VF-0.850空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)【含圖紙】

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存檔編碼：無(wú)無(wú)錫錫太太湖湖學(xué)學(xué)院院 2012 屆屆畢畢業(yè)業(yè)作作業(yè)業(yè)周周次次進(jìn)進(jìn)度度計(jì)計(jì)劃劃、檢檢查查落落實(shí)實(shí)表表 系別：信機(jī)系 班級(jí)：機(jī)械94 學(xué)生姓名：李達(dá) 課題（設(shè)計(jì)）名稱：VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 開(kāi)始日期：2012年11月12日周次起止日期工作計(jì)劃、進(jìn)度每周主要完成內(nèi)容存在問(wèn)題、改進(jìn)方法指導(dǎo)教師意見(jiàn)并簽字備 注1-32012年11月12日-2012年12月02日教師下達(dá)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)，學(xué)生初步閱讀資料，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告。按照任務(wù)書(shū)要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書(shū)。問(wèn)題：剛開(kāi)始拿到資料，感覺(jué)無(wú)從下手，不知道從那邊開(kāi)始。改進(jìn)方法：在俞老師的細(xì)心指導(dǎo)下開(kāi)始對(duì)資料進(jìn)行查閱，初步了解壓縮機(jī)的構(gòu)成。4-102012年12月03日-2013年01月20日指導(dǎo)專業(yè)實(shí)訓(xùn)通過(guò)查找相關(guān)于壓縮機(jī)的資料，了解畢業(yè)設(shè)計(jì)的內(nèi)容，對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)怎么著手有一個(gè)概括性的認(rèn)識(shí)。問(wèn)題：在查閱資料的時(shí)候，產(chǎn)生很多不懂的問(wèn)題。改進(jìn)方法：多次與俞老師進(jìn)行交流，解決問(wèn)題。11-122013年01月21日-2013年03月01日指導(dǎo)畢業(yè)實(shí)習(xí)了解壓縮機(jī)的工作原理，總體結(jié)構(gòu)，工作過(guò)程，特點(diǎn)，分類及形式。問(wèn)題：下一步該如何做，該如何繼續(xù)，感覺(jué)很迷茫。改進(jìn)方法：多次請(qǐng)教俞老師。132013年03月04日-2013年03月08日開(kāi)始著手壓縮機(jī)的熱力計(jì)算自己先查閱關(guān)于壓縮機(jī)熱力計(jì)算方面的資料，進(jìn)行初步了解，開(kāi)始嘗試進(jìn)行熱力計(jì)算。問(wèn)題：進(jìn)行熱力計(jì)算時(shí)，很多數(shù)據(jù)的選擇，不知該如何選擇合理的數(shù)據(jù)。改進(jìn)方法：通過(guò)查閱資料，俞老師的指導(dǎo)，進(jìn)行修正。142013年03月04日-2013年03月15日熱力計(jì)算的修改與完善由在老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行熱力計(jì)算，并修改、完善。問(wèn)題：最后結(jié)果不合理。改進(jìn)方法：不停地修改系數(shù)，從新計(jì)算。152013年03月18日-2013年03月22日進(jìn)行壓縮機(jī)的動(dòng)力計(jì)算查閱資料，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行受力分析。問(wèn)題：壓縮機(jī)的受力，不知如何分析。改進(jìn)方法：查閱資料，詢問(wèn)同學(xué)，請(qǐng)教俞老師。162013年03月25日-2013年03月29日動(dòng)力計(jì)算的修改與完善根據(jù)資料，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算，并在老師的指導(dǎo)下完善。問(wèn)題：動(dòng)力計(jì)算時(shí)，往復(fù)慣性力和飛輪矩難以確定。改進(jìn)方法：俞老師多次給我進(jìn)行指導(dǎo)，從而讓我指導(dǎo)其中的原理。172013年04月01日-2013年04月05日壓縮機(jī)主要零件的繪制用CAD繪制出壓縮機(jī)的主要零件。問(wèn)題：繪圖過(guò)程中，一些主要零件的尺寸沒(méi)法確定，結(jié)構(gòu)無(wú)法確定。改進(jìn)方法：參觀實(shí)體的壓縮機(jī)，查閱大量資料。182013年04月08日-2013年04月12日根據(jù)零件圖，繪制組件圖根據(jù)已繪出的零件，繪制出組件圖。問(wèn)題：結(jié)構(gòu)的合理性存在問(wèn)題，零件無(wú)法組裝。改進(jìn)方法：修改零件圖，并在俞老師的指點(diǎn)完成組件圖。192013年04月15日-2013年04月19日總裝配圖的繪制繪出總裝配圖，并完善、修改。問(wèn)題：粗糙度以及細(xì)節(jié)方面存在問(wèn)題。改進(jìn)方法：查閱資料。202013年04月22日-2013年04月26日主要零部件的分析對(duì)壓縮機(jī)的組要零件進(jìn)行分析、了解。問(wèn)題：實(shí)際生產(chǎn)中，如完全按照書(shū)本根本不不切實(shí)際。改進(jìn)方法：請(qǐng)教工人師傅，了解設(shè)計(jì)和實(shí)際操作還是有一點(diǎn)差距的。212013年04月29日-2013年05月03日壓縮機(jī)曲軸箱的分析收集壓縮機(jī)曲軸箱的資料，進(jìn)行分析。問(wèn)題：對(duì)曲軸箱的概念不熟悉。改進(jìn)方法：查閱資料。222013年05月06日-2013年05月10日壓縮機(jī)曲軸的計(jì)算對(duì)壓縮機(jī)的曲軸進(jìn)行計(jì)算，并作動(dòng)力平衡分析。問(wèn)題：在進(jìn)行平衡塊計(jì)算時(shí)無(wú)從下手。改進(jìn)方法：俞老師提供了一些設(shè)計(jì)手冊(cè)，通過(guò)查閱完善計(jì)算。232013年05月13日-2013年05月17日完善說(shuō)明書(shū)和相關(guān)資料整理、編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)和相關(guān)資料。問(wèn)題：排版的設(shè)置不是很熟悉。改進(jìn)方法：通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和同學(xué)的幫助，順利完成。242013年05月20日-2013年05月25日不足的地方改進(jìn)，打印，裝訂，上交根據(jù)老師指導(dǎo)，進(jìn)行修改。周次起止日期工作計(jì)劃、進(jìn)度每周主要完成內(nèi)容存在問(wèn)題、改進(jìn)方法指導(dǎo)教師意見(jiàn)并簽字備 注編號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 整體、曲軸箱部件、曲軸部件設(shè)計(jì) 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué) 號(hào)： 　　　 0923166　　　　 學(xué)生姓名： 李　 達(dá) 指導(dǎo)教師： 俞萍（職稱：高級(jí)工程師） （職稱： ） 2013年5月25日 I 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書(shū) 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)（整體、曲軸箱、曲軸部分設(shè)計(jì)） 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其它個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械94 學(xué) 號(hào)： 0923166 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 Ⅲ 無(wú)錫太湖學(xué)院 　信 機(jī)　系 　機(jī)械工程及自動(dòng)化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書(shū) 一、題目及專題： 1、題目　　 VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 　　 2、專題　 整體設(shè)計(jì)、曲軸箱設(shè)計(jì)、曲軸設(shè)計(jì) 　 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) VF-0.8/50一級(jí)有油，二、三級(jí)微油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)是風(fēng)冷單作用壓縮機(jī)。壓縮機(jī)由三相異步電動(dòng)機(jī)作為原動(dòng)機(jī)，經(jīng)“V”型皮帶傳動(dòng)，使曲軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，再通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。空氣由進(jìn)氣閥吸入一級(jí)氣缸，壓縮后經(jīng)排氣閥進(jìn)中間冷卻器后再經(jīng)二級(jí)氣缸壓縮后，再次經(jīng)排氣閥進(jìn)入中間冷卻器后三級(jí)氣缸壓縮后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐。采用自動(dòng)停機(jī)方式控制排氣壓力，壓縮機(jī)的冷卻主要由兼作風(fēng)扇的飛輪對(duì)氣缸及中間冷卻器進(jìn)行強(qiáng)制對(duì)流換熱來(lái)保證。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其它）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行壓縮機(jī)的熱、動(dòng)力計(jì)算(主要包括缸徑確定，電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算及選型，壓縮機(jī)中的作用力的分析，飛輪距的確定，慣性力和慣性力矩的平衡)； ② 繪制主機(jī)總圖及主要零件圖； ③ 對(duì)壓縮機(jī)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核； ④ 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，完成總裝配圖； ⑤ 查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，不少于30頁(yè)。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械94 班 　　姓名 李 達(dá) 五、開(kāi)始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 2012年11月12日 摘 要 空氣壓縮機(jī)是一種用來(lái)壓縮空氣、提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)械，是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)化為壓力能的工作機(jī)，簡(jiǎn)稱空壓機(jī)。而本次設(shè)計(jì)的活塞壓縮機(jī)是依靠活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)工作容積的周期性變化來(lái)工作的。 本次設(shè)計(jì)的為角度式V型壓縮機(jī)，分為兩列，其中一列為一、二級(jí)氣缸壓縮，另外一列為一、三級(jí)氣缸壓縮，兩列夾角為90°，平衡性達(dá)到最佳。活塞式壓縮機(jī)是利用活塞在汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)使容積縮小而提高氣體濃度、壓力的。相比于其它形式的壓縮機(jī)有許多優(yōu)點(diǎn)，如：效率高；適應(yīng)性強(qiáng)，特別是用于排氣量小的情況；涉及的壓力范圍廣，低壓和高壓都適用。在實(shí)際的生產(chǎn)、生活中，此型號(hào)的壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍比較廣泛。 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括壓縮機(jī)整體的設(shè)計(jì)、曲軸箱的設(shè)計(jì)、曲軸的設(shè)計(jì)。主要通過(guò)熱力計(jì)算和動(dòng)力計(jì)算來(lái)初步確定壓縮機(jī)的整體設(shè)計(jì)。同時(shí)，對(duì)曲軸箱、曲軸進(jìn)行設(shè)計(jì)，并繪出壓縮機(jī)的總裝配圖，曲軸箱、軸承蓋、曲軸、軸承座，風(fēng)葉輪等的零部件設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：壓縮機(jī)；活塞；曲軸箱；曲軸 Abstract The air compressor is a machine used to compress air, improve the gas pressure or gas transportation, is the original motivation of mechanical work into pressure energy, referred to as the compressor. While the piston compressor in this design is to rely on the piston in the cylinder for reciprocating motion and periodic variation of the volume of work to work. The design for the angle type V type compressor, divided into two columns, one tier one or two cylinder compression, the other as a, three cylinder, two angle is 90 °, balance to achieve the best. Piston type compressor is the use of a piston in a cylinder of reciprocating motion to decrease in volume and improve the gas concentration, pressure. Compared to other forms of compressor has many advantages, such as: high efficiency; good adaptability, especially for exhaust volume small; pressure range wide, low pressure and high pressure are applicable. In the actual production, life, the scope of application of this type of compressor is widely. The design includes the overall design, the compressor crankcase design, the design of crankshaft. Through the calculation of thermodynamic calculation and dynamic to preliminary determine the overall design of the compressor. At the same time, the design of the crankcase, crankshaft, and the general assembly drawing of the compressor, crankshaft box, bearing cover, crankshaft, bearing, impeller and other parts design. Key words: compressor; piston; crankshaft; the crankshaft 目 錄 摘 要 Ⅲ ABSTRACT Ⅳ 目 錄 Ⅵ 1 緒論 1 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 1 1.2 壓縮機(jī)的工作原理 1 2壓縮機(jī)總體設(shè)計(jì) 2 2.1 結(jié)構(gòu)方案選擇 2 2.2 級(jí)數(shù)的選擇和各級(jí)壓力比的分配 2 2.2.1級(jí)數(shù)的選擇 2 2.2.2 各級(jí)壓力比的分配 3 2.3 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和行程的確定 3 3 壓縮機(jī)的熱力計(jì)算 5 3.1 初步確定各級(jí)公稱壓力和溫度 5 3.1.1 初步確定各級(jí)公稱壓力 5 3.1.2 計(jì)算絕熱指數(shù)k 5 3.1.3 計(jì)算各級(jí)排氣溫度T 6 3.2 計(jì)算各級(jí)排氣系數(shù) 6 3.2.1容積系數(shù) 6 3.2.1 壓力系數(shù) 8 3.2.2 溫度系數(shù) 8 3.2.3 氣密系數(shù) 9 3.3 計(jì)算干氣系數(shù)和抽氣系數(shù) 10 3.3.1 計(jì)算干氣系數(shù) 10 3.3.2 計(jì)算抽氣系數(shù) 11 3.4 壓縮機(jī)各級(jí)行程容積的確定 11 3.5 壓縮機(jī)各級(jí)氣缸直徑的確定 12 3.6 修正各級(jí)公稱壓力和溫度 13 3.6.1 確定圓整后各級(jí)實(shí)際行程容積 13 3.6.2 確定各級(jí)壓力修正系數(shù)及 13 3.6.3 修正后各級(jí)公稱壓力和壓力比 13 3.6.4 修正后各級(jí)排氣溫度 14 3.7 計(jì)算活塞力 14 3.7.1 計(jì)算氣缸內(nèi)實(shí)際吸排氣壓力 14 3.7.2 計(jì)算各列的活塞力 15 3.8 計(jì)算軸功率，選取電機(jī) 15 3.8.1 計(jì)算各級(jí)指示功率 15 3.8.2 計(jì)算軸功率 17 3.8.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)功率，選取電動(dòng)機(jī) 17 4 壓縮機(jī)的動(dòng)力計(jì)算 18 4.1 壓縮機(jī)中的作用力 19 4.2 作各級(jí)氣缸示功圖 20 4.3 作往各列氣缸復(fù)慣性力圖 22 4.4 作各列氣缸綜合活塞力圖 24 4.5 作各列氣缸切向力圖 26 4.6 確定飛輪矩 30 5 機(jī)體的設(shè)計(jì) 32 5.1 機(jī)體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 5.1.1 機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則 32 5.1.2 機(jī)體主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定 32 5.1.3 機(jī)體的壁厚 32 5.1.4 機(jī)體加強(qiáng)筋的布置 32 5.1.5 連接螺栓的布置 33 5.2螺栓的強(qiáng)度計(jì)算 33 5.3 機(jī)體的基本計(jì)算要求 33 5.3.1 對(duì)材料的要求 33 5.3.2 對(duì)毛坯件的要求 33 5.3.3 對(duì)熱處理的要求 34 5.3.4 對(duì)機(jī)械加工的要求 34 5.4 其它 34 6 曲軸基本尺寸的設(shè)計(jì) 35 6.1 曲軸基本結(jié)構(gòu) 35 6.1.1 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35 6.1.2 曲頸和曲柄 35 6.1.3 過(guò)渡圓角 36 6.1.4 油孔 36 6.1.5 曲軸的軸向定位 36 6.1.6 油封 37 6.1.7 軸端 37 6.1.8 平衡鐵 37 6.2 曲軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37 6.2.1 曲軸設(shè)計(jì)基本原則 37 6.2.2 曲軸基本尺寸的設(shè)計(jì) 38 6.2.3 曲軸平衡的計(jì)算 38 6.2.4 曲軸受力分析 39 6.2.5 曲軸基本技術(shù)要求 39 7 結(jié)論與不足 41 7.1 結(jié)論 41 7.2 不足之處 41 致謝 42 參考文獻(xiàn) 43 Ⅴ VF-0.8/50空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 1 緒論 1.1 本課題的研究?jī)?nèi)容和意義 空氣壓縮機(jī)是一種用來(lái)壓縮空氣、提高氣體壓力或輸送氣體的機(jī)械，是將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成壓力能的工作機(jī)，簡(jiǎn)稱空壓機(jī)。而本次設(shè)計(jì)的活塞壓縮機(jī)是依靠活塞在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)工作容積的周期性變化來(lái)工作的。 壓縮機(jī)的應(yīng)用極其廣泛，因其用途的廣泛而被稱為“通用機(jī)械”，幾乎遍及制冷與氣體分離工程、采礦業(yè)、冶金業(yè)、土木工程、石油化學(xué)工業(yè)、機(jī)械制造業(yè)以及國(guó)防工業(yè)等。 壓縮空氣作為動(dòng)力。壓縮空氣供驅(qū)動(dòng)各種風(fēng)動(dòng)機(jī)械和風(fēng)動(dòng)工具，壓縮機(jī)的排氣壓力常用范圍0.7～0.8MPa，用于控制儀表及其自動(dòng)化裝置；高壓爆破采煤，在有瓦斯的礦井中，避免產(chǎn)生火花引起爆炸，容易實(shí)現(xiàn)沖擊機(jī)械往復(fù)、高速、沖擊強(qiáng)的要求；車輛的制動(dòng)、門(mén)窗的啟閉；制藥業(yè)、釀造業(yè)中的攪拌；大、中型柴油機(jī)的啟動(dòng)；噴氣織機(jī)中緯砂的吹送；國(guó)防工業(yè)中某些武器的發(fā)射，魚(yú)雷的射出、潛水艇的沉浮及驅(qū)動(dòng)以及沉船打撈等。 壓縮機(jī)的用途還有很多。壓縮空氣用于制冷和氣體分離，氣體經(jīng)壓縮、冷卻、膨脹而液化，用于人工制冷（冷凍、冷藏及空氣調(diào)節(jié)），如氨或氟里昂壓縮機(jī)，這一類壓縮機(jī)一般被稱為“冰機(jī)”或“制冷機(jī)”；液化的氣體混合時(shí)，可在分離裝置中將各組成成份分別分離出來(lái)，得到合格純度的各種氣體，如空氣液化分離后，能得到純氧、純氮和純的其它稀有氣體；石油化學(xué)工業(yè)中，其原料氣“石油裂解氣”的分離，是先經(jīng)壓縮，然后采用不同的冷卻溫度，將各組份分別的分離出來(lái)；在化學(xué)工業(yè)中，氣體壓縮至高壓，常有利于合成和聚合，例如氮和氫合成氨、氫與二氧化碳合成甲醇，二氧化碳與氨合成尿素等；壓縮氣體用于油的加氫精制 石油工業(yè)中，用人工辦法把氫加熱加壓后與油反應(yīng)，能使碳?xì)浠衔锏闹亟M份裂化成碳?xì)浠衔锏妮p組份，如重油的輕化、潤(rùn)滑油加氫精制等；氣體經(jīng)壓縮后，便于用管道輸送。 1.2 壓縮機(jī)的工作原理 本機(jī)為往復(fù)活塞式壓縮機(jī)，屬于最早的壓縮機(jī)設(shè)計(jì)之一，但它仍然是最通用和高效的一種壓縮機(jī)?；钊綁嚎s機(jī)是唯一一種能夠把空氣和氣體壓縮至高壓的設(shè)計(jì)，通過(guò)連桿和曲軸使活塞在氣缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而壓縮氣體體積來(lái)提高壓力。多級(jí)壓縮機(jī)中，空氣被分多級(jí)壓縮，并逐級(jí)增大壓力。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)機(jī)“電機(jī)”啟動(dòng)后，通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)壓縮機(jī)的曲軸運(yùn)動(dòng)，不斷轉(zhuǎn)動(dòng)的曲軸使連桿不停地?cái)[動(dòng)，而牽動(dòng)活塞桿和活塞，在氣缸內(nèi)做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。 壓縮機(jī)工作時(shí)，在活塞從外止點(diǎn)到內(nèi)止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，氣缸容積處于相對(duì)真空狀態(tài)，缸外氣體從一級(jí)進(jìn)氣口通過(guò)吸氣閥吸入缸內(nèi)，當(dāng)活塞行至外止點(diǎn)時(shí)，氣缸內(nèi)充滿低壓待壓縮氣體。當(dāng)活塞從外止點(diǎn)向內(nèi)止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，吸氣閥自動(dòng)關(guān)閉，氣缸內(nèi)的氣體隨著活塞的運(yùn)動(dòng)壓縮，氣缸內(nèi)的氣體壓力不斷提高，當(dāng)氣體壓力大于排氣閥外氣體壓力和氣閥彈簧力時(shí)，排氣閥被打開(kāi)，排出一級(jí)壓縮氣體，當(dāng)活塞運(yùn)動(dòng)到內(nèi)止點(diǎn)時(shí)，排氣結(jié)束，準(zhǔn)備重新吸氣。至此，完成一個(gè)膨脹、吸氣、壓縮、排氣、再吸氣的工作循環(huán)。從一級(jí)氣缸排出的氣體，進(jìn)入中間冷卻器后，再進(jìn)入二級(jí)氣缸，進(jìn)行第二級(jí)的壓縮，以此直至經(jīng)過(guò)第三次壓縮至需要的壓力，經(jīng)過(guò)三級(jí)排氣閥排出壓縮機(jī)。因此，周而復(fù)始，活塞不斷地進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，吸入氣缸的氣體又不斷地被吸入排出，從而不斷地獲得壓縮的氣體。 2 壓縮機(jī)總體設(shè)計(jì) 已知:排氣壓力為5.0MPa（表壓） 2.1 結(jié)構(gòu)方案選擇 在活塞式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案選擇時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：機(jī)器的型式、級(jí)數(shù)、列數(shù)等。還應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的用途、運(yùn)轉(zhuǎn)條件、排氣量、排氣壓力、制造廠的可能性、驅(qū)動(dòng)方式以及占地面積等條件，制定合適的方案。 本次機(jī)型為角度式V型壓縮機(jī)（無(wú)十字頭），兩列氣缸中線線夾角為90°，此機(jī)型有以下優(yōu)點(diǎn)： 1、可以將若干的連桿連結(jié)在同一曲拐上，曲軸的拐數(shù)則可減少，機(jī)器的軸向長(zhǎng)度可縮短，因此主軸頸就可以采用滾動(dòng)軸承； 2、氣缸彼此之間錯(cuò)開(kāi)一定角度，這樣有利于氣閥的安裝和布置，因而使氣閥的流通面積有可能增加，中間冷卻器和級(jí)間管道也可以直接裝在機(jī)器上，使結(jié)構(gòu)更加緊湊； 3、各列的一階慣性力的合力，可以用裝在曲軸上的平衡塊使大部分平衡或者完全平衡，可獲取較高的轉(zhuǎn)速； 4、無(wú)十字頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，機(jī)器的高度偏低，相應(yīng)的機(jī)器重量也較輕，一般不需要專門(mén)的潤(rùn)滑機(jī)構(gòu)，以減少成本。 2.2 級(jí)數(shù)的選擇和各級(jí)壓力比的分配 2.2.1級(jí)數(shù)的選擇 工業(yè)中用的氣體，有時(shí)需要較高的壓力，從而采用多級(jí)壓縮。在選擇壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)的時(shí)候，一般要遵循以下原則：使壓縮機(jī)消耗的功達(dá)到最小，排氣溫度應(yīng)在使用條件許可的范圍之內(nèi)，機(jī)器重量輕，造價(jià)則低，要使機(jī)器具有較高的熱效率，則級(jí)數(shù)越多越好（各級(jí)的壓力比越小越好）然而級(jí)數(shù)增多，則阻力的損失增加，機(jī)器總效率反而降低，結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜，造價(jià)便大大上升。因此，必須根據(jù)壓縮機(jī)的容量和工作特點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)倪x擇所需要的級(jí)數(shù)和各級(jí)壓力比。 要求長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的大、中型壓縮機(jī)，可靠性和經(jīng)濟(jì)性放在第一位。在選擇級(jí)數(shù)Z時(shí)，從獲得較高效率的觀點(diǎn)出發(fā)，可以應(yīng)用曲線圖2.1初步確定所需的級(jí)數(shù)。圖中橫坐標(biāo)表示級(jí)中相對(duì)壓力損失，一般取平均的相對(duì)壓力損失值為為，在初步的設(shè)計(jì)中，大型壓縮機(jī)可取中間值，小型壓縮機(jī)可取大值。縱坐標(biāo)表示級(jí)中最佳壓力比，按此壓力比確定壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)可達(dá)較高效率。不同的曲線表示不同壓縮過(guò)程指數(shù)值n。若已知壓縮機(jī)的總壓力比，則壓縮機(jī)的級(jí)數(shù)Z為： (2.1) 多級(jí)壓縮機(jī)得主要優(yōu)點(diǎn)是： (1) 功率相同的壓縮機(jī)，列數(shù)增多，每列承受氣體作用力就減小，每列的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)減輕，機(jī)器的轉(zhuǎn)數(shù)從而可取得較高，因此，壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)緊湊，機(jī)體重量較輕。 (2) 每列串聯(lián)的氣缸較少，氣缸和活塞的裝拆就比較方便。 (3) 可通過(guò)合理的布置曲柄錯(cuò)角，來(lái)讓切向力比較均勻，因此飛輪的重量可取得較輕。同時(shí)，各列的最大慣性力則不會(huì)同時(shí)發(fā)生，而且相互之間可以抵消。所以機(jī)器的慣性力平衡性比較好，機(jī)器轉(zhuǎn)數(shù)可以提高，基礎(chǔ)減小。 圖2.1級(jí)中最佳壓力比與相對(duì)壓力比損失值的關(guān)系曲線 2.2.2 各級(jí)壓力比的分配 等級(jí)數(shù)確定后，再按等壓力比的規(guī)律，求得各級(jí)的壓力比為： （2.2） 式中：-----壓縮機(jī)的總壓縮比 實(shí)際上，由于下列的原因，根據(jù)式2.2求出的各級(jí)壓力比，往往需進(jìn)行合理的調(diào)整： （1）為了確保各級(jí)排氣溫度比較均勻，一級(jí)的吸氣溫度往往取得比較低，所以有意將一級(jí)的壓力比提高一些。 （2.3） （2）調(diào)節(jié)方式可能要引起末級(jí)壓力比的上升從而造成末級(jí)氣缸溫度太高，末級(jí)壓力比應(yīng)該取得較低，按下式： （2.4） 2.3 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)和行程的確定 轉(zhuǎn)速和行程的選取對(duì)機(jī)器的尺寸、制造難易、重量和成本有較大的影響，并且還直接影響機(jī)器的效率、壽命和動(dòng)力特性。如果壓縮機(jī)和驅(qū)動(dòng)機(jī)直接的相連接，也影響驅(qū)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和成本。近代設(shè)計(jì)中活塞式壓縮機(jī)的總趨勢(shì)是提高轉(zhuǎn)數(shù)。 轉(zhuǎn)數(shù)、行程、活塞的平均速度的關(guān)系式： （2.5） 式中：-----活塞的平均速度（m/s） n -----壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)/分） S -----活塞行程（m） 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，在一定的參數(shù)和使用條件下，應(yīng)該首先考慮選擇合適的活塞平均速度，因?yàn)椋? （1）活塞速度過(guò)高，則氣閥在氣缸上難以得到相對(duì)應(yīng)的安裝面積，所以氣閥、管道中的阻力損失就會(huì)很大，功率的消耗以及排氣溫度將會(huì)過(guò)高。嚴(yán)重的話會(huì)影響壓縮機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性、使用的可靠性。 （2）活塞平均速度的高低，對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)件中的磨擦和磨損有直接的影響。對(duì)氣缸內(nèi)的工作過(guò)程也有較大影響。 一般說(shuō)來(lái)，對(duì)于工藝流程中的大、中型壓縮機(jī)，活塞速度可以取4～5米/秒；對(duì)于大批量生產(chǎn)的動(dòng)力用固定式空氣壓縮機(jī)，為了獲得較高的效率，可取3～4米/秒；移動(dòng)式壓縮機(jī)為了盡量減少機(jī)器的重量和外形尺寸，一般也取取4～5米/秒；微型、小型壓縮機(jī)，為了使結(jié)構(gòu)變得緊湊，只能采用較小的行程，雖有較高的轉(zhuǎn)速，但是活塞的平均速度卻較低，只有2米/秒左右。個(gè)別小型壓縮機(jī)由于氣閥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，也可取超過(guò)5米/秒。在這里，選轉(zhuǎn)速。 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、機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式?？紤]到壓縮機(jī)的使用和維護(hù)條件，對(duì)于V型結(jié)構(gòu)的壓縮機(jī)，活賽的行程不宜取得太長(zhǎng)。 2、排氣量的大小。排氣量大的行程應(yīng)取得長(zhǎng)一些，相反則應(yīng)短一些。 3、氣缸結(jié)構(gòu)。主要應(yīng)考慮一級(jí)缸徑與行程要保持一定比例，如果行程太小，則進(jìn)入排氣接管在氣缸上的布置將發(fā)生困難。在常壓進(jìn)氣時(shí)，一般當(dāng)轉(zhuǎn)速低于500轉(zhuǎn)/分時(shí)，（為一級(jí)氣缸直徑）；轉(zhuǎn)速高于500轉(zhuǎn)/分時(shí)，。 本機(jī)取活塞行程S=90mm,則根據(jù)式（2.5）得到活塞轉(zhuǎn)速n=750轉(zhuǎn)/分。結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2.2。 圖2.2壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖 3 壓縮機(jī)的熱力計(jì)算 3.1 初步確定各級(jí)公稱壓力和溫度 壓縮機(jī)的熱力計(jì)算，應(yīng)該根據(jù)氣體的壓力、容積和溫度之間存在一定的關(guān)系，并且結(jié)合壓縮機(jī)的具體特性和使用要求而進(jìn)行，其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)（各級(jí)的排氣壓力、所耗動(dòng)力）和適合的主要結(jié)構(gòu)尺寸（活塞行程、氣缸行程）。 3.1.1 初步確定各級(jí)公稱壓力 表3-1各級(jí)公稱壓力及壓力比 級(jí)次 吸氣壓力 排氣壓力 壓力比 一級(jí) 1.03 4.07 3.95 二級(jí) 4.07 14.45 3.55 三級(jí) 14.45 51 3.53 3.1.2 計(jì)算絕熱指數(shù)k 在絕熱循環(huán)的壓縮過(guò)程中，氣體同外界沒(méi)有熱交換。混合氣體的絕熱指數(shù)k值應(yīng)按下式計(jì)算： （3.1） 式中：k-----混合氣體的絕熱指數(shù) -----混合氣體中某組分的絕熱指數(shù) 查表3-2各種成分氣體的絕熱指數(shù)k為： 表3-2某些氣體的主要物理性質(zhì)【3】 表3-3空氣主要成分氣體的絕熱指數(shù) 氣體名稱 容積百分?jǐn)?shù) 78.09 20.95 0.03 0.93 k（20℃） 1.40 1.40 1.30 1.66 根據(jù)公式（3.1）計(jì)算： 由此可得，k≈1.40，則 3.1.3 計(jì)算各級(jí)排氣溫度T 在壓縮過(guò)程中，溫度與壓力間的關(guān)系，可按下式計(jì)算： （3.2） 式中：，-----壓縮始點(diǎn)和終點(diǎn)的溫度（） ，-----壓縮始點(diǎn)和終點(diǎn)的壓力（公斤/） 根據(jù)式（3.2），計(jì)算結(jié)果如下： 表3-4各級(jí)排氣溫度 級(jí)數(shù) 吸氣溫度 壓力比 k 排氣溫度 一級(jí) 20 293 3.95 1.40 166 439 二級(jí) 25 298 3.55 1.40 155 428 三級(jí) 25 298 3.53 1.40 154 427 3.2 計(jì)算各級(jí)排氣系數(shù) 壓縮機(jī)在運(yùn)行時(shí)，由于存在吸氣閥的彈簧力和管道上的壓力波動(dòng)、余隙容積的影響、吸氣時(shí)氣體與氣缸壁之間的熱交換、氣體泄漏等因素，使氣缸行程容積的有效值相對(duì)減少。在氣缸行程容積相同的情況下，上述四因素的影響越大，排氣量則越小。設(shè)計(jì)計(jì)算中，考慮上述因素對(duì)排氣量的影響而引用排氣系數(shù)，以表示： （3.3） 式中：-----排氣量 -----行程容積 -----容積系數(shù) -----壓力系數(shù) -----溫度系數(shù) -----氣密系數(shù) 3.2.1容積系數(shù) 對(duì)于大多數(shù)壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)對(duì)排氣量的影響相對(duì)于其它系數(shù)的影響大，設(shè)計(jì)的時(shí)候必須充分考慮。對(duì)于實(shí)際的氣體，計(jì)算時(shí)要考慮氣體的壓縮性系數(shù)，須按照下式計(jì)算： （3.4） 式中：-----相對(duì)余隙容積 -----氣缸的名義壓力比 -----膨脹過(guò)程指數(shù) 在選取a值時(shí)，應(yīng)注意到： （1）各種類型的氣閥，在安裝的直徑相同時(shí)，但是具有不同的余隙容積。那么直流閥的余隙容積較大，環(huán)狀閥和網(wǎng)狀閥的小些，而進(jìn)、排氣組合閥的最小。此外，氣閥余隙容積的大小也會(huì)直接影響相對(duì)余隙容積。 （2）一般大直徑的氣缸具有較小的相對(duì)余隙容積，反之小直徑的氣缸具有較大的相對(duì)余隙容積。 （3）多級(jí)壓縮機(jī)中，高壓級(jí)的相對(duì)余隙容積要比低壓級(jí)的相對(duì)余隙容積大。 （4）氣閥在氣缸上的布置位置的不同，相對(duì)余隙容積也不同。氣閥布置在氣缸端面上的相對(duì)余隙容積較小，氣閥徑向布置在氣缸上的相對(duì)余隙容積較大；當(dāng)斜缸上布置氣閥時(shí)，相對(duì)余隙容積應(yīng)該介于上述兩者之間。 （5）在相同的活塞線速度和排氣量情況下，高轉(zhuǎn)速短行程的壓縮機(jī)相對(duì)余隙容積，要比低轉(zhuǎn)數(shù)長(zhǎng)行程的壓縮機(jī)相對(duì)余隙容積大得多。 本機(jī)選取的相對(duì)余隙容積分別為：，，。 膨脹過(guò)程指數(shù)m，膨脹過(guò)程指數(shù)表示余隙容積中的氣體膨脹時(shí)，氣體和缸壁、活塞端部的熱交換情況。 各級(jí)的m值參考表3-5選取,得： 表3-5不同壓力下的m值 吸入壓力 m k為任意值 k=1.4 達(dá)1.5 m=1+0.5(k-1) m=1.2 大于1.5～4 m=1+0.62(k-1) m=1.25 大于4～10 m=1+0.75(k-1) m=1.3 大于10～30 m=1+0.88(k-1) m=1.35 大于30 M=k m=1.4 容積系數(shù)按式（3.4）進(jìn)行計(jì)算： 3.2.1 壓力系數(shù) 吸氣終了壓力（相應(yīng)于氣缸內(nèi)的壓力），通常應(yīng)低于公稱吸入壓力（相應(yīng)于吸氣管中壓力）。氣缸內(nèi)的壓力，需要達(dá)到吸氣管內(nèi)的壓力，要經(jīng)過(guò)一段預(yù)壓縮。這又相當(dāng)于使有效行程容積縮小，吸氣能力從而再次下降。考慮因吸氣過(guò)程中的壓力損失使吸氣能力下降而引用的系數(shù)稱為壓力系數(shù)。 吸氣結(jié)束的時(shí)候，造成氣缸內(nèi)壓力和吸氣管中氣體壓力的差別的主要原因是：吸氣閥存在彈簧力，吸氣管中的壓力波動(dòng)。 過(guò)強(qiáng)的彈簧使閥會(huì)導(dǎo)致提前關(guān)閉，這將降低接近吸氣終點(diǎn)時(shí)氣缸內(nèi)壓力，增大了管道同氣缸內(nèi)的壓力差，使下降。 由于活塞式壓縮機(jī)吸氣、排氣過(guò)程的周期性，吸氣管中的壓力是呈周期性波動(dòng)的。當(dāng)吸氣結(jié)束時(shí)，吸取閥即將關(guān)閉的瞬間，吸氣管道中的壓力處于波峰，氣缸內(nèi)的壓力可能高于吸氣管中的公稱壓力，這時(shí)壓力系數(shù)應(yīng)該大于1，在低于公稱壓力的時(shí)候，壓力系數(shù)小于1。 當(dāng)常壓吸氣時(shí)，，較小值適用于通道截面較小的或者具有過(guò)強(qiáng)彈簧的氣閥。在循環(huán)壓縮機(jī)的第一級(jí)和多級(jí)壓縮機(jī)得第二級(jí)，因吸氣壓力較高，即使同樣大小的壓力損失，相對(duì)壓力損失仍然很小，這時(shí)。一般壓縮機(jī)，在第三級(jí)開(kāi)始的時(shí)候就可以認(rèn)為。但是在長(zhǎng)的導(dǎo)管，高的氣流速度或者在導(dǎo)管與氣缸見(jiàn)的緩沖容積不夠大的時(shí)候，可發(fā)生很大的壓力波動(dòng)，這時(shí)壓力系數(shù)不能按上述范圍選取。 本機(jī)可取壓力系數(shù)分別為：，，。 3.2.2 溫度系數(shù) 吸入氣體的溫度總是高于吸入管中氣體溫度（由于氣缸對(duì)氣體加熱），折算到名義吸氣壓力和名義吸氣溫度時(shí)的氣體吸入容積將比值小，因而使氣缸行程容積的吸氣能力再次降低。用來(lái)表示在吸氣過(guò)程中，因氣體加熱而對(duì)氣缸吸氣能力影響的系數(shù)稱為溫度系數(shù)。 圖3.1溫度系數(shù)與壓力比的關(guān)系 影響氣缸內(nèi)氣體在吸氣終了時(shí)溫度的主要因素是：在吸氣過(guò)程同氣體接觸的氣缸和活塞的壁面?zhèn)鹘o氣體熱量的大小，膨脹終了時(shí)余隙容積中殘余氣體溫度的高低，氣體在吸氣過(guò)程中阻力損失的大小。顯然，在吸氣過(guò)程中。氣體吸收的熱量越多，溫度便越高，溫度就越小。要全面的考慮這些因素對(duì)溫度系數(shù)的影響，精確的求得是比較困難的，計(jì)算時(shí)可根據(jù)壓力比的大小。 根據(jù)圖3.1得溫度系數(shù)分別為：，，。 3.2.3 氣密系數(shù) 由于氣閥、活塞環(huán)、填料以及管道、附屬設(shè)備等密封不嚴(yán)而造成泄漏，使得壓縮機(jī)的排氣量總是要比氣缸的吸氣量小。 壓縮機(jī)泄漏的部位不同，對(duì)工作所造成的后果也會(huì)不同。填料、管道連接處以及單作用活塞的活塞環(huán)密封不嚴(yán)密，第一級(jí)吸氣閥或延遲關(guān)閉，所漏出的氣體將分別漏出的氣體將分別漏人大氣、吸氣管或者與第一級(jí)吸氣管相通的容積，這樣的泄漏稱之為外泄漏。外泄漏使壓縮機(jī)的排氣量降低，同時(shí)也會(huì)影響各級(jí)的壓力。 選取時(shí)應(yīng)考慮到： （1）壓力大小和級(jí)數(shù)：壓力高，則級(jí)數(shù)多，氣密系數(shù)取得小一些；反之取得大些。 （2）氣體性質(zhì)：分子量小的氣體，其具有較大的滲透性，容易泄漏。低粘度的氣體，泄漏性也大。 （3）壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案：列數(shù)和氣缸排列型式會(huì)影響到值。增加壓縮機(jī)列數(shù)，就增多了填料的數(shù)目，使外泄漏增加；多級(jí)活塞的串聯(lián)和在高壓缸的背面安裝低壓平衡缸，也會(huì)使泄漏量增加。 （4）壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)：高轉(zhuǎn)數(shù)壓縮機(jī)的氣密系數(shù)可取得大一些，反之低轉(zhuǎn)數(shù)取得小一些。 （5）氣閥、活塞、填料結(jié)構(gòu)：不同結(jié)構(gòu)的氣閥、活塞、填料，其密封性能相差大。無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的氣密系數(shù)一般都較低。 （6）氣缸的直徑：大直徑的氣缸，氣密系數(shù)可以取得大一些，小直徑氣缸則應(yīng)該取得小一些。 表3-6各級(jí)相對(duì)泄漏系數(shù) 各級(jí)相對(duì)泄漏系數(shù) 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 氣閥 一級(jí) 0.02 二級(jí) 0.02 三級(jí) 0.02 活塞環(huán) 一級(jí) 0.01 二級(jí) 0.01 三級(jí) 0.01 0.03 0.03 0.03 0.97 0.97 0.97 因此可得氣密系數(shù)風(fēng)別為，，。 綜上可得： 3.3 計(jì)算干氣系數(shù)和抽氣系數(shù) 3.3.1 計(jì)算干氣系數(shù) 若空壓機(jī)一級(jí)進(jìn)口含有水蒸氣，那么氣體經(jīng)過(guò)壓縮后，蒸汽的分壓將被提高，而后在冷卻器中冷卻，當(dāng)壓縮機(jī)的蒸汽分壓超過(guò)了冷卻器氣體出口溫度下水的飽和蒸汽壓時(shí)，氣體中的蒸汽將冷凝，析出水分。水分的析出將會(huì)影響第一級(jí)以后各級(jí)的吸氣量。計(jì)算時(shí)，如果不考慮水分的析出，那么使得各級(jí)實(shí)際壓力同計(jì)算結(jié)果不相同。 壓縮機(jī)各級(jí)的干氣系數(shù)，表示在不考慮中間抽氣和泄漏的情況下，該級(jí)的吸氣容積（換算到一級(jí)吸氣狀態(tài)）與一級(jí)吸氣容積的比值，用下式計(jì)算： （3.5） 式中：，-----一級(jí)和i級(jí)吸氣壓力（公斤/零米2） ，-----一級(jí)和i級(jí)在進(jìn)口溫度下的飽和蒸汽壓（公斤/厘米2） ，-----一級(jí)和i級(jí)進(jìn)口氣體的相對(duì)溫度 表3-7飽和水蒸汽在時(shí)的壓力p（公斤/厘米2）與重度（公斤/米） 計(jì)算干氣系數(shù)時(shí)應(yīng)注意： （1）若，則i級(jí)前無(wú)水分析出，其中表示i級(jí)吸氣壓力與一級(jí)吸氣壓力的比值，； （2）一級(jí)為常壓吸氣的壓縮機(jī)，在第三級(jí)以后，一般其壓力已經(jīng)超過(guò)10公斤/厘米2，氣體中遺留的水分會(huì)很少，可按下式計(jì)算： （3.6） （3）以上方法同樣適用于其它蒸汽（如石油氣中重組分）冷凝時(shí)干氣系數(shù)的計(jì)算。 查表3-7：（20°），（25°） 一級(jí)無(wú)水析出： 二級(jí)根據(jù)式（3.6）得： 三級(jí)壓力超過(guò)10公斤/厘米2，則根據(jù)3-6得： 3.3.2 計(jì)算抽氣系數(shù) 在化工流程中，經(jīng)常遇到從級(jí)間抽氣或者加氣的情況，例如在合成氨生產(chǎn)中，要在不同壓力下清除有害氣體，這樣會(huì)使得壓縮機(jī)隔斷的重量流量不相等。在確定各級(jí)的氣缸行程容積時(shí)，也要考慮到它的影響。 本機(jī)取各級(jí)抽氣系數(shù)分別為： 3.4 壓縮機(jī)各級(jí)行程容積的確定 壓縮機(jī)一級(jí)的氣缸行程容積按下式計(jì)算： （3.7） 式中：-----壓縮機(jī)的排氣量（） -----壓縮機(jī)的排氣系數(shù) 多級(jí)壓縮機(jī)其余各級(jí)的氣缸行程容積按式(3.8)至式(3.9)計(jì)算。 （3.8） 或簡(jiǎn)寫(xiě)成： (3-9) 以上各式中：，-----一級(jí)和i級(jí)的公稱吸氣壓力 ，-----一級(jí)和i級(jí)的公稱吸氣溫度 -----i級(jí)的排氣系數(shù) 根據(jù)式(3.7)得一級(jí)行程容積： 根據(jù)式(3.8)得二級(jí)行程容積: 三級(jí)行程容積： 3.5 壓縮機(jī)各級(jí)氣缸直徑的確定 表3-8氣缸的公稱直徑 二級(jí)氣缸直徑： 三級(jí)氣缸直徑： 一級(jí)氣缸直徑： 查表3-8圓整后，各級(jí)氣缸直徑分別為： ，，。 3.6 修正各級(jí)公稱壓力和溫度 3.6.1 確定圓整后各級(jí)實(shí)際行程容積 3.6.2 確定各級(jí)壓力修正系數(shù)及 修正系數(shù)： 修正系數(shù)： 3.6.3 修正后各級(jí)公稱壓力和壓力比 表3-9修正后各級(jí)公稱壓力和壓力比 級(jí)數(shù) 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 計(jì)算行程容積 1.70 0.33 0.077 實(shí)際行程容積 1.44 0.38 0.11 修正系數(shù) 1 1.36 0.11 續(xù)表3-9 修正系數(shù) 1.36 1.68 1 公稱吸氣壓力 1.03 4.07 14.45 1.03 5.54 24.28 公稱排氣壓力 4.07 14.45 51 5.54 24.28 51 修正后的公稱壓力比 5.38 4.39 2.1 注： 3.6.4 修正后各級(jí)排氣溫度 表3-10修正后各級(jí)排氣溫度 級(jí)次 一級(jí) 二級(jí) 三級(jí) 壓力比 5.38 4.39 2.1 吸氣溫度 293 298 298 1.62 1.53 1.25 排氣溫度 474.66 455.94 372.5 3.7 計(jì)算活塞力 3.7.1 計(jì)算氣缸內(nèi)實(shí)際吸排氣壓力 圖3.2按指示圖確定指定功率 多級(jí)壓縮機(jī)中，各級(jí)的公稱吸氣壓力表示各級(jí)吸氣閥前的壓力；而各級(jí)的公稱排氣壓力，又是指后一級(jí)的公稱吸氣壓力。已知公稱壓力再求得各級(jí)間氣體通過(guò)中間冷卻器、管道、氣閥等阻力損失，就可以計(jì)算氣缸的實(shí)際吸排氣壓力。對(duì)于大、中型壓縮機(jī)，在計(jì)算時(shí)可從圖3.2按各級(jí)公稱壓力查得吸排氣過(guò)程的相對(duì)壓力損失和，而后按下式求得實(shí)際壓力： （3.10） 式中：，-----i級(jí)的實(shí)際的公稱吸氣壓力（公斤/厘米2）； ，-----i級(jí)的實(shí)際和公稱排氣壓力（公斤/厘米2）。 選取壓力損失的時(shí)候應(yīng)注意： （1）在具有較大阻力的氣閥和管路系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)該從實(shí)線查得;在具有較小阻力時(shí)，應(yīng)該從虛線查的。 （2）圖3.2是根據(jù)空氣以及重度非常接近于空氣的氣體，在活塞的平均速度是3.5米/秒的機(jī)器繪出。當(dāng)應(yīng)用于其它氣體及別的活塞平均速度時(shí)，應(yīng)該考慮適當(dāng)修正。 表3-11氣缸內(nèi)實(shí)際的吸排氣壓 級(jí)次 修正后公稱壓力 相對(duì)壓力損失（%） 氣缸內(nèi)實(shí)際壓力 氣缸內(nèi)實(shí)際壓力比 一級(jí) 1.03 5.54 4.5 7 0.955 1.070 0.98 5.93 6.05 二級(jí) 5.54 24.28 2.7 5 0.973 1.050 5.39 25.49 4.73 三級(jí) 24.28 51 2 3.9 0.980 1.039 23.79 52.99 2.23 3.7.2 計(jì)算各列的活塞力 本機(jī)為角度式V型壓縮機(jī)，分為兩列，一、二級(jí)為一列，一、三級(jí)為一列。 一、二級(jí)： 一、三級(jí)： 3.8 計(jì)算軸功率，選取電機(jī) 3.8.1 計(jì)算各級(jí)指示功率 壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)消耗于實(shí)際循環(huán)中的功被稱為指示功率。 在運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)上，用示功器測(cè)得氣缸的指示圖3.3,再按照下式3.11算出該氣缸的指示功率： （3.11） 式中:-----指示圖的壓力坐標(biāo)比例尺（公斤/厘米2/厘米）； -----指示圖的容積坐標(biāo)比例尺（）； n -----壓縮機(jī)主軸轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） -----指示圖面積（厘米2） 若壓縮機(jī)為多級(jí)壓縮機(jī)，需把每一氣缸的指示功率相加，即為壓縮機(jī)總的指示功率。 設(shè)計(jì)大、中型壓縮機(jī)時(shí)，指示功率可以根據(jù)考慮了壓力損失后的氣缸的實(shí)際壓力比（按絕熱過(guò)程）來(lái)計(jì)算，其計(jì)算公式如下： （3.12） 式中：-----公稱吸氣壓力（公斤/厘米2） -----氣缸的行程容積（/分） -----容積系數(shù) ，-----氣缸的實(shí)際排氣壓力和吸氣壓力（公斤/厘米2） k -----理想氣體的絕熱指數(shù) 根據(jù)式（3.12）求各級(jí)指示功率 一級(jí)： 二級(jí)： 三級(jí)： 則總功率為： 3.8.2 計(jì)算軸功率 驅(qū)動(dòng)機(jī)傳給壓縮機(jī)曲軸的實(shí)際功率被稱為壓縮機(jī)的軸功率。軸功率應(yīng)由以下的幾個(gè)部分組成： （1）壓縮機(jī)的指示功率； （2）由壓縮機(jī)曲軸直接驅(qū)動(dòng)的附屬機(jī)構(gòu)所需的功率：在壓縮機(jī)中常常將潤(rùn)滑油泵和注油器（空冷式的壓縮機(jī)則還有風(fēng)扇）直接聯(lián)結(jié)在壓縮機(jī)的主軸上，它們消耗的功率一般不單獨(dú)分開(kāi)計(jì)算，所以往往包含在壓縮機(jī)的軸功率內(nèi)。但是如果附屬機(jī)構(gòu)不連接在曲軸上，那么壓縮機(jī)軸功率就不包括這部分所消耗的功率，在比較壓縮機(jī)軸功率時(shí)需要注明。 （3）克服壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件各磨擦部分所需的磨擦功率； 那么，壓縮機(jī)的軸功率為。 因?yàn)樾枰?jì)算磨擦功率和輔助功率是很困難的，故軸功率通常按下式計(jì)算： （3.13） 式中：-----壓縮機(jī)的指示功率（千瓦），按式（3.12）計(jì)算； -----壓縮機(jī)的機(jī)械功率。 機(jī)械效率表示壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)完善程度，與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)方案、制造質(zhì)量、裝配質(zhì)量以及機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)聯(lián)。 大、中型壓縮機(jī)?。? 小型壓縮機(jī)?。? 微型壓縮機(jī)?。? 高壓循環(huán)壓縮機(jī)，機(jī)械效率會(huì)較低，取。無(wú)油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)比同類有油潤(rùn)滑的壓縮機(jī)的機(jī)械效率低些。 本機(jī)機(jī)械效率選取0.86. 根據(jù)式（3.13）得： 3.8.3 驅(qū)動(dòng)機(jī)功率，選取電動(dòng)機(jī) 對(duì)于中、小型的壓縮機(jī)，如果在驅(qū)動(dòng)機(jī)和壓縮機(jī)之間有傳動(dòng)裝置時(shí)，驅(qū)動(dòng)機(jī)的輸出效率為： （千瓦） （3.14） 式中：-----傳動(dòng)效率 按各種傳動(dòng)方式選取，皮帶傳動(dòng)取:;齒輪傳動(dòng)取：。本機(jī)為皮帶傳動(dòng)，選取。 考慮到壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)候負(fù)載的波動(dòng)、吸氣狀態(tài)的變化、冷卻水溫度的變化以及壓縮機(jī)的內(nèi)泄漏等等因素，會(huì)引起功率的增加，驅(qū)動(dòng)機(jī)應(yīng)留有的儲(chǔ)備功率，則選用驅(qū)動(dòng)機(jī)功率為： （3.15） 根據(jù)式（3.14），得： 選用異步電動(dòng)機(jī)： 功率，轉(zhuǎn)數(shù)n=1470轉(zhuǎn)/分（Y180M-4） 功率儲(chǔ)備： （滿足式（3.15）） 一般壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備在，既選擇的電動(dòng)機(jī)滿足本機(jī)的要求。 4 壓縮機(jī)的動(dòng)力計(jì)算 動(dòng)力計(jì)算的目的在于計(jì)算壓縮機(jī)的作用力，確定壓縮機(jī)的所需額飛輪矩以及各種型式壓縮機(jī)慣性力、慣性力矩的平衡狀況。初步設(shè)計(jì)壓縮機(jī)所需的基礎(chǔ)。 已知活塞行程S=90mm,曲軸轉(zhuǎn)速n=750rpm，以及第三章熱力計(jì)算中所得到的有關(guān)資料。 4.1 壓縮機(jī)中的作用力 壓縮機(jī)中進(jìn)行作用力的分析，是進(jìn)行壓縮機(jī)零件強(qiáng)度、剛度計(jì)算的基礎(chǔ)，也是判斷這些力對(duì)壓縮機(jī)裝置影響的依據(jù)。 壓縮機(jī)中主要的作用力有氣體壓力。曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和摩擦力。 曲柄連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)關(guān)系和慣性力： 活塞的位移： 經(jīng)運(yùn)算可得： （4.1） 式中：l ----連桿長(zhǎng)度（米）； r ----曲軸半徑（米）； ----連桿擺角(度)，即為氣缸中心線與連桿中心線之間的夾角； -----曲軸半徑和連桿長(zhǎng)度之比 假定曲軸旋轉(zhuǎn)角速度為定值: 對(duì)式4.1對(duì)時(shí)間t微分后，得活塞運(yùn)動(dòng)速度： （4.2） 將式4.2對(duì)時(shí)間t微分，得活塞加速度： （4.3） 往復(fù)品質(zhì)在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的往復(fù)慣性力I為： （4.4） 再將式4.3代入上式得： （4.5） 慣性力I可看作兩部分之和，即： （4.6） 一階： （4.7） 二階： （4.8） 從數(shù)值上說(shuō)，一階慣性力最大值為二階慣性力的倍。壓縮機(jī)中，通常取，因此準(zhǔn)復(fù)慣性力中，一階起主要作用，準(zhǔn)復(fù)慣性力沿著氣缸中的作用線。 設(shè)計(jì)中規(guī)定：從曲軸中心向外的力，引起拉伸的力為正，相反，慣性力的符號(hào)與由活塞外止點(diǎn)算起的曲軸柄轉(zhuǎn)角余弦符號(hào)是一致的。 將曲柄連桿機(jī)構(gòu)未平衡的質(zhì)量分為兩個(gè)部分： (4.9) 式中：----活塞，活塞桿，十字頭的質(zhì)量； ----連桿的質(zhì)量； ----往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件總質(zhì)量； 由式4.9可得：，。 4.2 作各級(jí)氣缸示功圖 壓縮機(jī)中曲軸的旋轉(zhuǎn)角速度如果變化太大，對(duì)壓縮機(jī)的工作將產(chǎn)生以下不利影響： (1) 根據(jù)允許的旋轉(zhuǎn)角速度的波動(dòng)范圍，算出所需要的飛輪矩。 （2）在壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)件的連接處引起了附加動(dòng)載荷，并在垂直于曲軸的平面內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)、影響機(jī)件的強(qiáng)度和降低機(jī)械效率。 （3）如果是用電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，那么要引起電動(dòng)機(jī)中電流脈動(dòng)和供電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)。 一、二級(jí)氣缸活塞力為1817.55公斤，一、三級(jí)氣缸活塞力為1456.26公斤。 與值有如下關(guān)系： （4.10） 取，得,則，。 圖4.1一、二列第一級(jí)設(shè)計(jì)示功圖 圖4.2一、二列第二級(jí)設(shè)計(jì)示功圖 圖4.3一、三列第一級(jí)設(shè)計(jì)示功圖 圖4.4一、三列第二級(jí)設(shè)計(jì)示功圖 4.3 作往各列氣缸復(fù)慣性力圖 由熱力計(jì)算得知繞用活塞桿直徑d=90mm，取連桿徑長(zhǎng)比，曲軸轉(zhuǎn)角速度 78.5rad/s。 曲柄旋轉(zhuǎn)角度與活塞位移x關(guān)系： （4.11） 根據(jù)式4.11，可得各列往復(fù)運(yùn)動(dòng)的慣性力，見(jiàn)表4-1和表4-2。 表4-1一、二列往復(fù)慣性力 I(kgf) x/r x(mm) a(度) 0 1.2 1317.736 0 0 360 10 1.1727 1287.808 0.018208 0.000819 350 20 1.0929 1200.129 0.072005 0.003 340 30 0.966 1060.805 0.158974 0.007 330 40 0.8008 879.3411 0.275273 0.012 320 50 0.6081 667.7173 0.415894 0.019 310 60 0.4 439.2464 0.574999 0.026 300 70 0.1888 207.3374 0.746281 0.034 290 80 -0.014 -15.691 0.923335 0.042 280 90 -0.2 -219.621 1.099999 0.05 270 100 -0.362 -397.062 1.270631 0.057 260 110 -0.495 -543.816 1.430321 0.064 250 續(xù)表4-1 120 -0.6 -658.867 1.574999 0.071 240 130 -0.678 -743.99 1.701469 0.077 230 140 -0.731 -803.066 1.807361 0.081 220 150 -0.766 -841.182 1.891024 0.085 210 160 -0.786 -863.648 1.95139 0.088 200 170 -0.797 -875.052 1.987823 0.089 190 180 -0.8 -878.49 2 0.09 180 表4-2一、三列往復(fù)慣性力 I(kgf) x/r x(mm) a(度) 0 1.2 1266.158 0 0 360 10 1.173 1237.401 0.018208 0.000819 350 20 1.0929 1153.155 0.072005 0.00324 340 30 0.966 1019.284 0.158974 0.007154 330 40 0.801 844.923 0.275273 0.012387 320 50 0.608 641.582 0.415894 0.018715 310 60 0.400 422.054 0.574999 0.025875 300 70 0.1889 199.222 0.746281 0.033583 290 80 -0.014 -15.077 0.923335 0.04155 280 90 -0.199999 -211.0249 1.099999 0.0495 270 100 -0.362 -381.520 1.270631 0.057178 26