毕业设计--氮气压缩机设计及优化

1、<p><b>　　毕业设计说明书</b></p><p>　　ZW-0.25/8-30氮气压缩机设计及优化</p><p>　　ZW-0.25/8-30 NITROGEN GAS COMPRESSORS DESIGN AND OPTIMIZATION</p><p>　　学院（部）： 机械工程学院 </p><

2、p>　　专业班级： 化设09-2 </p><p>　　学生姓名： </p><p>　　指导教师： </p><p>　　2012 年 5 月 23 日</p><p>　　ZW-0.25/8-30氮气压缩机设计及优化</p><p><b>　　摘

3、要</b></p><p>　　现在的活塞式压缩机的种类繁多，工作效率以及使用中出现的故障和寿命的长短等，都是压缩机设计生产制造应注意的问题，例如气阀的设计制造对压缩机的效率影响很大，所以对压缩机某个关键的部位的设计都很重要。本文就是阐述对氮气压缩机的设计以及优化。 </p>

4、<p>　　根据已知数据和借去的相关参考资料书籍上的范例和相关数据，设计了此种立式活塞式压缩机的整体结构和一些压缩机零部件，以及可以从几个方面能优化它的设计。文章设计的ZW-0.25/8-30氮气压缩机，该压缩机在各个行业领域应用十分的广泛，带来的效益也是无可厚非的。文章对此种压缩机的总体和零件进行了设计。</p><p>　　然后对压缩机的受力情况进行了分析，进而计算的到综合活塞力分布情况和切向力

5、分布的相应情况，绘制相应的综合活塞力和切向力曲线图，在此过程中运用了office中的word和excel，以及AutoCAD中的二维制图绘制压缩机装配图和零件图。</p><p>　　关键词：压缩机，动力计算，热力计算，部件设计，节能优化</p><p>　　ZW-0.25/8-30 NITROGEN GAS COMPRESSORS DESIGN AND OPTIMIZATION</

6、p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Now the piston compressor are various and work efficiency and use of the fault occurred and the length of days, etc, are all compressor to design manufa

7、cturing problems should be paid attention to, such as the design of the air valve manufacturing to compressor, efficiency is affected, so for a key parts of the compressor design are all important. This paper is the pape

8、r design and optimization of nitrogen compressor. </p><p>　　According to the known data and lent to related reference material on the books of the example and related data, design the vertical piston compres

9、sor the overall structure and some compressor parts, and can from several aspects of the design that can optimize it. This article designs the ZW-0.25/8-30 nitrogen gas compressor, this compressor in each industry applic

10、ation field is widespread, the benefit is undisputable. Based on the general and parts of compressor the design. </p><p>　　And then to the stress of the compressor is analyzed, and then the calculation to th

11、e comprehensive piston force distribution and cutting force distribution to the corresponding situations, draw the corresponding comprehensive piston force and cut to force the graph, in the process of using office word

12、and excel, and the 2 d graphics rendering AutoCAD compressor parts drawing and assembly drawings. </p><p>　　KEYWARDS：Compressor, the dynamic calculation, thermodynamic calculation, and parts design, energy s

13、aving optimization </p><p><b>　　目录</b></p><p><b>　　摘要（中文）I</b></p><p><b>　　摘要（英文）II</b></p><p><b>　　1.概述1</b></p&g

14、t;<p>　　1.1活塞式压缩机分类1</p><p>　　1.2活塞式压缩机的优缺点3</p><p>　　1.3活塞式压缩机工作原理3</p><p>　　1.3.1压缩过程3</p><p>　　1.3.2排气过程4</p><p>　　1.4活塞式压缩机产品型号表示方法4</p

15、><p>　　1.5活塞式制冷压缩机基本构造4</p><p><b>　　1.5.1机体4</b></p><p><b>　　1.5.2曲轴4</b></p><p><b>　　1.5.3连杆4</b></p><p>　　1.5.4活塞组5

16、</p><p>　　1.5.5汽阀与轴封5</p><p>　　1.5.6能量调节装置6</p><p>　　1.6活塞式压缩机发展形势及技术展望7</p><p>　　2 ZW-0.25/8-30氮气压缩机设计的热力学与动力学计算8</p><p>　　2.1热力学计算8</p><p

17、>　　2.1.1行程容积，气缸直径计算9</p><p>　　2.1.2活塞力、指示功率、轴功率的计算以及选配电动机10</p><p>　　2.2动力计算12</p><p>　　2.2.1已知条件和数据12</p><p>　　2.2.2压缩机各级汽缸气体力指示图12</p><p>　　3压缩机零

18、部件设计23</p><p>　　3．1活塞设计24</p><p>　　3.1.1活塞基本尺寸计算25</p><p>　　3.2 曲轴设计25</p><p>　　3.2.1 曲轴设计基本原则25</p><p>　　3.2.2曲轴机构尺寸的计算25</p><p>　　3.3连

19、杆的计算步骤26</p><p>　　4连杆加工工艺规程27</p><p>　　4.1 连杆加工技术要求28</p><p>　　4.2 连杆的机械加工过程28</p><p>　　5压缩机的节能优化30</p><p>　　5．1压缩机设计对压缩机节能的影响31</p><p>

20、　　5.2压缩机辅助系统对节能的影响32</p><p>　　5.2.2 压缩机吸排气缓冲器33</p><p>　　5.3压缩机可靠性对压缩机节能的影响33</p><p>　　5.5压缩机气阀对压缩机节能的影响35</p><p>　　5.6活塞压缩机活塞环对压缩机节能的影响36</p><p>　　5.

21、7活塞压缩机填料对压缩机节能的影响37</p><p><b>　　结论38</b></p><p><b>　　参考文献39</b></p><p><b>　　致谢40</b></p><p><b>　　1.概述</b></p>

22、<p>　　活塞式压缩机的工作是气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。</p><p>　　1.1活塞式压缩机分类</p><p>　　按压缩级数分类，有单级压缩和两级压缩。单级压缩机是指压缩过程中

23、制冷剂蒸气由低压至高压只经过一次压缩。而所谓的两级压缩机，压缩过程中制冷剂蒸气由低压至高压要连续经过两次压缩。 </p><p>　　按作用方式分类，有单作用压缩机和双作用压缩机。其制冷剂蒸气仅在活塞的一侧进行压缩，活塞往返一个行程，吸气排气各一次。而双作用压缩机制冷剂蒸气轮流在活塞两侧的气缸内进行压缩，活塞往返一个行程，吸、排气各两次。所以同样大小的气缸，双作用压缩机的吸气量较单作用的大。但是由于双作用压缩机的

24、结构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩机。 </p><p>　　按制冷剂蒸气在气缸中的运动分类，有直流式和逆流式。所谓直流式是指制冷剂蒸气的运动从吸气到排气都沿同一个方向进行，而逆流式，吸气与排气时制冷剂蒸气的运动方向是相反的。从理论分析来看，直流式与逆流式相比，由于蒸气在气缸中温度及比容的变化较少，故直流式性能较好。但是由于直流式压缩机的进汽阀需装在活塞上，这样便相对增加了活塞的长度和重量，因而功的消耗就增

25、加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都采用逆流式。 </p><p>　　按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型压缩机等。立式压缩机气缸中心线呈垂直位置而卧式压缩机气缸中心线是水平的。Ｖ型、Ｗ型和Ｓ型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为960～1440rad/min，气缸数目多为２、4、6、8 四种，其中，字母表示气缸的排列形式。 </p><p>　　活

26、塞式制冷压缩机，根据其结构特征，还可分为开启式、半封闭式和全封闭式三种。虽然构造各异，但它们之间也有许多共同之处，只是其结构特征不同。 </p><p>　　开启式制冷压缩机的结构特征在于：压缩机的动力输入轴伸出机体外，通过联轴器或皮带轮与电动机联结，并在伸出处用轴封装置密封。目前，氨压缩机和容量较大的氟利昂压缩机都采用这种结构形式。 </p><p>　　半封闭式制冷压缩机的结构特点是：

27、压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。 </p><p>　　全封闭式制冷压缩机的结构特点在于：压缩机与其驱动电动机共用一个主轴，二者组装在一个焊接成型的密封罩壳中。这种压缩机结构紧凑，密封性好，使用方便，振动小、噪音小，广泛使用在小型自动化制冷和空调装置中。</p><p>　　按压缩机的排气终压力可分为： </p>

28、<p>　　A.低压压缩机：排气终了压力在3～10×105 Pa； </p><p>　　B.中压压缩机：排气终了压力在10～100×105 Pa； </p><p>　　C.高压压缩机：排气终了压力在100～1000×105 Pa； </p><p>　　D.超高压压缩机：排气终了压力在1000×105 Pa以上

29、。 </p><p>　　按压缩机排气量的大小可分为： </p><p>　　A.微型压缩机：输气量在1 m3/min以下； </p><p>　　B.小型压缩机：输气量在1～10 m3/min以下； </p><p>　　C.中型压缩机：输气量在10 m3/min～100 m3/min； </p><p>　　D

30、.大型压缩机：输气量在100 m3/min。 </p><p>　　按压缩机的转速可分为： </p><p>　　A.低转数压缩机：在200 rad/min以下； </p><p>　　B.中转数压缩机：在200～450 rad/min； </p><p>　　C.高转数压缩机：在450～1000 rad/min。 </p>

31、<p>　　1.2活塞式压缩机的优缺点</p><p><b>　　活塞压缩机的优点</b></p><p>　　1、活塞压缩机的适用压力范围广，不论流量大小，均能达到所需压力；</p><p>　　2、活塞压缩机的热效率高，单位耗电量少；</p><p>　　3、适应性强，即排气范围较广，且不受压力高低影响，

32、能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；</p><p>　　4、活塞压缩机的可维修性强</p><p>　　5、活塞压缩机对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉；</p><p>　　6、活塞压缩机技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验；</p><p>　　7 、活塞压缩机的装置系统比较简单。</p>&l

33、t;p><b>　　活塞压缩机的缺点</b></p><p>　　1、转速不高，机器大而重；</p><p>　　2、结构复杂，易损件多，维修量大；</p><p>　　3、排气不连续，造成气流脉动；</p><p>　　4、运转时有较大的震动。</p><p>　　活塞式压缩机在各种场合，

34、特别是中小制冷范围内，成为应用最广、生产批量最大的一种机型。</p><p>　　1.3活塞式压缩机工作原理</p><p>　　活塞式压缩机的工作是气缸、气阀和在气缸中作往复运动的活塞所构成的工作容积不断变化来完成。如果不考虑活塞式压缩机实际工作中的容积损失和能量损失（即理想工作过程），则活塞式压缩机曲轴每旋转一周所完成的工作，可分为吸气、压缩和压缩过程、排气过程。 </p>

35、<p>　　1.3.1压缩过程 </p><p>　　活塞从下止点向上运动，吸、排汽阀处于关闭状态，气体在密闭的气缸中被压缩，由于气缸容积逐渐缩小，则压力、温度逐渐升高直至气缸内气体压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。</p><p>　　1.3.2排气过程 </p><p>　　活塞继续向上移动，致使气缸内的气体压力大于排气压力，则排气

36、阀开启，气缸内的气体在活塞的推动下等压排出气缸进入排气管道，直至活塞运动到上止点。此时由于排气阀弹簧力和阀片本身重力的作用，排气阀关闭排气结束。至此，压缩机完成了一个由吸气、压缩和排气三个过程组成的工作循环。此后，活塞又向下运动，重复上述三个过程，如此周而复始地进行循环。这就是活塞式制冷压缩机的理想工作过程与原理。</p><p>　　1.4活塞式压缩机产品型号表示方法</p><p>　

37、　每一台压缩机的基本型式都用一定的符号表示。这些符号亦称为型号，单级产品型号主要由气缸数目、所用制冷剂的种类、气缸布置形式与气缸直径四个方面的内容组成。</p><p>　　1.5活塞式制冷压缩机基本构造</p><p>　　活塞式制冷压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。</p><p><b>　　

38、1.5.1机体</b></p><p>　　机体：包括汽缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体。它是支承汽缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。汽缸采用汽缸套结构，安装在汽缸体上的缸套座孔中，便于当汽缸套磨损时维修或更换。因而结构简单，检修方便。</p><p><b>　　1.5.2曲轴&l

39、t;/b></p><p>　　曲轴：曲轴是活塞式制冷压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用40、45或50号优质碳素钢锻造，但现在已广泛采用球墨铸铁（如QT50－1.5与QT60－2等）铸造。 &l

40、t;/p><p><b>　　1.5.3连杆</b></p><p>　　连杆：连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对汽体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。 </p><p>　　连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如QT40－10）铸造，

41、杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。</p><p>　　连杆小头通过活塞销与活塞相连，销孔中加衬套以提高耐磨、耐冲击能力。连杆小头衬套常用锡磷青铜ZQSn10-1做成整体筒状，外圆面车有环槽并钻有油孔，内表面开有轴向油槽。 </p><p>　　连杆大头与曲轴连接。连杆大头一般做成剖分式，以便于装拆和检修。为了改善连杆大头与曲柄销之间的磨损状况，大头孔内一般均装有轴承合金轴瓦即连

42、杆大头轴瓦。连杆大头轴瓦分薄壁和厚壁两种，系列制冷压缩机都采用薄壁轴瓦。轴瓦的上瓦与连杆油孔相应的地方也开有油孔。 </p><p>　　连杆螺栓用于连接剖分式连杆大头与大头盖。连杆螺栓是曲柄连杆机构中受力严重的零件，它不仅受反复的拉伸且受振动和冲击作用，很容易松脱和断裂，以致引起严重事故。所以对连杆螺栓的设计、加工、装配均有严格要求。连杆螺栓常用40Cr、45Cr钢等制造，且采用细牙螺纹，其安装时要求有一定的预

43、紧力，以免在载荷变化时连杆大头上下瓦和曲柄销之间松动敲击，加速机器零件的损坏。 </p><p><b>　　1.5.4活塞组</b></p><p>　　活塞组：活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在汽缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。 </p><p>　　活塞——

44、活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列制冷压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部、环部和裙部三部分组成。活塞顶部组成封闭汽缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度，使活塞环有一定的活动余地。活塞裙部在汽缸中起导向作用并承受侧压力。 </p><p>　　活塞的材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广，但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差，因此，近年来系列制冷

45、压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻、导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低、耐磨性差也差。 </p><p>　　活塞销——活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。活塞销的损坏将会造成严重的事故，故要求其有足够的强度、耐磨性和抗疲劳、抗冲击的性能。因此，活塞销通常用20号钢、20Cr钢或45号钢制造。 </p>

46、<p>　　活塞环——活塞环包括汽环和油环。汽环的主要作用是使活塞和汽缸壁之间形成密封，防止被压缩蒸气从活塞和汽缸壁之间的间隙中泄漏。为了减少压缩汽体从环的锁口泄漏，多道汽环安装时锁口应相互错开。油环的作用是布油和刮去汽缸壁上多余的润滑油。汽环可装一至三道，油环通常只装一道且装在汽环的下面，常见的油环断面形状有斜面式和槽式两种，斜面式油环安装时斜面应向上。</p><p>　　1.5.5汽阀与轴封<

47、;/p><p>　　汽阀与轴封：汽阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输汽量、功率损耗和运转的可*性。汽阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等四个工作过程。由于阀门启闭工作频繁且对压缩机的性能影响很大，因此汽阀需满足如下要求：气体流过阀门时的流动阻力要小，要有足够的通道截面，通道表面应光滑，启闭及时、关闭严密

48、，坚韧、耐磨。 </p><p>　　轴封——轴封的作用在于防止制冷剂蒸汽沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压时，防止外界空气漏入。因此，轴封应具有良好的密封性和安全可*性、且结构简单、装拆方便、并具有一定的使用寿命。 </p><p>　　轴封装置主要有机械式和填料式两种。目前常用的机械式轴封主要有摩擦环式和波纹管式。其中，国产系列活塞式制冷压缩机大都采用摩擦环式轴封，这

49、种轴封由活动环(摩擦环）、固定环、弹簧及弹簧座、压圈和两个“０”形耐油橡胶圈所组成。活动环槽内嵌一橡胶密封圈并与活动环一同套装在轴上，在弹簧力和压圈的作用下，活动环与橡胶圈一同被压紧在轴上且使活动环紧贴在固定环上。工作时弹簧座与弹簧、轴上橡胶密封圈及活动环随同曲轴一起转动，固定环及其上的橡胶圈则固定不动。故工作时活动环和固定环作相对运动，紧贴的摩擦面起防止制冷剂往外泄漏的密封作用，轴上橡胶圈用来密封轴与活动环之间的间隙，固定环上的耐油橡

50、胶密封圈起防止轴封室内润滑油外泄的作用。 </p><p>　　1.5.6能量调节装置</p><p>　　能量调节装置：在制冷系统中，随着冷间热负荷的变化，其耗冷量亦有变化，因此压缩机的制冷量亦应作必要的调整。压缩机制冷量的调节是由能量调节装置来实现的，所谓压缩机的能量调节装置实际上就是排气量调节装置。它的作用有二，一是实现压缩机的空载启动或在较小负荷状态下启动，二是调节压缩机的制冷量。

51、压缩机排气量的调节方法有：顶开部分汽缸的吸气阀片；改变压缩机的转速；用旁通阀使部分缸的排气旁通回吸气腔，这种方法用于顺流式压缩机；改变附加余隙容积的大小。顶开汽缸吸气阀片的调节方法是一种广泛应用的调节方法，国产系列活塞式制冷压缩机，均采用顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置， </p><p>　　顶开吸气阀片能量调节装置可分为执行机构、传动机构和油分配机构三部分，主要由油分配阀、油缸、油活塞、拉杆、转动环、顶杆

52、和弹簧等部件组成。拉杆上有两个凸圆，分别嵌在两个汽缸套外部的转动环中。若不向油缸中供油，由于油活塞左侧弹簧的作用，油活塞处于油缸的右端位置，汽缸套外部的顶杆都是处在转动环斜槽的最高位置，将吸汽阀片顶开，于是该汽缸卸载。当压力油经油分配阀向油缸供油时，因油压的作用，克服弹簧力使油活塞及拉杆向左移动，并通过拉杆上的凸圆使转动环转动一定角度，相应地使顶杆在顶杆弹簧作用放下而下滑到斜槽的最低处，这时吸汽阀片在重力和弹簧力作用下降落在阀座上并可以

53、自由启闭，则该汽缸处于工作状态。 </p><p>　　压缩机起动时，由于机器尚未转动，油压为零，因而全部汽缸的吸汽阀片都被顶杆顶开，汽缸不起压缩作用，从而实现了空载启动。</p><p>　　1.6活塞式压缩机发展形势及技术展望 </p><p>　　制冷技术自19世纪中后期发展以来，广泛应用于各个行业。我国在该领域的发展起始于20世纪50年代，从最初消化吸收生产

54、的活塞式压缩机到60年代自行设计制造多种类型和规格的制冷产品，使我国的制冷技术前进了一大步。近年来，国外大公司纷纷进入中国，或与中国企业合资，或独资，使得中国制冷行业出现空前的繁荣，同时竞争也越来越激烈，自1999年至2001年连续三年，中国的制冷产品的产销量不断攀升，各生产企业各尽其能，使现有的生产设备发挥 到极佳状态无论是面对用户的终端产品，还是与之配套的中间产品，各生产企业都深感今天的形势不是永恒的，要在激烈的市场竞争中立于不败之

55、地，立足之本在于技术的不断进步。由于制冷行业的技术不涉及国家安全和尖端的技术，因此，发达国家的大公司在技术上没有任何必要来封锁中国，它们都拿出自己最先进的技术和产品来参与竞争，抢占市场，从而大大促进了制冷技术的进步和产品水平的提高，使得中国制冷产品与国际同步发展。国内的一些企业也借此大好时机，在消化吸收的基础上，创立自己的品牌，建立自己的研究开发中心，为企业的后续发展提供先进的技术，如国内的海尔、春兰、庆安等均建立了自己的设计研究院。在

56、各种类</p><p>　　2010年，是压缩机行业发展的新起点，预计行业未来呈现出新的发展态势。首先是结构调整将有重大突破。当前我国压缩机行业存在一系列深层次的结构性矛盾，包括总体产能过剩，低水平产能比重过大；企业规模小而且分散，产业集中度低；生产力布局不合理现象依然存在；企业节能减排的任务重；科技创新能力不强；资源控制力不强，保障体系建设滞后等。这些深层次的结构性矛盾，决定了2010年压缩机行业必须下大力量，

57、突出抓好结构调整，实现产业升级，认真解决影响压缩机行业发展的重大问题。第二，行业内要大力推动共性技术研究开发，掌握核心技术、关键技术的自主知识产权。当前，压缩机行业共性技术的科研经费投入不足，研究开发力量薄弱。2010年，各企业应加大在我国重点培育自主知识产权的技术装备研发力量。可以有计划、有步骤地加强国家重点实验室、国家工程技术研究中心、行业科研院所等共性技术研究开发平台的建设，重点支持原创性技术、共性技术及战略性关键技术的研究开发，

58、并培养一支既精通基础技术又熟悉行业技术的高科技人才队伍，努力掌握核心技术、关键技术和重 要产品的自主知识产权。第三，进入加快发展制造服务业阶段。当前，压缩机行业存在一些不利</p><p>　　2 ZW-0.25/8-30氮气压缩机设计的热力学与动力学计算</p><p><b>　　2.1热力学计算</b></p><p>　　已知进气压力为

59、0.8 Mpa，终压为3 MPa, 首先计算总压力比ε=3.75，参阅资料可初步选定该压缩机的级数Z=2。，选择级数选取二级比较合适，为了保证被压缩介质的纯度，所以该压缩机选择的是立式结构，而且Ⅰ、Ⅱ级采用双作用汽缸。压缩机采用水冷方式。因为已知额定排气量为0.25 m3/min < 1 m3/min,所以该压缩机为微型的，取转速n=1000r/min ，行程s=100mm。</p><p>　　2.1.1

60、行程容积，气缸直径计算</p><p>　　初步确定各级名义压力 </p><p>　　根据工况的需要选择计数为两级，按照等压比的分配原则，3.751/2 =1.94但为使第一级有较高的容积系数，第一级的压力比取稍低值，各级名义压力级压力表如下：</p><p><b>　　表2-1</b></p><p><b

61、>　　②确定各级容积系数</b></p><p>　　Ⅰ.确定各级容积系数。由表3-2查得绝热指数为K=1.4,取各级相对余隙容积和膨胀指数如下：</p><p>　　= 0.035 =0.04 </p><p>　　=1+0.75（k-1）=1.30 =1+0.88（k-1）

62、=1.35 </p><p><b>　　得 ： </b></p><p>　　λv2=0.973 </p><p>　　=1-0.035X(1.881/1.30-1)</p><p><b>　　=0.978 </b></p><p>　　Ⅱ.选取压力系数： 0.

63、97 0.99 </p><p>　　Ⅲ.选取温度系数： 0.975 0.98 </p><p>　　Ⅳ.选取泄露系数： 0.90 0.92 </p><p>　　Ⅴ.确定容积效率： </p><p><b>　　得： </b></p><p>　　0.832

64、 0.868 </p><p>　　③ 确定析水系数第一级无水析出，故=1.0。而且各级进口温度下的饱和蒸汽压由文献查的 </p><p>　　25°C 3229 Pa 35°C 5733 Pa</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　=(8x105-0

65、.8x3229)x1.2/(15x105-5733)</p><p><b>　　=1.0</b></p><p>　　④ 确定各级行程容积</p><p>　　=0.25/(1000x0.832)</p><p>　　=0.0003 m3 </p><p>　　=（0.25×8x

66、105×308×1.0）/（1000×15×105×298×0.868）</p><p>　　=0.00016 m3</p><p>　　⑤ 确定气缸直径，行程和实际行程容积 已知转速n=1000r/min。取行程s=100mm。得活塞平均速度： </p><p>　　=sn/30=3.33 m/s<

67、;/p><p>　　取得活塞杆直径d=30mm，得：</p><p><b>　　=0.0486 m</b></p><p>　　根据气缸直径标准，圆整的=50mm ，实际行程容积为=0.00032 m3 。活塞有效面积为=0.0032 m2 </p><p><b>　　同理得：</b></p

68、><p>　　= 0.0383 mm , 根据气缸直径标准，圆整的=38 mm ，实际行程容积为=0.00016 m3 。活塞有效面积为=0.0016 m2 </p><p>　　考虑到圆整值与计算值之间有差值，这里采用维持压力比不变，调整相对余隙容积的方法，利用下式计算容积系数：</p><p>　　计算得新的容积系数为 ：</p><p>　

69、　=0.917 =0.992 </p><p>　　在通过下式计算新的相对余隙</p><p>　　结果为： </p><p>　　0.13 0.012 </p><p>　　2.1.2活塞力、指示功率、轴功率的计算以及选配电动机</p><p>　　2.1.2.1活塞力&l

70、t;/p><p>　　各级进、排气相对压力损失取值： </p><p>　　0.025 0.053 </p><p>　　0.021 0.046 </p><p>　　因总的进排气压力损失得：</p><p>　　0.078 0.067 </p><p&

71、gt;　　计算实际吸排气压力：</p><p>　　8×105 N/m2 15×105 N/m2 </p><p>　　(1-0.025) ×8×105 (1+0.053) ×15×105</p><p>　　=7.8×10

72、5 N/m2 =15.8×105 N/m2 </p><p>　　=15×105 N/m2 =30×105 N/m2 </p><p>　　=(1-0.021) ×15×105 =(1+0.046) ×30×1

73、05 </p><p>　　=14.7×105 N/m2 =31.38×105 N/m2</p><p><b>　　计算实际压力比：</b></p><p>　　= 2.03 = 2.13 </p><p>

74、;　　活塞力的计算 首先计算盖侧和轴侧活塞工作面积见下表：</p><p><b>　　表2-2</b></p><p>　　止点气体力计算见下表：</p><p><b>　　表2-3</b></p><p>　　从以上最大活塞力（2863.8 N=0.29t）来看，初选活塞杆直径30是合适的。

75、而且向轴和离轴行程活塞力比较均衡。</p><p><b>　　确定各级排气温度 </b></p><p>　　因为排气压力不太高,所以空气可以看作理想气体，等熵指数为K=1.4，由于采用水冷的方式，近似的认为各级压缩指数为</p><p>　　=1.30 =1.5 </p><p>　　取=298 K ,

76、 =308 K排气温度由式</p><p><b>　　得：</b></p><p>　　= 350.9 K =395.3 K </p><p>　　2.1.2.2指示功率、轴功率的计算以及选配电动机</p><p><b>　　各级指示功率为：</b></p><p>

77、<b>　　得：</b></p><p>　　3.17kW 3.63kW </p><p>　　总的指示功率为： </p><p><b>　　6.8kW</b></p><p>　　因为微型压缩机=0.82~0.90 所以取机械效率=0.90</p><p>&l

78、t;b>　　即轴功率为：</b></p><p><b>　　7.6kW </b></p><p>　　取机械功率余度10%，则电机功率取8.3kW，型号为Y160L-6(额定功率为11kW)</p><p><b>　　2.2动力计算</b></p><p>　　2.2.1已

79、知条件和数据</p><p>　　根据第一部分热力计算的结果，得出所用数据如下所示：</p><p>　　活塞行程：s = 100 mm</p><p>　　转 速：n = 1000 r/min</p><p>　　2.2.2压缩机各级汽缸气体力指示图</p><p>　　设计的压缩机为双缸作用二级压缩机，各级汽

80、缸参数及力学情况已知，则相应一些部分可以简化，作汽缸的动力计算。现用作图法作汽缸示功图。</p><p>　　2.2.2.1动力计算基本数据</p><p><b>　　表2-4盖侧活塞力</b></p><p>　　2.2.2.2作图法绘制综合活塞力图</p><p>　　（1） 将设计示功图展开在横坐标为2s的综合活

81、塞力图上，纵坐标与设计示功图中的力的比例尺相同。</p><p>　　（2） 按勃列克斯近似作图法在展开的设计示功图下方作两个半圆找出行程s与曲柄销转角的关系，转角每等份取</p><p>　　（3） 列出一级往复惯性力数值表</p><p>　　曲柄半径与连杆长度比：查资料取</p><p>　　曲轴旋转角速度： </p>

82、<p>　　曲柄销旋转半径：mm</p><p>　　由热力计算数据可知最大活塞力为0.494 kN,取3 kN</p><p>　　由公式 代入数据 </p><p>　　往复质量在运动时产生的往复惯性力I为：</p><p><b>　　（2-3）</b>&l

83、t;/p><p>　　现将查得与和I的值如表3.2所示</p><p>　　表2-5 一级往复惯性力数值表</p><p>　　资料来源：[4] （单位：N mm）</p><p>　　列出二级往复惯性力数值表</p><p>　　曲柄半径与连杆长度比：查资料取

84、</p><p>　　曲轴旋转角速度： </p><p>　　曲柄销旋转半径：mm</p><p>　　由热力计算数据可知最大活塞力为2.86 kN,取5 kN</p><p>　　由公式 代入数据 </p><p>　　往复质量在运动时产生的往复惯性力I为：</

85、p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　现将查得与和I的值如表3.2所示</p><p>　　表2-6 二级往复惯性力数值表</p><p>　　资料来源：[4] （单位：N mm）</p><p>　　（4）计算往

86、复摩擦力</p><p><b>　　查资料知：</b></p><p><b>　　（2-4）</b></p><p><b>　　= 68.6 N</b></p><p>　　2 = 78.57 N </p><p>　　向轴行程，往复运动

87、摩擦力为正；离轴行程，往复运动摩擦力为负。</p><p>　　（5）将同一曲柄转角下的惯性力I、往复摩擦力及气体力P(轴侧和盖侧)进行代数相加，求出各级综合活塞力P∑。</p><p>　　以下为各级综合活塞力曲线图：</p><p>　　2.2.2.3切向力图</p><p>　　（1）第一级切向力曲线的绘制</p><

88、;p>　　确定飞轮矩之前,需作出压缩机各列的切向力图.先求出各个曲柄转角处的切向力值,然后以曲柄转角为横坐标作出的切向力曲线称为切向力图.用作图法求得的综合活塞力通常是以行程为等分的，而切向力图是以角度为等分的,因此,在求得各点的切向力之前,需将综合活塞力图上的位移转换成相应的转角,然后在综合活塞力图上取得作用在曲柄销上的连杆力 (分解成切向力T和径向力R)。</p><p>　　式中：---代表活塞力&l

89、t;/p><p>　　按曲柄转角求得的综合活塞力乘以因子,即得转角时的切向力值,其值可按资料《活塞式压缩机设计》表3-4取出。作切向力图 以纵坐标表示切向力,其比例尺与活塞综合力相同,横坐标为按圆周长的展开得到的平滑线.取240mm表示100。</p><p>　　由于存在旋转摩擦力的影响，可得：</p><p>　　选取比例尺：力比例尺： 长度比例： </p&

90、gt;<p>　　将横坐标向下移动相当于的距离和总切向力曲线以移动后的新横坐标为计算依据。按上公式计算各点切向力，然后根据叠加值绘制第一级总切向力图。第一级切向力和综合活塞力如表2-7。</p><p>　　表2-7 综合活塞力和切向力值</p><p>　　资料来源：[4] （单位：N mm）</p><p>　　⑵第二级切向力曲线

91、的绘制</p><p>　　按⑴中公式计算各点切向力，然后根据叠加值绘制第二级总切向力图。第二级切向力和综合活塞力如表2-8</p><p>　　表2-8 综合活塞力和切向力值</p><p><b>　　资料来源：[4]</b></p><p>　　⑸总切向力曲线的绘制</p><p>　　将两

92、级的切向力叠加如表2-9</p><p><b>　　表2-9总切向力值</b></p><p><b>　　（单位：N mm）</b></p><p>　　下图为压缩机各级切向力曲线图：</p><p><b>　　下图为总切向力图：</b></p><p

93、>　　2.2.2.4计算飞轮矩</p><p>　　求平均切向力：量得总切向力曲线与横坐标所包围的面积</p><p><b>　　平均切向力为：</b></p><p>　　由前述代入数据得： </p><p>　　校核作图误差，按热力计算得到的平均切应力是：</p><p><b&

94、gt;　　作图误差： </b></p><p>　　允许误差，故作图合格。</p><p><b>　　表2-10</b></p><p><b>　　所以： </b></p><p>　　计算飞轮矩，根据式： </p><p>　　—— 旋转不均匀度，压缩机采

95、用联轴器联接查资料，取，代入数据，计算得：</p><p><b>　　3压缩机零部件设计</b></p><p><b>　　3．1活塞设计</b></p><p>　　活塞组件介绍活塞组件包括活塞、活塞环、活塞杆等他们在汽缸中作往复运动，与气缸一起构成压缩容积根据活塞的作用和它的运动规律及受力特点，对活塞的主要要求是：

96、有足够的强度、刚度，耐磨性好，密封性好，重量轻，活塞与其连接的传递动力元件（如活塞杆）营连接可靠。根据结构式的不同，活塞可分为筒形活塞、盘形活塞、极差式活塞及柱状活塞等集中形式。</p><p><b>　　筒形活塞</b></p><p>　　筒形活塞用于无十字头的单作用低压压缩机中，形如筒形。连杆小头通过活塞销与活塞连接并带动活塞工作。活塞顶部相当于周边支撑的平板

97、，在活塞柱体上部开有几道环形槽，称为活塞环槽，用于装入活塞环，以保证活塞工作时，对气缸压缩容积的密封。由于筒形活塞在汽缸中作往复运动时，靠曲轴连杆机构运动时，从曲轴箱中甩油进行飞溅式润滑，因此，在活塞环与活塞销孔之间的筒体上开有装刮油环的环形槽（有的开在筒体下部，亦称裙部）。筒体的圆柱面也是承压面，用以承受侧压力并引起导向作用。筒体承压表面粗糙度值Ra一般为0.4~0.2μm。</p><p><b>

98、　　盘形活塞</b></p><p>　　盘形活塞用于有十字头的双作用汽缸中。为减轻重量，常制成中空结构。活塞两端面间设有筋板以增强端面的刚性。活塞的圆柱面上开有活塞环槽。</p><p><b>　　极差式活塞</b></p><p>　　极差式活塞为两个以上不同直径不同级次活塞的组合。它除了具有一般活塞相似的结构之外，还具有结构

99、紧凑，重量轻的特点。为减少泄露损失，可把低压级至于靠近轴测。为了能够自动调整各活塞之间的径向位移和角位移，有利于自动对中定心和减少磨损，通常将高压级活塞与基本部分的连接做成球行关节并能有一定径向位移间隙。</p><p><b>　　组合式活塞</b></p><p>　　组合式活塞与一般活塞的区别是：组合活塞的每一个活塞环槽是由直径一大一小的两个隔距环所组成，活塞环

100、随隔距环依次装配时顺序装入。这是因为在高压级中活塞环直径较小，而环的径向厚度又较大，即采用了隔距环和活塞环组合装配方式</p><p><b>　　柱塞</b></p><p>　　柱塞是不带活塞环的简单圆柱结构。适用于高压级小直径气缸。柱塞与气缸间隙的密封一般有两种：一种是靠柱塞与气缸的间隙和柱塞上开有的环形沟槽行成曲折密封，另一种是不带沟槽的光柱，靠填料密封。&l

101、t;/p><p><b>　　活塞杆</b></p><p>　　活塞杆要有足够的强度，刚度稳定性。在活塞杆的设计及强度校核中，要进行疲劳、稳定以及连接凸肩处所受的挤压应力校核。耐磨性好并有较高的加工精度和表面粗糙度要求。在结构上尽量减少应力集中的影响。保证连接可靠，防止松动。活塞的结构设计要便于活塞的拆装。</p><p><b>　　

102、活塞环</b></p><p>　　活塞环是压缩机中主要的易损件之一。其用途是密封活塞和气缸的间隙，防止气体从压缩容积的一侧漏向另一侧。</p><p>　　3.1.1活塞基本尺寸计算</p><p>　　根据第二章计算得出的级活塞直径分别为</p><p>　　50 mm 38 mm </p><p&

103、gt;　　选取第1气缸设计活塞,由式 , 得出</p><p>　　活塞高度 H=0.850=40mm</p><p>　　活塞端面厚度mm 活塞杆直径=30 mm</p><p><b>　　3.2 曲轴设计</b></p><p>　　3.2.1 曲轴设计基本原则</p><p>　

104、　1.曲轴的轴颈要有适当的尺寸，使配用的轴承能有胜利的负荷能力；</p><p>　　2.曲轴要有足够的强度，以承受交变弯曲与交变扭转的联合作用。曲轴的各危险断面，尤其是高度应力集中现象存在的轴颈和曲柄过度圆角处，要进行强度校核。</p><p>　　3.曲轴要有足够的刚度。轴颈偏转角不应超过许用值以保证轴承可靠地工作。在采用悬挂电动结构时，电机转子中心的挠度不应超过许用值，以保证电机正常

105、工作。</p><p>　　3.2.2曲轴机构尺寸的计算</p><p><b>　　1.曲柄销的直径：</b></p><p><b>　　cm</b></p><p>　　式中 P——最大活塞力（N）</p><p>　　根据设计手册选定曲柄销的直径为 </p>

106、;<p><b>　　2.主轴颈直径：</b></p><p>　　计算主轴颈选定直径为38 mm。</p><p><b>　　3.轴颈长度：</b></p><p>　　轴颈长度要与轴承宽度相适应，在非定位轴处，轴颈直圆柱部分要的长度要比轴承宽度适当大些，使轴颈与轴承沿轴线方向有相互常动的余地，以适应制造

107、偏差和曲柄热膨胀的影响。</p><p><b>　　4.曲柄厚度：</b></p><p><b>　　5.曲柄宽度：</b></p><p>　　3.3连杆的计算步骤</p><p>　　① 连杆大头轴瓦的计算</p><p>　　② 连杆小头轴瓦的计算</p>

108、;<p><b>　　③ 连杆的计算</b></p><p><b>　　④ 连杆螺栓的计算</b></p><p>　　3.3.1 主要尺寸计算</p><p><b>　　资料来源：[4]</b></p><p><b>　　4连杆加工工艺规程<

109、;/b></p><p>　　4.1 连杆加工技术要求</p><p>　　连杆是重要零件，加工不正确会使大头轴瓦、小头衬套、曲轴主轴瓦、活塞与气缸或十字头与滑道等摩擦性质变坏，磨损加快，功率损失加大，寿命降低，甚至发生冲击、咬死、烧坏和被迫停车，所以对连杆的加工提出一定的技术要求，主要要求如下：</p><p>　　⑴小头孔的公差带为H7，粗糙度为Ra1.6

110、～0.4um,大头孔的公差带当采用薄壁轴瓦为H7,粗糙度为Ra1.6～0.8 um以上,当采用厚壁轴瓦时为H9,粗糙度不大于Ra1.6um。</p><p>　　⑵螺杆孔的公差带为H9,粗糙度为Ra1.6 um。</p><p>　　⑶连杆体大小头孔圆柱度不底于7级。</p><p>　　⑷连杆体大小头孔周轴心线在轴心线公共平面上的平行度不底于6级，在连杆横向剖面上

111、的平行度不底于7级。</p><p>　　⑸连杆大头孔轴心线对其端面的垂直度为7级。</p><p>　　⑹连杆螺栓孔轴心线的纵向平行度不底于9级。</p><p>　　⑺连杆螺栓孔轴心线与支承面的垂直度应不底于7级。</p><p>　　4.2 连杆的机械加工过程</p><p>　　连杆毛坯的锻造工艺有两种方案：连

112、杆体与连杆盖分开锻造或者连成一整体锻造，分开锻金属纤维方向是连续的（图4-1a）,具有较高的强度，工作时不易变形，而整体锻造的连杆（图4-1b）在随后的切断加工后，金属纤维是割断的，担可提高材料利用率。当没有足够压力吨位的锻压设备时，或者某些结构的连杆（图4-1c），其杆盖中间有凹坑，无法整体锻造，只有分开锻造。</p><p>　　图4-1整体锻与分开锻连杆的纤维方向</p><p>　

113、　表5-1为连杆机械加工的一个全过程。毛坯为模锻，大头孔在精加工完毕后切开，小头孔在压入衬套后在精加工衬套孔，这样就容易保证它们的最终尺寸精度与相互位置精度。由于该连杆大、小头具有落差，故增加车削小头两端面的工序。一般，连杆盖与连杆体不能互换，该工艺过程适合于年产数千件的成批生产。</p><p>　　表4-1 连杆机械加工工艺过程</p><p>　　对于普通碳钢，锻后要正火，以改善金相

114、组织、机械性能和消除内应力，此种正火是锻件获得最后组织的热处理，而对于合金钢锻造毛坯，则是先退火，后粗加工，然后在精加工前进行调质处理。铸造连杆杆身为减轻重量一般采取工字形截面，且铸造后其杆身不进行机械加工，材料利用率高。</p><p>　　对于球墨铸铁连杆毛坯的热处理视材料的牌号而定，有的是退火（对QT40-10），有的则是正火加回火（对于QT60-5-3），均在机械加工之前进行。</p>&l

115、t;p>　　5压缩机的节能优化　</p><p>　　活塞式压缩机具有适应较宽的能量范围、热效率高和造价低等优点；缺点是结构复杂、易损件多、对湿行程敏感、振动大和运行平稳性较差。分析其节能方法，可以从一下几方面进行： </p><p>　　（1）减少消耗与压缩气体能量的途径：增大气阀流通面积；选择最佳的气阀弹簧；减小相对余隙容积；增大吸排气腔容积以减少气流脉动。 </p>

116、;<p>　　（2）减少消耗与克服运动零件摩擦功率的途径：活塞及活塞环之间为往复运动摩擦，所占摩擦功率比例较大。因此，减少这些零件之间的摩擦，具有明显的节能效果。首先应该确定最佳的活塞环数，活塞环数越多摩擦功率越大，但有利于减少气体的泄露，所以需要进行优化设计，找出最佳结果；其次是合理设计活塞环的断面形状、活塞环额高度和宽度的比值以及倒角的形状；第三是配合尺寸、表面光洁度以及润滑的确定。减少消耗与克服电动机各种损失。<

117、;/p><p>　　目前我国现有大约4800多万台泵、风机、压缩机在运行，年耗电量占全国用电量的40％左右。节能环保潜力很大。我国2008年总发电量为34600亿kwh，压缩机、泵、风机耗电约13840万亿kwh，由于设备维护水平低，运行效率低，年浪费电力达700多亿kwh。压缩机占70%，为近500kwh.。压缩机的节电对国家和对企业都有很大的效益。 当节能减排事业在世界范围内蓬勃发展的时候，压缩机的节能问题不断有