动损失和减少气流脉动同一级设有几个缸时，应让各缸的吸气和排气按时间错开，以减少级间管道与设备中的气流脉动。根据参考书1表1-3，选择压缩机的级数
7、为2级，每缸都是双作用。(3)气缸形式气缸是构成工作容积实现气体压缩的主要部件。在气缸设计时，除了考虑强度、刚度与制造外，还应注意以下几个问题：气缸的密封性、气缸壁面耐磨性以及气缸、填料的润滑性能要好。通流面积要大，弯道要少，以减少流动损失。余隙容积要小，以提高容积系数。冷却要好，以散逸压缩气体时产生的热量。进排气阀的阀腔应被冷却介质分别包围，以提高温度系数。应避免温差应力引起的开裂等。按冷却方式分，有风冷气缸与水冷气缸；按活塞在气缸中的作用方式分，有单作用、双作用及级差式气缸。本设计采用双作用水冷式气缸结构，其中第一级和第二级均为水平列，气缸轴线夹角和曲轴错角均为180，即对动式结构。2.1
8、.3参数的确定压缩机的主要结构参数是转速、活塞平均速度、活塞行程，它反映了机器的结构面貌和工作特征，三者的关系是 （2-1）式中：活塞平均速度，； 转速，； 活塞行程，。(1)转速设计压缩机时，同样的排气量，转速取得高，则机器的尺寸小，重量轻，并有可能与电机直联，占地面积小；电动机也是如此，同样功率的电机，转速高的尺寸小，价格也便宜，所以转速高的压缩机机组总的经济性好些，正因如此，现代压缩机的转速趋向于提高。但提高转速需克服一系列的设计、制造与材料方面的问题，如会使惯性力过大而引起机器振动加剧；转速过高会使易损件寿命降低，比如使活塞环、填料、十字头、连杆轴瓦等的磨损加快，特别是气阀阀片的寿命与
9、转速的提高成反比例降低；转速的提高还使气流通道与气阀中的阻力增加等。另外，若转速增加使得惯性力超过最大活塞力，则运动机构的设计将以最大惯性力为依据，这样的运动件，其强度在压缩机工作过程中得不到充分利用，机器笨重，浪费材料。根据参考书1表2-10，取压缩机的转速(2)活塞平均速度转速提高导致活塞平均速度提高，而活塞平均速度的增加又会使易损件的寿命低并增加摩擦功耗，这是因为提高则单位时间活塞环、十字头、填料等在单位时间的摩擦距离增加了；另一方面，活塞平均速度的提高还会导致气流通道的尤其是气阀的阻力增加，所以活塞的平均速度也有一个限值围；对于采用环状阀的压缩机，大型机取下限；对迷宫压缩机，为减少泄露
10、；聚四氟乙烯密封环压缩机考虑到活塞的寿命，超高压压缩机为了保证摩擦副的耐久性，；乙炔压缩机从安全考虑，。本设计。(3)活塞行程转速与活塞平均速度确定后，行程可由1式1-222确定，但还应考虑其他因素，如行程应按压缩机的三化标准取标准值；如要考虑压缩机的结构特点，立式及角度式机行程宜取得比卧式机小些，以免高度太大；另外，还有一个行程与第一级缸径比的取值问题；若取得太大，则机身较长而笨重；若取得过小，则活塞直径过大使活塞力太大，运动机构也将变得笨重，而且虽然气缸直径大、气阀安装方便，但过大又会使气缸接管安装空间减少，还影响到热交换与泄露等等。根据参考书1式1-222取。2.2辅助设备设计压缩机的辅
11、助设备包括，润滑、冷却、气量调节、管路与管路附件等，它们对压缩机的运行有十分重要的关系。2.2.1冷却系统活塞式压缩机冷却系统由中间冷却器、气缸和填料的水套、润滑油冷却器、后冷却器、水管路以及其他附件组成。(1)冷却系统的配置原则保证进入中间冷却器的水温，在系统中为最低；而气缸和填料水套的进水温度不应过低。风冷式压缩机，最冷空气要先进入冷却器，故多为吸风式。经济性好，即系统耗水量小，管路简单。运行时检视和调节水量方便。(2)冷却系统配置的基本方案本设计采用串联水冷系统。冷却水首先进入中间冷却器，然后依次进入气缸水套，最后经后冷却器排除。串联冷却系统适用于两级压缩机，三级以上不予应用。它的优点：
12、耗水量小，管路简单，检视和调节水量、水温的装置较少；缺点是：导管截面尺寸较大，安装不便，特别是各冷却部分不能单独调节，当密封性受破坏时，气体泄入冷却水中，无法检视其破坏位置。(3)冷却给水要求空气压缩机的给水压力一般在0.070.3Mpa之间，冷却给水量可按热力学进行计算，通常空气压缩机的冷却水的进口温度在10以上，在夏季，实际温差可能只有23，此时所需水量也大些。冷却水质应近中性，pH值应在6.59.0之间，悬浮物含量应小于等于100mg，当用循环系统供水时，水质的热稳定性应按工业循环冷却水处理设计规进行。在条件适合时，可用软化水复用或软化水循环使用。靠近江河水源方便，采用直流系统供水时，为
13、防止碳酸盐结垢，排水温度不应超过一定的值。(4)冷却器冷却器的结构一般有蛇管式、淋洒式、套管式及管壳式。本设计采用管壳式冷却器，该冷却器主要由筒体、封盖、芯子组成。芯子由一束胀接在两头管板上的换热管，折流管，旁路挡板，拉杆和定距管所组成。此类冷却器的冷却水一般是在管流动，而气体在管间流动。该冷却器结构简单，清洗方便。2.2.2润滑系统运动零件的摩擦表面需要润滑，当摩擦表面为非自润滑材料时，一般用液体作润滑剂，活塞式压缩机大多数零件的润滑就属于这种情况，这是本节要讨论的容。(1)活塞式压缩机润滑的目的降低摩擦功耗；减少零件磨损；冷却摩擦表面，防止烧伤咬死；清除摩擦面杂志和预防锈蚀等。另外，对气缸
14、与填料部位的润滑还有加强气缸工作容积密封的作用。(2)活塞式压缩机润滑的特点其润滑系统分为部润滑与外部润滑两部分，气缸与填料的润滑属于部润滑，气缸以外曲轴连杆等运动机构的润滑属于外部润滑。在部润滑中，润滑油与高温、高压的被压缩气体直接接触，需采用特殊的专用润滑油，如压缩机油、专用润滑油或其它专用油。外部润滑中，润滑油不与被压缩气体接触，可采用一般的机械油，当然也可采用压缩机油。小型无十字头压缩机中，运动部件与气缸用同一润滑油系统，共用部润滑用的润滑油压缩机油。外部系统润滑中，为起冷却冲洗作用，润滑油用量很大，是循环使用的。部润滑系统中，润滑油用量很小，是一次性使用，油以每分钟数滴速度，压力注入
15、气缸与填料，并被压缩气体带走。(3)部润滑气缸的润滑方式由于本设计的活塞环采用聚四氟乙烯材质，故气缸为自润滑。填料的润滑方式填料的润滑也属于部润滑，润滑的部位是活塞杆与填料的相互摩擦表面，它采用压力润滑，一个点配一个注油器，一般一个填料函设一个注油点。当气体压力大于50个大气压时，设置两个注油点。注油器填料用与气缸用的注油器是数个集装在一起统一驱动的，每个注油器均为一个真空滴油式柱塞泵。部润滑用油因为部润滑用油与被压缩的高温高压气体接触，所以对它的质量有一些特殊的要求。一般来说，空气压缩机部润滑采用压缩机油；其它气体压缩机则视气体性质或采用专用润滑剂或仍采用压缩机油。(4)空气压缩机对部润滑用油的基本要求在高温高
