压缩机课程设计说明书

1、 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2010305705学生姓名李智慧专业（班级）化工设备10-1题目ZW-1/1-15油田套管气回收专用压缩机设计设计技术参数相对湿度： 绝热指数：额定排气量： 额定进气表压力：额定排气表压力： 第一级吸气温度：第二级吸气温度：设计要求1. 热力计算：结构方案，压力比分配，活塞力，选电机2. 动力计算：气体力，摩擦力，惯性力3. 作图：（曲柄、连杆）零件图，一级气缸示功图，一级综合活塞力图工作量 注：可填写说明书（论文）的字数要求或要完成的图纸数量。工作计划1-2天：查找资料3-4天：热力计算5-7天:动力计算8-10天

2、：作图参考资料1.活塞式压缩机设计2郁永章活塞式压缩机3.潘永密，李斯特化工机器4.高慎琴化工机器 5李云，姜培正过程流体机械 目 录一计划任务书-1二目录-2三概述-33.1压缩机的应用-33.2压缩机的分类-33.3压缩机的基本结构-43.4活塞压缩机的工作原理-4四.总体设计-54.1 设计活塞式压缩机应符合以下基本原则-54.2已知的参数和压缩机主要结构参数的选取-5五热力计算-6 5.1计算总压力比并选择级数-6 5.2确定各级压力比分配-6 5.3确定各级容积效率-65.4确定析水系数-75.5.确定各级行程容积-75.6.确定各级气缸直径，行程和实际行程容积-75.7计算活塞力-

3、85.7.1计算实际吸排气压力-95.7.2活塞力的计算 -95.8确定各级的排气温度-105.9.计算轴功率并选配电机-10六动力计算-116.1已知条件和数据-116.2作各级汽缸设计示功图-116.3作图法绘制综合活塞力图-126.4计算往复惯性力-126.4.1第一列往复惯性力计算-126.4.2第二列往复惯性力计算-136.5摩擦力计算-156.5.1往复运动摩擦力-156.5.2旋转摩擦力-156.6计算第I列气体力-156.6.1第I级盖侧的气体力-156.6.2第I级轴侧的气体力-176.6.3计算第一列综合活塞力及切向力-1867计算第列气体力-196.7.1第级盖侧的气体力

4、-196.7.2第级轴侧的气体力- 206.7.3计算第二列综合活塞力及切向力-21七机座部分主要零件设计-227.1 曲轴设计-227.1.1 曲轴设计基本原则-227.1.2 曲轴结构尺寸的确定-237.2连杆设计-237.2.1 连杆主要尺寸的确定-237.2.2 连杆的计算-25八参考文献-27三概述3.1 压缩机的应用随着近代科学技术的不断发展，作为重要能量形式之一的压力能在工业生产上的应用已十分普遍，所占的地位相当重要。压缩机就是产生气体压力能的机器，它在国民经济各部门中特别在化工、石油、矿山、冶金、机械以及国防工业中已成为必不可少的关键设备。其重要的应用场合有：（1）化工工艺过程

5、上的应用在化工生产中，为了保证某些合成工艺能在高压条件下进行，往往通过压缩机把气体预先加压到所需的压力。例如高压聚乙烯的聚合反应要求把乙烯气加压到2000kgf/cm2以上；合成氨的反应要求把合成气加压到320 kgf/cm2；石油裂解加氢要求把氢气加压到150 kgf/cm2以上等。（2）动力工程上的应用 在动力、机械以及国防工业上常采用压缩空气作为驱动装置的动力气源，例如常见的风动机械，要求空气的压力为8 kgf/cm2；用于控制仪表及自动化装置上的气源压力为6 kgf/cm2；国防工业中某些武器的发射、潜水艇的沉浮、鱼雷的发射驱动等都需采用压缩机。（3）气体输送在石油、化工生产中，为了输

6、送原料气，常用压缩机增压。例如从油田输出天然气，从煤气厂输出煤气都要求事先加以增压。此外，在化工流程中为了使系统内未反应气体得以再循环，常用循环压缩机加以增压。3.2 压缩机的分类按照能量转换的方式不同，常用压缩机可分为两大类：（一）容积式压缩机容积式压缩机的工作原理是依靠气缸工作容积周期性的变化来压缩气体，以达到提高其压力的目的。按其运动特点不同，又可分为以下两种。（1）往复式压缩机最典型的往复式压缩机是活塞式压缩机。他是依靠气缸内活塞的往复运动来压缩气体。根据所需压力的高低，它可以作成单级或多级；为了使机器受载均衡，它还可以作成单列或多列。（2）回转式压缩机回转式压缩机内无往复运动件，它是

7、依靠机内转子回转时产生容积变化而实现气体的压缩。按照结构形式的不同，又可分滑片式和螺旋杆式两种。滑片式机内转子偏心装在机壳内，转子上开有若干径向滑槽，槽内装有滑片，当转子转动时，滑片与机壳内壁间所形成的压缩腔容积不断缩小，从而使气体受到压缩。这类压缩机排气压力不高，常用于合成橡胶工业。螺杆式的机壳内置有两个转子阴螺杆和阳螺杆，由同步齿轮带动。工作时依靠螺杆表面的凹槽与机壳内壁间所形成的压缩腔容积不断变化，从而实现气体的吸入、压缩和排出。这类压缩机除常作动力用的空气压缩机外，还应用于制冷工业。（二）速度式压缩机速度式压缩机的工作原理与容积式截然不同，它是靠机内作高速旋转的叶轮，使吸进的气流能量头

8、提高，并通过扩压元件把气流的动能头转换成所需的压力能量头。根据气流方向的不同，这类压缩机又可分为离心式和轴流式两种。（1）离心式压缩机机壳内主轴上装有叶轮，每个叶轮与其相配合的固定元件构成一个级。工作时气体被吸入，逐级沿叶轮上的流道流动，在提高了气流能量头后，进入扩压器，进一步把速度能量头转换成所需的压力能量头，最后由排出口排出。由于它的速度高，压缩过程连续进行，生产能力大，气体又洁净，因此非常适用于大型化生产，在近代化工厂中已广泛采用。（2）轴流式压缩机轴流式压缩机与离心式相同，也是靠转动的叶片对气流做功，不过它的气体流动方向与主轴的轴线平行。主要组成部分有动、静叶片，转鼓及机壳。这类压缩机

9、级中的气流路程较短，阻力损失较小，效率比离心式为高，排气量也较大，多用于燃气轮机装置及喷射式发动机上。3.3 压缩机的基本结构压缩机的组成可以分为三个部分：（1） 基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头组成，其作用是传递动力。连接基础和气缸部分。（2） 气缸部分：包括气缸、气阀、活塞、填料以及安置在气缸上的排气量调节装置等部分，其作用是形成压缩容积和组织气体泄漏。（3） 辅助部分：包括冷凝器、缓冲器、液体分离器、滤清器、安全阀、油泵、注油器及各种管路系统，这些部件是保证压缩机正常运转。3.4 活塞式压缩机的工作原理（1）压缩过程 活塞从下止点向上运动，吸、排气阀处于关闭状态，气体在密闭的

10、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。（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。这就是活塞式压缩机的工作原理。四总体设计4.1 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

11、的要求；（2）有足够长的使用寿命（应理解为压缩机需要大修被迫停车的次数）；（3）有良好的运转经济性；（4）有良好的动力平衡性；（5）维护检修方便；（6）尽可能采用新结构；（7）制造工艺性良好；（8）机器尺寸小。4.2已知的参数和压缩机主要结构参数的选取已知参数：本次设计的是立式，无油润滑压缩机。油田套管气的主要成分是甲烷，其已知参数如下：相对湿度绝热指数 额定排气量额定进气表压力 额定排气表压力第一级吸气温度第二级吸气温度选定转速n: 由活塞式压缩机【1】可查得一般压缩机的转速n通常在下列范围：微型压缩机 10003000 小型压缩机 6001000 中型压缩机 5001000 大型压缩机 2

12、50500 因为压缩机的额定排气量为1，额定排气压为15×105Pa所以取转速 n = 740。五热力计算5.1计算总压力比并选择级数总压力比： 由过程流体机械【2】表2-2可知： 表2-2 常见压缩机的级数统计终压（表压）0.310.661.4153.6401510080150级数1234567因为该压缩机的终压为1.5MPa,根据表2-2可初步选定该压缩机的级数Z=2.5.2确定各级压力比分配一般可根据总压力比及级数按等压力比分配，即各级压力比为：=3.87为了提高第一级的容积利用率，第一级取的略低些。所以： 各级名义进、排气压力及压力比 级 次 名义进气压力 （MPa） 名义排

13、气压力 （MPa） 压力比 0.1 0.375 3.75 0.375 1.5 4.05.3确定各级容积效率(1)确定各级容积系数：取各级相对余隙容积和膨胀指数如下： 得： 0.78，0.683(2)选取压力系数： (3)选取温度系数： (4)选取泄漏系数： (5)确定容积效率：，则 0.78×0.97×0.96×0.86=0.625 0.683×0.99×0.97×0.90=0.595.4确定析水系数第一级无水析出，故；由活塞式压缩机设计附录表二查得20时的饱和蒸汽压，30时的饱和蒸汽压0.995.5.确定各级行程容积0.002160

14、.0006255.6.确定各级气缸直径，行程和实际行程容积已知转速n=750，取行程S=100mm,得活塞的平均速度取活塞杆直径d=30mm,得：0.119根据气缸直径标准，圆整为120mm实际行程容积为：0.00438活塞有效面积为：0.022同理，可得第二级气缸的直径：0.066根据气缸直径标准，圆整为80mm。实际行程容积为：活塞有效面积为：考虑到圆整值与计算值之间的差值，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：得新的容积系数：0.763所以，一级新的相对余隙容积：0.108二级新的相对余隙容积：0.2555.7计算活塞力 5.7.1计算实际吸排气压力各级进

15、、排气相对压力损失取值，各级进、排气压力和实际压力比。第一级吸气压力，排气压力，取第一级进气压力损失和排气压力损失分别为，则实际压力及压力比为：第二级吸气压力，排气压力取第二级进气压力损失和排气压力损失分别为，则实际压力及压力比为：见表： 各级进排气压力和实际压力比级次 名义压力/MPa压力损失气缸内实际压力/MPa实际压力比0.10.3750.3751.50.050.0350.080.0550.0950.3620.4051.5834.264.375.7.2活塞力的计算 首先计算盖侧和轴侧活塞的工作面积；第一级盖侧活塞工作面积：第二级盖侧活塞工作面积：第一级轴侧活塞工作面积：0.01第二级轴侧

16、活塞工作面积：盖侧和轴侧活塞工作面积级次轴侧盖侧0.010.0110.00430.005再计算止点气体力：内止点- 内止点- 外止点- -3505N外止点- 止点气体力列次内止点气体力外止点气体力-3005N4997N-3505N-6358N5.8确定各级的排气温度取压缩过程指数n = 1.1 由公式5.9计算轴功率并选配电机各级指示功率为总的指示功率为:取机械效率，所以轴功率为电动机的功率余度取10，则电动机功率取14KW.六动力计算动力计算的目的在于计算压缩机中的作用力，确定压缩机所需要的飞轮矩以及各种形式压缩机惯性力。惯性力矩的平衡情况初步设计压缩机所需的基础压缩机中作用力的分析，是进行

17、压缩机零件强度和刚度计算得一局，也是判断这些力对压缩机装置影响的基础。压缩机中主要的作用力有气体力，曲柄连杆机构运动时产生的惯性力和摩擦力。6.1已知条件和数据根据第一部分热力计算的结果，得出所用数据如下所示：活塞行程：s = 100mm转 速：n = 7406.2作各级汽缸设计示功图（1）、级气缸示功图数据：级次活 塞 力盖 侧（-）轴 侧（+）吸气排气吸气排气1045N4455N9500N4050N1810N7915NN1556.66806.9N相对余隙容积 绝热指数k=1.30相对余隙容积折合长度： 由化工机器【3】 查得式3-36 ： 查化工机器表3-3选取： (2)选取设计示功图中的

18、力比例尺和长度比例尺 选取:力比例尺 ：1000N/mm 长度比例尺：1 mm/mm按勃劳厄（Brauer）法作图6.3作图法绘制综合活塞力图 选自化工机器【4】(1) 将、级的设计示功图展开在横坐标长度为2s的综合活塞力图上，纵坐标与设计示功图中的力的比例尺相同。(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，图中取曲柄销转角每等份为6.4计算往复惯性力6.4.1第一列往复惯性力计算：曲柄连杆比：取曲轴旋转角速度： 曲柄销旋转半径：由热力计算数据可知最大活塞力为3.505kN,取.由公式得： 19kg往复质量在运动时产生的往复惯性力I为：=由化工机

19、器表3-1和表3-4查得与和I的值如下： 第一列往复惯性力计算表 力单位：KN 01.199912.4790.0000360151.139111.8470.0407345300.966010.0460.1589330450.70717.3540.3428315600.39994.1590.5750300750.08560.890.834428590-0.2000-2.081.1000270105-0.4320-4.4931.3521255120-0.6000-6.241.5750240135-0.7071-7.3541.7571225150-0.7660-7.9661.8910210165-0

20、.7927-8.2441.9726195180-0.7999-8.3192.00001806.4.2第二列往复惯性力计算：曲柄连杆比： 取曲轴旋转角速度： 曲柄销旋转半径：由热力计算数据可知最大活塞力为6.358kN,取由公式得： 往复质量在运动时产生的往复惯性力I为：=由化工机器表3-1和表3-4查得与和I的值如下第二列往复惯性力计算表力单位：KN 01.199917.7590.0000360151.139116.8590.0407345300.966014.30.1589330450.707110.4650.3428315600.39995.9190.5750300750.08561.26

21、70.834428590-0.2000-29.61.1000270105-0.4320-6.3941.3521255120-0.6000-8.881.5750240135-0.7071-10.4651.7571225150-0.7660-11.3371.8910210165-0.7927-11.7321.9726195180-0.7999-11.8392.00001806.5摩擦力计算6.5.1往复运动摩擦力 由过程流体机械式2-56，得往复摩擦力计算如下：取往复摩擦力为总摩擦力的70%0.1029KN0.1045KN6.5.2 旋转摩擦力由活塞式压缩机式5-18，得旋转摩擦力计算如下：取旋转

22、摩擦力为总旋转摩擦力的30%0.0566KN6.6计算第I列气体力6.6.1第I级盖侧的气体力 公式选自化工机器【4】各过程压力计算公式如下：压缩过程： 膨胀过程： 进气过程： 排气过程： 气体力： 余隙行程： ，活塞面积，压缩及膨胀过程的多变指数可取为，盖侧的气体力为负值。计算结果见表第I级盖侧的气体力计算表压力单位：曲柄转角活塞位移（mm）膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力（）0000004.0500-44.55152.04003.2342-35.58 307.95001.9770-21.75 4517.15501.1763-12.94 6028.7800（0.7485）0.95-10

23、.45 7541.77000.95-10.45 9055.05000.95-10.45 10567.65000.95-10.45 12078.78000.95-10.45 13587.87000.95-10.45 15094.55500.95-10.45 16598.63000.95-10.45 180100.00000.950.95-10.45 19598.63000.9655-10.6221094.55501.0143-11.1622587.87001.1045-12.1524078.78001.2524-13.78 25567.65001.4882-16.37 27055.05001.8

24、685-20.55 28541.77002.5042-27.5530028.78003.6217 -39.8431517.1550（5.6915）4.05-44.55 3307.9500 4.05-44.55 3452.04004.05-44.55 360000004.05-44.55 6.6.2第I级轴侧的气体力 ，活塞面积，压缩及膨胀过程的多变指数可取为，轴侧的气体力为正值。计算结果见表第I级轴侧的气体力计算表压力单位：曲柄转角活塞位移（mm）膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力（）01000.959.51597.960.97329.7323092.051.0465104654582.8

25、451.1822118226071.221.4045140457558.231.7574175749044.952.32012320110532.353.2370323712021.22（4.7707）4.0540513512.134.054051505.4454.054051651.374.0540518004.054.054051951.373.4676346762105.4452.38222382222512.131.52191521924021.220.986098625532.35（0.6690）0.959527044.950.959528558.230.959530071.220.

26、959531582.8450.959533092.050.959534597.960.95953601000.95956.6.3计算第一列综合活塞力及切向力由化工机器式3-39求切向力T，得：I级综合活塞力及切向力计算表 力单位：KN惯性力I往复摩擦力气体力（P）综合活塞力切向力T轴侧（+）盖侧（-）00.000012.4790.10299.5-44.55-22.46810150.308811.8470.10299.732-35.58 -13.8981-4.292300.587010.0460.102910465-21.75 -1.1361-0.667450.80817.3540.102911

27、822-12.94 6.33895.122600.95394.1590.102914045-10.45 7.85697.495751.01680.890.102917574-10.45 8.11698.253901.OOOO-2.080.102923201-10.45 10.773910.7741050.9149-4.4930.10293237-10.45 17.529916.0381200.7781-6.240.1029405-10.45 23.912918.6071350.6060-7.3540.1029405-10.45 22.798913.8161500.4129-7.9660.102

28、9405-10.45 22.18699.1611650.2087-8.2440.1029405-10.45 21.90894.5721800.0000-8.3190.1029405-10.45 21.83390195-0.2087-8.244-0.102934676-10.6215.7091-3.278210-0.4129-7.966-0.102923822-11.164.5931-1.896225-0.6060-7.354-0.102915219-12.15-4.38792.659240-0.7781-6.24-0.1029986-13.78 -10.26297.986255-0.9149-

29、4.493-0.102995-16.37 -11.465910.49270-1.0000-2.08-0.102995-20.55 -13.232913.233285-1.01680.89-0.102995-27.55-17.262917.553300-0.95394.159-0.102995-39.84-26.283925.072315-0.80817.354-0.102995-44.55 -27.798922.464330-0.587010.046-0.102995-44.55 -25.106914.738345-0.308811.847-0.102995-44.55 -23.30597.1

30、97360-0.000012.479-0.102995-44.55 -22.673906.7计算第列气体力6.7.1第级盖侧的气体力，活塞面积，压缩及膨胀过程的多变指数可取为，盖侧的气体力为负数，计算结果见表表4-5第II级盖侧的气体力计算表 压力单位：曲柄转角活塞位移（mm）膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力（）0000001.5830-7.915152.04001.4323-7.1615307.95001.1124-5.562 4517.15500.8110-4.0556028.78000.5929-2.96457541.77000.4486-2.2439055.0500（0.3549

31、）0.362-1.8110567.65000.362-1.8112078.78000.362-1.8113587.87000.362-1.8115094.55500.362-1.8116598.63000.362-1.81180100.00000.3620.362-1.8119598.63000.3672-1.83621094.55500.3835-1.917522587.87000.4131-2.065524078.78000.4606-2.30325567.65000.5333-2.666527055.05000.6443-3.2215 28541.77000.8143-4.0715300

32、28.78001.0763-5.381531517.15501.4723-7.36153307.9500（2.0194） 1.583-7.9153452.04001.583-7.915 360000001.583-7.9156.7.2第级轴侧的气体力 ，活塞面积，压缩及膨胀过程的多变指数可取为，轴侧的气体力为正值。计算结果见表第级轴侧的气体力计算表压力单位：曲柄转角活塞位移（mm）膨胀过程进气过程压缩过程排气过程气体力（）01000.362 1.5571597.960.36981.593092.050.39411.6954582.8450.43821.8846071.220.50792.184

33、7558.230.61262.6349044.950.76683.29710532.350.99074.2612021.221.30805.62413512.13(1.7328)1.5836.8071505.4451.5836.8071651.371.5836.80718001.5831.5836.8071951.371.47896.3592105.4451.23095.29322512.130.95454.10424021.220.72053.09825532.350.54572.34727044.950.42241.81628558.23(0.3375)0.3621.55730071.22

34、0.3621.55731582.8450.3621.55733092.050.3621.55734597.960.3621.5573601000.3621.5576.7.3计算第二列综合活塞力及切向力由化工机器式3-39求切向力T，得：级综合活塞力及切向力计算表 力单位：KN惯性力I往复摩擦力气体力（P）综合活塞力切向力T轴侧（+）盖侧（-）00.000017.7590.1045 1.557-7.91511.50550150.308816.8590.10451.59-7.161511.3923.518300.587014.30.10451.695-5.562 10.53756.186450.8

35、08110.4650.10451.884-4.0558.39856.787600.95395.9190.10452.184-2.96455.2435.001751.01681.2670.10452.634-2.2431.76251.792901.OOOO-29.60.10453.297-1.81-28.009-28.0091050.9149-6.3940.10454.26-1.81-3.8395-3.5131200.7781-8.880.10455.624-1.81-4.9615-3.8611350.6060-10.4650.10456.807-1.81-5.3635-3.251500.412

36、9-11.3370.10456.807-1.81-6.2355-2.5751650.2087-11.7320.10456.807-1.81-6.6305-1.3841800.0000-11.8390.10456.807-1.81-6.73750195-0.2087-11.732-0.10456.359-1.836-7.31351.526210-0.4129-11.337-0.10455.293-1.9175-8.0663.33225-0.6060-10.465-0.10454.104-2.0655-8.5315.17240-0.7781-8.88-0.10453.098-2.303-8.189

37、56.372255-0.9149-6.394-0.10452.347-2.6665-6.8186.238270-1.0000-29.6-0.10451.816-3.2215 -31.1131.11285-1.01681.267-0.10451.557-4.0715-1.3521.375300-0.95395.919-0.10451.557-5.38151.99-1.898315-0.808110.465-0.10451.557-7.36154.556-3.682330-0.587014.3-0.10451.557-7.9157.8375-4.601345-0.308816.859-0.10451.557-7.915 10.3965-3.21360-0.000017.759-