氮气压缩机设计l刘川川.

1、课程设计说明书题目: 氮气压缩机设计 院（部）： 机械工程学院 专业班级： 过控10-1班 学 号： 2010302350 学生姓名： 刘川川 指导教师： 李坤 2013 年 6 月 20 日安徽理工大学课程设计（论文）任务书 机械工程 院（部） 过控 教研室学号2010302350学生姓名刘川川专业（班级）过控10-1班题目 氮气压缩机设计设计技术参数 压缩气体： 氮气 流 量： 0.4 进气压力： 0.4 MPa 排气压力 : 1.0 设计要求 热力计算：压力比分配，气缸直径，排气量，功率，各级排气温度，缸内实际压力；动力计算：计算气体力，惯性力，摩擦力，活塞力，切向力，法向力，作切向力图

2、、综合活塞力图，求飞轮矩，分析动力平衡性能等；图 纸：示功图、综合活塞力图、零件图2张（自定零件）。工作量 说明书一份（4千字以上），计算说明书条理清楚，有图有表，数据要有根据及说明，有相应的参考资料；工作计划参考资料指导教师签字教研室主任签字 2013 年 6 月 20日 序言 现代企业中，压缩机的使用愈来愈频繁，例如：石油，化工，冶金，轻工，纺织 以及采矿等，许多工业中无不广泛使用各种各样的气体压缩机。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可或缺的通用机器。结合所学过的中小型压缩机，了解其基本机构及其工作原理，重点掌握其结构设计，学会所含零部件的结构设计方法以及其强度校核方法，在设计过程中，理

3、论联系实际，最终了解设计一个机械设备的基本思路和方法。 整个设计过程包括总体结构设计，热力学计算机（压力比分配，气缸直径，排气量，功率，各级排气温度，缸内实际压力），动力计算（计算气体力，惯性力，摩擦力，活塞力，切向力，法向力，作切向力图，综合活塞力图，求飞轮矩，分析动力平衡性能等） 。初定相关零部件的结构尺寸，然后借助AoutCAD等绘图软件绘图，选定轴承等标准件，应用强度理论对其进行必要的强度校核以满足实际需要，最后确定压缩机的辅助设备。 目录 第1章 绪论···········&

4、#183;···························1 1.1 压缩机简述····················&#

5、183;···························1 1.2 活塞式压缩的机结构极其工作原理···················

6、;·········3 1.3 压缩机的发展·······································

7、;··········8 第2章 总体设计···································9 2.1 设计原则及设计要求

8、3;··········································9 2.2 结构选型及方案选择·····&

9、#183;····································10 第3章 热力计算···········&#

10、183;·······················11 3.1 概述·························

11、;····························11 3.2 压缩机相关热力学数据确定··················

12、3;················13 3.3 压缩机的驱动·······························

13、83;················22 第4章 动力计算·······························

14、3;···23 4.1 各种作用力的计算··········································23 4.2 飞轮矩的计算

15、及分析········································33 4.3 惯性力及其力矩的平衡······

16、3;·······························33 第5章 气缸部分的设计················&#

17、183;············34 5.1 气缸····································

18、;·················34 5.2 气阀·······························&#

19、183;·····················35 5.3 活塞与活塞销··························&

20、#183;··················36 第6章 基本部件的设计····························37 6.

21、1 机身和中体设计···········································38 6.2 曲轴设计···

22、3;·············································39 6.3 连杆设计···

23、;··············································39 第7章 压缩机的辅助设备·&#

24、183;·························41 7.1 压缩机润滑与润滑设备·····················

25、83;···············41 7.2 压缩机的冷却系统································

26、·········42 7.3 压缩机基础与隔震设计·····································43 7.4

27、气体管路及管系设备·······································43 总结········

28、3;········································44 参考文献········

29、83;····································45第一章 绪论 本章概述压缩机在生产过程中的地位和作用，介绍压缩机的工作原理与其的发展前景。 1.1 压缩机简述 压缩机的定义：压缩机是用于提高气体压力和输送气

30、体的机械。 从能量的观点来看，压缩机是属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。它的种类很多，用途极广，故有“通用机械”之称。随着科学技术的发展，近年来，特别是石油化工的发展，压力能的应用日益广泛，使得压缩机在国民经济的各个部门中成为必不可少的关键设备之一，压缩机的种类和结构型式也日益增多，目前不但广泛的应用在采矿业，冶金业，机械业，土木工程，化工石油，制冷与气体分离工程以及国防工业中。而且医疗，纺织，食品，农业，交通等部门，对压缩机的需要也在不断的增加。 我们用于压缩氮气的压缩机为活塞式压缩机，故这里我们重点介绍的是活塞式压缩机。 1.1.1 活塞式压缩机简介活塞式压缩机的工作是气缸、气

31、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。（1）活塞式压缩机分类 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。 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，

32、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结构较复杂，因而目前大都是采用单作用压缩机。 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，因而功的消耗就增加、检修也麻烦，所以目前生产的压缩机大都采用逆流式。 按气缸中心线的位置分类，有立式压缩机、卧式压缩机、型、型和型

33、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。型、型和型是高速、多缸、现代型压缩机，其速度一般为9601440转分，气缸数目多为、4、6、8 四种，其中，字母表示气缸的排列形式。 活塞式制冷压缩机，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。 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。 半封闭式制冷压缩机的结构特点是：压缩机与电动机共用一主轴，并共同组装于同一机

34、壳内，但机壳为可拆式，其上开有各种工作孔用盖板密封。 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。（2） 活塞式压缩机与其他类型压缩机相比，其特点是： 优点： 压力范围广。活塞式压缩机从低压到超高压都适用。 效率高。由于工作原理不同，活塞式压缩机比离心式压缩机的工作效率高的多。而回转式压缩机由于高速气流阻力损失的气体内泄露等原因效率亦较低。 适应性强。活塞式压缩机的排气量可在较广的范围内选择，特别是较小排气量的情况下，要作成速度型很困难，甚至

35、是不可能。此外，气体的重度对压缩机性能的影响，亦不如速度型那样显著。 缺点：外形尺寸和重量大，需要较大的基础，气流有脉动性。且易损坏件较多。 1.2 活塞式压缩机的结构及其工作原理 1.2.1 活塞式压缩机的结构 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。 （1）机体机体：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

36、方便。 （2）曲轴曲轴：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QT501.5与QT602等）铸造。 （3）连杆 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。 连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般

37、用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如QT4010）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。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。 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。 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

38、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。 （4）活塞组 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。 活塞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

39、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。 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。 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

40、号钢制造。 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。 （5）汽阀与轴封 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、

41、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，坚韧、耐磨。 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靠性、且结构简单、装拆方便、并具有一定的使用寿命。 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，这种轴封由活动环(摩擦环）、固定环、弹簧及弹簧座、压圈和两个“”形耐油橡胶圈所组成。

42、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，固定环上的耐油橡胶密封圈起防止轴封室内润滑油外泄的作用。 （6）能量调节装置 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

43、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。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， 顶开部分汽缸吸气阀片的输气量调节装置的原理很简单，即用顶杆将部分汽缸的吸气阀片顶起，使之常开，使活塞在压缩过程中，压力不能升高，吸入蒸汽又通过吸气阀排回吸气侧，故该汽缸无排

44、气量，从而达到调节输气量的目的即能量调节。 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

45、自由启闭，则该汽缸处于工作状态。 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。1.2.2 活塞式压缩机的工作原理 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。 其曲轴，连杆动作示意图如下：（1）压缩过程 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

46、压力与排气压力相等。压缩过程一般被看作是等熵过程。 （2）排气过程 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。（3）活塞式压缩机产品型号表示方法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

47、缸直径四个方面的内容组成。 1.3 压缩机的发展1. 压缩机的应用很广泛，有时也称为通用机械。自20世纪70年代石油化工大发展之后，形成了与之配套的压缩机，如大化肥压缩机，乙烯工业“三机”等。总体来看，目前国内压缩机产品的供需情况是：一般的动力用活塞式压缩机和微型压缩机的产品的生产能力大于市场的需求，微型压缩机的快速发展主要依赖于出口为主的生产模式，工艺用的压缩机虽然有了较快的发展，但在技术水平，技术能力，特别是在产品性能稳定性，可靠性方面与国际先进水平还有一段差距。2. 活塞式压缩机，为新设计的全无油气体压缩机，传动原理为曲轴，连杆，摆杆结构，气阀是新设计的直流阀。目前国内外生产活塞式气体压

48、缩机，传动原理是曲轴连杆传动（有油压缩机），或曲轴连杆十字滑块活塞杆传动（半无油压缩机），所用气阀均为网状阀。第二章 总体设计 2.1 设计原则及设计要求（1） 设计原则 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则： 满足用户提出的排气量，排气压力及有关使用条件的要求。 有足够长的使用寿命（压缩机大修时间间隔长），足够高的使用可靠性。 有较高的运转经济性。 有良好的动力平衡性。 维护检修方便。 尽可能采用新的结构，新的材料，新技术。 制造工艺性良好。 机器的尺寸小，重量轻。 （2） 设计要求 总体设计任务是：选择结构方案，主要参数，相应的驱动方式，以及大体确定附属设备的布置。压缩机的技术经济指标是否先

49、进，能不能很好的满足使用要求，很大程度上决定于总体设计阶段的考虑是否恰当合适。如果总体设计不当，就会给压缩机带来“先天不足”的缺陷。要消除它的后患就比较困难。因此，总体设计是压缩机的最重要的环节。为了使总体设计能达到既符合多快多好的方针，又符合用户的特定要求，在总体设计时应广泛搜集国内外类型和相近似机型的资料，进行充分的分析比较，提出几个方案，通过热力计算，动力计算，初步确定主要零件的主要尺寸，在分析研究的基础上，选择最符合要求的总体方案。 总体设计完成之后，即着手进行工作图设计。工作图设计的任务是根据总体设计中初步定下的零件和部件的尺寸，轮廓和基本结构型式，详细的绘制出总体和部件的装配图，零

50、件图，编制必要的技术文件，拟定型号，同时完成各零件的强度校核计算。2.2 结构选型及方案选择活塞式压缩机的结构方案由下列因素组成： 机器的型式； 级数和列数; 各级气缸在列中的排列和各列间曲柄错角的排列。选择压缩机的结构方案时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力制造生产的可行性，驱动方式以及占地面积等条件，从选择机器型式和级数入手，制定出合适的方案。（1） 立式压缩机 优点：主机直立，占地面积小；活塞重量不支承在汽缸上，没有为此而产生的摩擦和磨损。 缺点：大型时高度大，需要设置操作平台，操作不方便；管道布置困难；多级时级间设备占地面积大。 适用于中小型及微型压缩机。（2） 卧式压缩

51、机 卧式压缩机大都制成气缸置于机身两侧的结构，其优缺点正好和立式压缩机相反。卧式压缩机的级间设备甚至可以配置在压缩机的上方，特别是缓冲容积可紧靠气缸，故中，大型压缩机宜采用卧式压缩机。 （3） 角度式压缩机 优点：结构紧凑，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，并可以采用滚动轴承。 缺点：大型时高度高。 适用于中小型以及微型压缩机。 综合上述优缺点及任务参数要求，设计的压缩机为中小型，且压缩机参数等因素，所以选择立式压缩机。 活塞式压缩机的运动机构有：无十字头和带十字头两种。 （1） 无十字头运动机构 优点：结构简单，紧凑，机器高度较低，相应的机器重量较轻，一般不需要专门的润

52、滑机构。 缺点：只能做成单作用的，故气缸容积利用不充分，气体泄漏也较大，气缸工作表面所受的侧向力也较大，因而活塞易磨损，另外，气缸的润滑油量也难控制。 无十字头的压缩机一般只适合做成立式，V型，W型和扇形的结构。当压缩机的功率大于120150kw时，无十字头的压缩机的重量要超过有十字头的压缩机。而且结构复杂。因此无十字头压缩机只能在小功率范围内采用。 （2） 带十字头运动机构 优点：气缸与活塞间的摩擦和磨损较小，充分利用了气缸容积，润滑油易于控制；气体泄漏量小，特别对于易燃，易爆，有毒的气体，只能采用此结构。 缺点：机器的结构复杂，高度高，重量大。 综上可知：计算总压力比=10，选择级数选取两

53、级比较合适，为了保证被压缩介质的纯度，可选择立式结构，而且、级采用双作用汽缸，无十字头运动机构。压缩机采用水冷方式。因为已知额定排气量为0.4m3/min<1 m3/min,所以该压缩机为微型的。 第三章 热力计算 3.1 概述 压缩机的热力计算，是根据气体的压力，容积和温度之间存在一定的关系，结合压缩机的具体特点和使用要求而进行的，其目的是要求得到最有利的热力学参数和适宜的主要结构尺寸。这是新设计压缩机时必须进行的计算。 计算步骤大致如下：1. 把标准状态下的气量换算成进气状态太下的气量： 式中：标准状态下压力 标准状态下温度 2. 计算总压力比并选择级数 总压力比 ： 3. 确定各级

54、压力比分配 一般可根据总压力比及级数按等压比分配。 4. 计算各级排气温度，容积系数，压力系数，温度系数，泄漏系数，析水系数等。 5. 计算各级气缸每分钟的工作容积 式中 ： 任一级的进气压力 任一级的进气温度 6. 气缸的直径。 7. 求指示功 压缩机的指示功： 级单位体积排气量所消耗的指示功： 8. 确定轴功率 9. 确定原动机功率 按原动机的方式，压缩机运行情况等，确定功率裕度，一般为515%，然后确定原动机功率。3.2 压缩机相关热力学数据确定 设计原始数据： 排气量：； 进气压力： ； 排气压力： ； 进气温度： 3.2.1 压缩机转数和行程的确定 转数和行程的选取对机器的尺寸，重量

55、，制造难易程度和成本有重大影响，并且还直接影响机器的效率，寿命和动力特性。如果压缩机与驱动机直接连接，也影响驱动机的经济性和成本。近代设计活塞式压缩机的总趋势是提高转数。 转数，行程和活塞平均速度的关系式如下： （3-1） 式中 活塞平均速度 （m/s） n压缩机转速 （r/min） S活塞行程 （m） 活塞式压缩机设计中，在一定的参数和使用条件下，首先应考虑适宜的活塞平均速度。 一般来说，对工艺流程中使用的大，中型压缩机活塞平均速度可取45m/s；对于大批量生产的动力固定式压缩机，取34m/s；移动式压缩机取45m/s；微型和中小型压缩机取12.5m/s。 在活塞平均速度一定下，活塞行程的选

56、取，与下列因素有关系： 排气量的大小。排气量大的行程应取长些，反之短些。 机器的结构形式。对于立式，V型，W型，扇形等结构，活塞行程不宜太长。 气缸的结构。级缸径与行程要保持一定的比例。当转速低于500r/min时，S /D=0.40.7（D为级气缸的直径）；转数高于500r/min时，S /D=0.320.45。 现代活塞式压缩机的行程和活塞力之间的关系，按统计与分析，有下列关系： 式中 P活塞力（t） A系数，其值在0.0650.095之间、较小值相应于短行程的机器，较大值相应于长行程的机器。 对于本课程中设计的氮气压缩机为微型压缩机故活塞速度取1.5m/s。 3.2.2 初步确定压力比及

57、名义压力 （1） 两级压缩总压比： = 按等压比分配原则确定各级压力比： （2）各级名义进，排气压力： 为了使第一级有较高的容积系数，第一级的压力比取稍低值。 式中： 两级压缩总压力比 第一级名义进气压力第一级名义排气压力 第二级名义进气压力第二级名义排气压力 一级压力比二级压力比 故各级名义进，排气压力如下表： 级数 吸气压力 （MPa） 0. 0. 排气压力 （MPa） 0. 1. 压力比 . .3.2.3 初步计算各级排气温度 （1） 级进排气温度 级进气温度: 级排气温度： （介质为氮气，故取K=1.4） （2） 级进排气温度 级进气温度： 级排气温度： 式中： 第一级进气温度 第一级

58、排气温度第二级进气温度 第二级排气温度 故各级名义排气温度如下表： 级别 进气温度 排气温度 （K） （） （K） （） 300 27 336.75 63.75 310 37 360.61 87.61 3.2.4 计算各级排气系数 因为压缩机工作压力不高，介质为氮气，全部计算可按理想气体处理。 （1） 容积系数进气压力/(bar)（1bar=0.1MPa）任意k值k=1.401.51.54.04.0101030>30m=1+0.5(k-1)m=1+0.62(k-1)m=1+0.75(k-1)m=1+0.88(k-1)m=k1.21.251.301.351.4 查表得： 级压缩膨胀系数，级

59、压缩膨胀系数， 近似取相对余隙容积得： 级相对余隙容积：级相对余隙容积： 有公式得： 级容积系数：级容积系数： 式中： 一级缸相对余隙容积二级缸相对余隙容积 （2） 压力系数 考虑到用环状阀，气阀弹簧力中等，吸气管中压力波动不大，两级压力差也不大，可选取 和 （3） 温度系数 考虑到压缩比不大，气缸有较好的水冷却，气缸尺寸及转速等，得在0.835-0.975范围内，可选取=0.95 （4） 泄漏系数 考虑到活塞双作用，无油润滑，压力不高，缸径中等，选活塞的相对泄露系数： 参阅文献得，和 （5） 析水系数 根据附表可查的在20时水的饱和蒸汽压，若气体经冷却后有冷却水析出，则满足如下公式

60、：，所以级间必然有水分析出来，所以，工程上常忽略抽加气对析水系数的影响，故把取为1，即所以析水系数：取无析水要求（第二级） （6） 抽气系数 由公式得：级抽气系数：级抽气系数：式中：抽气系数容积系数压力系数温度系数 泄漏系数 3.2.5 确定气缸的行程容积（1） 级气缸的行程容积 双作用气缸：式中：冲程转速活塞工作面积活塞杆截面积活塞截面积排气量 （2） 级气缸的行程容积 3.2.6 确定气缸的直径计算双作用气缸缸径，必须首先确定活塞杆直径，而活塞杆直径需根据最大气体力来确定，而气体力又需根据活塞面积（气缸直径）来计算。因此需先暂选活塞杆直径，计算气体力，然后校核活塞杆是否满足要求。结构参数中

61、活塞行程： 电机转速：n=750r/min（1）由公式得级活塞工作面积： 及活塞工作面积： （2）活塞力估算 级气缸活塞力：级气缸活塞力：根据最大活塞力，冲程S=70mm查表得活塞直径取25mm。则活塞杆截面积 （3） 气缸直径计算：级别轴侧活塞工作面积轴侧活塞工作面积缸径圆整值（）（）0.00430.00480.07970.090.00250.00300.0640.07 （4） 根据圆整后的直径，复核活塞工作面积及气缸的行程容积：级别轴侧活塞工作面积轴侧活塞工作面积各级总活塞工作面积气缸行程容积0.00590.00640.01230.000860.00340.00420.00760.0005

62、33.2.7 修正压力及压力比 校核系数： 修正后的名义压力比： 级修正后名义压力比： 级修正后名义压力比：3.2.8 实际压力与压力比 查阅文献列表如下（虚线为准）虚线 2.97.22.56.0 表中=+其中；。 故可知： 式中： 总的相对压力损失吸气相对压力损失排气相对压力损失 根据上述数据列表得：级别修正名义压力损失实际压力压力比0.40.580.9711.0720.3880.622 1.600.581.00.9751.0600.5661.060 1.87 3.2.9 各级温度 按公式计算得下表：级别吸气温度压力比按多方压缩计算m=1.3300271.601.1133360310371.

63、871.1535784 3.2.10 复核实际排气量 近似认为排气系数变化不大，可取为则。满足要求。3.2.11 功率及比功率计算 （1）功率计算：压缩机的指示功: 级单位体积排气量所消耗的指示功： 式中: n 取 1.4则： 压缩机的机械功率：该压缩机要求容积流量为为微型压缩机取0.85由上面公式解得：因为连接为电机与压缩机直接相连故 电动机的功率余度取15%，则电动机功率取2.5KW（2）比功率计算： 取储备系数为1.1 则：所以比功率为：上式中： 一级指示功率二级指示功率总功率联轴器效率压缩机机械功率联轴器功率轴功率 3.3 压缩机的驱动 活塞式压缩机是消耗功的机械，需要原动机来驱动。原动机的选择要根据能源供应情况及总的经济效益来决定。 三相异步电机结构简单，功率在150KW以内应用均合适。因为异步电动机功率因数小于1，电网要供给一部分无功功率，而且转数越低功率因数越小，所以低转速大功率压缩机不合适。 根据热力学计算的数据，已知电机功率为2.5KW，则查表可得选Y160M1-8异步电动机。 YR200L-8主