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文檔簡(jiǎn)介

1、學(xué)號(hào):畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 v6/10空氣往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)院專業(yè)班級(jí) 機(jī)械系校內(nèi)指導(dǎo)教師專業(yè)技術(shù)職務(wù)校外指導(dǎo)老師專業(yè)技術(shù)職務(wù)二o五年三月v-6/10空氣往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)計(jì)摘要:往復(fù)式壓縮機(jī)是工業(yè)上使用量大、面廣的一種通用機(jī)械。v型壓縮機(jī)是往復(fù)活塞 式壓縮機(jī)的一種,屬于容積式壓縮機(jī),是利用活塞在氣缸中運(yùn)動(dòng)對(duì)氣體進(jìn)行擠壓,使氣 體壓力提高。熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算是壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算中基木,又是最重要的一項(xiàng)工作,根據(jù)任務(wù) 書提供的介質(zhì)、氣量、壓力等參數(shù)要求,經(jīng)過計(jì)算得到壓縮機(jī)的相關(guān)參數(shù),如級(jí)數(shù)、列 數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等,經(jīng)過動(dòng)力計(jì)算得到活塞式壓縮機(jī)的受力情況?;钊綁嚎s機(jī) 熱力計(jì)算、動(dòng)力計(jì)算的結(jié)果將為各

2、部件圖形以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)提供原始數(shù)據(jù),其計(jì)算結(jié)果的 精確程度體現(xiàn)了壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)水平。研究工作目的是為了使v型壓縮機(jī)具有更好的機(jī)械性能,提高機(jī)械效率,減小能耗, 延長(zhǎng)使用壽命。通過壓縮機(jī)動(dòng)力的計(jì)算,機(jī)組、構(gòu)件尺寸的不斷修改,對(duì)以往壓縮機(jī)出 現(xiàn)的常見故障進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn),比如:排氣量不足;氣缸、活塞、活塞環(huán)磨損嚴(yán)重、超 差、使有關(guān)間隙增大,泄漏量增大,影響到了排氣量;不正常響聲等一系列的問題進(jìn)行 改進(jìn)。最終設(shè)計(jì)出這一款滿足用戶要求,體積小、工作效率高、使用壽命長(zhǎng)的v-6/10 空氣往復(fù)壓縮機(jī)。關(guān)鍵詞:活塞式壓縮機(jī);熱力計(jì)算;動(dòng)力計(jì)算;氣缸;曲軸the design of v6/10 air recipr

3、ocating compressorabstract: reciprocating compressor is a common type machine, used in the industry .v- type of piston compressors is a kind of reciprocating compressor, belong to the compressor、 utilize the pistons in the cylinder moving to squeeze on the gas .squeezed the gas pressure.thermal calc

4、ulation and dynamical computation is basic of compressor design calculation, is also an important woke, according to medium, displacement, pressure of task-book, by calculating getting related parameters of compressors, such as levels, columns, size of cylinder, shaft power, by dynamical computation

5、 getting stressed status of a piston type compression, due to reduce the vibration is very important, heat calculation and dynamical computation of the piston type compressor, which is providing design data. the calculations reflect exactly the design level of the compresso匚researching works is in o

6、rder to the compressor have better mechanical properties, improve the efficiency and reduce energy consumption, prolong the machine the useful life. through dynamical computation correction the size of crew, members, to improve the technical failure of the compressor, as shooting of low displacement

7、, the cylinder, the piston, piston ring severity serious abrasion, so that increasing the related clearance, leakage rate, influence the displacement. due to some problem of not normal noise improve. eventually, work out this paragraph of a v-6 /10 reciprocating air compressor required to satisfy us

8、ers, small volume, efficiency and long usage life.keywords: piston compressor; thermal calculation; dynamical computation; cylinder; crankshaft目錄摘要1目錄iii1引言11.1壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的意義11.2活塞壓縮機(jī)的工作原理11.3活塞壓縮機(jī)的分類11.4壓縮機(jī)的發(fā)展前景11.5壓縮機(jī)設(shè)計(jì)說明-22總體設(shè)計(jì)42.1總體設(shè)計(jì)原則42.2結(jié)構(gòu)方案的選擇42.2.1氣缸排列型式的選擇42.2.2運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及選擇52.2.3級(jí)數(shù)選擇和各級(jí)壓力比的分配52.2.

9、4轉(zhuǎn)速和行程的確定63熱力計(jì)算73.1確定各級(jí)的容積效率-73.1.1確定各級(jí)的容積系數(shù)73.1.2選取壓力系數(shù)73.1.3選取溫度系數(shù)73.1.4泄漏系數(shù)73.2確定析水系數(shù)-73.3各級(jí)的行程容積-83.4氣缸育徑的確定-83.5各級(jí)名義壓縮比-93.6新的容積系數(shù)-93.7新的相對(duì)余隙系數(shù)93.8活塞力的計(jì)算93.9確定各級(jí)的排氣壓力103.10計(jì)算軸功率103.11驅(qū)動(dòng)機(jī)的選擇104動(dòng)力計(jì)算124.1壓縮機(jī)中的作用力124.1.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和慣性力124.1.2 i級(jí)綜合活塞力計(jì)算124.1.3 ii級(jí)綜合活塞力計(jì)算145氣缸部分的設(shè)計(jì)155.1氣缸155.1.1結(jié)構(gòu)形式的

10、確定155.1.2 i級(jí)氣缸主要尺寸的計(jì)算155.1.3 i級(jí)氣缸的強(qiáng)度校核 155.1.4 ii級(jí)氣缸的計(jì)算175.1.5 ii級(jí)氣缸的強(qiáng)度校核 175.1.6氣缸材料185.2氣閥185.2.1氣閥的基木要求185.2.2閥的分類195.2.3閥設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求195.2.4環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)尺寸的選擇195.2.5 i級(jí)上的氣閥尺寸選擇195.2.611級(jí)上的氣閥尺寸選擇225.3 活塞-245.3.1活塞的基木結(jié)構(gòu)型式-245.3.2 i級(jí)活塞尺寸245.3.311級(jí)活塞尺寸255.3.4活塞的材料265.4活塞銷-265.4.1活塞銷的主要技術(shù)要求-265.4.2 i級(jí)活塞銷尺寸-265.

11、4.3 ii級(jí)活塞銷的尺寸276基木部件的設(shè)計(jì)286.1機(jī)身、中體286.2曲軸286.2.1曲軸結(jié)構(gòu)的選擇286.2.2曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-286.2.3曲軸結(jié)構(gòu)尺寸的確定-296.2.4曲軸的材料-296.2.5曲軸強(qiáng)度校核-296.3連桿306.3.1連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基木原則-306.3.2 i級(jí)連桿尺寸計(jì)算316.3.3 i級(jí)連桿桿體的強(qiáng)度校346.3.4 i級(jí)連桿尺寸計(jì)算356.3.511級(jí)連桿桿體的強(qiáng)度校376.3.6連桿材料377軸承387.1滾動(dòng)軸承及其結(jié)構(gòu)確定-388聯(lián)軸器399填料和刮油器409.1填料的基木要求409.2填料的結(jié)構(gòu)409.3材料選擇4010氣路系統(tǒng)4110.1空氣濾

12、清器4110.2液氣分離器、緩沖器和儲(chǔ)氣罐4111潤(rùn)滑系統(tǒng)4212冷卻系統(tǒng)4312.1 概述4312.2冷卻介質(zhì)的選擇431 引言壓縮機(jī)是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機(jī)械,屬于將原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w 壓力能的工作機(jī)。它的種類多、用途廣,有“通用機(jī)械"之稱。1.1壓縮機(jī)設(shè)計(jì)的意義在石化領(lǐng)域,往復(fù)式壓縮機(jī)主要是向人容量、高壓力、低噪聲、高效率、高可靠 性等方向發(fā)展;不斷開發(fā)變工況條件下運(yùn)行的新型氣閥,提高氣閥壽命;在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上, 應(yīng)用熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)理論,通過綜合模擬預(yù)測(cè)壓縮機(jī)在實(shí)際工況下的性能;強(qiáng)化壓縮機(jī) 的機(jī)電一體化,采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行和聯(lián)機(jī)運(yùn)行;在動(dòng)力領(lǐng)域, 活

13、塞式壓縮機(jī)目前占有主要市場(chǎng)。但隨著人們對(duì)使用環(huán)境及能耗、環(huán)保等方面要求的提 高,螺桿和渦旋空氣壓縮機(jī)開始占有一定的市場(chǎng);在制冷空調(diào)領(lǐng)域,往復(fù)式制冷壓縮 機(jī)作為一種傳統(tǒng)的制冷壓縮機(jī),適用于制冷量較廣范圍內(nèi)的制冷系統(tǒng)。雖然目前它的應(yīng) 用還比較廣泛,但市場(chǎng)份額正逐漸減小。1.2活塞壓縮機(jī)的工作原理活塞式壓縮機(jī)包括:構(gòu)架包括含有放電室和冷卻室的缸蓋。冷卻室是鄰近放電室并 包圍著放電室。構(gòu)架還包括了一個(gè)吸入室,壓縮室和一個(gè)曲柄室。冷卻室是孤立于吸入 室。氣體是從構(gòu)架外面進(jìn)入吸入室??尚D(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸支持整個(gè)構(gòu)架。凸輪安置在曲柄室內(nèi)。 活塞是通過凸輪連接到旋轉(zhuǎn)軸。旋轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)。密封構(gòu)件切斷冷卻室

14、 和外部的溝通,使得壓縮機(jī)氣缸蓋密封。通過引入一個(gè)互連的冷卻室和曲柄室。當(dāng)曲軸被電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí),通過連桿使活塞在汽缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在汽缸頂部外圈 裝有環(huán)形吸氣閥片,頂部中央則裝有環(huán)形排氣閥片,閥片上均設(shè)有氣閥彈簧。汽缸內(nèi)的 活塞由上向下移動(dòng)時(shí),缸內(nèi)容積增大,壓力下降,于是吸氣管中壓力為pi的空氣便頂 開吸入閥進(jìn)入缸內(nèi),直到行程的下死點(diǎn)為止,這樣便完成了一個(gè)吸入過程。當(dāng)活塞從下 死點(diǎn)向上回行時(shí),被吸入的氣體受到壓縮,壓力因而升高,吸氣閥片在缸內(nèi)氣體壓力和 彈簧的作用下迅速關(guān)閉,活塞繼續(xù)上行,缸內(nèi)容積不斷減小,壓力升高,當(dāng)缸內(nèi)壓力升 到尸2時(shí),氣體便頂開排氣閥進(jìn)入排氣管路,活塞繼續(xù)上行,盲到上死點(diǎn)

15、。當(dāng)活塞由上 死點(diǎn)向下死點(diǎn)回行時(shí),排氣閥在彈簧和排氣管中壓力的作用下關(guān)閉,壓縮機(jī)又開始下一 個(gè)吸氣過程。如此周而復(fù)始,完成循環(huán)。1.3活塞壓縮機(jī)的分類往復(fù)壓縮機(jī)分類方法很多:1、按在活塞的一側(cè)或兩側(cè)吸、排氣體,可分為單動(dòng)和 雙動(dòng)往復(fù)壓縮機(jī);2、按氣體壓縮次數(shù)可分為單極、雙極和多級(jí)壓縮機(jī);3、按壓縮機(jī)所 產(chǎn)生的最終壓力可分為低壓、中壓和高壓壓縮機(jī);4、按排氣量可以分為小型、中性和 大型壓縮機(jī);5、按壓縮氣體的種類可分為:空氣壓縮機(jī)、氨壓縮機(jī)、氫壓縮機(jī)等。14壓縮機(jī)的發(fā)展前景隨著近幾年經(jīng)濟(jì)的飛躍發(fā)展,行業(yè)集中度有所提高,供貨進(jìn)一步向大企業(yè)集中,氣 體壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)向布局逐步合理的新局面發(fā)展。通過經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)

16、略性重組的推進(jìn),不少劣質(zhì)企 業(yè)退出,優(yōu)秀企業(yè)已找準(zhǔn)定位,突出主業(yè),不斷做大做強(qiáng),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)。這些措施對(duì)氣體壓縮機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極的 影響,這也是2009年下半年壓縮機(jī)行業(yè)經(jīng)濟(jì)逐漸利好的主要原因。在開拓國(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。目前,壓縮機(jī)行業(yè)國(guó)際化步伐 緩慢,尤其是在2009年一整年中,壓縮機(jī)出口形勢(shì)都不容樂觀,這主要表現(xiàn)在國(guó)內(nèi)壓 縮機(jī)行業(yè)技術(shù)發(fā)展水平

17、與國(guó)外同類企業(yè)存在一定差距,尤其是目前還沒有形成真正意義 上的具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型國(guó)際企業(yè)集團(tuán)。未來三年,我國(guó)石油、化工、冶金、船舶、 環(huán)保、清潔能源等行業(yè)將進(jìn)一步發(fā)展,壓縮機(jī)市場(chǎng)需求前景依然看好。如大推力往復(fù)式 壓縮機(jī)、工藝螺桿壓縮機(jī)、大排量無油壓縮機(jī)、高壓大排量壓縮機(jī)、機(jī)車配套壓縮機(jī)、 低噪聲船用壓縮機(jī)等。2010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。當(dāng)前我國(guó)壓縮機(jī)行業(yè)存在一系列深層次的結(jié)構(gòu)性矛盾,包括總 體產(chǎn)能過剩,低水平產(chǎn)能比重過大;企業(yè)規(guī)模小而且分散,產(chǎn)業(yè)集中度低;牛產(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

18、不強(qiáng);資源控制力不強(qiáng), 保障體系建設(shè)滯后等。這些深層次的結(jié)構(gòu)性矛盾,決定了 2010年壓縮機(jī)行業(yè)必須下大 力量,突出抓好結(jié)構(gòu)調(diào)整,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí),認(rèn)真解決影響壓縮機(jī)行業(yè)發(fā)展的重大問題。 第二,行業(yè)內(nèi)要大力推動(dòng)共性技術(shù)研究開發(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,研究開發(fā)力量薄弱。2010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??梢杂杏?jì)劃、有步驟地加強(qiáng) 國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家工程技術(shù)研究中心、行業(yè)科研院所等共性技術(shù)研究開發(fā)平臺(tái)的建 設(shè),重點(diǎn)支持原創(chuàng)性技術(shù)、共性技術(shù)及戰(zhàn)略性關(guān)鍵技術(shù)的研究開發(fā),并培養(yǎng)一支既精通 基礎(chǔ)技術(shù)又熟悉行業(yè)技

19、術(shù)的高科技人才隊(duì)伍,努力掌握核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(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。在制造過程中重視服務(wù), 從市場(chǎng)調(diào)研、售后,肓到產(chǎn)品報(bào)廢回收,努力為客戶提供以知識(shí)密集、附加值高為特征 的服務(wù)項(xiàng)目,則是壓縮機(jī)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵內(nèi)容。現(xiàn)代服務(wù)業(yè)大部分是以 人力資木和知識(shí)資木作為其主要投入,這對(duì)壓縮機(jī)企業(yè)在解決發(fā)展、升級(jí)問題的同時(shí), 提升競(jìng)爭(zhēng)力也具有重要支撐作用。與國(guó)外往復(fù)式壓縮機(jī)技術(shù)水平相比,我國(guó)的主要

20、差距為基礎(chǔ)理論研究差,產(chǎn)品技術(shù) 開發(fā)能力低,工藝裝備和實(shí)驗(yàn)手段后,產(chǎn)品技術(shù)起點(diǎn)低,規(guī)格品種、效率、制造質(zhì)量可 靠性差。另外,技術(shù)含量高和特殊要求的產(chǎn)品還滿足不了國(guó)內(nèi)需求。1.5壓縮機(jī)設(shè)計(jì)說明木說明書包括活塞式壓縮機(jī)的總體設(shè)計(jì),熱力、動(dòng)力計(jì)算,主機(jī)和輔助設(shè)備的結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)和計(jì)算,潤(rùn)滑,排氣量調(diào)節(jié)以及安裝調(diào)整等內(nèi)容,還介紹了國(guó)內(nèi)已經(jīng)使用的各種活 塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。此外,壓縮機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)所涉及的單位換算,常用數(shù)據(jù)、公式 和材料,氣體特性圖表。由于木人的專業(yè)知識(shí)有限,木設(shè)計(jì)的誤差和缺點(diǎn)在所難免,希望老師批評(píng)指正,以 期在以后加以充實(shí)完善。2總體設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)依據(jù)及參數(shù) 公稱容積流量: 壓縮介質(zhì): 進(jìn)氣壓力

21、:公稱排氣壓力: 排氣溫度:2.1總體設(shè)計(jì)原則6 m3/min空氣大氣壓1 mpa 俵)<180 °c設(shè)計(jì)活塞壓縮機(jī)應(yīng)符合以下基本原則叭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. 有足夠長(zhǎng)的使用壽命(應(yīng)理解為壓縮機(jī)需要大修時(shí)間間隔的長(zhǎng)短),足夠高的使用 可靠性(應(yīng)理解為壓縮機(jī)被迫停車的次數(shù))。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結(jié)構(gòu)方案的選擇壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩方面,即氣缸排列的型式(指氣缸中心線的排列位 置)和運(yùn)動(dòng)機(jī)

22、構(gòu)的結(jié)構(gòu)。2.2.1氣缸排列型式的選擇根據(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°co按氣缸中心線的位置不同,又可以分為w型、v型(如圖1)、l型和扇型。由于木設(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。它的好處:1各列的一階慣性力的合力,可用裝在曲軸上的平衡重達(dá)到大部分或完全平衡, 因此,機(jī)械可有較高的轉(zhuǎn)數(shù)。2氣缸彼此錯(cuò)開一定的角度,有利于氣閥的安裝和布置,因而使氣閥的流通面積 有可能增大(相對(duì)

23、于立式壓縮機(jī)而言),中間冷卻器和級(jí)間管道可以育接裝在機(jī)械上, 結(jié)構(gòu)緊湊。3可以將若干列的連桿連結(jié)到同一曲拐上,曲軸的拐數(shù)可減少,機(jī)械的軸向長(zhǎng)度 可縮短,因此主軸頸可以采用滾動(dòng)軸承。2.2.2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:無十字頭和帶十字頭絢兩種,木設(shè)計(jì)為無十字頭。選 擇無十字頭的理由是: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 需要專門的潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)。但是無十字頭的壓縮機(jī)只能作成單作用的,所以,氣體容積的利 用不充分(因?yàn)榛钊c氣缸之間,只在活塞的一側(cè)形成工作腔),氣體的泄漏量也比較 大,氣缸的工作表面所受的側(cè)向力也較大,因而活塞易磨損,另外,氣缸的潤(rùn)滑油量也 難于

24、控制。2.2.3級(jí)數(shù)選擇和各級(jí)壓力比的分配工業(yè)用的氣體,有時(shí)需求較高的壓力,需采取多級(jí)壓縮。在選擇壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)時(shí), 一般應(yīng)遵循下列原則:使壓縮機(jī)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(jī)器重量輕、造價(jià)低。要使機(jī)器具有較高的熱效率。則級(jí)數(shù)越多越好(各級(jí)壓縮比越小nhu 二mj!昱 b !ji 八衛(wèi) iw i 三丄號(hào)jj 逢石越好)。然而級(jí)數(shù)增多,則阻力損失增加,機(jī)器總效率反而降低,結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜,造 價(jià)便大大上升。因此,必須根據(jù)壓縮機(jī)的容量和工作特點(diǎn),恰當(dāng)?shù)剡x擇所需的級(jí)數(shù)和各 級(jí)壓力比。是級(jí)中的相對(duì)壓力損失,一般平均的相對(duì)壓力損失值為1020%,取戶20%, 查圖2得,尸2.75??倝?/p>

25、縮比& =耳=11z 02=鑒丄=2.3704 取z=2級(jí)in2.75根據(jù)工況的需要,選擇級(jí)數(shù)為兩級(jí),按照等壓力比分配的原則,£尸蹌=11 "2=3.32, 但為使第一級(jí)由較高的容積系數(shù),第一級(jí)的壓力比取稍低值,各級(jí)名義壓力及壓力比見 表lo表1各級(jí)名義壓力及壓力比級(jí)數(shù)i11吸氣壓力p(;/mpa00.32排氣壓力pl /mpa0.321壓力比= p'j p:3.203.442.2.4轉(zhuǎn)速和行程的確定轉(zhuǎn)速,行程和活塞平均速度的關(guān)系:c, =30小型壓縮機(jī)為使結(jié)構(gòu)緊湊,而只能采用較小行程,取5= 100mm,確定壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速;?=980r/min則,ns _

26、980xl00xl0330 30-3.27m/s,符合活塞平均速度。3熱力計(jì)算a. 壓力一在熱力計(jì)算屮使用的壓力都是絕對(duì)壓力,為統(tǒng)一起見,本說明除特別注明外, 壓力均指絕對(duì)壓力。b. 溫度一在熱力計(jì)算中所采用的是絕對(duì)溫度,它以k來表示。絕對(duì)溫度與攝氏溫度z間具有以下關(guān)系:7 = / + 273c. 比容一單位重量氣體所占容積。理想氣體在不同溫度和壓力下的重量。按下式計(jì)算:丫= 11.79 學(xué)3.1確定各級(jí)的容積效率3.1.1確定各級(jí)的容積系數(shù)由于 p=l.lmpa,則 a=0.070.12,排氣量為 q尸6m:則 °=0.0350.05, 所以,各級(jí)相對(duì)余隙容積么尸0.09血=0.1

27、1; 膨脹指數(shù)m /=1.2加2=1.25(1 、(1 /ivi = 1 g16iml -1:l-0.09x3.20l2-l0.853j/)(、( 1、av2 = 162£2云-1=1-0lx3.44-1= 0.815丿丿3.1.2選取壓力系數(shù)久刃=0.96切 2=0.993.1.3選取溫度系數(shù)入/=0.953.1.4泄漏系數(shù)花=0.96取值在0.900.98范圍,則加尸0.972屁=0.974綜上所述,久=入人人凡=0.853 x 0.96x 0.95 x 0.972 = 0.752 =九幾入 2&2 =0815?99 x 0.96x0.974 = 0.7543.2確定析水

28、系數(shù)第一級(jí)無水分析出久0=1.0第二級(jí)勺ps (ppsaa(p2 =£ps2 (plpsal干氣系數(shù) 0=0.80=1.0取定一級(jí)進(jìn)氣溫度30°,二級(jí)進(jìn)氣溫度35°。由表2可得,tp7pyt1pvco(公斤,巫米')(公斤侏(c)(公斤畑米j(公斤/米i (x)(公斤/«*2)(公斤/x-3>10.006690-00519250.032290.02304490.119570.0792320007190-00556260.034260.02437500<1257a0.083030>007720<00595270.036340

29、.02576510*132160.0869640.008290.00636280.038530.02722520.138810.0910750.00r890.006h0290-040830.02875530.145750-0953560.009530.00726300.043250.03036540.152980.099807001020.00775310.045800.03205550.160510.104480<0)090.00827320448470.0338j560.16s350.109290.011700.00882330,051280.03565570376530-11421

30、00.032510 40940340.354230.03758580.185040.1193110-013380-01001350,)57330.0396c590】93藥0.1247120.014290>01066360.060570.0417260(k2d310.130213ft<015260.01134370.063080.04393610.21270 j36oj40.01629o.012c«38o.i)67550.04623620.22270.1420150.017380.01282390.071290>04864630.23300.1482】60.01853

31、o.oiw400.075200<05h5640.24380.1546170<019750.01447410.079300.05376i 650.25500.16131r0.021030.015陽(yáng)420.033600.05649660.26660.1682190.022390.01630430.088090.05935670.27870.1753200.023830.01729440.092790.06234680.29120.1827210.025340.01833450.097710.06545690.30420.1903220.026940.01w2460402840.068c

32、8700.31770.1982230.028630-02057470.103210.07205240.030410.02177仆0.113320-07557表2飽和水蒸汽在170°c時(shí)的壓力p (kgf/cm2)與重度r (kgf/m2) 當(dāng) 7>30° 時(shí),p仙=4325pa;當(dāng) 7>35° ,則,psa2=5504 pa,貝山ps-(ppsa105-0.8x4325一 ° n oq9 &(p2 =£ =7x 3.2 = 0.982ps2-(p2psa2 0.32x106-1.0x55043.3各級(jí)的形成容積您 1=竺=-

33、=0.00810m3980x0.756_<= 0.00254m3nps2tq2 980x3.2x10x305x0.754ys2_qvpst2a(/)2 _6x105x308x0.98234汽缸直徑的確定(一)當(dāng)采用兩級(jí)單作用雙氣缸,水冷方式時(shí),ksl =兀d's n 0.00810 = x314xd“ xo.l n d = 0.321m4 4取d尸325mm,由于直徑太大,舍棄(二)當(dāng)采用兩級(jí)單作用四氣缸,水冷方式時(shí),vs = 2x-7rd2s 得,d/=0.227m 取 d=230mm 4同理 z)j=o. 1272m 取 z)22=130mm3.5各級(jí)名義壓縮比亦=3.0%取

34、進(jìn)氣相對(duì)壓力損失必=4.0% ,排氣相對(duì)壓力損失玄=4.2%;人2=1.9%1 +加11 - 3s1 + 4.2%1-4.0%x3.20 = 3.471 +恥21 - 8s2£2 =1 + 1.9%1 一 3.0%x 3 .44 = 3 .6 1表3各級(jí)進(jìn)氣、排氣壓力與實(shí)際壓力比級(jí)次公稱壓力排氣損失實(shí)際壓力實(shí)際壓比p$/mpa凡/mpaps /mpapd/mpa8i00.320.040.0420.0960.333123.47ii0.3210.0190.030.3141.1333.613.6新的容積系數(shù) i級(jí)氣缸容積系數(shù), a .韌©2占處0.2272加1 5=加】 -=0.

35、853 x = 0.831api 存護(hù)023。2 ii級(jí)氣缸容積系數(shù)ap2ap23.7新的相對(duì)余隙系數(shù)1 a v 1ad1g 兀 d?0.12722加 2 =加2 =加2 t = 0.815 x 亍=0.780護(hù) d22?0.1302(x 1 = j£ 17t7 11 av2a 2 =j£ 2 加 2 11一° 心 1 =0.1033 .20ft- 1一小° =0.1343.4425 - 13-8活塞力的計(jì)算表4蓋側(cè)與軸側(cè)活塞工作面積級(jí)次軸側(cè):a>v = 2x-(d2-d2)蓋側(cè):ac=2x護(hù)4 刃=0.0817人尸0.0831ii&w2=

36、00251兒2=°°265表5 止點(diǎn)氣體力計(jì)算列次下止點(diǎn)上止點(diǎn)iifwi=paawi- psi 如=0 j 9knfcl=paawl-pdi 兒尸9.5/knii-iifw2=paa w2-ps2 人2=5.81 knfc2=pa血 2- pd2 ac2=-2 7.57kn39確定各級(jí)的排氣壓力取 r1.4近似心=1.35“2=1.4取 7;/=303k7;2=308kn-1.35-1=303x3.47=41834kw2-1mtten = tsie = 308x3.61 14 =444.43k3.10計(jì)算軸功率ni16071(1 5l) zvpsvsnn-m-l&(

37、i+&i)二t1 >x980x(l-0.04)x0.83 1x0.960x105x0.00811.351.35 11.35-13.47x(l + 0.082)t3t>= 15.99kwni2<£2(1 + 602)mh2x980x(l-0.019)x0.780 x 0.3 14x106 x 0.002541.4xx v1.4-11.4-13.61x(l + 0.049)ht-l >= 16.17kw ni= 15.99+16.17=32.16kw。3.11驅(qū)動(dòng)機(jī)的選擇活塞式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)方式和壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案和主要 參數(shù)的選擇有

38、著密切的關(guān)系,在選擇壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)方案和主要參數(shù)吋,應(yīng)該同時(shí)考慮驅(qū)動(dòng) 方式的選擇。驅(qū)動(dòng)活塞式壓縮機(jī)的卻大多數(shù)是交流電動(dòng)機(jī),而交流電動(dòng)機(jī)中又以鼠籠式異步電動(dòng) 機(jī)為最多。中、小功率的鼠籠式電動(dòng)機(jī)可按我國(guó)電動(dòng)機(jī)系列(js、jk、jsq等)選取。 不管是異步電動(dòng)機(jī)還是同步電動(dòng)機(jī),共同的特點(diǎn)是啟動(dòng)電流大而啟動(dòng)力矩小。取 加=0.88,貝lj m =込丄=36.55kw r/m 0.88電機(jī)功率余度 10%, n=nzx (1 + 10%) =36.55* 110%=40.2kw,則電機(jī)功率取 45kw。所以,電機(jī)型號(hào)選取為y200l2-6o4動(dòng)力計(jì)算4.1壓縮機(jī)中的作用力y圖3曲柄連桿機(jī)構(gòu)示意圖壓縮機(jī)中作用

39、力的分析,是進(jìn)行壓縮機(jī)零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的依據(jù),也是判斷這些 力對(duì)壓縮機(jī)裝置影響的基礎(chǔ)。壓縮機(jī)中主要的作用力有氣體壓力、曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和摩擦力。4.1.1曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和慣性力活塞的位移、速度和加速度可從曲柄連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系和運(yùn)動(dòng)關(guān)系中確定。圖3 表示曲柄連桿機(jī)構(gòu)的幾何關(guān)系?;钊灰苮和曲柄轉(zhuǎn)角0c : x =廠(1 - cosa) h(1 - cos 2d)4往復(fù)慣性力:1 = mpa =加 pqt(cosa + >lcos2cr) = mpcor cos a + mpcor a cos2a =人 + /24.1.2 i級(jí)綜合活塞力計(jì)算活塞直徑d=230mm

40、,吸氣壓力尸0.096 mpa,排氣壓力=0.33312 mpa,相對(duì)余隙= = 0.103 ,活塞行程 5= 100mm,轉(zhuǎn)速 z?=980r/min,加=1.2,兀=1.35, 2 =丄,vb5v蓋側(cè)膨脹:ps:“ = p(x+sy,則得 p = pd(),w,x + sc蓋側(cè)壓縮:億(s+sy = p(兀+sy,則得p =化(匯'x + sc活塞位移x和曲柄轉(zhuǎn)角a : x =廠(1-cosg) (l-cos2<z) 4慣性力卸:圖4 2=1/4時(shí)往復(fù)慣性力i按曲柄轉(zhuǎn)角a展開圖i = mpci - ;77p692r(cosdf + acos2cr) = mpa)2r cos

41、a + mpco2ra cos 2a = i+12時(shí)古畝2勿 2x3.14x980 in_ _ a/角速度: 3 = 102.573rad/s60 60在初步設(shè)計(jì)是估計(jì)每列最大往復(fù)質(zhì)量活塞的質(zhì)量w/?=15.12kgi級(jí)綜合活塞力示意圖力力 體塞 力氣力活 擦側(cè)性合 h -圖5i級(jí)活塞受力圖由上圖可以得出i級(jí)活塞受到的最大活塞力f=9.375kn4.1.3ii級(jí)綜合活塞力計(jì)算活塞直徑z)=l30mm ,吸氣壓力ps=0.314mpa,排氣壓力pd=1.133mpa, 相對(duì)余隙q = _l2 = o 134,活塞行程 s=100mm,轉(zhuǎn)速;2=980r/min,加=1.25,川=1.4, 2 二

42、丄,vb *5蓋側(cè)膨脹:幾s;” = p(x+sy,則得卩=卩八-)",x + sc蓋側(cè)壓縮:只(s + sc)jp(x + sj”,則得p = p,( )'”* x + sc2活塞位移 x 和曲柄轉(zhuǎn)角 a : x = r(l cosz) h(1 cos2z)4慣性力:i = msa =叫qb(cosa +2cos2a) = msco2r cos a + msco2r/lcos 2a = i-12為、擊時(shí)2mt 2x3.14 x980 心匕巾/60 60在初步設(shè)計(jì)是估計(jì)每列最大往復(fù)質(zhì)量活塞的質(zhì)量mz?=15.12kgii級(jí)綜合活塞力曲線摩擦力綜合活塞力訥氣體力慣-20旨轉(zhuǎn)角圖

43、8 ii級(jí)活塞受力圖由圖7可以得岀ii級(jí)活塞受到的最大活塞力f=13.78kn5氣缸部分的設(shè)計(jì)5.1氣缸氣缸是活塞式壓縮機(jī)中的組成壓縮容積的主要部分。根據(jù)壓縮機(jī)所達(dá)到壓力,排氣 量,壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案,壓縮氣體的種類,制造氣缸的材料以及制造廠的習(xí)慣等條件, 氣缸的結(jié)構(gòu)可以有各種各樣的形式。設(shè)計(jì)氣缸的要點(diǎn)是:1應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度。工作表面具有良好的耐磨性。2要具有良好的冷卻,在有油潤(rùn)滑的氣缸中,工作表面應(yīng)有良好的潤(rùn)滑狀態(tài)。3盡可能減少氣缸內(nèi)的余隙容積和氣體阻力。4結(jié)合部分的連接和密封要可靠。5要有良好的制造工藝性和裝拆方便。6氣缸直徑和閥座安裝孔等尺寸應(yīng)符合“三化"要求。5.1.1結(jié)

44、構(gòu)形式的確定氣缸因工作壓力不同而選用不同強(qiáng)度的材料,這個(gè)設(shè)計(jì)工作壓力l378kgf7cn?低于 60kgf7cm2,木設(shè)計(jì)采用水冷空氣壓縮機(jī)的單層壁氣缸,氣缸用鑄鐵制造,鑄鐵具有良好 的鑄造性能,對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)形狀的限制較小,所以鑄鐵氣缸的形式較多。在水冷氣缸中,應(yīng)特別注意氣閥部分的冷卻,一方面要使氣閥有充分的冷卻,另一 方面把吸氣閥和排氣閥用冷卻水隔開,以保證氣缸有較高的吸氣系數(shù)。5.1.2 i級(jí)氣缸主要尺寸的計(jì)算pn(1) 氣缸的壁厚=涸+0氣缸布置在氣缸蓋上,氣缸形狀較簡(jiǎn)單且用高強(qiáng)度鑄鐵,=250400kg/cm2, 取q= 300kg/cm。壁厚的附加項(xiàng)a,其值按0.50.8cm選擇,則a

45、=8mm。.父 pd0.9756x23n翩父仆=fn + a =f 0.8 = 0.837cm,貝0 8 = 10mm2a2x300(2) 水套壁厚3 =(0.75 0.8)/ = (0.750.8)x10 = 7.58%2,取6 = 8mm(3) 連接法蘭壁厚3 = 1.4=1.4x10 = 14mm5.1.3 i級(jí)氣缸的強(qiáng)度校核比2氣缸與氣缸套的材料相同:p2=;,由于e相對(duì)匚與心大得多,2 f2 f2卩與廠2分別表示為氣缸的內(nèi)外半徑,將其看做門=門,廠3=1&3cm,0.9756x11.52= 0.8257kg/cm2圖9壓入氣缸套的厚壁氣缸中的應(yīng)用氣缸和氣缸套內(nèi)的應(yīng)力值為:氣缸

46、內(nèi)表面的切應(yīng)力99% + r;6c = pl 2 =廠3 一廠21 o s2 -k 1 r= 0-8257x183-12.52-27°k8w氣缸內(nèi)表面的徑向應(yīng)力込j (jic =-p2 =-0.8257kg/cm2氣缸套內(nèi)表面的切向應(yīng)力:= 1.0187kg/cm2_ 0.9756x(11.52 +12.52)- 2x0.8257x 12.52r: - r2 _12.52 -11.52氣缸套內(nèi)表面的徑向應(yīng)力込./: orl =_p =0.9756kg/cm2氣缸套外表面的切向應(yīng)力°;:._一化(才 + 廠22)_ 2x0.9756x11.52 0.8257x(11.52+1

47、2.52)6 一12.52-11.52= 0.8623kg/cm2氣缸套外表面的徑向應(yīng)力cv: (jtl =-p2 =-0.8257kg/cm2由于鑄鐵氣缸應(yīng)力不允許超過200300kg/cn?,所以符合要求,滿足強(qiáng)度。5.1.4 ii級(jí)氣缸的計(jì)算(1)氣缸的壁厚/pdt_=1 + ci氣缸布置在氣缸蓋上,氣缸形狀較簡(jiǎn)單且用高強(qiáng)度鑄鐵,q, = 250400kg/cn?, 取a = 300kg/cm 2g 一人氣缸套內(nèi)表面的徑向應(yīng)力(yfl =_p =1.375kg/cm2氣缸套外表面的切向應(yīng)力cr;:o壁厚的附加項(xiàng)a,其值按0.50.8cm選擇,則a=8mmo £ pd 0 = _

48、rt + a2a(2)水套壁厚378 乂 1 2=+0.8 = 0.830cm,則力=10mm2x3008 = (0.75 0.8)5 = (0.75 0.8) x 10 = 7.5 8mm,取力=8mm(3)連接法蘭壁厚s=1.4= 1.4x10 = 14mm5.1.5 ii級(jí)氣缸的強(qiáng)度校核±e-r+p氣缸與氣缸套的材料相同:p2=了勺,2 2 2廠3 -廠2由丁 e相對(duì)門與r2大得多,ri與r2分別表示為氣缸的內(nèi)外半徑,將其看做r/=r2,廠3=13.3cm,ril p: 1.378x6.52 、/ o7 %氣缸和氣缸套內(nèi)的應(yīng)力值為:氣缸內(nèi)表面的切應(yīng)力ytc:r2 + r7 52

49、 + 13 32q = p,七節(jié)=1.035 x =, = 2kg/cm2,c 2 r32 - r22門.327.52&7.52則 p2 =上屮=1.035kg/cm-6 =能+刊:2朋= ®x(6.52二空竺亦“寧“a?®7.52 -6.52氣缸內(nèi)表面的徑向應(yīng)力j =-p2 =-1.035kg/cm2 氣缸套內(nèi)表面的切向應(yīng)力0廠_ 2卩斥化什+疋)_ 2 x 1.375 x 6寧1.035 x(6寧+ 7寧)_ 已_斤$_75652=0.749kg/cm2氣缸套外表面的徑向應(yīng)力er, (jrl =-p2 =-1.035kg/cm2由于鑄鐵氣缸應(yīng)力不允許超過2003

50、00kg/cn?,所以符合要求,滿足強(qiáng)度。5.1.6氣缸材料氣缸和汽缸套的材料根據(jù)壓縮氣體的性質(zhì)和承受的壓力選取。由于本設(shè)計(jì)的工作壓 力低于60公斤/厘米彳,取用灰鑄鐵ht2040、ht25-4752氣閥現(xiàn)代活塞式壓縮機(jī)使用的氣閥,都是隨著氣缸內(nèi)氣體壓力的變化而自行開、閉的自 動(dòng)閥。自動(dòng)閥由閥座、運(yùn)動(dòng)密封組件、彈簧、升程限制器等零件組成。圖10活塞式壓縮機(jī)自動(dòng)閥的組成1閥座;2閥片;3彈簧;4升程限制器521氣閥的基本要求氣閥是活塞式壓縮機(jī)重要部件之一,它的工作肓接關(guān)系到壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和可 靠性。對(duì)氣閥的基木要求如下:1使用期限長(zhǎng),不能由于閥片或彈簧的損壞而引起壓縮機(jī)非計(jì)劃停車。2. 氣體

51、通過氣閥時(shí)的能量損失小,以減少壓縮機(jī)動(dòng)力消耗。對(duì)于固定式長(zhǎng)期連續(xù) 運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)尤為重要。3. 氣閥關(guān)閉時(shí)具有良好的密封性,減少氣體的泄漏量。4. 閥片起、閉動(dòng)作及時(shí)和迅速,而且要完全開啟,以提高機(jī)器效率和延長(zhǎng)和使用 壽命。5. 氣閥所引起的余隙容積要小,以提高氣缸容積效率。以此,還要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、易于維修、氣閥零件標(biāo)注化、通用化水平要高。522閥的分類壓縮機(jī)自動(dòng)閥按運(yùn)動(dòng)密封組件的特點(diǎn)可分為:環(huán)閥(包括環(huán)狀閥和網(wǎng)狀閥)、孔閥 (包括杯狀閥、菌狀閥、碟狀閥等)、直流閥;其它還有諸如條狀閥、槽狀閥、錐形槽 狀閥等。此壓縮機(jī)設(shè)計(jì)采用環(huán)狀閥,因?yàn)榄h(huán)狀閥制造簡(jiǎn)單,工作可靠,可改變環(huán)數(shù)來適應(yīng)各 種氣

52、量要求,它適用于各種壓力、轉(zhuǎn)數(shù)的壓縮機(jī)。523閥設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求閥座密封表面要經(jīng)過研磨,閥片上下平面光潔度不低于內(nèi)外邊緣要倒鈍;氣 閥組裝后要進(jìn)行泄漏檢查。一般環(huán)狀閥片和網(wǎng)狀閥片熱處理硬度為rc4652,同一閥片的硬度差不超過3個(gè)單 位。在閥片精磨后要進(jìn)行補(bǔ)充回火,其溫度不超過第一次回火溫度。用30crmnsia鋼板制造的環(huán)狀閥片,金相組織為回火馬氏體。524環(huán)狀閥結(jié)構(gòu)尺寸的選擇圖11環(huán)狀閥的主要結(jié)構(gòu)尺寸及其幾何關(guān)系525 1級(jí)上的氣閥尺寸選擇壓縮機(jī)數(shù)據(jù):壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速=980i7min;活塞行程s=100mm; 級(jí)吸氣壓力 po.lmpa; 一級(jí)排氣壓力只尸0.314mpa;活塞有效面積f=

53、0.041547562mm2;活塞的平 均速度c,n=3.27m/s;同時(shí)作用的齊發(fā)數(shù)z=2。結(jié)構(gòu)尺寸的選擇:氣閥的主要特性參數(shù)確定后,就要確定閥座通道寬度b、閥片寬 度b和閥座相鄰信道平均直徑差4da. 選擇的閥縫隙通道氣體流速cv表6間縫隙通道的平均氣流速度工作壓力(公斤/<4>4 10>1030>30 130>130 320>320600厘米2)間縫隙通道的平均30 4525 4020 35182815 2012 15氣流速度(米/秒)工作壓力 p=9.756254kn=0.975625 kg/cm2<4 kg/cm2,則 cv=3045m/s,取 cv=35m/sb. 需要的閥縫隙面積.丹1 ? 1 7 ”-7vd2cm -x3.14x0.232 x3.272x35卜=-

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