活塞式壓縮機課程設計說明書

1、合肥工業(yè)大學過程裝備與控制工程專業(yè)過程流體機械課程設計計題目4L-20/8活塞式壓縮機設計院名稱業(yè)（班級）名（學號）導教師目錄第一章 概述.3.壓縮機的分類 . 壓縮機的基本結(jié)構(gòu) 活塞式壓縮機的工作原理 . 活塞式壓縮機設計的基本原則 活塞式壓縮機的應用 第二章 設計計算7.設計參數(shù) 計算任務 設計計算 壓縮機設計計算 . . 皮帶傳動設計計算 .710第三章結(jié)構(gòu)設計1.3.氣缸 . . 氣閥 . . 活塞 . . 活塞環(huán) . 填料 . .1314141414參考文獻.1.5.第一章概述壓縮機的分類2按工作原理分類按工作原理，壓縮機可分為“容積式”和“動力式”兩大類。容積式壓縮機直接對一可變?nèi)?/p>

2、積工作腔中的氣體進行壓縮， 使該部分氣體的 容積縮小、壓力提高，其特點是壓縮機具有容積可周期變化的工作腔。容積式壓 縮機工作的理論基礎是反映氣體基本狀態(tài)參數(shù) P、V、T關系的氣體狀態(tài)方程。動力式壓縮機首先使氣體流動速度提高， 即增加氣體分子的動能，然后使氣 流速度有序降低，使動能轉(zhuǎn)化為壓力能，與此同時氣體容積也相應減小，其特點 是壓縮機具有驅(qū)使氣體獲得流動速度的葉輪。 動力式壓縮機工作的理論基礎是反 映流體靜壓與動能守恒關系的流體力學伯努利方程.按排氣壓力分類見表1,按排氣壓力分類時，壓縮機的進氣壓力為大氣壓力或小于 0. 2MPa 對于進氣壓力高于0. 2MPa的壓縮機，特稱為“增壓壓縮機”

3、» 1-1 播排*La力對壓楓分類W氣&斥< I0.0 Em ; MPu>0. -1. 仇>1-0 !OMP«r I fl I floW Pa-按壓縮級數(shù)分類在容積式壓縮機中，每經(jīng)過一次工作腔壓縮后，氣體便進入冷卻器中進行一 次冷卻，這稱為一級。而在動力式壓縮機中，往往經(jīng)過兩次或兩次以上葉輪壓縮 后，才進人冷卻器進行冷卻，把每進行一次冷卻的數(shù)個壓縮“級”合稱為一個“段”。單級壓縮機一一氣體僅通過一次工作腔或葉輪壓縮；兩級壓縮機多級壓縮機級壓縮機。按功率大小分類壓縮機按功率大小分類見表1 2。氣體順次通過兩次工作腔或葉輪壓縮；氣體順次通過多次工作腔或

4、葉輪壓縮，相應通過幾次便是幾a I-2壓壇機揀功*大小分#筒禰切屮沙f«起ni電師W小唾爪«(機'<SI護flJF翎雖L5-4503肌I:fcBft甫機30Z 盧 Rd-OO壓縮機分類及命名壓縮機按結(jié)構(gòu)或工作特征分類和命名見表1 3。ft 1-3 as機攝s梅或工作特征廿翼和曲老搖外®辛運動件述氣耀|柞枯址Kfl話式墓式一陋ff式滬»桿式r n I JIIII :fflfrffc葉F成輩動活辜iK子 式tI -J I I |=II. -”單卅轉(zhuǎn)fZ- IY離«)jC三m轉(zhuǎn)于行卜電爾)成冋轉(zhuǎn)玄勁力成哽則式+¥EfAf）式壓

5、縮機的基本結(jié)構(gòu)2其組成大致可以分為三個部分:(1)工作腔部分工作腔部分是直接處理氣體的部分，包括汽缸、活塞、氣閥等，構(gòu)成有進、出通道的封閉空間?；钊麠U穿出工作腔端板的部位設有填料， 用以密封問隙，活塞上設置的活塞環(huán)也是起密封作用的。(2)傳動部分 傳動部分把電動機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為活塞的往復運動,包括曲軸、連桿、十字頭等，往復運動的活塞通過活塞桿與十字頭連接。(3)機身部分機身部分是用來支承(或連接)汽缸部分與傳動部分的零部件，包括機身(或 稱曲軸箱)、中體、中問接筒等，其上還可能安裝有其他附屬設備。活塞式壓縮機的工作原理（1）膨脹過程當活塞向左邊移動時， 缸的容積增大， 壓力下降， 原先殘留在

6、氣缸中的余氣 不斷膨脹。 ?（ 2）吸入過程當壓力降到稍小于進氣管中的氣體壓力時， 進氣管中的氣體便推開吸入氣閥 進入氣缸。隨著活塞向左移動，氣體繼續(xù)進入缸內(nèi)，直到活塞移至左邊的末端 （又 稱左死點）為止。（3）壓縮過程 活塞從下止點向上運動， 吸、排氣閥處于關閉狀態(tài)， 氣體在密閉的氣缸中被 壓縮，由于氣缸容積逐漸縮小， 則壓力、 溫度逐漸升高至氣缸內(nèi)氣體壓力與排氣 壓力相等。壓縮過程一般被看作是等熵過程。（4）排氣過程 活塞繼續(xù)向上移動，致使氣缸內(nèi)的氣體壓力大于排氣壓力，則排氣閥開啟， 氣缸內(nèi)的氣體在活塞的推動下等壓排出氣缸進入排氣管道， 直至活塞運動到上止 點。此時由于排氣閥彈簧力和閥片本

7、身重力的作用，排氣閥關閉排氣結(jié)束。至此，壓縮機完成了一個由膨脹， 吸氣，壓縮和排氣四個過程組成的工作循 環(huán)。此后，活塞又向下運動，重復上述四個過程，如此周而復始地進行循環(huán)。這 就是活塞式壓縮機的工作原理。活塞式壓縮機設計的基本原則1）2）3）4）5）6）7）8）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； 有足夠長的使用壽命（壓縮機需要大修被迫停車的次數(shù)） 有良好的運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性；有良好的動力平衡性； 維護檢修方便； 盡可能采用新結(jié)構(gòu)； 制造工藝性良好； 機器尺寸小?；钊綁嚎s機的應用壓縮機的用途極為廣泛， 遍布工農(nóng)業(yè)、交通運輸、國防甚至生活的各個領域。按照氣體被壓縮的目的，大致可區(qū)分為

8、如下四類。（1）動力用壓縮機 利用壓縮空氣驅(qū)動各種工具和器械已經(jīng)應用得非常廣泛， 如風鎬、 風鉆、氣 力扳手、造型機、車輛制動、儀表控制等。紡織工業(yè)中利用壓縮空氣吹送緯線以 替代梭子，食品和制藥工業(yè)用壓縮空氣攪拌漿液， 中大型發(fā)動機用壓縮空氣啟動， 高壓空氣爆破采煤， 魚雷發(fā)射，潛艇沉浮等。 這些場合均需用到不同壓力的壓縮 空氣，具有安全、可靠、方便、潔凈等優(yōu)點。（2）化工工藝用壓縮機 在化學工業(yè)中將氣體壓力提高有利于化學反應的進行，提高反應速度和產(chǎn) 率，并可相應減小設備尺寸， 降低工程造價。 如化肥生產(chǎn)中的合成氨工藝要使氫 氣和氮氣在15100 MPa勺壓力下反應，尿素生產(chǎn)需要在 21M P

9、ar使二氧化碳和 氨發(fā)生化學反應，而由乙烯聚合生產(chǎn)塑料的工藝則需要高達 280MPa勺工作壓力， 石油加氫精煉則需要732MPa的壓力。（3）制冷和氣體分離用壓縮機 制冷設備中需要提高制冷劑勺壓力， 以將其冷卻成液態(tài)， 這需要壓縮機提供約1. 512MPa勺壓力。在氣體分離工業(yè)（如空分），需要用壓縮機先將混合氣體 提高壓力， 然后進行冷卻和膨脹降溫并變成液態(tài)， 最后利用不同組分沸點差將其 蒸發(fā)分離。（4）氣體輸送用壓縮機氣體輸送有管道輸送和裝瓶輸送兩種方式。 氣量大時由管道輸送， 此時壓縮 氣體勺目勺是提高氣體壓力以克服流動過程中勺管道阻力， 并使較小勺管徑輸送 盡可能多的氣體，如天然氣的管道

10、輸送需要 1lOMPa勺壓力。氣量小時用容器 裝運，因容器一般體積有限， 所以為裝運更多勺氣體， 往往將充氣壓力定得高一 些，如天然氣汽車加氣子站氣體轉(zhuǎn)運槽車的運輸壓力是 20MPa而燃料電池汽車 車載氫氣瓶勺充裝壓力是 35 70MPa。第二章設計計算設計參數(shù)(1)排氣量：有效排氣量 m'/mn(2)進氣壓力：(3)排氣壓力：(4)軸轉(zhuǎn)速：400rpm(5)行程：240mm(6)氣缸數(shù)：一級壓縮1二級壓縮1(7)氣缸直徑：一級420mm二級250mm(8)軸功率：< 118kW(9)電機：功率130KW 轉(zhuǎn)速730rpm 額定電壓380V(10)排氣溫度:< 160 C(

11、11)冷卻水量:4噸/小時計算任務(1) 對實際排氣量，排氣溫度和功率進行復算。(2) 主、從動皮帶輪的設計計算。設計計算壓縮機設計計算(1)結(jié)構(gòu)型式及方案選擇根據(jù)總壓力比£= 8,壓縮機的級數(shù)取兩級比較合適。本設計為固定式壓縮 機，為了獲得較好的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，結(jié)構(gòu)型式采用 L型，而且i、n級采用雙作用 氣缸。另外，壓縮機采用水冷方式。圖1容積流量的計算(2)容積流量(排氣量)的計算1)理論排氣量q1qvn2的計算n壓縮機轉(zhuǎn)速400 rpm|-=F!zbL11111 1丄1lf2)式中其中D1420mm, D2250mm,2 2qvn1 2D1 d142 2一 2 4202 402 4

12、326.480m /min2 2qvn2 2D2 d?42 22 2504049.304m3/min實際排氣量的計算qv qvnv 容積效率,v 容積系數(shù),0.1，中壓級p 壓力系數(shù),2402400.11,T 溫度系數(shù),d1 d2 40mm, n 400rpm4004001(1),為相對余隙系數(shù)，低壓級為名義壓力比。0.950.98 ;0.92- 0.98 ;0.900.98 ;10.120.11n1由v11 ( n1)算得v10.8v20.8取p10.9 T10.9l10.9p20.9 T20.9 l20.9由vV p T l算得v10.8v20.7il 泄露系數(shù),1.2 n21.251 2

13、.72 2.96qv1qvn1 v126=43 0.8156q v2 qvn2 v26720.7983)各級行程容積Vs的計算(n為壓縮機轉(zhuǎn)速)算得Vsi26.43400Vs29.27400(3) 排氣溫度計算m 1TdTs 百式中 m 壓縮過程指數(shù)，一般壓縮過程指數(shù)取低壓級 m (0.950.99)k ,中、高壓級m=k注意：壓縮終溫不能超過160 r第一級Ts1293Kmi1.33m 1Td 1 Ts1 1 m1.3-1293 2.7374.88K第二級Ts2298Km21.4m 1Td2 Ts2 2 m1.4-1298 2.96 1.4 406.32K133.32C 160C(4) 估算

14、軸功率(< 118 KW)Nj 丄 n(1j 60mjSj) vjPsjVsj mj1j(1 0j)mj51本設計中，1 Sj和1 0j均取為1。sj1Ni1 400 0.871 0.1 0.661 6043.17KW1.331.33-11.33-12.7 右 11丄 400 0.848 0.1 0.023 6043.17KW1.41.4-12.7P411.4-1Ni +=.78 44.0086.78取機械效率0.94Nz Ni/0.94眨328KW皮帶傳動設計計算已知條件：P=130K, n1730rpm ,匕 400rpm(1)求計算功率PdkAP本設計為軟起動，連續(xù)工作，工作時間1

15、6h,查表可得kA1.3由此可得Pd 1.3 130169KW由計算功率Pd和小帶輪轉(zhuǎn)速的型號，選 SPC型窄V帶。(3)帶輪直徑計算1)初選主動輪基準直徑dd1400mm由i竺 730 1.825，可計算出從動輪直徑dd2 n2400dd2 idd 1730mm2)驗算帶速SPC型窄V帶帶速范圍525m/SVidd1n115.29m/s25m/s60 1000 確定中心距a和帶輪基準長度Ld1)確定帶輪Ld基準長度0.7(dd1dd2)a0 2(dd1 dd2)a。 dd1 dd240073011302(dd2 dd1 )2 L。2a0 -(dd1 dd2)24a0(730400)24 11

16、302 1130-24059mm1130Ld 4000mm2)確定實際中心距Ld a a。aL021101mm由amina 0.015Ld以及a max a0.03Ld可得amin 1040mmamax1220mma 0.045Ld180mm(5)計算小帶輪包角1處 57.3。1 180。込a18057.31101162.81120求V帶根數(shù)ZPd(Pok kip0)k查表得式中k 0.96kL0.94P020.41KWP01.60Pd(P0k klp0)k1691.60) 1(20.41 0.96 0.948.44取Z 9根(7)單根帶的預緊q 0.37kg/m15.29m/sF。500 邑

17、(空-1) vZ k a(空-1)0.37 15.29290.962qvucc 169500 15.291071.55N(8)軸上的壓力Fz2F0sinz21071.55 9 sin81.419071.20N第三章$illJ.HBHBHI圖3氣閥在缸蓋上的布置圖4氣缸壁厚圖2 L型空氣壓縮機本課程設計所設計的壓縮機是如圖 2所示的L型空氣壓縮機。其主要零部件 包括氣缸、活塞、吸氣閥、排氣閥等。氣缸(1) 基本結(jié)構(gòu)型式采用雙作用式鑄鐵氣缸，冷卻方式為水冷，不采用缸套。(2) 氣閥在氣缸上的布置要求氣閥在氣缸上設置的通道截面盡量大，氣流阻力小以及安 裝檢修方便。氣缸頂部的兩個氣閥在氣缸蓋上作軸向布置，底部兩 個氣閥作傾斜布置。(3) 主要尺寸進氣口和出氣口直徑 140 mm氣缸壁厚 L1 = 1416 mm L2 = 1214 mm機身壁厚工作面 12 14 mm非工作面1012 mm要求壁厚均勻，美觀，便于鑄造。氣閥進氣閥和排氣閥均采用標準件。目前壓縮機都使用隨管路中氣體壓 力變化而自動啟閉的自動閥。本設計采用的是結(jié)構(gòu)較簡單，制造容易的 環(huán)狀閥。圖5環(huán)狀閥IS9S&IIWW填料部件活塞級差式活塞、隔距環(huán)組合式活塞和活塞分為桶形活塞、盤形活塞、柱塞等幾種。本設計采