活塞式壓縮機課程設(shè)計說明書

1、合肥工業(yè)大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)過程流體機械課程設(shè)計設(shè) 計 題 目 4L-20/8 活塞式壓縮機設(shè)計 學(xué) 院 名 稱 專 業(yè)（班 級） 姓 名（學(xué) 號） 指 導(dǎo) 教 師 目錄第一章 概述31.1壓縮機的分類31.2 壓縮機的基本結(jié)構(gòu)41.3 活塞式壓縮機的工作原理51.4 活塞式壓縮機設(shè)計的基本原則51.5 活塞式壓縮機的應(yīng)用5第二章 設(shè)計計算72.1 設(shè)計參數(shù)72.2 計算任務(wù)72.3 設(shè)計計算72.3.1 壓縮機設(shè)計計算72.3.2 皮帶傳動設(shè)計計算10第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計133.1 氣缸133.2 氣閥143.3 活塞143.4 活塞環(huán)143.5 填料14參考文獻15第一章 概述1.1壓縮

2、機的分類21.1.1 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)莘e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(chǔ)是反映氣體基本狀態(tài)參數(shù)P、V、T關(guān)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(yīng)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(chǔ)是反映流體靜壓與動能守恒關(guān)系的流體力學(xué)伯努利方程1.1.2 按排氣壓力分類見表1，按排氣壓力分類時，壓

3、縮機的進氣壓力為大氣壓力或小于02MPa。對于進氣壓力高于02MPa的壓縮機，特稱為“增壓壓縮機”1.1.3 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”。單級壓縮機氣體僅通過一次工作腔或葉輪壓縮；兩級壓縮機氣體順次通過兩次工作腔或葉輪壓縮；多級壓縮機一一氣體順次通過多次工作腔或葉輪壓縮，相應(yīng)通過幾次便是幾級壓縮機。1.1.4 按功率大小分類壓縮機按功率大小分類見表12。1.1.5 壓縮機分類及命名 壓縮機按結(jié)構(gòu)或

4、工作特征分類和命名見表13。1.2 壓縮機的基本結(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(shè)有填料，用以密封問隙，活塞上設(shè)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(fù)運動，包括曲軸、連桿、十字頭等，往復(fù)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(shè)備。 1.3 活塞式壓縮機的工作原理 （1）膨脹過程 當(dāng)活

5、塞向左邊移動時，缸的容積增大，壓力下降，原先殘留在氣缸中的余氣不斷膨脹。 （2）吸入過程 當(dāng)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(guān)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

6、由于排氣閥彈簧力和閥片本身重力的作用，排氣閥關(guān)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(fù)上述四個過程，如此周而復(fù)始地進行循環(huán)。這就是活塞式壓縮機的工作原理。1.4 活塞式壓縮機設(shè)計的基本原則（1）滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力以及有關(guān)使用條件的要求；（2）有足夠長的使用壽命（壓縮機需要大修被迫停車的次數(shù)）；（3）有良好的運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性；（4）有良好的動力平衡性；（5）維護檢修方便；（6）盡可能采用新結(jié)構(gòu)；（7）制造工藝性良好；（8）機器尺寸小。1.5 活塞式壓縮機的應(yīng)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

7、領(lǐng)域。按照氣體被壓縮的目的，大致可區(qū)分為如下四類。（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(yīng)用得非常廣泛，如風(fēng)鎬、風(fēng)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(xué)工業(yè)中將氣體壓力提高有利于化學(xué)反應(yīng)的進行，提高反應(yīng)速度和產(chǎn)率，并可相應(yīng)減小設(shè)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15IOOMPa的壓力下反應(yīng)，尿素生產(chǎn)需要在

8、21MPa下使二氧化碳和氨發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而由乙烯聚合生產(chǎn)塑料的工藝則需要高達280MPa的工作壓力，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(shè)備中需要提高制冷劑的壓力，以將其冷卻成液態(tài)，這需要壓縮機提供約1512MPa的壓力。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，此時壓縮氣體的目的是提高氣體壓力以克服流動過程中的管道阻力，并使較小的管徑輸送盡可能多的氣體，如天然氣的管道輸送需要11OMPa的壓

9、力。氣量小時用容器裝運，因容器一般體積有限，所以為裝運更多的氣體，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的充裝壓力是3570MPa。第二章 設(shè)計計算2.1 設(shè)計參數(shù)（1）排氣量： 有效排氣量 21.5（2）進氣壓力： 0.1MPa（3）排氣壓力： 0.8MPa（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（1

10、1）冷卻水量： 4噸/小時2.2 計算任務(wù)（1）對實際排氣量，排氣溫度和功率進行復(fù)算。（2）主、從動皮帶輪的設(shè)計計算。2.3 設(shè)計計算2.3.1 壓縮機設(shè)計計算(1)結(jié)構(gòu)型式及方案選擇圖1 容積流量的計算 根據(jù)總壓力比8，壓縮機的級數(shù)取兩級比較合適。本設(shè)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、級采用雙作用氣缸。另外，壓縮機采用水冷方式。（2）容積流量（排氣量）的計算1)理論排氣量、的計算n壓縮機轉(zhuǎn)速 400 rpm, 2） 實際排氣量的計算 式中 容積效率， 其中 容積系數(shù)，為相對余隙系數(shù)，低壓級，中壓級，為名義壓力比。 壓力系數(shù)，；溫度系數(shù)，；泄露系數(shù)，； 由 算

11、得0.871 0.867取 0.95 0.95 0.95 0.96 0.96 0.96由 算得0.747 0.750 則26.480.747=19.7819.3040.750=6.9783）各級行程容積的計算由 （n為壓縮機轉(zhuǎn)速） 算得0.0660.023（3）排氣溫度計算 式中 m壓縮過程指數(shù)，一般壓縮過程指數(shù)取低壓級，中、高壓級m=k注意：壓縮終溫不能超過160第一級 第二級 （4）估算軸功率（ 118 KW） 本設(shè)計中，和均取為1。=43.17KW=44.66KW43.17+44.66=87.83KW取機械效率 93.47KW118KW2.3.2 皮帶傳動設(shè)計計算 已知條件：P=130K

12、W， ，(1)求計算功率 本設(shè)計為軟起動，連續(xù)工作，工作時間16h，查表可得 由此可得 (2)由計算功率和小帶輪轉(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 由，可計算出從動輪直徑 2） 驗算帶速SPC型窄V帶帶速范圍 (4)確定中心距和帶輪基準長度1）確定帶輪基準長度 取 2）確定實際中心距 由 以及 可得 (5)計算小帶輪包角 (6)求V帶根數(shù)Z 查表得式中 (7)單根帶的預(yù)緊 (8)軸上的壓力 第三章 結(jié)構(gòu)設(shè)計圖2 L型空氣壓縮機本課程設(shè)計所設(shè)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。3.1 氣缸（1）基本結(jié)構(gòu)型式采

13、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(shè)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。圖3 氣閥在缸蓋上的布置圖4 氣缸壁厚（3）主要尺寸 進氣口和出氣口直徑 140 mm氣缸壁厚 L11416 mm L21214 mm機身壁厚 工作面 1214 mm 非工作面 1012 mm要求壁厚均勻，美觀，便于鑄造。3.2 氣閥進氣閥和排氣閥均采用標(biāo)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(shè)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)狀閥圖6 填料部件3.3 活塞活塞分為桶形活塞、盤形活塞、級差式活塞、隔距環(huán)組合式活塞和柱塞等幾種。本設(shè)計采用的是盤形鑄鐵活塞，兩端壁間按直徑大小配加強筋38條，筋不能與轂部和外壁相聯(lián)。3.4 活塞環(huán)要求密封可靠并耐磨，采用鑄鐵環(huán)開切口的結(jié)構(gòu)。一級活塞和二級活塞都采用兩個活塞環(huán)。3.5 填料壓縮機中的填料多采用自緊式密封。密封圈按結(jié)構(gòu)分為平面和錐形兩類，