【導讀】往復式壓縮機是工業(yè)上使用量大、面廣的一種通用機械。立式壓縮機是往復活塞。熱力計算、動力計算是壓縮機設(shè)計計算中基本又是最重要的一項工作根據(jù)任務。氣缸尺寸、軸功率等經(jīng)過動力計算得到活塞式壓縮機的受力情況?；钊綁嚎s機熱力計。的精確程度體現(xiàn)了壓縮機的設(shè)計水平。第二章總體設(shè)計·······&#1

　　

【正文】 D II ???DS 因此符合標準 。 6 過渡圓半徑 )(r ????? D 取 r=5mm。 曲軸材料 壓縮機上用的較多，制造經(jīng)驗較成熟的，是中碳鋼鍛造曲軸，近年來由于鑄造技術(shù)的發(fā)展，采用稀土鎂球墨鑄鐵鑄造曲軸的越來越多。制造曲軸可以節(jié)省原材料和大量減少加工工時，并且有條件把曲軸的形狀設(shè)計地更合理。本次設(shè)計中曲軸材料選用球墨鑄鐵。 曲軸強 度校核 為使計算簡單，對曲軸的受力情況先作如下簡化假定： ① 對于多支承曲軸，作為在主軸承中點處被切開的分段筒支梁考慮； ② 連桿力集中作用在曲柄銷中 點處； ③ 略去回轉(zhuǎn)慣性力； ④ 略去曲軸自重。 本次壓縮機設(shè)計軸承不容易斷裂，只進行剛度校核。 ⑴靜強度校核 MP 1000409550000955000033 ??????d npWTT? 曲軸的材料是球墨鑄鐵， ? ? M Pa25~20?? ，所以滿足靜強度要求。 ⑵疲勞強度校核 ? ?1221 nnn nnn ??????? ，通過實驗驗證。符合條件，滿足要求。 連桿 II 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖 8 連桿桿體主要結(jié)構(gòu)尺寸 1— 小頭； 2— 桿體； 3— 大頭； 4— 連桿螺栓； 5— 大頭蓋； 6— 連桿螺母 連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸，又將曲軸的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為活塞的往復運動的機件。 連桿包括桿體、大頭、小頭三部分，如圖。桿體的截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等。圓形截面的桿體，機械加工最方便，但在同樣強度時，具有最大的運動質(zhì)量，適用于低速、大型以及小批生產(chǎn)的壓縮機。工字形截面的桿體在同樣強度時，具有最小的運動質(zhì)量，但其毛坯必須用模鍛或鑄造，適用于高速及大批量生產(chǎn)的壓縮機。本設(shè)計由于 轉(zhuǎn)速較高，選擇工字形截面連桿。 連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計基本原則 連桿的定位： 為了防止連桿在運動時的左右擺動，以及考慮曲軸的熱膨脹引起的軸向移動對連桿的影響，連桿必須加以定位，定位的方法有大頭定位與小頭定位兩種。 大頭定位是在連桿大頭軸頸兩端面與曲軸銷的配合端面采用較小的配合間隙（約 ～ 毫米）；而在小頭襯套端面與活塞銷的配合端面則取較大的間隙(約為 2～ 5毫米 )。小頭定位是在小頭襯套端面與活塞銷的配合端面采用 ～ 毫米的配合間隙，而在大頭端面與曲柄銷的配合端面，取 2～ 5毫米的間隙。 II 連桿尺寸計算 ① 連桿長度 L的確定 ： 連桿長度 L，由曲柄半徑 R 與連桿長度 L 的比值 RL?? 決定。 λ 愈大，壓縮機的外形愈小，愈容易使連桿在運動時與滑道壁相碰； λ 值小了的話，就會使壓縮機的外形愈大；所以選取要適當。 因為本次設(shè)計要求結(jié)構(gòu)緊湊的 立 式壓縮機， 1/6~?? 選取 5/1?? 行程 s=100 mm ，曲柄半徑 mmR 502/1 0 02/S ??? ∴ 連桿長度 L： mmRL 2 5 0)5/1/(50/ ??? ? ②連桿小頭襯套尺寸的確定 : 圖 9 小頭襯套 連桿小頭襯套內(nèi)徑按活塞銷決定： d=22mm 連桿小頭近年來采用襯套的結(jié)構(gòu)，襯套的厚度 s以及寬度 b 選取 : ~)~(080060 ???? ) d.~.(s， 取 s= b=(1～ )d=（ 1~） 55=22~，取 b=27mm 小頭襯套與活塞銷的間隙 ( 7 ~ 2) ( 7 ~ 2) 55 4 ~ 0 .0264 m md? ? ? ? ? ? 小頭襯套材料多采用銅合金。 II ③ 連桿大頭內(nèi)徑按曲軸決定： d=55mm ④ 連桿寬度 B 的確定 從工藝上考慮連桿大小頭寬度取相等。對于連桿寬度取 B= 式中 b為軸瓦的寬度；對于大頭定位時，為大頭寬度，對于小頭定位時，則為小頭襯套寬度。 60 54 m mBb? ? ? ? ，取 B=54mm 第七章軸承 壓縮機常用的軸承有滾動軸承和滑動軸承 兩大類。滾動軸承使用、維護方便，機械效率較高，結(jié)構(gòu)雖然復雜，但由專業(yè)廠制造，價格也不很貴，而且通用化標準化程度很高?；瑒虞S承的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，制造方便、精度高、振動小、安裝方便。一般中、小型壓縮機適宜采用滾動軸承；大型壓縮機及多支承的壓縮機普遍采用滑動軸承。本設(shè)計是小型壓縮機，采用圓錐滾子軸承。 滾動軸承及其結(jié)構(gòu)確定 滾動軸承使用、維護方便，機械效率較高，結(jié)構(gòu)雖然復雜，但由專業(yè)廠制造，價格也不很貴，而且通用化，標準化程度很高。此壓縮機選用圓錐滾子軸承，能同時承受軸向載荷和徑向載荷的聯(lián)合作用。 軸承內(nèi)徑 ： ? ? ~ ? , p— 最大活塞力 )( ????? ）（PD ，取 D=60mm 軸承代號： 根據(jù) GB/T297— 1994 查得圓錐滾子軸承： 軸承代號： 30212 d:60mm D:110mm B： 22mm II 第八章聯(lián)軸器 圖 10 彈性聯(lián)軸器 壓縮機與驅(qū)動機的連接，一般分為： 1）壓縮機與驅(qū)動機為同一軸的直連； 2）壓縮機與原動機兩軸間有速比的皮帶傳動； 3）壓縮機與原動機兩軸間沒有速比的聯(lián)軸器連接。 對于中、小型壓縮機與電動機的連接，多采用彈性與半彈性的聯(lián)軸器。常用的彈性圈柱銷聯(lián)軸器及彈性聯(lián)軸器（ 如 圖），后一種聯(lián)軸器適用于高速、起動頻繁的情況下，安裝時允許在徑向上與轉(zhuǎn)角上有稍許偏移。彈性圈柱銷聯(lián)軸器通常以不裝圈的一半為主動軸。我國已有彈性圈柱銷聯(lián)軸器標準，見 JB108— 60。它的缺點是加工要求較高，壽命較低，彈性圈常易損壞。為了提高壽 命，我國維修 II 工人在實踐中創(chuàng)造了木銷聯(lián)軸器。經(jīng)過幾年來的使用，可代替彈性圈柱銷聯(lián)軸器，且結(jié)構(gòu)簡單，壽命長，軸向允許有較大的竄動。其中的木銷材料可采用：玻璃布層壓板，環(huán)氧酚醛玻璃布棒，酚醛布棒，酚醛層壓板，胡桃木，榆木，白樺木等。以上材料可以就地取材， 因此深受廣大工人歡迎。 聯(lián)軸器根據(jù)傳遞的扭矩，轉(zhuǎn)數(shù)及連接的直徑，可按 JB108— 60 選取，一般不需計算。如需計算時，主要是校核聯(lián)軸器中彈簧圈工作表面的擠壓應力 σc ，柱銷的彎曲應力 σ 。 第九章刮油器 填料的基本要求 填料是阻止氣缸內(nèi)氣體自活塞桿與氣缸之間 泄漏的組件。填料的要求是密封性能好并耐用。它是易損件，故設(shè)計中盡量采用標準化或通用化的元件，以便于生產(chǎn)管理，提高生產(chǎn)效率，降低成本。 填料的結(jié)構(gòu) 壓縮機中的填料，都是借助于氣體的壓力差來獲得自緊密封的。根據(jù)氣體的壓差、性質(zhì)、密封要求的高低、及其結(jié)構(gòu)的不同和使用上的習慣，選擇不同類型的密封圈。 密封圈主要有平面和錐形兩類，前者用于低、中壓，后者用于高壓。本次設(shè)計的壓力為低壓，所以選擇平面密封圈。 由于低壓三瓣密封圈適用于壓力差在 10公斤 /厘米 2以下的密封，故采用三瓣密封圈， 且該元件結(jié)構(gòu)簡單，易于制造 。該密封圈為單向斜口，由于它對活塞桿的比壓不均勻，銳角的一方比壓較大，因此其內(nèi)圈磨損也不均勻，主要發(fā)生在銳角的一方。密封圈磨損后，在相鄰兩瓣接口處不可避免的留有間隙，無法阻擋氣體的泄漏。 材料選擇 平面密封圈一般用 HT2040 灰鑄鐵。 II 第十章潤滑系統(tǒng) 壓縮機中，在零件相互滑動部位，如活塞與氣缸、填料與活塞桿、主軸承、連桿大頭、連桿小頭襯套以及十字頭滑道等處，要注入潤滑劑進行潤滑，已達到以下目的： ① 減少摩擦功率，降低壓縮機功率消耗； ② 減少滑動部分的磨損，延長零件壽命； ③ 潤滑劑有冷卻作用，可導 走摩擦熱，使零部件溫度不高； ④ 用油作潤滑劑時，尚有防止零件生銹的作用。 設(shè)計和選擇潤滑系統(tǒng)的基本要求是： ① 要有可靠的供油裝置，要保證有適量的潤滑油輸送至各運動部位； ② 系統(tǒng)中要有便于檢查供油情況的部位和儀表； ③要有使?jié)櫥蛢艋倪^濾裝置； ④ 供油管路的布置要緊湊，整齊，便于拆裝和清洗，同一管路中管件的選擇要力求劃一。 本次設(shè)計采用飛濺潤滑。飛濺潤滑適用于無十字頭壓縮機。該潤滑方式是借助于連桿 大頭的擊油桿或擊油勺， 將曲軸箱內(nèi)的潤滑油飛濺至汽缸鏡面 及傳動機構(gòu)各摩擦副表面，或者利用掛在曲軸頸臺肩上的圓環(huán)，將曲軸箱中的 潤滑油帶至主軸頸表面，再在離心力的作用下飛濺至汽缸鏡面和傳動摩擦副表面 。采用上述潤滑方式能使汽缸和傳動機構(gòu)同時得到潤滑，但二者潤滑油只能相同。 盡管該潤滑方式存在潤滑油量過多的缺點，但結(jié)構(gòu)極為簡單，況且通過對濺油器形狀的不斷改進（例如，設(shè)計成窄片狀或針狀），以及對濺油深度的合理控制，已能使耗油量指標達到甚為理想的程度。所以，飛濺潤滑幾乎成為泛用微型壓縮機潤滑的普遍方式。 第十一章冷卻系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng)有：風冷系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，本設(shè)計采用風冷。 II 冷卻方式 壓縮機裝置中需要冷卻的部位有（即冷卻方式）： ①級間冷卻 多級壓縮機間排氣 ②后冷卻 被壓縮氣體排出壓縮機后進行冷卻，使其溫度降低，便于分離氣體中的水分和油霧，也使輸送氣體的管道直徑減小或氣體流速和流阻降低； ③潤油冷卻 大型壓縮機中傳動機構(gòu)潤滑油也需要冷卻，以維持其良好的潤滑性能及對摩擦副的冷卻效果； ④汽缸冷卻 限制缸壁溫度不要太高，保證缸內(nèi)潤滑效果，限制零部件熱變形。 上述熱量如果是通過冷卻水帶走，則稱為水冷壓縮機 如果是通過空氣帶走，則稱為風冷壓縮機 冷卻系統(tǒng) ①風冷系統(tǒng) 微型和小型壓縮機，以及中型壓縮機 在缺水地區(qū)運行時采用風冷。風冷效果差，因而壓縮機的指示功率消耗較水冷大，并且鼓風機消耗的動力費用一般也較水冷系統(tǒng)的泵功率大，風冷系統(tǒng)（尤其是較大的機組）還帶來很大的鼓風噪音。中型多級壓縮機組采用風冷時，一般將各級中冷器、后冷器、油冷器集成一體，用一個大的軸流風機鼓風，風機功率一般為壓縮機電機功率的 5%～ 10%； ②水冷系統(tǒng) 按照冷卻水應用方式，水冷系統(tǒng)可分為“開式”和“閉式”兩類。 冷卻設(shè)備 冷卻設(shè)備主要是冷卻器（換熱器）和冷卻塔。冷卻器形式有水冷和風冷兩種。 水冷冷卻器多采用管殼式結(jié)構(gòu)，它主要由換 熱管束冷、外殼、用于固定換熱管的端板（也稱管板 )、熱膨脹補償裝置以及折流板、封頭、法蘭等構(gòu)成。 風冷冷卻器基本都是翅片管結(jié)構(gòu)，目的在于增大管外側(cè)換熱面積，有些是套片式，有些是直接在管外軋制翅片，有些是在光管外再緊密套上一根外翅片管。 II 主要參考文獻 、董其伍、桑芝富，過程裝備設(shè)計（第三版） .化學工業(yè)出版社， . ，劉麗英，劉偉，化工原理（第四版） .化學工業(yè)出版社， ，姜培正 .過程流體機械 .化學工業(yè)出版社， ，楊建民 .機械工程材料 （第二版） .機械工業(yè)出版社， . .唐道武，馬克新，機械設(shè)計課程設(shè)計，中國礦業(yè)大學出版社 . 、孫嗣瑩、陳洪俊，容積式壓縮機技術(shù)手冊 ， [M].北京：機械工業(yè)出版社 2020 II 結(jié)語 畢業(yè) 設(shè)計 是本科學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的機會，通過這次比較完整 天然氣往復壓縮機的設(shè)計 ，我擺脫了單純的理論知識學習狀態(tài)，和實際設(shè)計的結(jié)合鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力水平，而且 通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力及耐力也都得到了不同程度的提升 ，使我認識到，想要成為一名成功的設(shè)計者，細節(jié)確定成敗。 雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣但我的收獲卻更加豐富。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設(shè)備的 選用標準，各種 元件 的安裝方式，我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的 ，在設(shè)計過程中，我不間斷翻閱最新的相關(guān)書籍和雜志，不斷更新和完善我的設(shè)計理念。 和老師的溝通交流更使我從經(jīng)濟的角度對設(shè)計有了新的認識也對自己提出了新 的要求，這些本是我工作后才會意識到的問題，通過這次畢業(yè)設(shè)計讓我提前了解了這些知識，這是很珍貴的。 天然氣往復壓縮機的設(shè)計，主要是熱力計算和動力計算，對壓縮機的曲軸、連桿、氣閥以及活塞的尺寸設(shè)計，并對其進行校核。 根據(jù) 任務書 提供的 介質(zhì) 、氣量、壓力等參數(shù)要求，經(jīng)過計算得到壓縮機的相關(guān)參數(shù)，如級數(shù)、氣缸尺寸、軸功率等 ， 經(jīng)過動力計算得到活塞式壓縮機的受力情況 。 活塞式壓縮機熱力計算、動力計算的結(jié)果將為各部件圖形以及基礎(chǔ)設(shè)計提供原始數(shù)據(jù) 。在設(shè)計過程中，通過不斷地選定參數(shù)，借鑒前人的經(jīng)驗，從而達到構(gòu)件的強度和剛度 要求。 在設(shè)計過程中一些 構(gòu)件的尺寸 的設(shè)計讓我很頭痛，原因是由于本身設(shè)計受到的框定，而又必須考慮本專業(yè)的一些要求規(guī)范，從而形成了一些矛盾點，這些矛盾在處理上讓人很難斟酌，正是基于這種考慮我意識到：要向更完美的進行一次設(shè)計，與其他專業(yè)人才的交流溝通是很有必要的 。 提高是有限的但提高也是全面的，正是這一次設(shè)計讓我積累了無數(shù)實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力 ，必將是成功塑造一名優(yōu)秀設(shè)計者的一塊基石。