【文章內(nèi)容簡介】 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，閥片上均設有氣閥彈簧。汽缸內(nèi)的活塞由上向下移動時，缸內(nèi)容積增大，壓力下降，于是吸氣管中壓力為 P1 的空氣便頂開吸入閥進入缸內(nèi)，直到行程的下死點為止，這樣便完成了一個吸入過程。當活塞從下死點向上回行時，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閉，活塞繼續(xù)上行，缸內(nèi)容積不斷減小，壓力 升高，當缸內(nèi)壓力升到 P2 時，氣體便頂開排氣閥進入排氣管路，活塞繼續(xù)上行，直到上死點。當活塞由上死點向下死點回行時，排氣閥在彈簧和排氣管中壓力的作用下關閉，壓縮機又開始下一個吸氣過程。如此周而復始，完成循環(huán)。 活塞壓縮機的分類 往復壓縮機分類方法很多： 按在活塞的一側(cè)或兩側(cè)吸、排氣體，可分為單動和雙動往復壓縮機； 按氣體壓縮次數(shù)可分為單極、雙極和多級壓縮機； 按壓縮機所產(chǎn)生的最終壓力可分為低壓、中壓和高壓壓縮機； 按排氣量可以分為小型、中性和大型壓縮機； 按壓縮氣體的種類可分為：空氣壓縮機、氨 壓縮機、氫壓縮機等。 II 壓縮機的發(fā)展前景 隨著近幾年經(jīng)濟的飛躍發(fā)展，行業(yè)集中度有所提高，供貨進一步向大企業(yè)集中，氣體壓縮機產(chǎn)業(yè)向布局逐步合理的新局面發(fā)展。通過經(jīng)濟戰(zhàn)略性重組的推進，不少劣質(zhì)企業(yè)退出，優(yōu)秀企業(yè)已找準定位，突出主業(yè)，不斷做大做強，達到強強聯(lián)合，承擔起國家重大技術裝備項目。在相關政策方面，為應對全球性金融危機對我國經(jīng)濟的影響，早在09 年年初，國家已經(jīng)制定了一系列的刺激經(jīng)濟方案，重點調(diào)整振興包括石化、冶金等氣體壓縮機的下游產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的十大產(chǎn)業(yè)。這些措施對氣體壓縮機產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了積極的影響，這也是 2020 年下半年壓縮機行業(yè)經(jīng)濟逐漸利好的主要原因。在開拓國際市場方面，壓縮機行業(yè)應積極而謹慎地探索自己的國際化道路。目前，壓縮機行業(yè)國際化步伐緩慢，尤其是在 2020 年一整年中，壓縮機出口形勢都不容樂觀，這主要表現(xiàn)在國內(nèi)壓縮機行業(yè)技術發(fā)展水平與國外同類企業(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際競爭力的大型國際企業(yè)集團。未來三年，我國石油、化工、冶金、船舶、環(huán)保、清潔能源等行業(yè)將進一步發(fā)展，壓縮機市場需求前景依然看好。如大推力往復式壓縮機、工藝螺桿壓縮機、大排量無油壓縮機、高壓大排量壓縮機、機車 配套壓縮機、低噪聲船用壓縮機等。 2020 年，是壓縮機行業(yè)發(fā)展的新起點，預計行業(yè)未來呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢。首先是結(jié)構(gòu)調(diào)整將有重大突破。當前我國壓縮機行業(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；生產(chǎn)力布局不合理現(xiàn)象依然存在；企業(yè)節(jié)能減排的任務重；科技創(chuàng)新能力不強；資源控制力不強，保障體系建設滯后等。這些深層次的結(jié)構(gòu)性矛盾，決定了 2020 年壓縮機行業(yè)必須下大力量，突出抓好結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，認真解決影響壓縮機行業(yè)發(fā)展的重大問題。第二，行業(yè)內(nèi)要大力推 動共性技術研究開發(fā)，掌握核心技術、關鍵技術的自主知識產(chǎn)權(quán)。當前，壓縮機行業(yè)共性技術的科研經(jīng)費投入不足，研究開發(fā)力量薄弱。 2020 年，各企業(yè)應加大在我國重點培育自主知識產(chǎn)權(quán)的技術裝備研發(fā)力量?？梢杂杏媱?、有步驟地加強國家重點實驗室、國家工程技術研究中心、行業(yè)科研院所等共性技術研究開發(fā)平臺的建設，重點支持原創(chuàng)性技術、共性技術及戰(zhàn)略性關鍵技術的研究開發(fā)，并培養(yǎng)一支既精通基礎技術又熟悉行業(yè)技術的高科技人才隊伍，努力掌握核心技術、關鍵技術和重要產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權(quán)。第三，進入加快發(fā)展制造服務業(yè)階段。當前，壓縮機行業(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，企業(yè)規(guī)模偏小等。面臨這些問題和激烈的市場競爭，壓縮機企業(yè)極需提高自身的核心競爭力，轉(zhuǎn)變增長方式。在制造過程中重視服務，從市場調(diào)研、售后，直到產(chǎn)品報廢回收，努力為客戶提供以知識密集、附加值高為特征的服務項目，則是壓縮機企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個關鍵內(nèi)容?，F(xiàn)代服務業(yè)大部分是以 II 人力資本和知識資本作為其主要投入，這對壓縮機企業(yè)在解決發(fā)展、升級問題的同時，提升競爭力也具有重要支撐作用。 與國外往復式壓縮機技術水平相比，我國的主要差距為基礎理論研究差，產(chǎn)品技術開發(fā)能力低，工藝裝備 和實驗手段后，產(chǎn)品技術起點低，規(guī)格品種、效率、制造質(zhì)量可靠性差。另外，技術含量高和特殊要求的產(chǎn)品還滿足不了國內(nèi)需求。 壓縮機設計說明 本說明書包括活塞式壓縮機的總體設計，熱力、動力計算，主機和輔助設備的結(jié)構(gòu)設計和計算，潤滑，排氣量調(diào)節(jié)以及安裝調(diào)整等內(nèi)容，還介紹了國內(nèi)已經(jīng)使用的各種活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu)特點。此外，壓縮機設計計算時所涉及的單位換算，常用數(shù)據(jù)、公式和材料，氣體特性圖表。 由于本人的專業(yè)知識有限，本設計的誤差和缺點在所難免，希望老師批評指正，以期在以后加以充實完善。 第二章 總體設計 設計依據(jù)及參數(shù) 壓縮氣體：天然氣（主要成分甲烷） 容積流量： 2m179。/min 進氣壓力： 排氣壓力： 1MPa 吸氣溫度： 25℃ 排氣溫度：≤ 60℃ 冷卻方式：風冷 總體設計原則 設計活塞壓縮機應符合以下基本原則： II 、排氣壓力，及有關使用條件的要求。 （應理解為壓縮機需要大修時間間隔的長短），足夠高的使用可靠性（應理解為壓縮機被迫停車的次數(shù)）。 。 。 便。 、新技術、新材料。 。 、重量輕。 結(jié)構(gòu)方案的選擇 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(zhì)，具體使用條件等要求選定壓縮機的結(jié)構(gòu)形式，冷卻方式，作用方式﹙單作用、雙作用、或級差式﹚，有無十字頭，級數(shù)，列數(shù)，級在列中曲柄錯角，汽缸中心線夾角，驅(qū)動機類型及傳動方式等。 活塞式壓縮機的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成： 1）機器的型式； 2）級數(shù)和列數(shù)；3）各級氣缸在列中的排列和各列曲柄錯角的排列，用上述因素組成的 圖形，稱為結(jié)構(gòu)方案圖，即習慣上所說的機器縱，橫剖面圖。 選擇壓縮機的結(jié)構(gòu)方案時，應根據(jù)壓縮機的用途，運轉(zhuǎn)條件，排氣量和排氣壓力制造廠生產(chǎn)的可能性，驅(qū)動方式及占地面積等條件，從選擇機器的型式和級數(shù)入手，制訂出合適的方案。 壓縮機結(jié)構(gòu)形式的選擇 根據(jù)氣缸 中心線與地平面的相對位置 不同， 可分為 立式壓縮機、臥式壓縮機、對 動式 壓縮 機 、對置 式 壓縮機及角度式壓縮機。角度式壓縮機，氣缸中心線具有一定的角度，但不等于零度和 180℃ 。按氣缸中心線的位置不同， 角度式 又可以分為 L 型、 V型、 W 型、扇型 和星型 。 為了獲得較好的 動力平衡性能，可選擇立式壓縮機，而且采用單作用汽缸﹙汽缸基本形式可分為 :1 單作用汽缸 雙作用汽缸 級差式汽缸﹚。另外，壓縮機采用風冷方式。 II 選擇立式壓縮機， 其優(yōu)點在于： ① 活塞工作表面不承受活塞重量，因而氣缸和活塞的磨損比臥式的小且均勻，活塞環(huán)的工作條件有所改善，能延長機器的使用壽命。 ② 占地面積比較小。 ③ 因為載荷使機身主要產(chǎn)生拉伸和壓縮應力，所以機身的形狀簡單，重量輕。缺點是： ① 大型時高度大，需設置操作平臺，操作不方便； ② 管道布置困難；多級時級間設備占地面積大。所以，立式壓縮機現(xiàn)僅用于中、小型及微型，使機器 高度均處于人體高度便于操作的范圍內(nèi)，且中型壓縮機主要用于無油潤滑結(jié)構(gòu) ——活塞無需支承而僅需導向；此外，級數(shù)以少為宜，以避免管道布置的麻煩 。 運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 及 選擇 活塞式壓縮機的運動機構(gòu)有：無十字頭和帶十字頭兩種，本設計為 無 十字頭 。 選擇 無 十字頭的理由是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，機械高度較低，相應的機械重量較輕，一般不需要專門的潤滑機構(gòu)。但是無十字頭的壓縮機只能作成單作用的，所以，氣體容積的利用不充分（因為活塞與氣缸之間，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，氣缸的潤滑油量也難于控制。 級數(shù)選擇和各級壓力比的分配 II 30nscm? 圖 2 級中最佳壓力比 δ 與相對壓力損失 ε 的關系曲線 工業(yè)用的氣體，有時需求較高的壓力，需采取多級壓縮。在選擇壓縮機的級數(shù)時，一般應遵循下列原則：使壓縮機消耗的功最小、排氣溫度應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。 同時 級數(shù)越多越好（各級壓縮比越小越好） ， 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。 根據(jù)總壓力比 ? =1/=,壓縮機的級數(shù)取一級比較合適。 轉(zhuǎn)速和行程的確定 轉(zhuǎn)速，行程和活塞平均速度的關系： 式中 —— 活塞平均速度（米 /秒）； n—— 壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn) /分）； S—— 活塞行程（米）。 表 1活塞式壓縮機主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表 小型壓縮機為使結(jié)構(gòu)緊湊和公司的相關要求，只能采用較小行程 ,取s=100mm。 近代壓縮機轉(zhuǎn)數(shù) n 通常在以下范圍： II ?? 微型和小型： 10003000（轉(zhuǎn) /分） 中型： 5001000（轉(zhuǎn) /分） 大型： 250500 （轉(zhuǎn) /分 ) 取壓縮機的轉(zhuǎn)速 n=1000r/min，則： 查上表知，其 符合活塞平均速度。 第三章熱力計算 壓縮機的熱力計算，是根據(jù)氣體的壓力，容積和溫度之間存在一定的關系，結(jié)合壓縮機的具體特性和使用要求而進行的，其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)(各級的吸排氣溫度，壓力，所耗動力）和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸（活塞行程，氣缸直徑等）。計算前做以下說明： a. 壓力 —在熱力計算中使用的壓力都是絕對壓力，為統(tǒng)一起見，本說明除特別注明外，壓力均指絕對壓力。 b. 溫度 —在熱力計算中所采用的是絕對溫度，它以 K 來表示。 絕對溫度與攝氏溫度之間具有以下關系： 273??tT c. 比容 —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。按下式計算： 確定各級的容積效率 確定各級的容積系數(shù) 根據(jù)統(tǒng)計，壓縮機的相對余隙容積 α值多在以下范圍內(nèi)： 壓力 20 bar； α=~； 壓力 20～ 321 bar； α=~ 由于 排氣壓力 P=1MPa，則 α=～ ，所以，相對余隙容積 α= m / 1010010 0030 3 ????? nsc m II 表 2按等熵指數(shù)確定膨脹指數(shù) 進氣壓力 /bar 等熵指數(shù) k k= m=1+(k1) ～ m=1+(k1) ～ 10 m=1+(k1) 10～ 30 m=1+(k1) 30 m=k 本次設計中氣體絕熱指數(shù)取 k=，根據(jù)吸入壓力值可知各級的膨脹系數(shù) m值如下 ： 膨脹指數(shù)： m =1+(k1)= ∴ 容積系數(shù)： 0 .8 7 81)( 2 .50 .111)(1 1 / 1. 1 5 51 / mv ???? ??? 選取壓力系數(shù) 設計計算中，壓力系數(shù)一般根據(jù)經(jīng)驗選取，對于進氣壓力等于或接近大氣壓的第一級 ， λp=～ ， 其余各級因為彈簧力相對氣體壓力要小得多，故取λp=～ 。 ∴ 根據(jù)吸入壓力選擇壓力系數(shù)如下： λp= 選取溫度系數(shù) 根據(jù)下圖 3所示關系選取溫度系數(shù)： 圖 3 II ∴ λt= 泄漏系數(shù) 泄漏系數(shù)一般取值在 ～ 范圍，則 λl= 確定 容積效率 綜上所述，容積 效率 ： 0 .7 6 80 .9 50 .9 60 .9 60 .8 7 8tpvv ?????? l????? 確定析水系數(shù) 第一級無水分析出 ?? = 確定各級行程容積 壓縮機各級的氣缸行程容積按下式計算： vn?/qV vs ? 式中 qv —— 壓縮機的排氣量（米 3/分）； n —— 壓縮機的 轉(zhuǎn)速 一級的 行程 容積 ： 3vs m0 0 2 ?? vn ? 汽缸直徑的確定 氣缸直徑計算公式 ： 2/d/2 2s ?? sVD ? sV —— 氣缸的行程容積（米 3/分）； s —— 活塞行程（米）； d—— 活塞桿直徑 ； 取活塞桿直徑 d=30mm II 22239。p39。 ??? dD ??39。39。 ppvv AA?? ? 22p ??? dD ?? 氣缸直徑 ： 2/d/2 2s39。 ?? sVD ? = ∴ 根據(jù)汽