【文章內(nèi)容簡介】 斷地往復(fù)運(yùn)動，吸入氣缸的氣體又不斷地被吸入排出，從而不斷的獲得脈動的壓縮氣體。 結(jié)構(gòu)簡介 （ 1） 氣缸組件 各級氣缸中都有三層壁并形成兩層空腔，最里層的薄壁筒為氣缸套，緊貼在內(nèi)壁上，內(nèi)壁與其外面一層形成空腔通冷卻水，稱為冷卻水套，冷卻水套 包在整個缸體、缸頭、填料函腔和氣閥腔周圍，以其全面冷卻氣缸的各個部件；外層是氣體通道，它被分成兩部分—— 吸入通道和排出通道，分別與吸入閥、排出閥相通，缸體靠近曲軸側(cè)，由于穿過活塞桿，為防止氣體泄漏，沒有填料函腔，整體為鑄鐵結(jié)構(gòu)。 這種結(jié)構(gòu)的特點是氣缸靠軸側(cè)的座蓋與缸體鑄成一體，簡化了缸蓋結(jié)構(gòu)，減少了封面，填料函和氣缸中心線的同心度很容易得到保證，氣缸座蓋上有止漏口與壓縮機(jī)相配合，以保證氣體和十字頭滑道的同心度，但這種結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，鑄造工藝有 — 定難度。 （ 2）活塞組件 一級活塞為盤形中空組合活塞，整個活塞分成 兩部分；二級活塞為盤型中空整體活塞。均為鑄鐵制造，表面經(jīng)陰極氧化處理，可以防腐蝕，一級活塞有一道支撐環(huán)，裝配時應(yīng)將活塞環(huán)的開口互相錯開，可以減少泄漏。各級活塞環(huán)均為四氯乙烯，氣缸由注油器實現(xiàn)有油潤滑。 （ 3）吸氣閥、排氣閥組件 各級吸排氣閥均為環(huán)形閥，有閥座，閥蓋，閥片，彈簧等零件組成。閥片由不銹鋼組成，其他零件都經(jīng)鍍鎘處理，因而氣閥的耐蝕性良好。氣閥中均勻分布的彈簧將閥片壓緊在閥座上，工作時，閥片在兩邊壓力差和彈簧力的作用下打開或者關(guān)閉，由于氣閥閥片自動而頻繁地啟動，因而要求彈簧力均勻，安裝時應(yīng)對彈簧仔細(xì) 挑選，力求彈簧高度一致。另外，在閥座、閥蓋的密封面上，嚴(yán)禁劃傷或粘上固體顆粒雜質(zhì)。 （ 4） 填料組件 本機(jī)填料部件由截流套、密封環(huán)、銷閉環(huán)等組成，這些密封元件均由填充材料四氯乙烯組成。截流套內(nèi)的截流迷宮環(huán)槽用于截流降壓，減輕密封環(huán)的負(fù)荷。銷閉環(huán)、密封環(huán)靠外圈彈簧和氣體力緊箍在活塞桿上起密封作用，若內(nèi)表面磨損，密封元件將自己補(bǔ)充，因而不至于密封失效。 （ 5）傳動機(jī)構(gòu) L 型機(jī)身內(nèi)裝有曲軸，與聯(lián)軸器同步電動機(jī)相連。曲軸軸頸兩端各裝有一個滾動的軸中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 承 , 曲軸由球墨鑄鐵鑄造而成，曲軸上裝有兩塊灰口鑄鐵的平衡塊，以平衡回轉(zhuǎn) 部分不平衡重量和運(yùn)動部件的部分慣性力，同一曲軸柄銷裝有兩根連桿，同時帶動水平列和豎直列的往復(fù)部件。 連桿為球墨鑄鐵鑄造，與曲柄相連接的大部分都裝有軸承合金軸瓦，軸瓦與軸頸的間隙可用墊片進(jìn)行調(diào)節(jié)，與十字頭連接的小頭是整體的，裝有由 錫青銅 加工成的軸瓦，大小頭軸瓦之間沿連桿軸向裝有油孔，連桿與活塞桿之間的松動 (空隙 )、十字頭銷及十字頭體上均鉆有油孔，使由連桿送來的潤滑油能進(jìn)入十字頭滑道。 在我國，目前亞搜集制造業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為機(jī)械制造行業(yè)的一個重要組成部分。全國已有上百個專業(yè)生產(chǎn)廠家，制造各種類型的壓縮機(jī)，能夠滿 足國民經(jīng)濟(jì)各部門的需求。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 4 頁 2 壓縮機(jī) 總體設(shè)計 結(jié)構(gòu)方案選擇 活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成：機(jī)器的型式，級數(shù)和列數(shù)，各級氣缸在列中的排列和各列間曲柄錯角的排列。 選擇壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案時，應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的用途，運(yùn)轉(zhuǎn)條件，排氣量和排氣壓力，制造廠的可能性，驅(qū)動方式以及占地面積等條件，從選擇機(jī)器的型式和級數(shù)入手，制定出合適的方案。 L 型壓縮機(jī)相鄰的兩列氣缸中心線夾角為 90 度，而且分別作垂直與水平布置。 L 型壓縮機(jī)具有 獨特 的優(yōu)點： 1． 當(dāng)兩 列往復(fù)運(yùn)動質(zhì)量相等時，二階往復(fù)慣性力作用在與水平成 45度夾角的方向，所以機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)比 v 型還要平穩(wěn) ； 2． 機(jī)身的受力情況比其余角度式有利，中間冷卻器和級間管道直接安裝在機(jī)器上的條件更優(yōu)越 ； 3． 大直徑的氣缸成垂直布置，小氣缸成水平布置，因而可避免較重的活塞對氣缸的磨損的影響。 本設(shè)計選擇 L型。 級數(shù)選擇和各級壓力比的分配 工業(yè)用的氣體，有時需要較高的壓力，需采用多級壓縮。在選擇壓縮機(jī)的級數(shù)時，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，造價低，要使機(jī)器具有較高的熱 效率，則級數(shù)越多越好（各級壓力比越小越好）然而級數(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，造價便大大上升。因此，必須根據(jù)壓縮機(jī)的容量和工作特點，恰當(dāng)?shù)倪x擇所需要的級數(shù)和各級壓力比。 要求長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的大中型壓縮機(jī)，可靠性和經(jīng)濟(jì)性最為重要。在選擇級數(shù)時，從獲得較高效率的觀點出發(fā)，可以應(yīng)用曲線圖來初步確定所需的級數(shù)。圖中橫坐標(biāo)表示級中的相對壓力損失 ? ，一般平均的相對壓力損失值為 ? 為 10%~ 20% ，在初步設(shè)計中，大型壓縮機(jī)可取中間值，小型的可取大值。縱坐標(biāo)表示級中最佳壓力比 0? ，按此壓力比確定壓縮機(jī)的級數(shù)，可達(dá)較高效率。不同的曲線表示不同的壓縮過程指數(shù)值 n,若已知壓縮機(jī)總的壓力比為 t? ，則壓縮機(jī)的級數(shù) Z為： ln 2ln 0tz ???? （ 21） ，一個連桿所對應(yīng)的氣缸活塞組即為一列。壓縮機(jī)按列的多少分成單列和多列兩類。 多級壓縮機(jī)得主要優(yōu)點是： 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 5 頁 ，使切向力比較均勻，因此飛輪的重量可取得較輕。同時，各列的最大慣性力不會同時發(fā)生，而且可以相互抵消。所以機(jī)器的慣性力平衡性較好，機(jī)器轉(zhuǎn)數(shù)可以提高，基礎(chǔ)減小。 ，列數(shù)增多，每列承受氣體作用力減小，每列運(yùn)動機(jī)構(gòu)較輕，機(jī)器的轉(zhuǎn)數(shù)可取得較高，因此，壓縮機(jī)和驅(qū)動機(jī)緊湊而較輕。 C．每列串聯(lián)氣缸較少， 氣缸和活塞的裝拆方便。 ，選用二級壓縮 確定各級的壓縮比 ? t??? （ 22） 式中： t? 壓縮機(jī)的總壓縮比 一般壓縮機(jī)得各級壓力比在 24 之間，所以取 ? =3 ： 轉(zhuǎn)速 和行程的選取對機(jī)器的尺寸、重量、制造難易和成本有重大影響，并且還直接影響機(jī)器的效率、壽命和動力特性。如果壓縮機(jī)和驅(qū)動機(jī)直接相連接，則也影響驅(qū)動機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和成本。近代設(shè)計活塞式壓縮機(jī)的總趨勢是提高轉(zhuǎn)數(shù)。 轉(zhuǎn)數(shù)、行程、活塞的平均速度的關(guān)系式： 30m nsc ? （ 23） 式中： mc 活塞的平均速度（ m/s） n壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn) /分） s活塞行程（ m） 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計中，在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應(yīng)考慮選擇適宜的活塞平均速度，因為： A． 活塞平均速度的高低，對運(yùn)動機(jī)件中的摩擦和磨損有直接的影響。對氣缸內(nèi)的工作過程也有影響。 B． 活塞速度過高，氣閥在氣缸上難以得到足夠的安裝面積，所以氣閥、管道中的阻力損失很大，功率的消耗以及排氣溫度將會提高。嚴(yán)重的影響壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和使用的可靠性。 一般說來：考慮活塞摩擦損耗及排氣條件，工藝流程中使用的大中型壓縮機(jī)速度可取45m/s，對于 大批量生產(chǎn)的動力用固定式空壓機(jī)，未獲得較高的效率，可取 34m/s，在這里，選轉(zhuǎn)速 mc =4m/s。 在一定的活塞速度下，活塞行程的選取，與下列因素有關(guān)： A． 排氣量的大小。排氣量大者行程應(yīng)取得長些，反之則應(yīng)短些。 B． 機(jī)器的結(jié)構(gòu)形式?？紤]到壓縮機(jī)的使用維護(hù)條件，對于立式、 V型、 W型、扇形等結(jié)構(gòu)，活塞行程不宜取得太長。 C． 氣缸的結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)考慮 I 級缸徑與行程要保持一定比例，如果行程太小，則進(jìn)、排氣接管在氣缸上的布置將發(fā)生困難（特別是徑向布置氣閥的情況）。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 6 頁 排氣量 Q表達(dá)式 ： 2114 dQ D SniZ? ?? （ 24） 式中： i單作用為 1雙作用為 2 1Z 第一級缸數(shù) d? 排氣系數(shù) 另外： 1 1 1 1 1n v p t lQ V n? ? ? ?? （ 25） 式中：1nV 一級氣缸容積 1v? 容積系數(shù) 1p? 壓力系數(shù) 1t? 溫度系數(shù) 1l? 泄露系數(shù) 各系數(shù)可在《泵與壓縮機(jī)》一書上查到 且設(shè)計 ? （一級缸徑比： SD?? ）代入有： ? ?3 221195 mdC iZQ n??? （ 26） 式中查得 ： 1 , 1 , 5 , , 4di z n??? ? ? ? ? 計算行程： 30 3 0 * 4 0 . 2 3 0 2 3 0520mCS m m mn? ? ? ? （ 27） 所以行程 276S mm? 因為 SD?? 所以 230 mm?? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 3 空壓機(jī)的熱力計算 和動力計算 壓縮機(jī)熱力計算 壓縮機(jī)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(jī)的具體特性和使用要求而進(jìn)行，其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)（各級的排氣壓力、所耗動力）和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸（活塞行程、氣缸直徑）。 ⑴排氣系數(shù)的計算 m v p t gtVV? ? ? ? ??? （ 31） 式中： mV ―――－排氣量 tV――――行程容積 v?――――容積系數(shù) p?――――壓力系數(shù) t?――――溫度系數(shù) g?― ―――氣密系數(shù) 已知：兩級壓縮，各級名義壓力比 ? ＝４，一級吸氣一個大氣壓，二級排氣十二個大氣壓，相對余隙容積： 1 ? ， 2 ? ，水冷卻 對大多數(shù)壓縮機(jī)來說， v? 對排氣量的影響比其他系數(shù)大。 11 ( 1)mv a??? ? ? （ 32） 查得： 39。1 1 0. 5 ( 1)mR? ? ? （ 33） 0. 5 ( 1. 4 1 ) 1 1. 2? ? ? ? 39。2 1 2( 1 )mR? ? ? （ 34） 1 0. 62 (1. 4 1) 1. 25? ? ? ? 得： 1 0 .0 0 9 5 (3 1)v? ? ? ? ? 1 0 .0 0 9 8 (3 1)v? ? ? ? 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 8 頁 ? ： 吸氣終了壓力 Ap （相應(yīng)于氣缸內(nèi)的壓力），通常低于公稱吸入壓力 39。Ap （相應(yīng)于吸氣管中壓力）。氣缸內(nèi)的壓力 Ap ，要達(dá)到吸氣管中的壓力 39。Ap ，需經(jīng)過一段預(yù)壓縮。這又相當(dāng)于使有效行程容積 39。V 縮小 V? ，吸氣能力再次下降?？紤]因吸氣過程中的壓力損失使吸氣能力下降而引用的系數(shù)稱為壓力系數(shù) . 吸氣結(jié)束時，造成氣缸內(nèi)的壓力和吸氣管中氣體壓力的差別的主要原因是：吸氣閥存在彈簧力和吸氣管中的壓力波動。 過強(qiáng)的彈簧使閥提前關(guān)閉，這將降低接近吸氣終點時氣缸內(nèi)的壓力，增大了管道同氣缸內(nèi)的壓力差，因而 p? 下降。 由于活塞式壓縮機(jī)進(jìn)排氣過程的周期性，吸氣管中的壓力是周期的波動的。當(dāng)吸氣結(jié)束，吸取閥即將關(guān)閉的瞬間，吸氣管道中的壓力整處于波峰，氣缸內(nèi)的壓力可能高過吸氣管中的公稱壓力，這時壓力系數(shù)可能大于 1，在低于公稱壓力的情況下，壓力系數(shù)小于 1. 當(dāng)常壓吸氣時， 0 .9 5 ~ 0 .9 8p? ? ，較小值適用于通道截面較小的或具有過強(qiáng)彈簧的氣閥。在循環(huán)壓縮機(jī)的第一級和多級壓縮機(jī)得第二級，因吸氣壓力較高，即使同樣大小的壓力損失，相對壓力損失仍 很小，這時 ~ 1p? ? 。一般壓