立式活塞式石油氣壓縮機(jī)

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太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) I 立式 活塞式石油氣壓縮機(jī) 摘要 空氣壓縮機(jī)的種類很多，按工作原理可分為 容積式壓縮機(jī) ，速度式 壓縮機(jī) ，容積式壓縮機(jī)的工作原理是壓縮氣體的體積，使單位體積內(nèi)氣體分子的密度增加以提高壓縮空氣的壓力；速度式壓縮機(jī)的工作原理是提高氣體分子的運(yùn)動(dòng)速度 ，使氣體分子具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為氣體的壓力能，從而提高壓縮空氣的壓力?？諝鈮嚎s機(jī)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)的許多部門中應(yīng)用極廣，特別是在紡織、化工、動(dòng)力等工業(yè)領(lǐng)域中已成為必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，是許多工業(yè)部門工藝流程中的核心設(shè)備。提供自動(dòng)化生產(chǎn)所需的壓縮空氣足夠的供氣壓力，是生產(chǎn)流程順暢之要素，瞬間的壓降，即會(huì)影響產(chǎn)品品質(zhì)。隨著變頻技術(shù)的成熟 ,變頻器在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其控制方式的多樣性、完善的電機(jī)保護(hù)功能以及其特有的優(yōu)點(diǎn)是目前在工控領(lǐng)域其它無(wú)可比擬的。 關(guān)鍵字 ： 空氣壓縮機(jī) 速度式壓縮機(jī) 容積式壓縮機(jī) 設(shè)備 of to be of is of of to is to of of in in in an in 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 錄 第一章 概 述 ....................................................................................................................... 1 活塞式壓縮機(jī)的基本組成 .......................................... 1 活塞式壓縮機(jī)的分類 .............................................. 1 活塞式壓縮機(jī)的技術(shù)參數(shù) .......................................... 3 活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要部件 ................................ 4 第二章 總體設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 11 結(jié)構(gòu)形式選擇與分析 ............................................. 11 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及影響 ............................................. 13 壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)選擇 ............................................. 14 壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和行程的確定 ....................................... 14 設(shè)計(jì)要求及參數(shù) ................................................. 15 第三章 熱力計(jì)算 ............................................................................................................... 15 初步確定各級(jí)名義壓力 ........................................... 16 計(jì)算各級(jí)排氣溫度 ............................................... 17 各級(jí)可壓縮性系數(shù) ............................................... 17 確定各級(jí)的吸排氣系數(shù) ........................................... 18 確定各級(jí)氣缸行程容積 ........................................... 20 確定活塞桿直徑 ................................................. 21 步確定各級(jí)等溫功率 ....................... 21 定活塞桿直徑 ............................................. 21 確定各級(jí)氣缸的直徑 ............................................. 21 圓整后各級(jí)名義壓力及溫度 ....................................... 22 計(jì)算活塞力 ..................................................... 24 算軸功率，選取電機(jī) ........................................... 25 第四章 動(dòng)力計(jì)算 ................................................................................................................ 26 活塞位移與曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系計(jì)算 ................................... 27 計(jì)算各級(jí)氣體力 ................................................. 28 算 ......................................... 28 算Ⅱ級(jí)氣缸氣體力 ......................................... 32 計(jì)算各級(jí)往復(fù)慣性力 ............................................. 35 計(jì)算各級(jí)活塞摩擦力 ............................................. 38 計(jì)算各級(jí)總活塞力和切向力 ....................................... 39 計(jì)算總切向力并作總切向 力曲線圖 ................................. 42 作幅度面積向量圖 ............................................... 45 確定所需要的飛輪矩 ............................................. 45 第五章 零部件的設(shè)計(jì) ....................................................................................................... 46 氣缸的設(shè)計(jì) ..................................................... 46 述 : ...................................................... 46 計(jì)的要求 : ................................................ 46 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 基本結(jié)構(gòu)形式： ............................................. 46 級(jí)氣缸主要尺寸的確定與強(qiáng)度校核 ........................... 47 .......................... 48 參考文獻(xiàn) ................................................................................................................................. 50 致謝 ......................................................................................................................................... 51 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第一章 概 述 活塞式壓縮機(jī)，是容積型壓縮機(jī)的一種。它是依靠氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮缸內(nèi)氣體，從而提高氣體壓力，達(dá)到工藝要求。 塞式壓縮機(jī)的基本組成 活塞式壓縮機(jī)系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)機(jī)、機(jī)體、曲軸、連桿、十字 頭、活塞桿、氣缸、活塞和活塞環(huán)、填料、氣閥、冷卻器和油水分離器等所組成。驅(qū)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)連桿、十字頭和活塞桿帶動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，對(duì)氣體進(jìn)行壓縮，塞式壓縮機(jī)的分類 1. 按排氣壓力分類 (1)低壓壓縮機(jī) P＜ 2)中壓壓縮機(jī) (3)高壓壓縮機(jī) (4)超高壓壓縮機(jī) ＞ 2. 按消耗功率分類 (1)微型壓縮機(jī) ＜ 10(2)小型壓縮機(jī) 10～ 100(3)中型壓縮機(jī) 100～ 500(4)大型壓縮機(jī) ＞ 5003. (1)微型壓縮機(jī) ＜ 1m3/(2)小型壓縮機(jī) 1～ 10m3/(3)中型壓縮機(jī) 10～ 60m3/(4)大型壓縮機(jī) ＞ 60m3/4. 按氣缸中心線的相對(duì)位置分類 見(jiàn)圖 1 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 圖 1氣缸中心線位置分類 （ a）立式；（ b）一般臥式；（ c）對(duì)稱平衡式或?qū)?dòng)式； （ d） e） f） W 型角度式； （ g） T 型角度式；（ h）、（ i）扇型角度式；（ j）星型角度式 (1) (2)臥式：氣缸中心線與地面平行，其中包括一般臥式、對(duì)置式和對(duì)動(dòng)式（對(duì)置平衡(3)角度式：氣缸中心線彼此成一定角度，其中包括 V 型、 型和星型等。 5. 按曲柄連桿機(jī)構(gòu)分類 6. 按活塞在氣缸內(nèi)作用情況分類 (1) (2) (3) 7. 按壓縮機(jī)級(jí)數(shù)分類 (1) (2) (3) 8. 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 (1) (2) (3) 10. 按機(jī)器工作地點(diǎn)分類 塞式壓縮機(jī)的技術(shù)參數(shù) 1. 排氣量 往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣量，通常是指單位時(shí)間內(nèi)壓縮機(jī)最后一級(jí)排出的氣體，換算到第一級(jí)進(jìn)口狀態(tài)的壓力和溫度時(shí)的氣體容積值，排氣量常用的單位為 m3/ m3/h。 壓縮機(jī)的額定排氣量（壓縮機(jī)銘牌上標(biāo)注的排氣量），是指特定的進(jìn)口狀態(tài)時(shí)的排氣2. 排氣壓力 往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣壓力通常是指最終排出壓縮機(jī)的氣體壓力，排氣壓力應(yīng)在壓縮機(jī)末級(jí)排氣接管處測(cè)量，常用單位為 一臺(tái)壓縮機(jī)的排氣壓力并非固定，壓縮 機(jī)銘牌上標(biāo)注的排氣壓力是指額定排氣壓力，實(shí)際上，壓縮機(jī)可在額定排氣壓力以下的任意壓力下工作，并且只要強(qiáng)度和排氣溫度等允許，也可超過(guò)額定排氣壓力工作。 3. 轉(zhuǎn)速 往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸的轉(zhuǎn)速，常用 r/示，它是表示往復(fù)式壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)。 4. 活塞力 活塞力為曲軸處于任意的轉(zhuǎn)角時(shí)，氣體力和往復(fù)慣性力的合力，它作用于活塞桿或活塞銷上。 往復(fù)式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中，活塞從一端止點(diǎn)到另一端止點(diǎn)所走的距離，稱為一個(gè)行程，常用單位為 m（米）。 6. 功率 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 往復(fù)式壓縮機(jī)消耗的功，一部分直接用于壓縮氣體， 稱為指示功，另一部分用于克服機(jī)械摩擦，稱為摩擦功，主軸需要的總功為兩者之和，稱為軸功。單位時(shí)間內(nèi)消耗的功稱為功率，常用單位為瓦（ W）或千瓦（ 壓縮機(jī)的軸功率為指示功率和摩擦功率之和。 塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要部件 機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)型式 根據(jù)壓縮機(jī)不同的結(jié)構(gòu)型式，機(jī)體可分為臥式機(jī)體、對(duì)置機(jī)體、立式機(jī)體、角度式機(jī)體。 (1)立式壓縮機(jī)采用立式機(jī)體，一般由三部分組成。在曲軸以下的部分稱為機(jī)座 (無(wú)十字頭的立式壓縮機(jī)的機(jī)座習(xí)慣稱曲軸箱 )。機(jī)座上有主軸承座孔，在機(jī)座以上，中體以下的部 分稱為機(jī)身，位于機(jī)身與氣缸間的部分，稱為中體。對(duì)于中、小型的立式機(jī)體，為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，常把機(jī)身與中體鑄在一起。對(duì)于微型無(wú)十字頭的立式壓縮機(jī)，機(jī)體常鑄成一體。中體、機(jī)身、機(jī)座鑄成一體的機(jī)體統(tǒng)稱為曲軸箱。 (2)臥式壓縮機(jī)采用臥式機(jī)體，由機(jī)身與中體組成，常鑄成整體的。 (3)對(duì)稱平衡與對(duì)置式壓縮機(jī)采用對(duì)置機(jī)體。機(jī)體一般由機(jī)身和中體組成，中體配置在曲軸的兩側(cè)，用螺栓與機(jī)身連接在一起。機(jī)身可做成多列的，如兩列、四列、六列等。 機(jī)身為上端開(kāi)口的匣式結(jié)構(gòu)，具有較高的剛性。機(jī)身下部的容積可以貯存潤(rùn)滑油，存油量的多少 ，按照潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求而定。如果要求箱體容積能貯存全部潤(rùn)滑油，則機(jī)身下部的容積必須按能貯存 5～ 8泵油量進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外應(yīng)該考慮傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不應(yīng)觸及最高油面。主軸承安置在與氣缸中心線平行的板壁上，板壁上布置有筋條，機(jī)身頂部裝有呼吸孔或呼吸器，使機(jī)身內(nèi)部與大氣相通，降低油溫和機(jī)身內(nèi)部壓力，不使油從聯(lián)接面處擠出來(lái)。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 1立式 機(jī)身 (4)角式壓縮機(jī)采用 L 型、 V 型、 W 型、扇型等機(jī)體。 V 型、 W 型與扇型壓縮機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多為無(wú)十字頭結(jié)構(gòu)，機(jī)體也多采用曲軸箱型式。 L 型壓縮機(jī)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多為有十字頭結(jié)構(gòu)。機(jī)體的 主軸承都采用滾動(dòng)軸承。 往復(fù)式壓縮機(jī)曲軸有兩類：一種是曲柄軸（開(kāi)式曲軸），一種是曲拐軸（閉式曲軸）。曲柄軸大多用于舊式單列或雙列臥式壓縮機(jī)，這種結(jié)構(gòu)現(xiàn)在已很少使用。曲拐軸的結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。現(xiàn)在大多數(shù)壓縮機(jī)都采用這種結(jié)構(gòu)。 拐軸的組成： (1)主軸頸 主軸頸裝在主軸承中，它是曲軸支承在機(jī)體軸承座上的支點(diǎn)，每個(gè)曲軸至少有兩個(gè)主軸頸。對(duì)于曲拐的曲軸，為了減少由于曲軸自重而產(chǎn)生的變形，常在當(dāng)中再加上一個(gè)或多個(gè)主軸頸。這種結(jié)構(gòu)使曲軸長(zhǎng)度增加。 (2)曲柄銷 曲柄銷裝在連桿 大頭軸承中，由它帶動(dòng)連桿大頭旋轉(zhuǎn)，為曲軸和連桿的連接部分。因此，又把它稱為連桿軸頸。 (3)曲柄 也叫做曲臂，它是連接曲柄銷與主軸頸或連接兩個(gè)相鄰曲柄銷的部分。 (4)軸身 曲軸除曲柄、曲柄銷、主軸頸這三部分之外，其余部分稱軸身。它主要用來(lái)裝配曲軸上其他零件、部件如齒輪油泵等（一般裝在軸端，軸端設(shè)計(jì)成 1： 10 的錐度或設(shè)計(jì)成圓柱形，或帶有法蘭等）。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 圖 1曲拐軸 1－主軸頸； 2－曲柄（曲臂）； 3－曲拐頸（曲柄銷）； 4－通油孔； 5－過(guò)渡圓角； 6－鍵槽； 7－軸端 曲軸可以做成整體的 ，也可以作成半組合和組合式的。現(xiàn)在，大多數(shù)壓縮機(jī)均采用整體式曲軸。 近年來(lái)，大多數(shù)壓縮機(jī)的曲軸常常被作成空心結(jié)構(gòu)，這種空心結(jié)構(gòu)的曲軸非但不影響曲軸的強(qiáng)度，反而能提高其抗疫勞強(qiáng)度，降低有害的慣性力，減輕其無(wú)用的重量。實(shí)踐證明，空心曲軸比實(shí)心曲軸抗疲勞強(qiáng)度約提高 50%。 (1)連桿的基本結(jié)構(gòu)型式 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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件。 圖 1桿 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 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 包括桿體、大頭、小頭三部分，如圖 4所示。桿體截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等。圓形截面的桿體，機(jī)械加工最方便，但在同樣強(qiáng)度時(shí)，具有較大的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，適用于低速、大型以及小批生產(chǎn)的壓縮機(jī)。工字形截面的桿體在同樣強(qiáng)度時(shí)，具有較小的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量，但其毛坯必須模鍛或鑄造，適用于高速及大批量生產(chǎn)的壓縮機(jī)。 (2) 連桿螺栓 連桿螺栓是連桿上非常重要的零件。影響連桿螺栓強(qiáng)度的重要因素有結(jié)構(gòu)、尺寸、材料以及工藝過(guò)程。 通常連桿螺栓的斷裂是由于應(yīng)力集中的部位上材料的疲勞而造成的。 (1)十字頭的基本結(jié)構(gòu)型式 十字頭是連接作搖擺運(yùn)動(dòng)的連桿與作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞桿的機(jī)件，具有導(dǎo)向作用。十字頭按連接連桿的型式分為開(kāi)式和閉式兩種。 十字頭與活塞桿連接形式又分為螺紋連接、聯(lián)接器連接、法蘭連接和楔連接四種。 (2)十字頭銷 十字頭銷有圓錐形、圓柱形以及一端為圓柱形而另一端為圓錐形 三種型式。十字頭銷一般固定在十字頭上。 圓錐形銷用于活塞力大于 104N 的壓縮機(jī)上，錐度取 1/100。錐度大，裝拆方便，但過(guò)大的錐度將使十字頭銷孔座增大，以致削弱十字頭體的強(qiáng)度。錐面上 的鍵主要是防止銷上徑向油孔的移位而起定位作用，其次也可防止十字頭銷在孔座內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)。借助于螺釘可使錐面貼緊。 近年來(lái)，在活塞力小于 104N 的壓縮機(jī)中，大都采用了圓柱形浮動(dòng)十字頭銷。浮動(dòng)銷可以在連桿小頭孔與十字頭銷孔座內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而減少了磨損，并可用彈簧卡圈扣在孔座的凹槽內(nèi)進(jìn)行軸向定位。它具有重量輕、制造方便的優(yōu)點(diǎn)。 5. 軸承 壓縮機(jī)常用的軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類。滾動(dòng)軸承使用、維護(hù)方便，機(jī)械效率較高，結(jié)構(gòu)雖然復(fù)雜，但由專業(yè)廠制造，價(jià)格并不很貴，而且通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度很高。滑動(dòng) 軸承的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，制造方便，精度高，振動(dòng)小，安裝方便。一般中、小型壓縮機(jī)適宜采用滾動(dòng)軸承，大型壓縮機(jī)及多支承的壓縮機(jī)普遍用滑動(dòng)軸承。 (1)滾動(dòng)軸承 滾動(dòng)軸承在各種機(jī)器中應(yīng)用很普遍，壓縮機(jī)用的滾動(dòng)軸承只是其中的幾種，在此不做介紹。 (2)滑動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承的軸瓦大都制成可分的。立式壓縮機(jī)主軸軸承的軸瓦一般分 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 為兩半；臥式壓縮機(jī)主軸承的軸瓦常分為四瓣；對(duì)稱平衡型壓縮機(jī)中，曲軸軸承在水平方向所受的載荷不大，與立式壓縮機(jī)一樣，軸瓦由水平剖分的兩部分組成。連桿大頭軸瓦都采用兩半的。 滑動(dòng)軸承按壁 厚的不同，可分為厚壁瓦和薄壁瓦。當(dāng)壁厚 t 與軸瓦內(nèi)徑 d 之比， t/d≤ 為薄壁瓦，其合金層厚度 t/d＞ 為厚壁瓦，合金層 1～ 2)壁瓦一般都帶有墊片，軸承磨損后可以進(jìn)行調(diào)整；薄壁瓦一般都不帶墊片，軸承磨損后不能調(diào)整。但薄壁瓦貼合面積大，導(dǎo)熱性能好，承載能力大，因此目前趨向于使用薄壁瓦軸承。 6. 氣缸 1)計(jì)時(shí)，除了考慮強(qiáng)度、剛度與制造外，還應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： ① 氣 缸的密封性、氣缸內(nèi)壁面（又稱氣缸鏡面）耐磨性以及氣缸、填料的潤(rùn)滑性能要好； ② 通流面積要大，彎道要少，以減少流動(dòng)損失； ③ 余隙容積要小，以提高容積系數(shù)； ④ 冷卻要好，以散逸壓縮氣體時(shí)產(chǎn)生的熱量； ⑤ 進(jìn)排氣閥的閥腔應(yīng)被冷卻介質(zhì)分別包圍，以提高溫度系數(shù)； ⑥ 應(yīng)避免溫2)方式分，有單作用、雙作用及級(jí)差式氣缸；按氣缸的排氣壓力分，有低壓、中壓、高壓、圖 1風(fēng)冷式氣缸 圖 1雙層壁氣缸 (1) 氣量小于 1m3/氣缸為低壓微型氣缸，多為風(fēng)冷式移動(dòng)式空氣壓縮機(jī)采用。排氣壓力小于 氣量小于 10m3/原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 微型風(fēng)冷式氣缸結(jié)構(gòu)如圖 1示。為強(qiáng)化散熱，它在缸體與缸蓋上設(shè)有散熱片，氣缸上部溫度高，散熱片應(yīng)長(zhǎng)一些。散熱片在一圈內(nèi)宜分成三、四段，各缺口錯(cuò)開(kāi)排列，缺口氣流的擾動(dòng)可以強(qiáng)化散熱。設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意防止排氣道對(duì)進(jìn)氣道的加熱，以免影響溫度系數(shù)。為了增強(qiáng)冷卻，還可 大多數(shù)低壓小型壓縮機(jī)都采用水冷雙層壁氣缸，如圖 1(2) (3) 10～ 100氣缸為高壓氣缸，它們可用稀土合金球墨鑄鐵、鑄鋼或鍛鋼制造，工作壓力大于 100氣缸為超高壓氣缸，設(shè)計(jì)時(shí)主要應(yīng)考慮強(qiáng)度與安全，活塞的作用是與氣缸一起構(gòu)成壓縮容積。對(duì)活塞的要求是在保證強(qiáng)度、剛度及連接和定位可靠的條件下，選密封性好，摩擦小，重量輕的活 1) (1)部，一般設(shè)置有 2～ 3 道活塞環(huán)及 1～ 2 道刮油環(huán)。筒形活塞靠飛濺潤(rùn)滑將油濺至氣缸鏡面上，活塞上行時(shí)，刮油環(huán)起著布油的作用，下行時(shí)刮油環(huán)將多余的油刮下，經(jīng)回油孔流回曲軸箱中?；钊舷逻\(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞環(huán)一般會(huì)相對(duì)于環(huán)槽作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，依靠這種運(yùn)動(dòng)可以將氣缸鏡面上的油由下向上布滿整個(gè)缸壁，起著潤(rùn)滑作用。當(dāng)刮油環(huán)失效時(shí)，大量潤(rùn)滑油進(jìn)入活塞上部，導(dǎo)致氣體帶油過(guò)多，氣缸、氣閥積碳嚴(yán)重。刮油失效的原因除了刮油環(huán)失效外，還有氣缸磨損失圓，氣缸軸 線與曲軸不垂直等因素。 (2)(3)用柱塞式活塞，帶環(huán)槽的柱塞，它靠柱塞與氣缸的微小間隙及柱面上的環(huán)槽形成曲折密封。另一種柱塞僅為一光滑圓柱體，氣體之密封靠填料實(shí)現(xiàn)。柱塞工作表面應(yīng)精磨，圓柱度要求很嚴(yán)。 2) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 動(dòng)的作用。 活塞桿與填料的接觸部分要求密封性好，故尺寸精度要求高。接觸部 分還要求耐8. 活塞環(huán)與填料函是氣缸的密封組件，都屬于滑動(dòng)密封元件，對(duì)它們的要求是，既要泄漏少，摩擦小，又要耐磨、可靠。 (1) 活塞環(huán)是一個(gè)開(kāi)口的圓環(huán)，用金屬材料如鑄鐵，或用自潤(rùn)滑材料如聚四氟乙烯制成。 活塞環(huán)的切口形式有三種。直切口制造簡(jiǎn)單，但泄漏大，搭切口則相反，所以一般采用斜切口。為減少泄漏，安裝時(shí)應(yīng)將各切口錯(cuò)開(kāi)，并使左右切口相鄰，檢修時(shí)要注意調(diào)整9. 填料密封 (1)平面填料函 平面填料函是填料函中最簡(jiǎn)單的一種結(jié)構(gòu)，如圖 8－ 49 所示為一低壓三瓣密封圈，用于壓力差在 1下的氣缸密封。這種結(jié)構(gòu)的密封圈為單向斜口，它對(duì)活塞桿的比壓是不均勻的，銳角的一方比壓較大，所以其內(nèi)圓磨損主要發(fā)生在銳角的一方。密封圈磨損后，相鄰兩瓣接口處出現(xiàn)縫隙，無(wú)法阻擋氣體泄漏。每一組密封圈由兩個(gè)密封環(huán)組成，每個(gè)環(huán)外圓箍有彈簧，兩個(gè)環(huán)有銷釘定位。 當(dāng)氣體壓力在 10 下的中壓密封時(shí)，填料函采用三、六瓣密封圈；填料函的每組密封圈由兩個(gè)開(kāi)口環(huán)組成，開(kāi)口環(huán)外圓周上有一個(gè)鐲形彈簧，使開(kāi)口環(huán)箍緊在活塞桿上。位于高壓側(cè)的開(kāi)口環(huán)由三瓣組成，它在軸的方向上擋住由六瓣環(huán)組成的第二環(huán)的徑向間隙。第二環(huán)的內(nèi)三瓣 （包括活塞桿）的徑向間隙被外三瓣擋住，各環(huán)的徑向間隙可以補(bǔ)償密封圈的磨損。 (2)錐面填料函 當(dāng)壓縮機(jī)氣體壓力很高時(shí)，會(huì)使平面填料很快的磨損，這是因?yàn)槠矫嫣盍显诨钊麠U上單位面積的壓力過(guò)大而造成的。如果在高、中壓壓縮機(jī)中采用錐面填料函，就可以解決這一問(wèn)題，這種填料函按密封壓力差的不同，而選用不同的錐角和錐形填料元件組數(shù)，因而有不同的徑向分力。 錐面填料函跟平面填料函一樣，也是靠氣體壓力來(lái)實(shí)現(xiàn)自緊密封的， 10. 氣閥組件 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 氣閥的作用是控制氣缸中的氣體及時(shí)吸入與排出，它對(duì)壓縮機(jī)的排氣量、功耗及使用壽命影響 往復(fù)式壓縮機(jī)的氣閥是自動(dòng)閥，它的開(kāi)啟與關(guān)閉是依靠閥片兩邊的壓力差（即氣(1)阻力要小，這不但要求結(jié)構(gòu)上使氣閥完全開(kāi)啟時(shí)的阻力最小，而且要求氣閥能及時(shí)啟閉，以避免過(guò)大的啟閉阻力，設(shè)計(jì)好的氣閥其阻力損失只占總功耗的 4%～ 9%，差的氣閥則可占到 20%。 (2)使用壽命要長(zhǎng)，一般要求不低于 4000h。 (3) (4) (5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 第二章 總體設(shè)計(jì) 構(gòu)形式選 擇與分析 壓縮機(jī)的方案選擇是指根據(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(jī)的結(jié)構(gòu)形式、冷卻方式、作用方式、 (單作用、雙作用或極差式 )，有無(wú)十字、級(jí)數(shù)、列數(shù)，級(jí)在列中的配置 (即排列次序 )、各種曲柄錯(cuò)角、氣缸中心線火角、驅(qū)動(dòng)機(jī)類型及傳動(dòng)方式等。壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式的選擇要考慮諸多因素，例如工藝流程、現(xiàn)場(chǎng)條件、制造力一式的系列構(gòu)成、生產(chǎn)條件和加工設(shè)備狀況、外協(xié)狀況等。針對(duì)某以具體的壓縮機(jī)，其結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)劣只能說(shuō)是相對(duì)的。 (1)立式壓縮機(jī) 立式旅縮機(jī)的組要優(yōu)點(diǎn)是 :主機(jī)直立 ，占地面積小 :活塞重量不支撐在汽缸上，沒(méi)有因此產(chǎn)生的汽缸和填料部分的摩擦和磨損；汽缸潤(rùn)滑油沿圓周分布均勻，因而潤(rùn)滑油條件好，省潤(rùn)滑油；活塞與氣缸運(yùn)行時(shí)的同心度易于保持，因而適合做成無(wú)油及迷宮壓縮機(jī)；機(jī)身、中體等零部件不承受自重導(dǎo)致的彎曲應(yīng)力，因而壁厚可減薄，機(jī)體簡(jiǎn)單輕便；往復(fù)慣性力垂直作用于基礎(chǔ)，相比于平方向作用于基礎(chǔ)，易被基礎(chǔ)承受。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 (2)臥式壓縮機(jī) 工藝流程用的臥式壓縮機(jī)多采用對(duì)動(dòng)式結(jié)構(gòu)，超高壓則采用對(duì)置式結(jié)構(gòu)。所有汽缸位于曲軸同側(cè)的一般臥式結(jié)構(gòu)在一藝流程中很少采用。臥式壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是 :整機(jī)的高度低 ，視野觀察方便，易接近性好，操作管理和維修方便；每列可串聯(lián)較多的汽缸，從而簡(jiǎn)化主軸結(jié)構(gòu)；附屬設(shè)備和管路可方便地置于廠房底層，從而使上層廠房變得簡(jiǎn)潔，方便主機(jī)巡檢；附屬設(shè)備可方便地置于壓縮機(jī)上方，從而節(jié)省整個(gè)機(jī)組系統(tǒng)的占地面積而便于成撬，方便用戶使用。 (3)角度式壓縮機(jī) 角度式壓縮機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是 :結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)組的體積小，占地面積少；每個(gè)曲拐上裝有兩根以上的連桿，使曲軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，長(zhǎng)度較短，并可能采用滾動(dòng)軸承而提高機(jī)械效率；各列汽缸彼此相距較遠(yuǎn)，氣閥有允裕的安裝空間，可增加氣閥通流面積而減小流動(dòng)損失；汽缸間的夾 角空間可安裝中冷器等附件設(shè)備使整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，并縮短氣體管路而減小流動(dòng)損失時(shí)，連桿的安裝困難，星型結(jié)構(gòu)的潤(rùn)滑問(wèn)題較難解決。因此，角度式壓縮機(jī)主要用于中小型壓縮機(jī)。 無(wú)十字頭壓縮機(jī)的特點(diǎn)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，但只能是單作用或級(jí)差式，與相同排量的有十宇頭壓縮機(jī)相比，汽缸直徑大且靠活塞環(huán)密封氣體，因而泄漏周長(zhǎng)及泄漏量大。無(wú)十宇頭壓縮機(jī)的筒形活塞承受側(cè)向力，故活塞與汽缸間的摩擦和磨損加大，機(jī)械效率也較低。除非機(jī)身傳動(dòng)部分也不采用潤(rùn)滑油，否則無(wú)十字頭壓縮機(jī)不能實(shí)現(xiàn)氣體的無(wú)油壓縮。故此，無(wú)十字頭壓縮機(jī)多用于 小功率場(chǎng)合，尤其是要求輕便的移動(dòng)式。 為了獲得較好的動(dòng)力平衡力，除微小型壓縮機(jī)外，各種形式壓反縮機(jī)的列數(shù)均以等于或多于兩列為宜。但是列數(shù)過(guò)多將導(dǎo)致壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，列數(shù)需視機(jī)型系列化的情況、氣量大小、壓力高低等來(lái)決定。級(jí)和列沒(méi)有明確的關(guān)系，多級(jí)或單級(jí)壓縮機(jī)都可以是多列，也可以是單列，但級(jí)和列會(huì)相互影響，級(jí)在列中的配置應(yīng)注意以下問(wèn)題 : (1)活塞力的均衡性 即各列活塞力要均衡，有十字頭時(shí)一希望往返行程中的活塞力也能均衡，這樣曲軸、連桿的強(qiáng)度利用比較充分。 (2)密封性 使相鄰的壓力 差較小，減少活塞環(huán)出的泄漏 ;在填料側(cè)配置較低的壓力級(jí)，以利于填料密封。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 (3)曲軸錯(cuò)角的合理排列 盡量使各列慣性力和慣性力矩相互抵消，以獲得較好的動(dòng)力平衡性 :力求總切向力曲線均勻，使所需飛輪矩小；爭(zhēng)取使各級(jí)間氣體管道中的氣體脈動(dòng)相互削弱，減小管道振動(dòng)。 (4)制造和裝配方便。 4. 設(shè)計(jì)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、排氣壓力以及有關(guān)使用條件的要求； (2)有足夠長(zhǎng)的是用壽命 (應(yīng)理解為壓縮機(jī)需一要大修時(shí)間的間隔長(zhǎng)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)有較好的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性； (4)良好的動(dòng)力平衡性； (5)護(hù)檢修方便； (6)能采用新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)、新材料； (7)制造工藝性良好； (8)機(jī)器的尺寸小、質(zhì)量輕； 在選擇脹縮機(jī)級(jí)數(shù)時(shí)要使機(jī)器消耗的功最小、排氣溫度應(yīng)在條件許可的范圍內(nèi)。機(jī)器質(zhì)量輕、造價(jià)低，要使機(jī)器具有較高的熱效率，則級(jí)數(shù)越多越好，然而級(jí)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(jià)更大大上升。 在無(wú)油潤(rùn)滑壓機(jī)中密封元件采用潤(rùn)滑材料，有些自潤(rùn)滑材料的最適宜的工作溫度也有限制，例如聚四氟乙烯的工作溫度，不能超過(guò) 170℃（壓力越高則溫 度應(yīng)控制的越低 )。在確定級(jí)數(shù)和各級(jí)壓力比時(shí)應(yīng)考慮這一點(diǎn)。 因此必須根據(jù)壓縮機(jī)的額容量和工作特點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)倪x擇級(jí)數(shù)和壓力比。綜合各因素考慮，選擇二級(jí)壓縮。 結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇及影響 1． 活塞行程與一級(jí)缸徑比 活塞行程與一級(jí)缸徑比ε =S/壓縮機(jī)的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)，其值對(duì)壓縮機(jī)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)表征了壓縮機(jī)外向和尺寸間的關(guān)系； (2)影響氣閥在汽缸上的安裝面積； 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 (3)影響相對(duì)余隙和重量； (4)影響壓縮機(jī)的工作過(guò)程。 現(xiàn)代壓縮機(jī)的ε值約處于 別高轉(zhuǎn)速機(jī)器ε值小至 活塞速度是隨曲軸轉(zhuǎn)角變化的，故常用活塞平均速度 vm=0 來(lái)表征活塞運(yùn)動(dòng)的快慢?；钊骄俣仁锹?lián)系機(jī)器結(jié)構(gòu)尺寸和轉(zhuǎn)速的重要參數(shù)，對(duì)壓縮機(jī)的性能有很大影響。主要體現(xiàn)在以下方面 : (1)對(duì)壓縮機(jī)耐久性的影響； (2)對(duì)氣閥的影響。 3. 轉(zhuǎn)速 壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速不僅決定了壓縮機(jī)的幾何尺寸、重量、制造難易、機(jī)器的成本，而且還影響摩擦力、磨損、工作過(guò)程及動(dòng)力特征，還會(huì)影響驅(qū)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及成本。 縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)選擇 活塞式扭縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置，本設(shè)計(jì)中擬采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)這 是綜合考慮使用部門的動(dòng)力裝置，壓縮機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速、工作條件來(lái)選定電動(dòng)機(jī)的型式。 縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和行程的確定 轉(zhuǎn)速和行程的選取對(duì)機(jī)器的寸、質(zhì)量、制造難易和成本有重大影響，并且還直接影響機(jī)器效率、壽命和動(dòng)力特性?；钊綁嚎s機(jī)設(shè)計(jì)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。因此 : (1)活塞平均速度的高低，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)件巾的摩擦和磨損具有直接的影響，對(duì)氣缸內(nèi)的工作過(guò)程也很有影響。 (2)活塞速度過(guò)高氣閥在氣缸上難以得到足夠的安裝地基，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(huì)過(guò) 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。 微型和小型 然較高轉(zhuǎn)速，但活塞平均速度卻較低。在一定的活塞速度下，活塞行程的選取與下列因素有關(guān) : 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 (1)排氣量的大小 :排氣量大者行程應(yīng)取得長(zhǎng)些，反而則應(yīng)短些。 (2)機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式 :考慮到壓縮機(jī)的使用和維護(hù)條件，對(duì)于立式、 W 型、扇型等結(jié)構(gòu)，活塞行程不宜取得太長(zhǎng)。 計(jì)要求及參數(shù) 已知：排氣量 氣壓力 (絕壓 ) 吸氣壓力 吸氣溫度 0℃ 0℃ 吸氣相對(duì)濕度 φ =1 相對(duì)余隙容積 .1 塞行程 S=180 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 n=490r/三章 熱力計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求進(jìn)行壓縮機(jī)的熱力計(jì)算，一般已知容積流量與排氣壓力要確定壓縮機(jī)級(jí)數(shù)、各級(jí)熱力參數(shù)、各級(jí)工作容積大小、所需軸功率及相應(yīng)的效率等；也可對(duì)己有機(jī)器進(jìn)行復(fù)算性計(jì)算，根據(jù)已有的結(jié)構(gòu)參數(shù)求取各熱力參數(shù)與功耗。計(jì)算方法是常規(guī)熱力計(jì)算。 正常性熱力 計(jì)算是指已知壓縮機(jī)吸入氣體的熱力參數(shù) (壓力、溫度、相對(duì)濕度等 )、容積流量、排氣壓力及其他一些條件 (使用中的一些要求 )，確定壓縮級(jí)數(shù)、工作容積、轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)尺寸 (如往復(fù)壓縮機(jī)的氣缸直徑、行程等 )、功率和效率等。 已知條件： 油氣 石油氣的主要成分及體積百分含量 石油氣成分 234 積 %（ 吸氣溫 度： 160C? 270C? 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 吸氣壓力： 1p =： 2p =： ? =1 排氣量： _1.5 m 活塞行程 S=180 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 n=1a =2a =絕熱指數(shù)： k 6. 連桿大小頭中心距離： L=450步確定各級(jí)名義壓力 查 文獻(xiàn) [1]得總壓力比 t? = 2p / 1p =照等壓比分配原則，有（ 1一 1? =2? =t?= 為了提高 便減小機(jī)器的尺寸和重量， ? 取得較低。按（ 1 1? =（ t?取 1? =級(jí)名義吸、排氣壓力及壓力比經(jīng)調(diào)整后，列表如下 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 表 3級(jí)名義吸、排氣壓力及壓力比 級(jí)次 名義吸氣壓力1p 名義排氣壓力 2p 壓力比 ? = 2p / 1p I 算各級(jí)排氣溫度 確定絕熱指數(shù) k 查 文獻(xiàn) [1]表 2： 1式 2k ???????????????? ?? 8 5 3 1 以 k= 文獻(xiàn) [2]式 2算各級(jí)名義排氣溫度1212 )( ??列表 表 3級(jí)名義排氣溫度 級(jí)次 名義吸氣溫度1T 名義吸氣比 ? 絕熱指數(shù) k ??名義排氣溫度 2T C? K? C? K? Ⅰ 60 333 70 343 級(jí)可壓縮性系數(shù) 考慮實(shí)際氣體的影響時(shí)，各級(jí)可壓縮性系數(shù) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 表 3級(jí)可壓縮性系數(shù) 級(jí)數(shù) 名義壓力2/名義溫度 K? 臨界值 對(duì)比壓力 對(duì)比溫度 可壓縮性系數(shù) 1p 2p 1T 2T 12121? 2? Ⅰ 33 43 查 文獻(xiàn) [2]圖 2通用化可壓縮性系數(shù) ? 圖 查 文獻(xiàn) [1]表 2式 2出混合氣體的假臨界溫度和假臨界壓力，結(jié)果如下表： 表 3組分的臨界壓力和臨界溫度 氣體成分 2325 2 油氣的假臨界溫度： ? ?? ? 假臨界壓力： 2/???????? ? 定各級(jí)的吸排氣系數(shù) 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 文獻(xiàn) [2]表 2的各級(jí)膨脹過(guò)程指數(shù) 26.1(?????? （Ⅰm??????? )126.1(Ⅱ級(jí)容積系數(shù)v?=按式 22行計(jì)算： Ⅰv?=11)([ 11221 ?=1+)=2 1 ?? ]1)([11221 ?= 文獻(xiàn) [1]得 1p?=2p?=? 取 1T? =2T? =據(jù)設(shè)計(jì)條件和工藝過(guò)程可知021 ?? ?o=1 第Ⅰ級(jí)無(wú)水析出 故1??=1 由文獻(xiàn) [3]附錄查的各級(jí)對(duì)應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓0 C? 270 C? 由文獻(xiàn) [2]若：121.. 有水析出。 析出系數(shù)根據(jù)文獻(xiàn) [1]式 pp pp ?? ? ??? ????=． 泄漏系數(shù) l? 由文獻(xiàn) [2]式 2?? ?氣閥不嚴(yán)密和關(guān)閉延遲 ?太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 雙作用活塞環(huán) 于填料函的泄漏 x 表 3級(jí)各部位相對(duì)泄漏指及各泄漏系數(shù) 泄漏系數(shù) 各級(jí)各部位相對(duì)泄漏指及各泄漏系數(shù) Ⅰ Ⅱ 氣閥 Ⅰ Ⅱ 塞環(huán) Ⅰ Ⅱ 料 Ⅰ Ⅱ 0. 的相對(duì)泄漏 ?v 漏系數(shù)l? 定各級(jí)氣缸行程容積 文獻(xiàn) [2]式 2Ⅰn 1—ⅠⅠⅠⅠⅠⅠⅠ?? ?? ?m 式 2 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 ⅠⅡⅠⅡⅡⅠⅡⅡⅡⅡⅡⅡⅡ—Ⅱ111111__.?????? ??=0. 99 70. 99 5541. 2 5 9778 08x 0. m 定活塞桿直徑 步確定各級(jí)等溫功率 由文獻(xiàn) [1]式 2 Ⅰ ⅠⅠⅠⅠⅠⅠ s ?? 2 _ ? =x ()/理可得： sⅡN=x ()/知 Ⅱ級(jí)等溫功率較大，所以軸功率也較大，按式 2得該列軸功率為 ?式中 sⅡN 為等溫功率 查文獻(xiàn) [1]表 2油氣壓縮機(jī)等溫效率 取 sⅡ? = 故 N= 確定活塞桿直徑 根據(jù)最大軸功率值查文獻(xiàn) [1]表 2步選取活塞桿直徑 d=70定各級(jí)氣缸的直徑 由文獻(xiàn) [2] 2a）式 2h ??—ⅠⅠ =20 7 =太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 圓整取 601111h ???— =20 7 =整取 DⅡ =270整后各級(jí)名義壓力及溫度 _*__1* n)42 ? ?Ⅰ =(2x )4/2 ?? ? m —Ⅱ 4 9 4222 ???? ??? z S =m 1?x?由文獻(xiàn) [2]中公式 2x?得 1*___*_??? _Ⅱ__*????? 按式 2 1?x? 1Ⅱ(__)1Ⅱ(_____*__1Ⅱ*)1Ⅰ(__)1Ⅰ(____*_1Ⅰ?????????????? 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 表 3正后各級(jí)名義壓力及壓力比 級(jí)次 Ⅰ Ⅱ 計(jì)算行程容積 __( 際行程容積 __*( 3m 正系數(shù) x?1 ?x? 1 名義吸氣壓力 ( 2 x? )/( 2 義排氣壓力 ( 11.5 = 1?x? )/( 2 正后的名義壓力比*?? 溫度 表 3正后各級(jí)的排氣溫度 級(jí)數(shù) Ⅰ Ⅱ 壓力比 *? 氣溫度 1T （ K) 333 343 ? 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 ? 氣溫度 )(2 算活塞力 表 3缸內(nèi)實(shí)際氣體吸排氣壓力 級(jí) 次 修正后名義壓力 )/( 2 相對(duì)壓力損失 （ %） s??1d??1氣缸內(nèi)實(shí)際壓力 )/( 2氣缸內(nèi)實(shí)際壓力比 1*p 2*p s? d?'? Ⅰ 表中 )1(1*ss ??， )1(*2 dd ??s? ， d? — 吸排氣相對(duì)壓力損失（平均值） 查文獻(xiàn) [2]圖 2表 3列的活塞力