流體機械課程設計說明書

1、<p><b>　　第一章概述</b></p><p>　　1.1壓縮機的基本結(jié)構</p><p>　　其組成大致可以分為三個部分</p><p>　　基本部分：包括機身、中體、曲軸、連桿、十字頭組成，其作用是傳遞動力、連接基礎和氣缸部分。</p><p>　　氣缸部分：包括氣缸、氣閥、活塞、填料以及安置在氣缸

2、上的排氣量調(diào)節(jié)裝置等部分，其作用是形成壓縮容積和防止氣體泄漏。</p><p>　　輔助部分：包括冷凝器、緩沖器、液體分離器、濾清器、安全閥、油泵、注油器及各種管路系統(tǒng)，這些部件是保證壓縮機正常運轉(zhuǎn)。</p><p>　　1.2 活塞式壓縮機的應用</p><p>　　壓縮機是一種用于壓縮氣體，借以提高氣體的機械。它的種類很多，用途廣泛，壓縮機已成為國民經(jīng)濟各個部門

3、中的重要通用機械。在化工生產(chǎn)中，往復式壓縮機已成為關鍵設備，壓縮機應用有以下幾個方面：</p><p><b>　　動力工程應用；</b></p><p><b>　　氣體輸送應用；</b></p><p>　　化工及石油化工工藝應用；</p><p>　　制冷工程和氣體分離應用、</p>

4、;<p>　　1.3 無油潤滑壓縮機</p><p>　　由于現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，要求氣體在壓縮時不被潤滑油污染，或根本不允許氣體與潤滑油接觸，無油潤滑壓縮機在現(xiàn)代空間技術、國防、電子、冶金、化學、煉油、紡織、醫(yī)藥、食品和科學研究部門都得到廣泛應用。在血多部門要求壓縮空氣或工藝氣體不含潤滑油，保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率和安全生產(chǎn)的。所謂無油潤滑壓縮機，一般指氣缸無油潤滑，運動件（驅(qū)動部分），仍然有油潤滑

5、，但是也有全無油潤滑的壓縮機。目前的容積式無潤滑壓縮機分為以下幾種：</p><p><b>　　迷宮式壓縮機；</b></p><p><b>　　石墨環(huán)壓縮機；</b></p><p>　　填充聚四氟乙烯環(huán)壓縮機；</p><p><b>　　膜式壓縮機。</b></

6、p><p>　　1.4 填充聚四氟乙烯環(huán)壓縮機的特點</p><p>　　密封元件具有自潤滑性能，不用注油，故可以獲得純潔的氣體；</p><p>　　節(jié)省了一套注油系統(tǒng)，簡化了流程、節(jié)省了大量的潤滑油；</p><p>　　由于氣體不含油，所以冷卻器的冷卻效果顯著的提高了；</p><p>　　填充聚四氟乙烯環(huán)制造工藝簡

7、單加工方便；</p><p><b>　　不需要油分離裝置；</b></p><p>　　由于氣體不含油，應注意氣缸、氣閥、活塞、管路等一切與氣體接觸部分的防銹與防腐性；</p><p>　　因為填充聚四氟乙烯環(huán)的導熱性差，應使工作溫度盡量取低些。</p><p><b>　　第二章 總體設計</b>

8、;</p><p>　　2.1 設計活塞式壓縮機應符合以下基本原則</p><p>　　滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力一記有關是用條件的要求；</p><p>　　有足夠長的是用壽命（應理解為壓縮機需要大修時間的間隔長短）足夠高的使用可靠性（應理解為壓縮機被迫停車的次數(shù)）；</p><p>　　有較好的運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性；</p>&l

9、t;p><b>　　有良好的動力平衡性</b></p><p><b>　　維護檢修方便；</b></p><p>　　盡可能采用新結(jié)構、新技術、新材料；</p><p><b>　　制造工藝性良好；</b></p><p>　　機器的尺寸小、質(zhì)量輕。</p>

10、<p>　　2.2 結(jié)構方案的選擇</p><p>　　采用立式壓縮機，氣缸作垂直布置，其優(yōu)點在于：</p><p>　　活塞工作表面不承受活塞質(zhì)量，因而氣缸和活塞的磨損比臥式的小且均勻，活塞環(huán)的工作條件有所改善，能延長機器的使用壽命；</p><p><b>　　占地面積小；</b></p><p>　　

11、因為載荷使機身主要產(chǎn)生拉伸和壓縮應力，所以機身的形狀簡單、質(zhì)量輕；</p><p>　　往復運動部件的慣性力垂直作用在基礎上，而基礎抗垂直振動的能力較強，所以它的尺寸較小。</p><p>　　在選擇壓縮機級數(shù)時要使機器消耗的功最小、排氣溫度應在條件許可的范圍內(nèi)。機器質(zhì)量輕、造價低， 要使機器具有較高的熱效率，則級數(shù)越多越好，然而級數(shù)增多，則阻力損失增加，機器總效率反而降低，結(jié)構也更加復雜

12、，造價更大大上升。</p><p>　　在無油潤滑壓縮機中，密封元件采用自潤滑材料，有些自潤滑材料的最適宜的工作溫度也有限制，例如聚四氟乙烯的工作溫度，不能草果（壓力越高則溫度應控制的越低）。在確定級數(shù)和各級壓力比時應考慮這一點。</p><p>　　因此必須根據(jù)壓縮機的額容量和工作特點，恰當?shù)倪x擇級數(shù)和壓力比。綜合各因素考慮，選擇二級壓縮。</p><p>　　2

13、.3 壓縮機的驅(qū)動</p><p>　　活塞式壓縮機的驅(qū)動包括驅(qū)動機和傳動裝置，本設計中擬采用電動機驅(qū)動，這是綜合考慮使用部門的動力裝置，壓縮機的功率和轉(zhuǎn)速、工作條件來選定電動機的型式。</p><p>　　2.4 壓縮機的轉(zhuǎn)速和行程的確定</p><p>　　轉(zhuǎn)速和行程的選取對機器的尺寸、質(zhì)量、制造難易和成本又重大影響，并且還直接影響機器效率、壽命和動力特性?；钊?/p>

14、式壓縮機設計中在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應考慮選擇適宜的活塞平均速度。應為：</p><p>　　活塞平均速度的高低，對運動機件中的摩擦和磨損具有直接的影響，對氣缸內(nèi)的工作過程也很有影響。</p><p>　　活塞速度過高氣閥在氣缸上難以得到足夠的安裝面基，所以氣閥管道中的阻力損失很大，功率的消耗及排氣溫度將會過高，嚴重的影響壓縮機運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性和使用的可靠性。</p>&

15、lt;p>　　微型和小型壓縮機為使結(jié)構緊湊而只能采用較小行程，雖有較高轉(zhuǎn)速，但活塞平均速度卻較低，只有2米/秒左右。在一定的活塞速度下，活塞行程的選取與下列因素有關：</p><p>　　排氣量的大小：排氣量大者行程應取得長些，反而則應短些。</p><p>　　機器的結(jié)構型式：考慮到壓縮機的使用和維護條件，對于立式、V型、W型、扇型等結(jié)構，活塞行程不宜取得太長。</p>

16、<p><b>　　行程的確定</b></p><p>　　式中 S 活塞行程</p><p>　　A 系數(shù)，其值在0.062～0.095之間</p><p>　　P 活塞力（噸）</p><p>　　則S=（0.062～0.095）</p&

17、gt;<p><b>　　取S=120mm</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)速的確定</b></p><p>　　近代壓縮機的轉(zhuǎn)速n通常在下列范圍：</p><p>　　微型和小型 1000～3000（轉(zhuǎn)/分）</p><p>　　中型

18、 500～1000（轉(zhuǎn)/分）</p><p>　　大型 250～500（轉(zhuǎn)/分）</p><p>　　由文獻[5]查得表，取n=740轉(zhuǎn)/分</p><p><b>　　第三章 熱力計算</b></p><p>　　壓縮機的熱力計算是根據(jù)氣體壓力容積和溫度之間存在一定的關系，結(jié)合

19、壓縮機的具體特性和使用要求而進行的。其目的是得到最有力的熱力參數(shù)（各級的吸排氣溫度，所消耗力）和適宜的主要結(jié)構尺寸（活塞行程、汽缸直徑等）。</p><p><b>　　已知：設計條件</b></p><p>　　排氣體積： </p><p>　　壓縮介質(zhì)：

20、 空氣</p><p>　　吸氣壓力： 1大氣壓（絕壓）</p><p>　　排氣壓力： 0.8MPa</p><p>　　第一級排氣溫度： 20℃</p><p>　　第二級排氣溫度： 25℃</p>

21、;<p>　　吸入氣體的相對濕度： </p><p>　　3.1初步確定各級壓力比</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　根據(jù)公式（3-1）得到壓力比為：</p><p>　　=（0.8+0.1）/0.1=9</p><p>　　第一、二級壓力比：

22、 </p><p>　　各級進、排氣壓力比例表如下</p><p>　　表3-1各級進、排氣壓力及壓力比</p><p>　　3.2計算各級排氣溫度</p><p><b>　　排氣溫度</b></p><p><b>　　（3-2）</b></p>

23、;<p>　　按式（3-2）計算各級以排氣溫度，列表如下：</p><p>　　表3-2各級名義排氣溫度</p><p>　　3.3各級的排氣溫度</p><p>　　3.3.1 容積系數(shù)</p><p>　　由文獻[1]查得絕熱指數(shù)為K=1.4，各級膨脹過程的等端點指數(shù)m為 </p><p>　　

24、容積系數(shù) （3-3）</p><p>　　現(xiàn)初步確定各級氣缸的相對容積系數(shù) =0.12</p><p>　　v1=1-0.1（31/1.2-1）=0.85</p><p>　　v2=1-0.12（31/1.2-1）=0.83</p

25、><p>　　3.3.2 確定壓力系數(shù)</p><p>　　取p1=0.96 p2=0.97</p><p>　　3.3.3 確定溫度系數(shù)</p><p>　　由文獻[1]查得： T1=0.92 T2=0.91</p><p>　　3.3.4 凝析系數(shù)</p><p&

26、gt;<b>　　第一級無水析出，故</b></p><p><b>　　由文獻[1]查得：</b></p><p>　　t=20℃ Pb1=2.337 KPa</p><p>　　t=25℃ Pb2=3.170 KPa</p><p>　　11Pb11=0.82

27、.3371033=5.6088 KPa>3.170Kpa</p><p><b>　　故有水析出。</b></p><p><b>　　凝析系數(shù)</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　由公式（3-4）得</b&

28、gt;</p><p>　　3.3.5 泄漏系數(shù)</p><p>　　表3-3 各級各部位相對泄漏系數(shù)值</p><p>　　3.3.6計算抽氣系數(shù)</p><p>　　根據(jù)設計要求可知： μ01=μ02=1</p><p>　　3.4 確定各級氣體的可壓縮性系數(shù)</p><p>　　表

29、3-4 各級氣體的可壓縮性系數(shù)</p><p>　　3.5 確定各級氣缸容積</p><p><b>　　VhK=</b></p><p>　　Vh1==8.625m3/min</p><p>　　Vh2==2.863 m3/min</p><p>　　3.6 確定活塞桿直徑</p>

30、<p>　　初步確定各級等溫功率N1及最大軸功率N</p><p>　　按照理想氣體的等溫功率</p><p>　　Nis=1.634PsVm (3-6) </p><p>　　Nis1=

31、1.634=10.778</p><p>　　Nis2=1.634=32.312</p><p>　　有比較克制。兩列軸功率相等，按公式（3-7）計算：</p><p>　　ηis=Nis/N

32、 (3-7) </p><p>　　式中：Nis 等溫功率 N 軸功率</p><p>　　由文獻[1]表2-9中查得，初步確定 </p><p>　　3.7 計算氣缸直徑</p><p>　　對于活塞桿不慣穿的雙作用氣缸</p&g

33、t;<p>　　D= (3-8) </p><p>　　D1==0.2447m</p><p>　　D2==0.1447m</p><p>　　3.8修正各

34、級公差壓力和溫度</p><p>　　3.8.1確定各級實際行程容積</p><p>　　V1=（2*π2/4-πd2/4）</p><p>　　Vt1=（2*3.1416*0.252/4-3.1416*0.032/4）*0.12*730=8.538 m3/min</p><p>　　Vt2=（2*3.1416*0.152/4-3.1416

35、*0.032/4）*0.12*730=3.034 m3/min</p><p>　　3.8.2修正各級公差壓力</p><p>　　, —修正后前的一級行程容積</p><p>　　，—修正前后的K級行程容積</p><p><b>　　計算結(jié)果如下表</b></p><p>　　表3-5

36、修正各級公稱壓力</p><p>　　3.8.3修正后的排氣溫度</p><p>　　按公式（2-2）計算，表3-5修正后的排氣溫度列表如下</p><p>　　3.9 計算活塞壓力</p><p>　　3.9.1計算氣缸實際吸排氣壓力</p><p>　　式子中 ，—Ⅰ級的工程和吸收壓力</p>&l

37、t;p>　　，—Ⅱ級的實際和工程排氣壓力</p><p>　　根據(jù)文獻[1]中圖2-15選取，計算結(jié)果列于下表</p><p>　　表3-7 計算氣缸實際吸排氣壓力</p><p>　　其中：=P1（1-） =(1+)</p><p>　　3.9.2 計算各列的活塞力</p><p>　　在

38、壓縮力實際時，假定連桿（或活塞桿）受拉伸時為正。受壓時為負。</p><p><b>　　P=</b></p><p>　　式子中：P—每列的活塞力</p><p>　　P—每一列的各氣缸的氣體壓力</p><p>　　F—每一列汽缸的氣體壓力對活塞的作用面積</p><p>　　按公式（2-13

39、）計算，結(jié)果列于下表</p><p>　　注：表中軸測活塞面積 m2</p><p>　　蓋側(cè)活塞面積 m2 </p><p>　　3.10 計算軸功率，選擇電動機</p><p>　　3.10.1 計算各級指示功率</p><p><b>　?。?-9）</b>

40、;</p><p><b>　　總指示功率 </b></p><p>　　3.10.2 計算軸功率</p><p>　　根據(jù)公式（2-7）進行計算，選取機械效率</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　3.10.3 選用電動機</p>

41、;<p>　　電動機功率按10%的裕度計算 </p><p>　　故選用異步電動機：Y280S--8</p><p><b>　　第四章 動力計算</b></p><p>　　動力計算的目的在于計算壓縮機中的作用力，確定壓縮機所需要的飛輪矩以及各種形式壓縮機慣性力。慣性力矩的平衡情況初步設計壓縮機所需的基礎。</p&g

42、t;<p>　　壓縮機中作用力的分析，是進行壓縮機零件強度和剛度計算的依據(jù)，也是判斷這些力對壓縮機裝置影響的基礎。</p><p>　　壓縮機中主要的作用力有氣體力，曲柄連桿機構運動時產(chǎn)生的慣性力和摩擦力。</p><p>　　4.1計算第Ⅰ列的慣性力</p><p>　　往復性慣性力分為一階往復慣性力和二階往復慣性力。</p><

43、p>　　由上章計算可知本壓縮機最大的活塞力為12.04KN，相當于2噸，查表可選用的活塞力為2噸的系列，其往復運動構件的質(zhì)量，先取連桿長，曲柄旋轉(zhuǎn)角速度。曲柄銷旋轉(zhuǎn)半徑r=60㎜ 由表3-6查的函數(shù)數(shù)值，計算往復慣性力</p><p>　　計算結(jié)果列于表4-1。</p><p>　　表4-1 往復慣性力計算表</p><p>　　4.2 計算各列摩擦力&l

44、t;/p><p><b>　　往復慣性力</b></p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)摩擦力</b></p><p>　　4.3 計算第Ⅰ列氣體力</p><p><b>　?、窦壣w側(cè)的氣體力</b></p><p>　　余隙行程

45、 （ 為相對余隙容積）</p><p>　　活塞面積 壓縮及膨脹過程的多變指數(shù)可取為m=k=??? 蓋側(cè)的氣體力為負值。計算結(jié)果見表4-2。</p><p>　　表4-2 一級蓋側(cè)的氣體力計算表</p><p><b>　?、窦壐纵S側(cè)的氣體力</b></p><p>　　活塞面積 其余參數(shù)同蓋側(cè)，軸側(cè)氣

46、體力為正值。計算結(jié)果見表4-3。</p><p>　　表4-3 Ⅰ級缸軸側(cè)的氣體力計算表</p><p>　　計算第Ⅰ列綜合活塞力的切向力</p><p>　　將同一曲柄轉(zhuǎn)角α下的慣性力I、往復摩擦力 、及氣體力P（軸側(cè)和蓋側(cè)）進行相加，求出綜合活塞力，然后按式（4-4）計算出切向力t，計算結(jié)果見表4-3</p><p><b>　

47、　（4-4）</b></p><p>　　表4-4 Ⅰ列綜合活塞力及切向力計算表</p><p>　　4.4 計算第Ⅱ列氣體力</p><p><b>　?、蚣壣w側(cè)的氣體力</b></p><p>　　余隙行程 活塞面積 壓縮及膨脹過程的多變指數(shù)可取為m=k= ，蓋側(cè)的氣體力為負值。計算結(jié)果見表4-5。

48、</p><p>　　表4-5 Ⅱ級蓋側(cè)的氣體力計算表</p><p><b>　?、蚣壐纵S側(cè)的氣體力</b></p><p>　　活塞面積，其余參數(shù)同蓋側(cè)，軸側(cè)氣體力為正數(shù)，計算結(jié)果見表4-6。</p><p>　　表4-6 Ⅱ級缸軸側(cè)的氣體計算表</p><p>　　計算第Ⅱ列綜合活塞力