【文章內(nèi)容簡介】 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(shù)研究開發(fā)，掌握核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)的自主知識產(chǎn)權(quán)。當(dāng)前，壓縮機行業(yè)共性技術(shù)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(yīng)加大在我國 重點培育自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)裝備研發(fā)力量?？梢杂杏媱潯⒂胁襟E地加強國家重點實驗室、國家工程技術(shù)研究中心、行業(yè)科研院所等共性技術(shù)研究開發(fā)平臺的建設(shè)，重點支持原創(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)技術(shù)的高科技人才隊伍，努力掌握核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和重要產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權(quán)。第三，進入加快發(fā)展制造服務(wù)業(yè)階段。當(dāng)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(shù)，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(wù)，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(wù)項目，則是壓縮機企業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個關(guān)鍵內(nèi)容?，F(xiàn)代服務(wù)業(yè)大部分是以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(fù)式壓縮機技術(shù)水平相比，我國的主要差距為基礎(chǔ)理論研究差，產(chǎn)品技術(shù)開發(fā)能力低，工藝裝備和實驗手段后，產(chǎn)品技術(shù)起點低，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)品還滿足不了國內(nèi)需求。 壓縮機設(shè)計說明 本說明書包 括活塞式壓縮機的總體設(shè)計，熱力、動力計算， 壓縮機 的 部件 結(jié)構(gòu)設(shè)計和計算， 及 潤滑 系統(tǒng) ， 冷卻系統(tǒng) 以及 部件校核 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(shè)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(shè)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。 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 第二章 總體設(shè)計 設(shè)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(fēng)冷 總體設(shè)計原則 設(shè)計活塞壓縮機應(yīng)符合以下基本原則： 、排氣壓力，及有關(guān)使用條件的要求。 （應(yīng)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(yīng)理解為壓縮機被迫停車的次數(shù)）。 。 。 。 、新技術(shù)、新材料。 。 小、重量輕。 結(jié)構(gòu)方案的選擇 壓縮機的結(jié)構(gòu)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(xí)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(yīng)根據(jù)壓縮機的用途，運轉(zhuǎn)條件，排 氣量和排氣安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 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（ 2）雙作用汽缸（級差式 汽缸﹚。另外，壓縮機采用風(fēng)冷方式。 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(yīng)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(shè)置操作平臺，操作不方便； ② 管道布置困難；多級時級間設(shè)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(dǎo)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(shè)計為 有 十字頭 。 原因：無十字頭壓縮機多用于小功率場合，尤其是要求輕便的移動式。經(jīng)后面設(shè)計知，本設(shè)計壓縮機功率大于 ，不屬于小功率范疇。而壓縮機的功率主要是由電機提供的。同時 國內(nèi)通常按功率大小將電機分為大型電機、中小型電機、小功率電機等三大類。 對于 小功率電機的界定 ： 依據(jù) “ 電工名詞述語小功率電動機 ” 標(biāo)準(zhǔn)定義，小功率電機是指折算到 1500r/min 時，最大連續(xù) 定額不超過 的電動機，即 及以下電機統(tǒng)稱為 “ 小功率電機 ” ，它包含了人們通常所說的 “ 分馬力電機 ” 和 “ 微電機 ” 。由于它與人民生活休戚相關(guān)，已被列入國家強制性認證目錄。小功率電機種類繁多，大致可分為三相異步電動機、三相電泵、洗衣機用電動機、空調(diào)器風(fēng)扇用電動機等 27 類。 無十字頭與有十字頭的特點：無字頭壓縮機特點是結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但只能是單作用或級差式，與相同排量的有十字頭雙作用壓縮機相比，汽缸直徑大且靠活安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 塞環(huán)密封氣體，因而泄露周長及泄露量大。無十字頭壓縮機的筒形活塞承受側(cè)向力，故活塞與汽缸間的 摩擦和磨損較大，機械效率也較低。除非機身傳動部分也不采用油潤滑，否則十字頭壓縮機不能實現(xiàn)氣體的無油壓縮。 級數(shù)選擇和各級壓力比的分配 （ 1） 對于大中型壓縮機在選擇級數(shù)時： ① 從省功，獲得高效率觀念出發(fā)，初步確定所需級數(shù)和最佳壓縮比（按壓縮比確定級數(shù)可達較高效率），然后根據(jù)需要的總壓力比求得壓縮機級數(shù)。 0tlnlnZ ??? 式中： t?— 總的壓縮比 0— 最佳壓力比 按上式計算的值圓整后就是所求的級數(shù) 。 其中多級壓縮最佳壓比分配是在中間冷卻效果，完善及不考慮中冷時存在的壓力損失條件下 ,按壓縮機理論耗功為最小來確定的。結(jié)論是各級壓比分配相等時為最佳。但實際中冷情況并非如此。 ② 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(fù)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(dāng)?shù)剡x擇所需的級數(shù)和各級壓力比。 同時實際上確定級數(shù)時往往根據(jù)經(jīng)驗選取，目前常見級數(shù)的分級范圍見下表。 表 2 分級范圍 終壓 （表壓） /MPa ～ 1 ～ 6 ～ 15 ～ 40 15～ 100 80～ 100 級數(shù) 1 2 3 4 5～ 6 7 （ 2） 壓力比的分配： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 30nscm?確定級數(shù)后，各級壓力比的分配仍以省 功為主。按等壓力比的規(guī)律，求得各級壓力比： z t??? 上式是以壓縮機回冷完善，絕熱壓縮，忽略余隙容積的影響（或認為各級余隙容積相等）為假設(shè)前提下，對于實際氣體進行壓縮比分配時必須考慮壓縮因子的影響。特別是在大型壓縮機中，為了充分利用一級汽缸容積系數(shù)和限制末級溫度，需對各級壓力比進行必要的分配調(diào)整。根據(jù)以往設(shè)計經(jīng)驗得知： z1 ~ t?? ）（? ∴ 對于本次壓縮機設(shè)計：根據(jù)上表，及總壓力比 知，壓縮機的級數(shù)取一級比較合適。 轉(zhuǎn)速和行程的確定 表 1 活塞式壓縮機主要結(jié)構(gòu)參數(shù)表 活塞力 P （噸） 行距 S （毫米） 推薦轉(zhuǎn)數(shù) N （轉(zhuǎn) /分） 推薦轉(zhuǎn)數(shù)下的活塞 平均速度 （米 /秒 ） 1 80 980 100 980 2 100 980 140 780 140 780 180 600 180 600 220 500 8 240 500 12 280 428 10 320 375 轉(zhuǎn)速，行程和活塞平均速度的關(guān)系： ???安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 式中 mc—— 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）。 中小型 壓縮機為使結(jié)構(gòu)緊湊和公司的相關(guān)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： 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。 m/ 10100100030 3 ????? nsc m安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 ?? 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(guān)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(guān)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： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 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 2 MPa； α=~； 壓力 2～ ； α=~； 由于 排氣壓力 P=1MPa，則 α=～ ， 所以， 取 相對余隙容積 α= 表 2 按等熵指數(shù)確 定膨脹指數(shù) 進氣壓力 /MPa 等熵指數(shù) k k= m=1+(k1) ～ m=1+(k1) ～ m=1+(k1) ～ m=1+(k1) 3 m=k 本次設(shè)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)：)()(1 1/ 5 51/mv ???? ??? 選取壓力系數(shù) 設(shè)計計算中，壓力系數(shù)一般根據(jù)經(jīng)驗選取。 ∴ 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(guān)系選取溫度系數(shù)： 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 222 ??? πdπDA 39。p39。圖 3 ∴ λt= 泄漏系數(shù) 泄漏系數(shù)一般取值在 ～ 范圍，則l?= 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) 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：vs /nηqV V? 式中 Vq—— 壓縮機的排氣量（米 3/分）； n—— 壓縮機的 轉(zhuǎn)速 行程 容積 ： 3m00260 ./n ηq vVs ?? 汽缸直徑的確定 氣缸直徑計算公式 ：2s2 2 /d/VD s ?? ? sV—— 氣缸的行程容積 （ m3）； s—— 活塞行程 （ mm） ； d—— 活塞桿直徑 ； 取活塞桿直徑 d=30mm 氣缸直徑 ： 2 ???? /d/VD s39。 ∴ 根據(jù)汽缸直徑標(biāo)準(zhǔn)， 圓整后氣缸直徑如下 :D=140mm 。 活塞有效面積為 : 實際行程容積 安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 39。ppv39。v AAλλ ? 4πd2πDA 22p ??? 新的的容積系數(shù)及新的相對余隙 考慮到圓整值與計算 值之間有差值，這里采用維持壓力比不變，調(diào)整相對余隙容積的方法，利用下式計算容積系數(shù) : v39。λ為上面已計算的值 ∴新的容積系數(shù)為 : ? 新的相對余隙 : 計算活塞力 ① 計算實際吸排氣壓力 各級進排氣相對壓力損失取值，各級進 、 排氣壓力和實際壓力見下表。 表 3 各級進氣、排氣壓力與實際壓力比 級次 公 稱壓力 排氣損失 實際壓力 實際壓比 Ps/MPa Pd/MPa 39。sδ 39。d? ps’/MPa Pd’/MPa 39。? 1 1 ② 活塞力的計算 首先計算蓋測和軸側(cè)活塞工作面積，見下表 4； 表 4 蓋測和軸側(cè)活塞工作面積 級次 軸側(cè) /2m 蓋測 /2m 1 止點氣體力計算見下表 5。 表 5 止點氣體力計算 322s )4d2Dπs(V ??? 1ελ1αm1v ???)(4A 22w dD ?? ? 2c 4A D??安徽理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 列次 內(nèi)止點 外止點 11 10??? cs39。w