立式活塞式石油气压缩机

1、太原科技大学毕业设计立式活塞式石油气压缩机摘要 空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积式压缩机，速度式压缩机，容积式压缩机的工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力；速度式压缩机的工作原理是提高气体分子的运动速度，使气体分子具有的动能转化为气体的压力能，从而提高压缩空气的压力。空气压缩机在国民经济和国防建设的许多部门中应用极广，特别是在纺织、化工、动力等工业领域中已成为必不可少的关键设备，是许多工业部门工艺流程中的核心设备。提供自动化生产所需的压缩空气足够的供气压力，是生产流程顺畅之要素，瞬间的压降，即会影响产品品质。随着变频技术的成熟,变频器在电气传动

2、领域中应用越来越广泛。其控制方式的多样性、完善的电机保护功能以及其特有的优点是目前在工控领域其它无可比拟的。 关键字：空气压缩机 速度式压缩机 容积式压缩机 设备Abstract Many different types of air compressors, according to the working principle can be divided into positive displacement compressors, speed compressor, the working principle of positive displacement compressor is

3、the volume of compressed gas, the gas molecules per unit volume increases the density of the compressed air to improve pressure; speed compressor working principle is to increase the velocity of gas molecules, the gas molecules have the kinetic energy into pressure energy of the gas, thereby enhanci

4、ng the air pressure. Air compressor in the national economy and national defense building wide application in many sectors, especially in the textile, chemical, power and other industrial areas have become an essential key equipment for many industrial sectors in the core process equipment.Key words

5、: air compressor ；speed compressor ；displacement compressor ；equipment 目录第一章 概 述11.1 活塞式压缩机的基本组成11.2 活塞式压缩机的分类11.3 活塞式压缩机的技术参数31.4 活塞式压缩机的结构特点和主要部件4第二章 总体设计112.1 结构形式选择与分析112.2 结构参数选择及影响132.3 压缩机的驱动机选择142.4 压缩机的转速和行程的确定142.5 设计要求及参数14第三章 热力计算153.1 初步确定各级名义压力163.2 计算各级排气温度163.3 各级可压缩性系数173.4 确定各级的吸排气

6、系数183.5 确定各级气缸行程容积203.6 确定活塞杆直径203.6.1初步确定各级等温功率及最大轴功率N203.6.2确定活塞杆直径213.7 确定各级气缸的直径213.8 圆整后各级名义压力及温度213.9 计算活塞力233.10 计算轴功率，选取电机25第四章 动力计算264.1 活塞位移与曲柄转角的关系计算264.2 计算各级气体力284.2.1 计算I级汽缸气体力284.2.2 计算级气缸气体力324.3 计算各级往复惯性力354.4 计算各级活塞摩擦力374.5 计算各级总活塞力和切向力384.6 计算总切向力并作总切向力曲线图414.7 作幅度面积向量图444.8 确定所需要

7、的飞轮矩45第五章 零部件的设计465.1 气缸的设计465.1.1 概述:465.1.2 设计的要求:465.1.3 基本结构形式：465.1.4 I级气缸主要尺寸的确定与强度校核465.1.5 II级气缸主要尺寸的确定与强度校核48参考文献50致谢51III451太原科技大学毕业设计第一章 概 述活塞式压缩机，是容积型压缩机的一种。它是依靠气缸内活塞的往复运动来压缩缸内气体，从而提高气体压力，达到工艺要求。1.1 活塞式压缩机的基本组成活塞式压缩机系统由驱动机、机体、曲轴、连杆、十字头、活塞杆、气缸、活塞和活塞环、填料、气阀、冷却器和油水分离器等所组成。驱动机驱动曲轴旋转，通过连杆、十字头

8、和活塞杆带动活塞进行往复运动，对气体进行压缩，出口气体离开压缩机进入冷却器后，再进入油水分离器进行分离和缓冲，然后再依次进入下一级进行多级压缩。1.2 活塞式压缩机的分类1. 按排气压力分类(1)低压压缩机 0.2P0.98MPa(2)中压压缩机 0.989.8MPa(3)高压压缩机 9.898.0MPa(4)超高压压缩机 98.0MPa2. 按消耗功率分类(1)微型压缩机 10kW(2)小型压缩机 10100kW(3)中型压缩机 100500kW(4)大型压缩机 500kW3. 按排气量分类(1)微型压缩机 1m3/min(2)小型压缩机 110m3/min(3)中型压缩机 1060m3/m

9、in(4)大型压缩机 60m3/min4. 按气缸中心线的相对位置分类 见图1-1。图1-1 气缸中心线位置分类（a）立式；（b）一般卧式；（c）对称平衡式或对动式；（d）V型角度式；（e）L型角度式；（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)立式：气缸中心线与地面垂直。(2)卧式：气缸中心线与地面平行，其中包括一般卧式、对置式和对动式（对置平衡式）。(3)角度式：气缸中心线彼此成一定角度，其中包括L型、V型、W型、扇型和星型等。5. 按曲柄连杆机构分类可分为有十字头压缩机和无十字头压缩机。6. 按活塞在气缸内作用情况分类(1)单作用式：气缸内仅一端进

10、行压缩机循环。(2)双作用式：气缸内两端都进行同一级次的压缩循环。(3)级差式：气缸内一端或两端进行两个或两个以上不同级次的压缩循环。7. 按压缩机级数分类(1)单级压缩机：气体经一级压缩达到终压。(2)两级压缩机：气体经两级压缩达到终压。(3)多级压缩机：气体经三级以上压缩达到终压。8.按压缩机列数分类(1)单列压缩机：气缸配置在机身一侧的一第中心线上。(2)双列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧的两条中心线上。(3)多列压缩机：气缸配置在机身一侧或两侧两条以上中心线上。9.按冷却方式分类可分为气（风）冷式压缩机和水冷式压缩机。10. 按机器工作地点分类可分为固定式压缩机和移动式压缩机。1.3

11、 活塞式压缩机的技术参数1. 排气量往复式压缩机的排气量，通常是指单位时间内压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值，排气量常用的单位为m3/min或m3/h。压缩机的额定排气量（压缩机铭牌上标注的排气量），是指特定的进口状态时的排气量。2. 排气压力往复式压缩机的排气压力通常是指最终排出压缩机的气体压力，排气压力应在压缩机末级排气接管处测量，常用单位为MPa。一台压缩机的排气压力并非固定，压缩机铭牌上标注的排气压力是指额定排气压力，实际上，压缩机可在额定排气压力以下的任意压力下工作，并且只要强度和排气温度等允许，也可超过额定排气压力工作。3. 转速往复式压缩机

12、曲轴的转速，常用r/min表示，它是表示往复式压缩机的主要结构参数。4. 活塞力活塞力为曲轴处于任意的转角时，气体力和往复惯性力的合力，它作用于活塞杆或活塞销上。5.活塞行程往复式压缩机在运转中，活塞从一端止点到另一端止点所走的距离，称为一个行程，常用单位为m（米）。6. 功率往复式压缩机消耗的功，一部分直接用于压缩气体，称为指示功，另一部分用于克服机械摩擦，称为摩擦功，主轴需要的总功为两者之和，称为轴功。单位时间内消耗的功称为功率，常用单位为瓦（W）或千瓦（kW）。压缩机的轴功率为指示功率和摩擦功率之和。1.4 活塞式压缩机的结构特点和主要部件1.机体 机体的基本结构型式 根据压缩机不同的结

13、构型式，机体可分为卧式机体、对置机体、立式机体、角度式机体。 (1)立式压缩机采用立式机体，一般由三部分组成。在曲轴以下的部分称为机座(无十字头的立式压缩机的机座习惯称曲轴箱)。机座上有主轴承座孔，在机座以上，中体以下的部分称为机身，位于机身与气缸间的部分，称为中体。对于中、小型的立式机体，为了简化结构，常把机身与中体铸在一起。对于微型无十字头的立式压缩机，机体常铸成一体。中体、机身、机座铸成一体的机体统称为曲轴箱。 (2)卧式压缩机采用卧式机体，由机身与中体组成，常铸成整体的。(3)对称平衡与对置式压缩机采用对置机体。机体一般由机身和中体组成，中体配置在曲轴的两侧，用螺栓与机身连接在一起。机

14、身可做成多列的，如两列、四列、六列等。机身为上端开口的匣式结构，具有较高的刚性。机身下部的容积可以贮存润滑油，存油量的多少，按照润滑系统设计的要求而定。如果要求箱体容积能贮存全部润滑油，则机身下部的容积必须按能贮存58min油泵油量进行设计。另外应该考虑传动机构不应触及最高油面。主轴承安置在与气缸中心线平行的板壁上，板壁上布置有筋条，机身顶部装有呼吸孔或呼吸器，使机身内部与大气相通，降低油温和机身内部压力，不使油从联接面处挤出来。图1-2 立式机身(4)角式压缩机采用L型、V型、W型、扇型等机体。V型、W型与扇型压缩机，传动机构多为无十字头结构，机体也多采用曲轴箱型式。L型压缩机，传动机构多为

15、有十字头结构。机体的主轴承都采用滚动轴承。2.曲轴 往复式压缩机曲轴有两类：一种是曲柄轴（开式曲轴），一种是曲拐轴（闭式曲轴）。曲柄轴大多用于旧式单列或双列卧式压缩机，这种结构现在已很少使用。曲拐轴的结构如图3所示。现在大多数压缩机都采用这种结构。 拐轴的组成： (1)主轴颈 主轴颈装在主轴承中，它是曲轴支承在机体轴承座上的支点，每个曲轴至少有两个主轴颈。对于曲拐的曲轴，为了减少由于曲轴自重而产生的变形，常在当中再加上一个或多个主轴颈。这种结构使曲轴长度增加。 (2)曲柄销 曲柄销装在连杆大头轴承中，由它带动连杆大头旋转，为曲轴和连杆的连接部分。因此，又把它称为连杆轴颈。(3)曲柄 也叫做曲臂

16、，它是连接曲柄销与主轴颈或连接两个相邻曲柄销的部分。 (4)轴身 曲轴除曲柄、曲柄销、主轴颈这三部分之外，其余部分称轴身。它主要用来装配曲轴上其他零件、部件如齿轮油泵等（一般装在轴端，轴端设计成1：10的锥度或设计成圆柱形，或带有法兰等）。图1-3 曲拐轴1主轴颈；2曲柄（曲臂）；3曲拐颈（曲柄销）；4通油孔；5过渡圆角；6键槽；7轴端 曲轴可以做成整体的，也可以作成半组合和组合式的。现在，大多数压缩机均采用整体式曲轴。 近年来，大多数压缩机的曲轴常常被作成空心结构，这种空心结构的曲轴非但不影响曲轴的强度，反而能提高其抗疫劳强度，降低有害的惯性力，减轻其无用的重量。实践证明，空心曲轴比实心曲轴

17、抗疲劳强度约提高50%。3.连杆及连杆螺栓 (1)连杆的基本结构型式 连杆是将作用在活塞上的推力传递给曲轴，又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。图1-4 连杆1小头；2杆体；3大头；4连杆螺栓；5大头盖；6连杆螺母连杆包括杆体、大头、小头三部分，如图4所示。杆体截面有圆形、环形、矩形、工字形等。圆形截面的杆体，机械加工最方便，但在同样强度时，具有较大的运动质量，适用于低速、大型以及小批生产的压缩机。工字形截面的杆体在同样强度时，具有较小的运动质量，但其毛坯必须模锻或铸造，适用于高速及大批量生产的压缩机。 (2) 连杆螺栓 连杆螺栓是连杆上非常重要的零件。影响连杆螺栓强度的重要因素有结

18、构、尺寸、材料以及工艺过程。 通常连杆螺栓的断裂是由于应力集中的部位上材料的疲劳而造成的。4.十字头及十字头销 (1)十字头的基本结构型式 十字头是连接作摇摆运动的连杆与作往复运动的活塞杆的机件，具有导向作用。十字头按连接连杆的型式分为开式和闭式两种。十字头与活塞杆连接形式又分为螺纹连接、联接器连接、法兰连接和楔连接四种。 (2)十字头销 十字头销有圆锥形、圆柱形以及一端为圆柱形而另一端为圆锥形 三种型式。十字头销一般固定在十字头上。 圆锥形销用于活塞力大于5.5104N的压缩机上，锥度取1/10-1/20。锥度大，装拆方便，但过大的锥度将使十字头销孔座增大，以致削弱十字头体的强度。锥面上的键

19、主要是防止销上径向油孔的移位而起定位作用，其次也可防止十字头销在孔座内的转动。借助于螺钉可使锥面贴紧。 近年来，在活塞力小于5.5104N的压缩机中，大都采用了圆柱形浮动十字头销。浮动销可以在连杆小头孔与十字头销孔座内自由转动，从而减少了磨损，并可用弹簧卡圈扣在孔座的凹槽内进行轴向定位。它具有重量轻、制造方便的优点。5. 轴承 压缩机常用的轴承有滚动轴承和滑动轴承两大类。滚动轴承使用、维护方便，机械效率较高，结构虽然复杂，但由专业厂制造，价格并不很贵，而且通用化、标准化程度很高。滑动轴承的结构简单紧凑，制造方便，精度高，振动小，安装方便。一般中、小型压缩机适宜采用滚动轴承，大型压缩机及多支承的

20、压缩机普遍用滑动轴承。 (1)滚动轴承 滚动轴承在各种机器中应用很普遍，压缩机用的滚动轴承只是其中的几种，在此不做介绍。 (2)滑动轴承 滑动轴承的轴瓦大都制成可分的。立式压缩机主轴轴承的轴瓦一般分为两半；卧式压缩机主轴承的轴瓦常分为四瓣；对称平衡型压缩机中，曲轴轴承在水平方向所受的载荷不大，与立式压缩机一样，轴瓦由水平剖分的两部分组成。连杆大头轴瓦都采用两半的。滑动轴承按壁厚的不同，可分为厚壁瓦和薄壁瓦。当壁厚t与轴瓦内径d之比，t/d0.05时为薄壁瓦，其合金层厚度t1一般为0.31.Omm；当t/d0.05时为厚壁瓦，合金层t1=0.01d+(12)mm。厚壁瓦一般都带有垫片，轴承磨损后

21、可以进行调整；薄壁瓦一般都不带垫片，轴承磨损后不能调整。但薄壁瓦贴合面积大，导热性能好，承载能力大，因此目前趋向于使用薄壁瓦轴承。6. 气缸1)气缸的作用及性能要求气缸是构成工作容积实现气体压缩的主要部件。在气缸设计时，除了考虑强度、刚度与制造外，还应注意以下几个问题：气缸的密封性、气缸内壁面（又称气缸镜面）耐磨性以及气缸、填料的润滑性能要好；通流面积要大，弯道要少，以减少流动损失；余隙容积要小，以提高容积系数；冷却要好，以散逸压缩气体时产生的热量；进排气阀的阀腔应被冷却介质分别包围，以提高温度系数；应避免温差应力引起的开裂等。2)气缸的结构形式按冷却方式分，有风冷气缸与水冷气缸；按活塞在气缸

22、中的作用方式分，有单作用、双作用及级差式气缸；按气缸的排气压力分，有低压、中压、高压、超高压气缸等。图1-5 风冷式气缸 图1-6 双层壁气缸(1)低压微型、小型气缸排气压力小于0.8MPa，排气量小于1m3/min的气缸为低压微型气缸，多为风冷式移动式空气压缩机采用。排气压力小于0.8MPa，排气量小于10m3/min的气缸为低压小型气缸，有风冷、水冷两种。微型风冷式气缸结构如图1-5所示。为强化散热，它在缸体与缸盖上设有散热片，气缸上部温度高，散热片应长一些。散热片在一圈内宜分成三、四段，各缺口错开排列，缺口气流的扰动可以强化散热。设计时还应注意防止排气道对进气道的加热，以免影响温度系数。

23、为了增强冷却，还可以加上导风罩。大多数低压小型压缩机都采用水冷双层壁气缸，如图1-6所示。(2)低压中、大型气缸低压中、大型气缸多为双层壁或三层壁气缸， (3)高压和超高压气缸工作压力为10100MPa的气缸为高压气缸，它们可用稀土合金球墨铸铁、铸钢或锻钢制造，工作压力大于100MPa的气缸为超高压气缸，设计时主要应考虑强度与安全，气缸壁采用多层组合太原科技大学毕业设计7.活塞与活塞杆活塞的作用是与气缸一起构成压缩容积。对活塞的要求是在保证强度、刚度及连接和定位可靠的条件下，选密封性好，摩擦小，重量轻的活塞。1)活塞(1)筒形活塞筒形活塞用于无十字头的单作用低压压缩机中。活塞的上部为环部，一般

24、设置有23道活塞环及12道刮油环。筒形活塞靠飞溅润滑将油溅至气缸镜面上，活塞上行时，刮油环起着布油的作用，下行时刮油环将多余的油刮下，经回油孔流回曲轴箱中。活塞上下运动时，活塞环一般会相对于环槽作往复运动，依靠这种运动可以将气缸镜面上的油由下向上布满整个缸壁，起着润滑作用。当刮油环失效时，大量润滑油进入活塞上部，导致气体带油过多，气缸、气阀积碳严重。刮油失效的原因除了刮油环失效外，还有气缸磨损失圆，气缸轴线与曲轴不垂直等因素。(2)盘形活塞盘形活塞适用于有十字头的双作用缸，为减轻重量又保证端面的刚度，做成中空带筋板结构。(3)柱塞当活塞的直径很小时，采用活塞环密封在制造上是很困难的，所以多采用

25、柱塞式活塞，带环槽的柱塞，它靠柱塞与气缸的微小间隙及柱面上的环槽形成曲折密封。另一种柱塞仅为一光滑圆柱体，气体之密封靠填料实现。柱塞工作表面应精磨，圆柱度要求很严。2)活塞杆活塞杆一端与活塞另一端与十字头连接，它起传递连杆力带动活塞运动的作用。活塞杆与填料的接触部分要求密封性好，故尺寸精度要求高。接触部分还要求耐磨性好。8.活塞环活塞环与填料函是气缸的密封组件，都属于滑动密封元件，对它们的要求是，既要泄漏少，摩擦小，又要耐磨、可靠。(1)结构形式活塞环是一个开口的圆环，用金属材料如铸铁，或用自润滑材料如聚四氟乙烯制成。活塞环的切口形式有三种。直切口制造简单，但泄漏大，搭切口则相反，所以一般采用

26、斜切口。为减少泄漏，安装时应将各切口错开，并使左右切口相邻，检修时要注意调整9. 填料密封(1)平面填料函 平面填料函是填料函中最简单的一种结构，如图849所示为一低压三瓣密封圈，用于压力差在1MPa以下的气缸密封。这种结构的密封圈为单向斜口，它对活塞杆的比压是不均匀的，锐角的一方比压较大，所以其内圆磨损主要发生在锐角的一方。密封圈磨损后，相邻两瓣接口处出现缝隙，无法阻挡气体泄漏。每一组密封圈由两个密封环组成，每个环外圆箍有弹簧，两个环有销钉定位。当气体压力在10 MPa以下的中压密封时，填料函采用三、六瓣密封圈；填料函的每组密封圈由两个开口环组成，开口环外圆周上有一个镯形弹簧，使开口环箍紧在

27、活塞杆上。位于高压侧的开口环由三瓣组成，它在轴的方向上挡住由六瓣环组成的第二环的径向间隙。第二环的内三瓣（包括活塞杆）的径向间隙被外三瓣挡住，各环的径向间隙可以补偿密封圈的磨损。(2)锥面填料函 当压缩机气体压力很高时，会使平面填料很快的磨损，这是因为平面填料在活塞杆上单位面积的压力过大而造成的。如果在高、中压压缩机中采用锥面填料函，就可以解决这一问题，这种填料函按密封压力差的不同，而选用不同的锥角和锥形填料元件组数，因而有不同的径向分力。锥面填料函跟平面填料函一样，也是靠气体压力来实现自紧密封的，10. 气阀组件气阀的作用是控制气缸中的气体及时吸入与排出，它对压缩机的排气量、功耗及使用寿命影

28、响很大，既是一个重要的部件，也是一个易损部件。往复式压缩机的气阀是自动阀，它的开启与关闭是依靠阀片两边的压力差（即气缸内与阀腔内的压力差）来实现的，对气阀的要求是：(1)阻力要小，这不但要求结构上使气阀完全开启时的阻力最小，而且要求气阀能及时启闭，以避免过大的启闭阻力，设计好的气阀其阻力损失只占总功耗的4%9%，差的气阀则可占到20%。(2)使用寿命要长，一般要求不低于4000h。(3)气阀关闭时不漏气。(4)气阀的余隙容积要小。(5)结构简单第二章 总体设计2.1结构形式选择与分析压缩机的方案选择是指根据容积流量、吸排气压力、压缩介质、具体使用条件等要求，选定压缩机的结构形式、冷却方式、作用

29、方式、(单作用、双作用或极差式)，有无十字、级数、列数，级在列中的配置(即排列次序)、各种曲柄错角、气缸中心线火角、驱动机类型及传动方式等。压缩机结构形式的选择要考虑诸多因素，例如工艺流程、现场条件、制造力一式的系列构成、生产条件和加工设备状况、外协状况等。针对某以具体的压缩机，其结构形式的优劣只能说是相对的。1.结构形式分析 (1)立式压缩机立式旅缩机的组要优点是:主机直立，占地面积小:活塞重量不支撑在汽缸上，没有因此产生的汽缸和填料部分的摩擦和磨损；汽缸润滑油沿圆周分布均匀，因而润滑油条件好，省润滑油；活塞与气缸运行时的同心度易于保持，因而适合做成无油及迷宫压缩机；机身、中体等零部件不承受

30、自重导致的弯曲应力，因而壁厚可减薄，机体简单轻便；往复惯性力垂直作用于基础，相比于平方向作用于基础，易被基础承受。(2)卧式压缩机工艺流程用的卧式压缩机多采用对动式结构，超高压则采用对置式结构。所有汽缸位于曲轴同侧的一般卧式结构在一艺流程中很少采用。卧式压缩机的主要优点是:整机的高度低，视野观察方便，易接近性好，操作管理和维修方便；每列可串联较多的汽缸，从而简化主轴结构；附属设备和管路可方便地置于厂房底层，从而使上层厂房变得简洁，方便主机巡检；附属设备可方便地置于压缩机上方，从而节省整个机组系统的占地面积而便于成撬，方便用户使用。(3)角度式压缩机角度式压缩机的主要优点是:结构紧凑，机组的体积

31、小，占地面积少；每个曲拐上装有两根以上的连杆，使曲轴结构简单，长度较短，并可能采用滚动轴承而提高机械效率；各列汽缸彼此相距较远，气阀有允裕的安装空间，可增加气阀通流面积而减小流动损失；汽缸间的夹角空间可安装中冷器等附件设备使整机结构紧凑，并缩短气体管路而减小流动损失时，连杆的安装困难，星型结构的润滑问题较难解决。因此，角度式压缩机主要用于中小型压缩机。2.有无十字头问题无十字头压缩机的特点式结构简单紧凑，但只能是单作用或级差式，与相同排量的有十宇头压缩机相比，汽缸直径大且靠活塞环密封气体，因而泄漏周长及泄漏量大。无十宇头压缩机的筒形活塞承受侧向力，故活塞与汽缸间的摩擦和磨损加大，机械效率也较低

32、。除非机身传动部分也不采用润滑油，否则无十字头压缩机不能实现气体的无油压缩。故此，无十字头压缩机多用于小功率场合，尤其是要求轻便的移动式。3.列数和级在列中的配置为了获得较好的动力平衡力，除微小型压缩机外，各种形式压反缩机的列数均以等于或多于两列为宜。但是列数过多将导致压缩机结构复杂，列数需视机型系列化的情况、气量大小、压力高低等来决定。级和列没有明确的关系，多级或单级压缩机都可以是多列，也可以是单列，但级和列会相互影响，级在列中的配置应注意以下问题:(1)活塞力的均衡性 即各列活塞力要均衡，有十字头时一希望往返行程中的活塞力也能均衡，这样曲轴、连杆的强度利用比较充分。(2)密封性 使相邻的压

33、力差较小，减少活塞环出的泄漏;在填料侧配置较低的压力级，以利于填料密封。(3)曲轴错角的合理排列 尽量使各列惯性力和惯性力矩相互抵消，以获得较好的动力平衡性:力求总切向力曲线均匀，使所需飞轮矩小；争取使各级间气体管道中的气体脉动相互削弱，减小管道振动。(4)制造和装配方便。4. 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则(1)满足用户提出的排气量、排气压力以及有关使用条件的要求；(2)有足够长的是用寿命(应理解为压缩机需一要大修时间的间隔长短)，足够高的使用可靠性(应理解为压缩机被迫停车的次数)；(3)有较好的运转经济性；(4)良好的动力平衡性；(5)护检修方便；(6)能采用新结构、新技术、新材料；(

34、7)制造工艺性良好；(8)机器的尺寸小、质量轻；在选择胀缩机级数时要使机器消耗的功最小、排气温度应在条件许可的范围内。机器质量轻、造价低，要使机器具有较高的热效率，则级数越多越好，然而级数增多，则阻力损失增加，机器总效率反而降低，结构也更加复杂，造价更大大上升。在无油润滑压机中密封元件采用润滑材料，有些自润滑材料的最适宜的工作温度也有限制，例如聚四氟乙烯的工作温度，不能超过170（压力越高则温度应控制的越低)。在确定级数和各级压力比时应考虑这一点。因此必须根据压缩机的额容量和工作特点，恰当的选择级数和压力比。综合各因素考虑，选择二级压缩。2.2 结构参数选择及影响1活塞行程与一级缸径比活塞行程

35、与一级缸径比=S/Dl，是压缩机的一个重要结构参数，其值对压缩机的影响主要体现在以下几个方面：(1)表征了压缩机外向和尺寸间的关系；(2)影响气阀在汽缸上的安装面积；(3)影响相对余隙和重量；(4)影响压缩机的工作过程。现代压缩机的值约处于0.3-0.6，个别高转速机器值小至0.26。2.活塞平均速度活塞速度是随曲轴转角变化的，故常用活塞平均速度vm=ns/30来表征活塞运动的快慢。活塞平均速度是联系机器结构尺寸和转速的重要参数，对压缩机的性能有很大影响。主要体现在以下方面:(1)对压缩机耐久性的影响；(2)对气阀的影响。3. 转速压缩机的转速不仅决定了压缩机的几何尺寸、重量、制造难易、机器的

36、成本，而且还影响摩擦力、磨损、工作过程及动力特征，还会影响驱动机的经济性及成本。2.3 压缩机的驱动机选择活塞式扭缩机的驱动包括驱动机和传动装置，本设计中拟采用电动机驱动这是综合考虑使用部门的动力装置，压缩机的功率和转速、工作条件来选定电动机的型式。2.4 压缩机的转速和行程的确定转速和行程的选取对机器的寸、质量、制造难易和成本有重大影响，并且还直接影响机器效率、寿命和动力特性。活塞式压缩机设计中在一定的参数和使用条件下，首先应考虑选择适宜的活塞平均速度。因此: (1)活塞平均速度的高低，对运动机件巾的摩擦和磨损具有直接的影响，对气缸内的工作过程也很有影响。 (2)活塞速度过高气阀在气缸上难以

37、得到足够的安装地基，所以气阀管道中的阻力损失很大，功率的消耗及排气温度将会过高，严重的影响压缩机运转的经济性和使用的可靠性。微型和小型.缩机为使结构紧凑而只能采用较小行程，虽然较高转速，但活塞平均速度却较低。在一定的活塞速度下，活塞行程的选取与下列因素有关:(1)排气量的大小:排气量大者行程应取得长些，反而则应短些。(2)机器的结构型式:考虑到压缩机的使用和维护条件，对于立式、V型、W型、扇型等结构，活塞行程不宜取得太长。2.5 设计要求及参数已知：排气量Vd=21.5m/min 排气压力Pd=11.5kg/(绝压) 吸气压力Ps = 1.2kg/ 吸气温度Ts1=60 Ts2=70 吸气相对

38、湿度=1相对余隙容积a1=0.1 a2=0.11活塞行程S=180mm 压缩机转速n=490r/min第三章 热力计算 根据设计任务的要求进行压缩机的热力计算，一般已知容积流量与排气压力要确定压缩机级数、各级热力参数、各级工作容积大小、所需轴功率及相应的效率等；也可对己有机器进行复算性计算，根据已有的结构参数求取各热力参数与功耗。计算方法是常规热力计算。 正常性热力计算是指已知压缩机吸入气体的热力参数(压力、温度、相对湿度等)、容积流量、排气压力及其他一些条件(使用中的一些要求)，确定压缩级数、工作容积、转速、结构尺寸(如往复压缩机的气缸直径、行程等)、功率和效率等。 已知条件： 1. 压缩气

39、体：石油气 石油气的主要成分及体积百分含量石油气成分CH4C2H6C3H8C4H10 N2 CO2体积%（ri) 0.85120.0535 0.0556 0.0187 0.0159 0.00512. 吸气条件 吸气温度：=60 =70 吸气压力：=1.2 排气压力：=11.5 相对温度：=1 排气量：=21.53. 结构简图 4.结构参数 活塞行程S=180mm 压缩机转速n=490r.p.m 5.相对余隙容积：=0.1 =0.11 绝热指数：k 6. 连杆大小头中心距离：L=450mm3.1初步确定各级名义压力 查文献1得总压力比 =/=11.5/1.2=9.59按照等压比分配原则，有（1-

40、2）第一.二级压力比 =3.10但为了提高I级气缸的容积系数，以便减小机器的尺寸和重量，I级的压力比取得较低。按（1-3）式=（0.9-0.95） 取0.95 得 =0.95x3.10=2.95各级名义吸、排气压力及压力比经调整后，列表如下表3-1 各级名义吸、排气压力及压力比 级次名义吸气压力名义排气压力压力比=/ I 1.2 3.54 2.95 3.54 11.5 3.253.2计算各级排气温度 确定绝热指数k 查文献1表2-1得：=1.308 =1.193 =1.133 =1.094 =1.40 =1.30 由式2-35得混合气体的绝热指数k2.762+0.277+0.418+0.199

41、+0.0397+0.017=3.713 所以k=1.26查文献2式2-23计算各级名义排气温度列表表3-2各级名义排气温度 级次名义吸气温度名义吸气比绝热指数k名义排气温度 60 3332.95 1.261.250 143.3416.3 70 3433.25 1.261.275 163.3437.33.3 各级可压缩性系数考虑实际气体的影响时，各级可压缩性系数表3-3各级可压缩性系数级数名义压力名义温度 临界值 对比压力对比温度可压缩性系数 1.23.54333416.345.5210.540.026370.07781.58161.97730.9970.996 3.5411.5343437.3

42、45.5210.540.07780.25271.6292.0770.9951查文献2图 2-28 通用化可压缩性系数图 查文献1表2-1 2-2得各组分的临界压力和临界温度，按式2-16和式2-17算出混合气体的假临界温度和假临界压力，结果如下表：表3-4各组分的临界压力和临界温度气体成分 ri CH40.8512190.5 162.15 45.8 38.98 C2H60.0535305.27 16.33 48.19 2.58 C3H80.0556369.81 20.56 42.01 2.34 C4H100.0187425 7.95 37.47 0.70 N20.0159125.7 2.00

43、33.49 0.53 CO20.0051304.1 1.55 72.9 0.37石油气的假临界温度：=162.15+16.33+20.56+7.95+2.00+1.55=210.54假临界压力：3.4确定各级的吸排气系数1.容积系数 按文献2表2-1查的各级膨胀过程指数m为 1.161各级容积系数=按式2-39、2-93进行计算： =1-=1+0.1x()=0.808 =0.8082.选取确定压力系数 查文献1得 =0.96 =0.973.选取确定温度系数 取=0.94 =0.964.抽气系数 根据设计条件和工艺过程可知=15.凝析系数 第级无水析出 故=1 由文献3附录查的各级对应温度下的饱

44、和蒸汽压 =60 =70 由文献2若：=1x19.92x2.95=58.76kpa31.16kpa故有水析出。析出系数根据文献1式2-46. 故： =0.916泄漏系数 由文献2式 2-67， 气阀不严密和关闭延迟 0.010.04 双作用活塞环 =0.0030.015 对于填料函的泄漏 =（0.00050.001）x表3-5各级各部位相对泄漏指及各泄漏系数 泄漏系数各级各部位相对泄漏指及各泄漏系数 气阀 0.02 0.02 活塞环 0.003 0.003 填料 0.0005 0.00 0.001总的相对泄漏 0.0245 0.024泄漏系数 0.976 0.9773.5确定各级气缸行程容积

45、文献2式2-70=n= =29.10式2-94， =9.27 3.6确定活塞杆直径 3.6.1初步确定各级等温功率及最大轴功率N 由文献1式2-58得 =1.634x3.54x21.5xln11.5/3.54 x (0.995+1)/2x0.995=45.58kw同理可得： =1.634x3.54x21.5xln11.5/3.54 x (0.995+1)/2x0.995=146.9kw可知 级等温功率较大，所以轴功率也较大，按式2-73 求得该列轴功率为 式中为等温功率 查文献1表2-9，石油气压缩机等温效率0.640.68 取=0.66 故 N=146.9/0.66=222.58KW 3.6

46、.2确定活塞杆直径 根据最大轴功率值查文献1表2-10 初步选取活塞杆直径 d=70mm3.7确定各级气缸的直径 由文献2 2-73（a）式 =0.460mm 圆整取D1=460mm =0.2634mm 圆整取D=270mm3.8圆整后各级名义压力及温度1.确定圆整后各级实际行程容积 =(2xx1x0.18x490=28.98=9.76 2.求各级压力修正系数和 由文献2中公式2-74求得 按式 2-74a求3.修正后各级名义压力及压力比表3-6修正后各级名义压力及压力比 级次 计算行程容积 29.1 9.27 实际行程容积 28.98 9.76修正系数 1 0.946 0.946 1名义吸气

47、压力 1.2 3.54 1.2 3.35名义排气压力 3.54 11.5= 3.35 11.5修正后的名义压力比 2.79 3.434.修正后各级的排气温度表3-7修正后各级的排气温度 级数 压力比 2.79 3.34 吸气温度 （K) 333 343 0.2063 0.2063 1.2357 1.2895 排气温度 411.49 442.303.9计算活塞力1.计算气缸内实际气体吸排气压力表3-8气缸内实际气体吸排气压力 级 次修正后名义压力 相对压力损失 （%）气缸内实际压力气缸内实际压力比 1.23.356.511.20.9351.1121.1223.7253.320 3.3511.55

48、.18.00.9491.0803.17912.423.907上表中 ， ， 吸排气相对压力损失（平均值） 查文献2图2-17 2.计算各列的活塞力表3-9各列的活塞力 级 次 内止点活塞力 轴侧（+） 盖侧（-） 3.7251623.460471.1221661.91865 =4182 12.420534.166343.179572.61820 =4814 级 次 外止点活塞力 轴侧（+） 盖侧（-） 1.1221623.418213.7251661.96191 =-4370 3.179534.1169812.420572.67112 =-5414 表中轴侧缸活塞力为正值，盖侧缸活塞力为负值。

49、 各级轴侧活塞工作面积为： 各级盖侧活塞工作面积为：从以上活塞力计算结果，表明初选活塞杆直径（d=70mm)是合适的。查文献1表2-103.10计算轴功率，选取电机 1.计算各级的指示功率 文献12-95计算，级指示功率。=1.634x1.122x28.98x0.839x=60.66kw=1.634x3.179x9.76x0.808x=64.63kw 2.整个机器总指示功率 =60.66+64.63=125.29kw 3.轴功率 对于大，中型带十字头的压缩机=0.900.95，取机械效率=0.93，则 =134.72kw 4.所需电机功率 所需电机功率按轴功率1.1倍计算为 =1.1x134.72=148.2kw 按此值选择电机。查电动机选型及应用选取Y系列中型高压三相异步电动机，型号为