化工機(jī)械畢業(yè)設(shè)計

1、四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒論壓縮機(jī)是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機(jī)械。它的種類很多，用途極廣故有“通用機(jī)械”的稱呼。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展得壓縮機(jī)在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的許多部門中成為必不對少的關(guān)鍵設(shè)備之一。1.1壓縮機(jī)的應(yīng)用壓縮機(jī)的具體應(yīng)用主要有以下幾方面:1.1.1化工及石油化工工藝化工生產(chǎn)中經(jīng)常需將氣體壓力提高，以利于化學(xué)反應(yīng)。例如化肥生產(chǎn)中氨的合成要求把氫、氮合成氣加壓到15Mpa或24MPa以至32Mpa以上；尿素生產(chǎn)中需將二氧化碳加壓到15Mpa;石油裂解加壓要求把氫氣加壓到15Mpa或32Mpa;高壓聚乙烯的聚合反應(yīng)要求把乙烯氣加壓到250Mpa甚至更高，這些場合都使用往復(fù)活塞式

2、及離心式壓縮祝。1.1.2動力工程用礦山、機(jī)械及國防工業(yè)常用壓縮空氣作為風(fēng)動機(jī)械的動力氣源，要求空氣壓力為0.61.5Mpa，氣動控制儀表及自動化裝置需要壓力為0.6Mpa的空氣源。海上油田注氣用壓縮空氣壓力高達(dá)70Mpa。1.1.3制冷工程和氣體分離用冰箱、冷庫和空調(diào)器等制冷裝置中卻不可缺少壓縮機(jī)，壓縮機(jī)在這里的作用是提高氣態(tài)制冷工質(zhì)的壓力來提高其冷凝溫度以便構(gòu)成制冷循環(huán)?，F(xiàn)用制冷工質(zhì)有氨及氟里昂等，普通制冷壓縮機(jī)的壓力一般為0.81.4Mpa。將空氣分離成氧和氮的空分裝置中有空氣壓縮機(jī)及氨氣壓結(jié)機(jī)。按空分流程的不同，所需的壓力有0.50.6Mpa、1.52.5Mpa及1522Mpa等多種，

3、所以壓縮機(jī)密滿足工藝上對壓力的要求。1.1.4氣體輸送 為克服氣體在流動過程中的阻力損耗需用壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)給氣體補(bǔ)充能量。遠(yuǎn)程輸送煤氣的壓縮機(jī)壓力可達(dá)3Mpa。氣體充瓶需用壓縮機(jī)，一般氧氣瓶壓力為15Mpa，二氧化碳瓶為56Mpa。循環(huán)壓縮機(jī)也是為了彌補(bǔ)氣體在設(shè)備及管路中循環(huán)流動導(dǎo)致壓力降低而設(shè)立的增壓機(jī)械。1.2壓縮機(jī)的分類1.2.1容積式壓縮機(jī)容積式壓縮機(jī)的工作原理是依靠氣缸工作容積周期性的變化來壓縮氣體，使氣體壓力提高。按其運(yùn)動特點(diǎn)的不同，又可分為往復(fù)式壓縮機(jī)和回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)典型的往復(fù)式壓縮機(jī)是活塞式壓縮機(jī)，它是依靠氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動的活塞來壓縮氣體的，氣缸上設(shè)有進(jìn)氣閥和排氣閥，用來控制氣體

4、的進(jìn)入或排出，根據(jù)實(shí)際需要，往復(fù)活塞式壓縮機(jī)可以做成逐級壓縮的形式，即為多級壓縮。工業(yè)上應(yīng)用的多級壓縮機(jī)級數(shù)可達(dá)67級，級數(shù)越多，排氣壓力越高?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)內(nèi)無往復(fù)運(yùn)動件，它是依靠機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)于回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生容積變化而壓縮氣體的。按照結(jié)構(gòu)型式的不同，可分為滑片式和螺桿式兩種。1.2.2速度式壓縮機(jī) 速度式壓縮機(jī)分為兩種：一種的工作原理是靠機(jī)內(nèi)作高速旋轉(zhuǎn)的葉輪，使吸入的氣流能量頭提高，并通過擴(kuò)壓元件把氣體的動能頭轉(zhuǎn)換成所需的壓力能量頭這種壓縮機(jī)根據(jù)氣流方向的不同，又分為離心式和軸流式壓縮機(jī)。另一種的工作原理是高壓的亞音速引射氣體通過拉伐爾噴嘴后，以超音速進(jìn)入壓縮機(jī)的吸入室，進(jìn)行絕熱膨脹，并產(chǎn)生壓力降，使吸

5、入室的壓力低于被引射氣體的壓力，氣體被吸入并同引射氣體溫合成為混合氣。在混合段，相互混合的兩種氣體進(jìn)行速度等化和升壓，在喉部段和擴(kuò)壓段，混合氣的速度等化已經(jīng)完成，并達(dá)到所要求的壓力。這種壓縮機(jī)為噴射式，它應(yīng)用于輕工業(yè)等部門低值熱源熱量回收上1.3活塞式壓縮機(jī)的特點(diǎn)由于各類壓縮機(jī)的工作原理不同，它們的工作特點(diǎn)、性能和所適用的范圍也不同，其中活塞式壓縮機(jī)有以下特點(diǎn)。（1）適用壓力范圍較廣，其排氣壓力從低壓到超高壓均可，在壓力較高的場合下顯示出其他類型壓縮機(jī)不可比擬的優(yōu)越性。目前工業(yè)生產(chǎn)中，其排氣壓力已經(jīng)達(dá)到350Mpa實(shí)驗(yàn)室中可達(dá)到1000Mpa的水平。（2）適應(yīng)性較強(qiáng) 此種壓縮機(jī)誹氣量范圍較廣，

6、可適應(yīng)所要求的任意流量，排氣壓力波動時，排氣量比較穩(wěn)定。在小氣量下工作也能保持較高的效率，而且排氣壓力對排氣量的影響較小，氣體的密度對壓縮機(jī)的性能影響也不大，因此，往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的通用性非常好。（3）熱效率較高 此種壓縮帆壓縮氣體過程屬于封閉系統(tǒng)，壓縮效率較高，大型縮機(jī)絕熱效率可達(dá)80%以上。（4）由于絕大多數(shù)活塞式壓縮機(jī)用油潤滑氣缸，所以氣體帶油污。氣體質(zhì)量要求較高時，氣體的凈化任務(wù)繁重。（5）由于存在往復(fù)運(yùn)動慣性力，轉(zhuǎn)速不能過高。排氣量較大的壓縮機(jī)，外形尺寸和基礎(chǔ)都較大。（6）排氣不連續(xù)，氣體壓力有波動，容易造成氣流脈動和管路振動，損壞管路系統(tǒng)。（7）易損件多，維修量較大。1.4氣體壓縮

7、機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢常用的氣體壓縮機(jī)有離心式氣體壓縮機(jī)和往復(fù)式氣體壓縮機(jī)。多年來，我國壓縮機(jī)制造業(yè)在引進(jìn)國外技術(shù)，消化吸收和自主開發(fā)基礎(chǔ)上，攻克不少難關(guān)，取得重大突破。例如，催化裂化裝置用的主風(fēng)機(jī)和富氣壓縮機(jī)、加氫裝置用的循環(huán)氫壓縮機(jī)、新氫壓縮機(jī)，乙烯三大壓縮機(jī)，化肥四大壓縮機(jī)組等已大量在石化生產(chǎn)中應(yīng)用。其中，水平剖分式離心壓縮機(jī)和軸流式壓縮機(jī)制造技術(shù)已接近或達(dá)到國際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平，往復(fù)式活塞壓縮機(jī)達(dá)到國際同類產(chǎn)品水平。離心式壓縮機(jī)的國際發(fā)展方向是壓縮機(jī)容量不斷增大、新型氣體密封、磁力軸承和無潤滑聯(lián)軸器相繼出現(xiàn)；高壓和小流量壓縮機(jī)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)；三元流動理論研究進(jìn)一步深入，不僅應(yīng)用到葉輪設(shè)計

8、，還發(fā)展到葉片擴(kuò)壓器靜止元件設(shè)計中，機(jī)組效率得到提高；采用噪音防護(hù)技術(shù)，改善操作環(huán)境等。往復(fù)式活塞壓縮機(jī)發(fā)展方向?yàn)榇笕萘?、高壓力、結(jié)構(gòu)緊湊、能耗少、噪聲低、效率高、可塑性好、排氣凈化能力強(qiáng)；普遍采用撬裝無基礎(chǔ)，全罩低噪音設(shè)計，大大節(jié)約了安裝、基礎(chǔ)和調(diào)試費(fèi)用；不斷開發(fā)變工況條件下運(yùn)行的新型氣閥，使氣閥壽命大大提高；在產(chǎn)品設(shè)計上，應(yīng)用壓縮機(jī)熱力學(xué)、動力學(xué)計算軟件和壓縮機(jī)工作過程模擬軟件等，提高計算準(zhǔn)確度，通過綜合模擬模型預(yù)測壓縮機(jī)在實(shí)際工況下的性能參數(shù)，以提高新產(chǎn)品開發(fā)的成功率，壓縮機(jī)機(jī)電一體化得到強(qiáng)化。采用計算機(jī)自動控制，自動顯示各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化節(jié)能運(yùn)行狀態(tài)，優(yōu)化聯(lián)機(jī)運(yùn)行，運(yùn)行參數(shù)異常顯示

9、，報警與保護(hù)；產(chǎn)品設(shè)計重視工業(yè)設(shè)計和環(huán)境保護(hù)，壓縮機(jī)外型美觀更加符合環(huán)保要求等。69第2章 總體設(shè)計設(shè)計活塞式壓縮機(jī)應(yīng)符合以下基本原則：1、滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關(guān)使用條件的要求。2、有足夠長的使用壽命（應(yīng)理解為壓縮機(jī)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(jī)被迫停車的次數(shù)）。3、有較高的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性。4、有良好的動力平衡性。5、維護(hù)檢修方便。6、盡可能采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料。7、制造工藝良好。8、機(jī)器的尺寸小，重量輕。但是，上述原則往往是彼此矛盾的。例如尺寸小、重量輕與運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性有矛盾。若從較高的經(jīng)濟(jì)性考慮，要求機(jī)器取用較多的級數(shù)，而級數(shù)增多，則機(jī)器結(jié)構(gòu)比較

10、復(fù)雜，尺寸增大，重量增加。同樣，提高機(jī)器的轉(zhuǎn)數(shù)，雖能減小機(jī)器的尺寸和重量，但轉(zhuǎn)數(shù)增加，壓縮機(jī)效率下降，零件易磨損，影響使用壽命。因此，對于壓縮機(jī)設(shè)計者來說，重要的是根據(jù)壓縮機(jī)的用途，掌握其主要要求，在保證主要要求的前提下，盡量滿足其他的要求?？傮w設(shè)計的任務(wù)是：選擇結(jié)構(gòu)方案、主要參數(shù)、相應(yīng)的驅(qū)動方式，以及大體確定附屬設(shè)備的布置。壓縮機(jī)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是否先進(jìn)，能不能很好的滿足使用要求，很大程度上決定于總體設(shè)計階段的考慮是否周到和適當(dāng)。如果總體設(shè)計不當(dāng)，就會給壓縮機(jī)帶來“先天不足”的缺陷，要消除它的后患，就比較困難。因此，總體設(shè)計是設(shè)計壓縮機(jī)最重要的環(huán)節(jié)。為了是總體設(shè)計能達(dá)到既符合多快好省的方針，又

11、符合用戶的特定要求，在總體設(shè)計時應(yīng)廣泛搜集國內(nèi)外同類型或相近機(jī)器的資料，進(jìn)行充分的分析比較，提出幾個方案，通過熱力計算，動力計算，初步確定主要零件的主要尺寸，在分析研究的基礎(chǔ)上，選出最符合要求的總體方案。2.1結(jié)構(gòu)方案的選擇活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案由下列因素組成：1 ）機(jī)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間曲柄錯角的排列。2.1.1結(jié)構(gòu)型式的選擇 由于本設(shè)計的題目是：3m2/min V型空氣壓縮機(jī)設(shè)計及振動分析，所以本設(shè)計的壓縮機(jī)的型式是V型空氣壓縮機(jī)。V型壓縮機(jī)同一曲拐兩列的氣缸中心線夾角可以做成90、75、60等；90時平衡性最佳，但為了結(jié)構(gòu)緊湊起見，做成60的居多

12、，也可以做成雙重V型。2.1.2運(yùn)動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及選擇活塞式壓縮機(jī)的運(yùn)動機(jī)構(gòu)有：無十字頭與帶十字頭兩張。無十字頭運(yùn)動機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，機(jī)器高度低，相應(yīng)的機(jī)器重量較輕，一般不需要專門的潤滑機(jī)構(gòu)。但是無十字頭的壓縮機(jī)只能做成單作用的，所以，氣缸容積的利用不充分（因?yàn)榛钊c氣缸之間，只在活塞的一側(cè)形成工作腔），氣體的泄露量也較大，氣缸工作表面所受的側(cè)向力也較大，因而活塞易磨損，另外，氣缸中的潤滑油也難于控制。無十字頭的壓縮機(jī)一般只適于做成立式、V型、W型和扇形的結(jié)構(gòu)，所以本設(shè)計壓縮機(jī)選擇無十字頭的運(yùn)動機(jī)構(gòu)。2.1.3級數(shù)選擇和各級壓力比的分配選擇壓縮機(jī)的級數(shù)是一個比較復(fù)雜的問題，設(shè)計時，通

13、?？偸菑姆治龉ぷ鳁l件相通或相近的現(xiàn)有機(jī)器入手，來確定新機(jī)器所需的級數(shù)，下表為工業(yè)上常用的各種氣體壓縮機(jī)的級數(shù)。表2-1 工業(yè)上常用的各種氣體壓縮機(jī)的級數(shù)工業(yè)上常用的各種氣體壓縮機(jī)的級數(shù)壓縮氣體氣體范圍（m/min）壓力范圍（Mpa）用途級數(shù)吸氣排氣空氣3以下大氣壓0.6充氣、噴漆、食品、紡織、自控10.80.821.13至100大氣壓0.8動力20.90.21至3大氣壓3.1自控、船用、電站3至44.16.188.1石油鉆井40.6至115.1船用、水壓機(jī)配套335.143至20大氣壓20至22高壓空氣分離裝置4至520至40大氣壓3至5中壓空氣分離裝置3至440至100大氣壓2.5至3低壓空

14、氣分離裝置3根據(jù)本設(shè)計所給的參數(shù)：選擇2級壓縮。級數(shù)確定后，再按等壓比的規(guī)律，求得各級的壓力比。 t=zt （2-1） 式中 t壓縮機(jī)的總壓力比。但實(shí)際上，由于下列原因，根據(jù)等壓比求出的各級壓力比，往往需要進(jìn)行必要的調(diào)整：1、在大型壓縮機(jī)中，有時為了提高級氣缸的容積系數(shù)，以便減小機(jī)器尺寸和重量，有意使級的壓力比1取得較低，可按下式選?。?=（0.90.95）zt （2-2）2、為了確保各級排氣溫度比較均勻，級的吸氣溫度往往比較低，所以有意把級的壓力比1提高一些。3、如果壓縮機(jī)可能要超過規(guī)定的排氣壓力值下工作，或者所用的調(diào)節(jié)方式（如余隙容積調(diào)節(jié)和部分行程調(diào)節(jié)）要引起末級壓力比上升而造成末級氣缸溫

15、度過高，末級壓力比z值取得比較低，可按下式選?。?1=（0.90.75）zt （2-3）4、在高壓或超高壓情況下，為了使各級的功大致相等，以便通過曲柄錯角的排列獲得較均勻的切向力圖，有意使后面級的壓力比取得較小。5、為了使壓縮機(jī)的活塞力比較均勻以便獲得較高的機(jī)械效率，各氣缸相對余隙容積不一致以及氣缸尺寸的圓整等原因，也往往要使實(shí)際的各級壓力比的分配與等壓比分配的規(guī)律有偏差。6、工藝流程中對操作壓力按段有特殊要求，這時壓縮機(jī)各級壓力比需按段求取，各級壓力比相等的條件往往不能維持。根據(jù)所有條件：吸氣壓力：0.1MPa（絕），排氣壓力：0.7MPa.所以，t=0.70.1 =7取 1=zt=0.97

16、2.5所以 Ps1=0.1MPa Pd1= Ps11=0.25MPaPs2=0.25MPa Pd2=0.7MPa所以， 2=0.72.50.1 =2.82.2壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和行程的確定轉(zhuǎn)數(shù)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)與驅(qū)動直接連接，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)、行程和活塞平均速度的關(guān)系式如下：Cm=ns30 （2-4）式中 Cm活塞平均速度（m/s） n壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） 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

17、，因?yàn)椋?、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。2、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，功率的消耗及排氣溫度將會過高。嚴(yán)重地影響壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和使用的可靠性。一般來說，對于工藝流程中使用的大、中型壓縮機(jī)，活塞速度可取45m/s；對于大批量生產(chǎn)動力用固定式空氣壓縮機(jī)，為獲得較高的效率，可取34m/s；移動式壓縮機(jī)為盡量減小機(jī)器重量和外形尺寸，所以取45m/s；微型和小型壓縮機(jī)，為使結(jié)構(gòu)緊湊，而只能采用較小行程，雖有較高轉(zhuǎn)數(shù)，但活塞平均速度卻較低，只有2m/s左右。個別小型壓縮機(jī)由于氣閥結(jié)構(gòu)改進(jìn)（如

18、采用直流閥），也有高達(dá)6m/s的。在一定的活塞速度下，活塞行程的選取，與下列因素有關(guān)：1、排氣量的大小。排氣量大者行程應(yīng)取長些，反之則應(yīng)短些。2、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、扇型等結(jié)構(gòu)，活塞行程不宜取得太長。3、氣缸的結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)考慮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）。在常壓進(jìn)氣時，一般當(dāng)轉(zhuǎn)數(shù)低于500r/min時，s/D1 =0.40.7(D1為級氣缸直徑)；轉(zhuǎn)數(shù)高于500r/min時，s/D1 =0.320.45。一般來說，活塞力較大的機(jī)器，轉(zhuǎn)數(shù)相應(yīng)地較低，因?yàn)榛钊^大則運(yùn)動不

19、見的尺寸和重量也相應(yīng)的增加，慣性力增長的程度往往顯著地超過活塞力增長的程度，此外，由于各種結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)的動力平衡性不同，所以轉(zhuǎn)數(shù)也會有所區(qū)別。近代壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)n通常在下列范圍： 微型和小型： 10003000(r/min) 中型： 5001000(r/min) 大型： 250500(r/min)由于本設(shè)計的壓縮機(jī)屬于微型壓縮機(jī)，查相關(guān)資料，可取n=970r/min， Cm=3.56m/s。所以s=30Cmn =110(mm) 第3章 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)行的；其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)和是以的主要結(jié)構(gòu)尺

20、寸。新設(shè)計的壓縮機(jī)必須進(jìn)行熱力計算。對已有的壓縮機(jī)，由于流程的改變、壓縮介質(zhì)改變、加大排氣量等原因，要判斷壓縮機(jī)食肉能適應(yīng)新的使用條件而進(jìn)行的核算，稱為復(fù)算性計算。熱力計算主要是根據(jù)使用部門提出的參數(shù)和要求來進(jìn)行的。3.1確定氣缸直徑3.1.1初步確定各級名義壓力根據(jù)前面的計算，已得出各級名義壓力及壓力比，其值如下：表3-1 各級名義壓力級次一級二級吸入壓力/MPa0.10.25排氣壓力/MPa0.250.7壓力比2.52.83.1.2確定各級容積效率確定各級容積系數(shù)。取各級相對余隙容積和膨脹指數(shù)如下： 1=0.10 2=0.12n1=1.20 n2=1.25由：=1-(1/n-1) （3-1

21、）得: v1=0.885 v2=0.8461. 選取壓力系數(shù)p1=0.95 p2=0.982. 選取溫度系數(shù)T1=0.95 T2=0.943. 選取泄露系數(shù)l1=0.96 l2=0.944. 確定容積效率由：v=vptl （3-2）得： v1=0.767 v2=0.7323.1.3確定析水系數(shù)第一級無水析出，故1=1.0因進(jìn)入第二級前氣體壓力為0.25MPa，設(shè)冷卻后的氣體溫度為30攝氏度，而各級進(jìn)口溫度下的飽和蒸汽壓Psa由文獻(xiàn)查得：Psa1=2337pa，Psa2=4245pa。所以Psa11 Psa2，有水析出，第二級的析水系數(shù)是：2=Ps1-Psa1Ps2-Psa21 （3-3）=0.

22、99 3.1.4確定各級行程容積 Vs1=qvnv1 =39700.767=0.00403m （3-4） Vs2=qvnps1ps2T2T12v2 （3-5）=397010551053032930.990.732 =0.001863.1.5確定各級氣缸直徑，行程和實(shí)際行程容積已知轉(zhuǎn)速n=970r/min，Vm=3.56m/s，前面已經(jīng)求得s=110m，取活塞桿直徑25mm。得：D1=4Vs1s=40.004033.140.11 =0.216m （3-6）得：Ap1=2D12 （3-7） =0.0732根據(jù)汽缸直徑，圓整D1=220mm，實(shí)際行程容積為Vs1=0.00418m，活塞有效面積為Ap

23、1=2D12 =0.0760同理，D2=4Vs2s=40.001863.140.11 =0.142m得：Ap2=2D22 =0.0317圓整D2=145mm，實(shí)際行程容積Vs2=0.00182m，活塞有效面積為Ap2等于0.033。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)：v=vApAp （3-8）計算出新的容積系數(shù)v1=0.852 v2=0.813再通過下式計算新的相對余隙=（1-v）/（1/n1） （3-9）結(jié)果為：1=0.13 2=0.153.2計算活塞力3.2.1計算實(shí)際吸排氣壓力取各級進(jìn)、排氣相對壓力損失為：s1=0.05

24、d1=0.082s2=0.037 d2=0.063氣缸內(nèi)實(shí)際進(jìn)排氣通過下式計算： Ps=PS(1-s) Pd=Pd(1+d) （3-10）計算后結(jié)果列表如下：表3-2 各級進(jìn)、排氣壓力和實(shí)際壓力比3.2.2活塞力的計算首先計算蓋側(cè)和軸側(cè)活塞工作面積，由于是單作用，所以只計算蓋側(cè)工作面積蓋側(cè)： Ac=4D2 （3-11）求得：Ac1=0.0380 Ac2=0.0165再根據(jù)一下公式計算計算止點(diǎn)氣體力：內(nèi)止點(diǎn)： Fw= -Ps Ac （3-12）外止點(diǎn)： Fc=Pd Ac （3-13）表3-3 止點(diǎn)氣體力列次內(nèi)止點(diǎn)外止點(diǎn)-3.61KN-10.3KN-3.97KN-12.3KN3.3確定各級排氣溫度

25、空氣在本設(shè)計壓力下可以看作是理想氣體。所以絕熱指數(shù)k=1.4?？諝饪梢越频目醋魇怯呻p原子氣體組成的，故：mk=1.4。?。篢s1=293K，Ts2=303K。排氣溫度由式：Td=Ts(m-1)/m （3-14）得：Td1=380.7K,Td2=406.6K3.4計算軸功率并選配電機(jī)各級指示功率按下式計算Nij=160n(1-sj) vjPsjVsjmjmj-1j(1+0j)(m-1)/m-1 （3-15）式中：sj、0j任意j級進(jìn)氣相對壓力損失和總的相對壓力損失；Psj任意j級進(jìn)氣壓力，Pa；Vsj任意j級行程容積，m3；n轉(zhuǎn)速，r/min； Nij任意j級的指示功率，W； j名義壓力比；m

26、j壓縮過程指數(shù)。得：Ni1=1609701-0.050.8530.0951060.004181.41.412.8471+0.1321.4-11.4-1得： Ni1=7.23KW同理可得： Ni2=7.85KW總的指示功為 Ni=j=1j=6Nij （3-16） =7.23+7.85=15.08KW取機(jī)械效率m=0.90，所以軸功率為Nz=Nim （3-17） =16.76KW取電機(jī)功率余度10%，則電機(jī)功率取18.62KW。所以電動機(jī)選用異步電動機(jī)；功率Ne=18.62kw，轉(zhuǎn)速n=970r/min；功率儲備= (Ne-Nz)/Ne100%=10% （3-18）一般壓縮機(jī)用電動機(jī)功率貯備在5%

27、15%之間即可，所以選用的電動機(jī)滿足設(shè)計要求。第4章 動力計算動力計算的目的在于計算壓縮機(jī)中的作用力，確定壓縮機(jī)所需要的飛輪矩以及各種型式壓縮機(jī)慣性力、慣性力矩的平衡情況，并根據(jù)平衡情況，初步設(shè)計壓縮機(jī)所需的基礎(chǔ)。4.1繪制慣性力圖應(yīng)用圖解法繪制慣性力圖，為了確定慣性力，可以將曲柄連桿機(jī)構(gòu)的未平衡質(zhì)量分成兩部分：做往復(fù)運(yùn)動部分的質(zhì)量，包括活塞，十字頭部件和連桿部件的小部分質(zhì)量；做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動部分的質(zhì)量，包括連桿做旋轉(zhuǎn)部分的質(zhì)量和曲柄銷中心的不平衡質(zhì)量。本壓縮機(jī)的行程為110mm，取其往復(fù)件的質(zhì)量為ms1=20kg，ms2=18kg,取連桿長徑比=0.25，曲柄銷旋轉(zhuǎn)半徑r=s2=55mm，連桿長度

28、L=r =220mm,主軸轉(zhuǎn)數(shù)為970r/min,曲柄旋轉(zhuǎn)角速度w=n30=101.6rad/s，機(jī)械效率m=90%，軸功率為16.5KW.級最大往復(fù)慣性力為：Imax=ms1rw2(1+) （4-1）=200.055101.52(1+0.25) =14.2KN 級最小往復(fù)慣性力為：Imin= ms1rw2(1) （4-2） =200.055101.52(10.25) =8.5KN級最大往復(fù)慣性力為：Imax=ms2rw2(1+)=180.055101.52(1+0.25) =12.8KN級最小往復(fù)慣性力為：Imin= ms2rw2(1) =180.055101.52(10.25) =7.65

29、KN取慣性力比例尺為0.2KN/mm，行程比例尺為1mm/mm,繪制、級慣性力圖。其步驟如下： 1、取活塞的行程為橫坐標(biāo)，由活塞的外止點(diǎn)A和內(nèi)止點(diǎn)B分別作垂線AC和BD，使AC=Imax，BD=Imin。2、在C點(diǎn)和D點(diǎn)之間連一條直線CD，再由CD與AB之交點(diǎn)E向下作一垂線，在垂線上截取EF，使EF=-3msrw2。3、連CF與FD，將CF及FD分成數(shù)目相同的等分段，并給分段點(diǎn)按同一順序標(biāo)上符號1、2、3、4，將CF和FD上同號點(diǎn)連成直線11，22，33，44，最后作切于以上各直線的包括線CD，即表示不同活塞位置時的往復(fù)慣性力值。作出慣性力圖如下：圖4-1 一級往復(fù)慣性力圖圖4-2 二級往復(fù)慣

30、性力圖4.2計算各列摩擦力4.2.1往復(fù)摩擦力根據(jù)公式：Rs=(0.60.7)Nm602sn （4-3）其中:Nm=Ni1-1 （4-4）所以：Rs=0.657.23(10.9-1)6020.11970 =0.147KN Rs=0.657.85(10.9-1)6020.11970 =0.160KN4.2.2旋轉(zhuǎn)摩擦力根據(jù)公式:Rs=(0.40.3)Nm60sn （4-5）所以：Rr= 0.357.23(10.9-1)603.140.11970 =0.050KNRr=0.357.85(10.9-1)603.140.11970 =0.055KN4.3繪制氣缸工作容積的示功圖在熱力計算中，已經(jīng)確定了

31、實(shí)際吸、排氣壓力ps、pd，其值的大小如下表：表4-1 各級進(jìn)、排氣壓力和實(shí)際壓力比所以作用在活塞上實(shí)際最大氣體力Pd和最小氣體力Ps可根據(jù)如下公式計算：Pd=pdF （4-6） Ps=psF （4-7）式中： ps、pd實(shí)際吸、排氣壓力，Mpa F氣體壓力作用的活塞面積，。作圖法作各級氣缸示功圖時，為了使作圖精確，一般取縱坐標(biāo)的長度為橫坐標(biāo)長度的1/2左右。一律以活塞行程S為橫坐標(biāo)，以活塞上所受的氣體力P為縱坐標(biāo)，縱坐標(biāo)力的比例尺取mp=0.2KN/mm,橫坐標(biāo)行程長度比例尺取ms=1mm/mm,根據(jù)以上數(shù)據(jù)，按勃勞厄法作、級設(shè)計示功圖.具體步驟如下：1、作P，s直角坐標(biāo)軸。2、按比例尺mp

32、定出最大及最小氣體力線PdPd與PsPs。3、在橫坐標(biāo)上按行程長度比例尺ms取so=sh及s1=so+sh，分別向上做垂線，與PdPd與PsPs相交得D、A。A、D即為壓縮過程線和膨脹過程線的起始點(diǎn)其中：sh以ms為比例尺的活塞行程，cm So以ms為比例尺的氣缸余隙容積折合長度，cm 相對余隙容積。4、自原點(diǎn)O引二射線OG與OH，OG與橫坐標(biāo)的夾角為，OH與縱坐標(biāo)的夾角為。與值按下式確定(tan+1)m=tan+1 （4-8）式中：m表示所作過程曲線的多變指數(shù)。表4-2 不同m時tan與tan值5、作壓縮過程線，自點(diǎn)A引垂線交橫坐標(biāo)于點(diǎn)a，自點(diǎn)a向左下方作一與橫坐標(biāo)成45角的直線交OG于點(diǎn)b

33、，再自點(diǎn)A向左作水平線交OH于點(diǎn)C。自點(diǎn)C向右上方作一與縱坐標(biāo)成45角的線交縱坐標(biāo)于點(diǎn)d。分別自b和d作垂直線和水平線的交點(diǎn)1，點(diǎn)一即為壓縮過程線上的一個點(diǎn)，再從點(diǎn)1開始，一次類推，可得其余各點(diǎn)。將這些點(diǎn)連成光滑的曲線，即為壓縮過程線。6. 自D點(diǎn)開始作膨脹過程線，其步驟與壓縮過程線作法相似。作出的示功圖如下：圖4-3 一級示功圖圖4-4 二級示功圖4.4繪制各列綜合活塞力圖活塞力圖是活塞在往返行程中活塞力隨行程變化規(guī)律的曲線，所以橫坐標(biāo)的長度為行程的兩倍，即2s。為了繪圖方便起見，縱坐標(biāo)上力的比例尺和橫坐標(biāo)上行程長度比例尺和慣性力圖，設(shè)計示功圖的比例尺相同。圖的左邊行程表示活塞向曲軸方向運(yùn)動

34、的行程（稱軸行程），右邊表示活塞向離開曲柄方向運(yùn)動的行程（稱離軸行程或蓋行程）。其步驟如下：1、在設(shè)計示功圖和活塞力圖的橫坐標(biāo)上按十等分畫出垂線。2、將設(shè)計示功圖曲線在等分線上所對應(yīng)的縱坐標(biāo)值，精確的移置到活塞力圖的相應(yīng)位置的垂線上。3、設(shè)計示功圖展開后即為氣體力曲線，按其正負(fù)值，分別標(biāo)繪在橫坐標(biāo)的上方和下方。4、將慣性力曲線和往復(fù)摩擦力曲線，考慮其正負(fù)值后也標(biāo)在活塞力圖上。5、在每一垂線上，將各力疊加起來連成光滑的曲線，即得到該列的綜合活塞力圖。繪制的綜合活塞力圖如下圖4-5 一級綜合活塞力圖圖4-6 二級綜合活塞力圖4.5繪制切向力圖如下圖所示，傳到曲柄銷上的連桿力Pt其值隨而變化，為了便

35、于計算，可分解成切向力T和法向力Z，可以證明，切向力T對曲軸旋轉(zhuǎn)中心所形成的力矩Tr就是連桿力Pt對曲軸旋轉(zhuǎn)中心所形成的力矩Pth，即Pth=Tr=Mk。由于曲柄銷旋轉(zhuǎn)半徑r是定值，因此只要研究曲柄旋轉(zhuǎn)一周中切向力T的變化規(guī)律，就可以反映出曲柄一轉(zhuǎn)中阻力矩Mk的變化規(guī)律，進(jìn)而也就可以分析出壓縮機(jī)驅(qū)動力矩之間的平衡性。 圖4-7 切向力和法向力圖由圖可知，切向力T為： T=Ptsin+=Psin(+)cos,KN （4-9）式中sin(+)cos值可以由下表查得。表4-3 sin(+)/cos值前面我們已經(jīng)規(guī)定使連桿受拉伸的力為正。現(xiàn)在規(guī)定切向力T所形成的轉(zhuǎn)矩Tr與曲軸旋轉(zhuǎn)方向相反時的阻力矩為正

36、。這樣，同一方向的活塞力在不同的轉(zhuǎn)角時，將產(chǎn)生不同的切向力方向。詳見下表：表4-4 一級氣缸活塞力及切向力計算表曲柄轉(zhuǎn)角慣性力I往復(fù)摩擦力Rs氣體力（KN）綜合活塞力Psin(+)/cos切向力T014.165593750.147-0.1027914.20980375001013.822219760.147-0.093125313.876094460.21643.0027868412012.819295720.147-0.0720859812.894209740.42265.4490930353011.230482730.147-0.0516107311.325871990.60916.898

37、588631409.1725052650.147-0.036387759.2831175130.76757.124792692506.7915522680.147-0.02614456.9124077660.89146.161720282604.2485448780.147-0.03614.3594448780.97684.258305756701.7055374880.147-0.03611.8164374881.0221.85639911280-0.693547470.147-0.0361-0.582647471.0288-0.59942771790-2.833118750.147-0.0

38、361-2.722218751-2.72221875100-4.629316040.147-0.0361-4.5184160380.9407-4.250473966110-6.045875410.147-0.0361-5.9349754130.857-5.086273929120-7.082796880.147-0.0361-6.9718968750.7551-5.26447933130-7.776344350.147-0.0361-7.6654443450.6406-4.910483647140-8.188846440.147-0.0361-8.0779464350.518-4.184376

39、253150-8.397363980.147-0.0361-8.2864639750.3908-3.238350121160-8.477824550.147-0.0361-8.3669245480.2613-2.186277384170-8.49708976-0.147-0.0361-8.6801897550.1308-18.49935625-0.147-0.0361-8.6824562500190-8.49708976-0.147-0.03635649-8.680446243-0.13081.135402369200-8.47782455-0.147-0.00371

40、474-8.628539284-0.26132.254637315210-8.39736398-0.147-0.00385262-8.548216594-0.39083.340643045220-8.18884644-0.147-0.00406027-8.339906708-0.5184.320071675230-7.77634435-0.147-0.00454092-7.927885268-0.64065.078603303240-7.08279688-0.147-0.00476004-7.234556912-0.75515.462813924250-6.04587541-0.147-0.0

41、0531672-6.198192134-0.8575.311850658260-4.62931604-0.147-0.00608321-4.782399251-0.94074.498802975270-2.83311875-0.147-0.00715076-2.987269506-12.987269506280-0.69354747-0.147-0.00866185-0.849209323-1.02880.8736665512901.705537488-0.147-0.010847911.547689581-1.022-1.5817387523004.248544878-0.147-0.014

42、079194.087465691-0.9768-3.9926364873106.791552268-0.147-0.102796.541762268-0.8914-5.8313268853209.172505265-0.147-0.102798.922715265-0.7675-6.84818396633011.23048273-0.147-0.1027910.98069273-0.6091-6.68833993934012.81929572-0.147-0.1027912.56950572-0.4226-5.31187311735012.80229701-0.147-0.1027912.55

43、250701-0.2164-2.71636251636014.16559375-0.147-0.1027913.9158037500根據(jù)以上求取的切向力值，按一定的比例尺標(biāo)繪在T坐標(biāo)圖上，連成光滑的曲線即為切向力曲線。切向力圖縱坐標(biāo)的比例尺應(yīng)根據(jù)最大切向力和最小切向力值來確定合適的比例尺mT(KN/cm)=2KN/cm,而橫坐標(biāo)是曲柄轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)360時，所相當(dāng)?shù)恼归_距離（即周長s）。換算成長度比例尺為:ml=slcm/cm其中s為行程cm，l為切向力圖上橫坐標(biāo)實(shí)際長度cm。圖4-8 一級切向力圖二級缸綜合活塞力和切向力值如下表：表4-5 二級氣缸綜合活塞力及切向力計算表曲柄轉(zhuǎn)角慣性力往復(fù)摩擦力Rs

44、氣體力KN綜合活塞力Psin(+)/cos切向力T012.749030.16-0.1227812.78625788001012.440.16-0.1112312.488765190.21642.7025692011.537370.16-0.086111.611263760.42264.906923010.107430.16-0.0616510.205788520.60916.216346408.2552550.16-0.043468.3717917480.76756.42535506.1123970.16-0.031236.2411689990.89145.563378603.823690.1

45、6-0.039733.943958390.97683.852459701.5349840.16-0.039731.6552517391.0221.69166780-0.624190.16-0.03973-0.503924721.0288-0.5184490-2.549810.16-0.03973-2.429538881-2.42954100-4.166380.16-0.03973-4.046116430.9407-3.80618110-5.441290.16-0.03973-5.321019870.857-4.56011120-6.374520.16-0.03973-6.254249190.7

46、551-4.72258130-6.998710.16-0.03973-6.878441910.6406-4.40633140-7.369960.16-0.03973-7.249693790.518-3.75534150-7.557630.16-0.03973-7.437359580.3908-2.90652160-7.630040.16-0.03973-7.509774090.2613-1.9623170-7.647380.16-0.03973-7.527112780.1308-0.98455180-7.64942-0.16-0.03973-7.8491526300190-7.64738-0.16-0.0