壓縮機(jī)熱力學(xué)計(jì)算

1、2 熱力學(xué)計(jì)算初步確定各級(jí)排氣壓力和排氣溫度2.1.1 初步確定各級(jí)壓力本課題所設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)為單級(jí)壓縮貝V：吸氣壓力：P=0.1Mpas排氣壓力：Pd=08Mpa多級(jí)壓縮過(guò)程中，常取各級(jí)壓力比相等，這樣各級(jí)消耗的功相等，而壓縮機(jī) 的總耗功也最小。各級(jí)壓力比按下式確定。=實(shí)(2-1)式中： 任意級(jí)的壓力比；i 總壓力比；tz 級(jí)數(shù)?？倝毫Ρ龋?= 0.8/0.1=8t各級(jí)壓力比：二誘二2.83i壓縮機(jī)可能要在超過(guò)規(guī)定的排氣壓力值下工作，或者所用的調(diào)解方式(如余 隙容積調(diào)節(jié)和部分行程調(diào)節(jié))要引起末級(jí)壓力比上升而造成末級(jí)氣缸溫度過(guò)高， 末級(jí)壓力比值取得較低，可按下式選?。?= (0.9 0.75)聲

2、(2-2)i先t貝各級(jí)壓力比： =2.122.55=2.52 =3.21各級(jí)名義進(jìn)、排氣壓力及壓力比已經(jīng)調(diào)整后列表如下表 2-1 各級(jí)名義進(jìn)、排氣壓力及壓力比級(jí)數(shù)名義進(jìn)氣壓力名義排氣壓力名義壓力比p1 (MPa)p2( Mpa)I0.10.323.2II0.320.82.52.1.2 初步確定各級(jí)排氣溫度各級(jí)排氣溫度按下式計(jì)算：sn=1nisn=1ni2-3)式中：Td 級(jí)的排氣溫度,K；Ts 級(jí)的吸氣溫度, K；n 壓縮過(guò)程指數(shù)。在實(shí)際壓縮機(jī)中,壓縮過(guò)程指數(shù)可按以下經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取。對(duì)于大、中型壓縮機(jī)：n = k對(duì)于微、小型空氣壓縮機(jī)：n二（0.90.98）k空氣絕熱指數(shù) k =1.4，則 n

3、= (0.9 0.98)k = (1.26 1.372)，取 n =1.30各級(jí)名義排氣溫度計(jì)算結(jié)果列表如下。一級(jí)的吸氣溫度 Ts1=210C+273=294（K）一級(jí)的排氣溫度 Td1= T 十二 294X3.2o.23 二382(K)d1= s1 1二級(jí)的吸氣溫度 Ts2=400C+273=313(K)二級(jí)的排氣溫度：T 二 313X 25o.23 二 471(K)=386(K)s 2 2表 2-2 各級(jí)排氣溫度級(jí)數(shù)名義吸氣溫度T1壓縮過(guò)程名義排氣溫度t2CK指數(shù)n ) nCKI212941.301.31130382II403131.301.3131.23386確定各級(jí)的進(jìn)、排氣系數(shù)2.2

4、.1計(jì)算容積系數(shù)九v 容積系數(shù)是由于氣缸存在余隙容積，使氣缸工作容積的部分容積被膨脹氣體 占據(jù)，而對(duì)氣缸容積利用率產(chǎn)生的影響。2-4)九-1 a（m 2-4)V式中：九一容積系數(shù)；V 相對(duì)余隙容積； 壓力比。各級(jí)膨脹過(guò)程指數(shù) m 按下表計(jì)算。境入徒力P 艷）rrtt -1迖15常二 17,5(* -1jn-1.2犬于i右4l)垃Z0,c -13人 T1Q-30也=1+OnSafit 1)iffti a 35女于幼m = 1 + 0.5 （k -1）= 1 + 0.5（1.4 -1）= 1.21m = 1 + 0.62 （k -1）= 1 + 0.62 （1.4 -1）= 1.252確定相對(duì)余隙

5、容積a根據(jù)統(tǒng)計(jì)，壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積值多在以下范圍內(nèi)：壓力W20公斤/厘米2：a =0.070.12壓力20321公斤/厘米2：a=0.120.16微型壓縮機(jī)的相對(duì)余隙容積：排氣量在0.2米2/分以下：a =0.0880.10排氣量在0.3米2/分以上：a=0.0350.05貝V：取相對(duì)余隙容積a =0.0350.05根據(jù)不同的氣閥結(jié)構(gòu)，選用各級(jí)的相對(duì)余隙容積a值。采用環(huán)狀氣閥時(shí)，一般a值在下列范圍內(nèi)選?。旱蛪杭?jí)a = 0.070.12，中壓級(jí) a = 0.09 0.14，高壓級(jí) a = 0.110.16。采用舌簧閥的微小型壓縮機(jī)，a= 0.03 0.04。根據(jù)本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求，選用舌簧閥結(jié)構(gòu)

6、，由上述經(jīng)驗(yàn)選取各級(jí)相對(duì)余隙容 積：a = 0.035， a = 0.04。1 2由此，各級(jí)九計(jì)算如下V九 二 1 -a （8打1）二 1 - 0.035X（3.2亡1）二 0.943v11 1九二 1 -a （8為1）二 1 - 0.04X（25志1）二 0.957v 22 22.2.2、 確定壓力系數(shù)由于進(jìn)氣阻力和閥腔中的壓力脈動(dòng)，使吸氣終了時(shí)氣缸內(nèi)的壓力低于名義進(jìn)氣壓力，從而產(chǎn)生的對(duì)氣缸利用率的影響。影響壓力系數(shù)九的主要因素一個(gè)是吸氣閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的彈簧力，另一 p個(gè)是進(jìn)氣管道中的壓力波動(dòng)。在多級(jí)壓縮機(jī)中，級(jí)數(shù)愈高，壓縮系魏應(yīng)愈大。 p對(duì)于進(jìn)氣壓力等于或接近大氣壓力的第一級(jí)，進(jìn)氣阻力影

7、響相對(duì)較大，可在九二0.95 0.98范圍內(nèi)選取，第二級(jí)進(jìn)氣阻力相對(duì)于氣體壓力要小的多，可在 p九二0.98 1.0范圍內(nèi)選取。p故在本設(shè)計(jì)當(dāng)中，選?。壕?0.96,九=0.98。p1p 22.2.3、 確定溫度系數(shù)壓縮機(jī)的吸入氣體，其溫度總是高于吸氣管中的氣體溫度（由于缸壁對(duì)氣體 加熱），折算到公稱(chēng)吸氣壓力和公稱(chēng)吸氣溫度時(shí)的氣體吸氣容積將比吸入時(shí)的容 積小，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(chēng)為溫度系數(shù)，用表示。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

8、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?。ㄟ@部分阻力損失轉(zhuǎn)化為熱量使氣體溫 度上升）。顯然，在吸氣過(guò)程，氣體吸收的熱量越多，溫度便越高，溫度系數(shù)就 越小。要全面地考慮這些因素對(duì)溫度系數(shù)的影響，精確地求得九，是比較困難T的；計(jì)算時(shí)可根據(jù)壓力比的大小從圖選擇適當(dāng)?shù)木?T溫度系數(shù)九的大小取決于進(jìn)氣過(guò)程中加給氣體的熱量，其值與氣體冷卻及T該級(jí)的壓力比有關(guān)，一般kT = 0.920.98。如果氣缸冷卻良好，進(jìn)氣過(guò)程中加入 氣體的熱量少，則九取較高值；而壓力比高，即氣缸內(nèi)的各處平均溫度高，傳T熱溫差大，造成實(shí)際氣缸容積利用率低，九取較低值。T查圖時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）壓力比大者，九取小

9、值。T（2）冷卻效果好時(shí)，九取大值，水冷卻比風(fēng)冷卻的九大。TT（3）高轉(zhuǎn)速比低轉(zhuǎn)速的壓縮機(jī)，九大。T（4）氣閥阻力小時(shí)，九取大值。T（5）大、中型壓縮機(jī)九取大值，微、小型壓縮機(jī)九取小值。TT5 99 0O5 99 0O4SSO25*5 54 D*453圖2-1系數(shù)入T與壓力比的關(guān)系查表得：九 二 0.95 0.975 ,九 二 0.946 0.981。T1T 2綜合考慮：九=0.96 ,九 =0.95T1T 22.2.4確定泄漏系數(shù)(氣密系數(shù))泄漏系數(shù)表示氣閥、活塞環(huán)、填料以及管道、附屬設(shè)備等因密封不嚴(yán)而產(chǎn)生 的氣體泄漏對(duì)氣缸容積利用率的影響。泄漏系數(shù)的取值于氣缸的排列方式、氣缸與活塞桿的直徑

10、、曲軸轉(zhuǎn)速、氣體 壓力的高低以及氣體的性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于一般有油潤(rùn)滑壓縮機(jī)，九廣0.90 0.98 ； 無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)， = 0.85 0.95。選?。壕趴?0.95，九 /2 0.922.2.5、確定各級(jí)排氣系數(shù)L按下式計(jì)算：余隙容積的影響、吸氣閥的彈簧力和管線上的壓力波動(dòng)、 d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 值減少。在氣缸行程容積相同的情況小，上述四因素的影響愈大、則排氣量愈 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的系數(shù)稱(chēng)排氣系數(shù)，以 J表示：d九(25)dv p T l式中九一容積系數(shù)v九一壓力系數(shù)p九T 溫度系數(shù)表2-4各級(jí)排氣系數(shù)表2-4各

11、級(jí)排氣系數(shù)級(jí)數(shù)III九v0.9430.957九p0.960.98九T0.960.95九l0.950.92九=九九九九dv p T l0.8260.8202.3確定各級(jí)氣缸的行程容積2.3.1凝析系數(shù)卩的確定（干氣63頁(yè)）ei當(dāng)壓縮機(jī)進(jìn)口含有水蒸氣（或其它蒸汽），氣體經(jīng)過(guò)壓縮，蒸汽的分壓將會(huì) 提高，當(dāng)壓縮機(jī)的蒸汽分壓超過(guò)冷卻器氣體出口溫度下的飽和蒸汽壓時(shí)，氣體中 的蒸汽將冷凝而析出水分。水分的析出會(huì)影響第一級(jí)以后各級(jí)的吸氣量。計(jì)算時(shí)， 如不考慮水分的析出，將會(huì)使得實(shí)際壓力同計(jì)算結(jié)果不相同。氣體中的蒸汽含量可用相對(duì)濕度申表示：進(jìn)口氣體的相對(duì)濕度以重慶市的空氣相對(duì)濕度為準(zhǔn)，以成都、昆明、貴陽(yáng)的空氣平

12、均相對(duì)濕度為參照，申二0.75有、無(wú)水析出的判別式p TOC o 1-5 h z eV p則無(wú)水析出，r 二 1（2-6）1 b 1 pbies1pePA亍 P 則有水析出，卩V 1（2-7）1 b 1 p bies1若本級(jí)前有水析出，則本級(jí)吸入的為飽和氣體，凝析系數(shù)可按下式計(jì)算卩二匕-1 pbi 且（2-8）eip - ppsi bi s1式中：P（ P.分別為一級(jí)和i級(jí)在進(jìn)口溫度下的飽和蒸汽壓，MPa；b1 biP , P 分別為一級(jí)和i級(jí)的名義吸氣壓力，MPa；s1 sie, e 分別為一級(jí)和i級(jí)進(jìn)口氣體的相對(duì)濕度。1i查文獻(xiàn)VV活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)表2-7得：p二0.02534公斤/厘米2

13、b1p二0.07520 公斤/厘米2b2已得：P = 0.1 MPa，p 二 0.32 MPa。s1s 2第一級(jí)從大氣中吸氣，無(wú)析水問(wèn)題，故卩二1申10.32第二級(jí)析水系數(shù)為：0.75X0.02534X= 0.06082 p0.1b 2二級(jí)進(jìn)氣水蒸氣分壓小于二級(jí)進(jìn)氣溫度下的水蒸氣飽和蒸汽壓，故二級(jí)無(wú)水 析出故：卩c二1。k22.3.2抽氣系數(shù)卩.的確定oi在化工中流程中，經(jīng)常遇到從級(jí)間抽氣或加氣的情況，例如在合成氨生產(chǎn)中， 要在不同壓力下清楚有害氣體，使得壓縮機(jī)各段的重量流量不相等。在確定各級(jí) 的氣缸行程容積時(shí)，要考慮到它的影響。為此，引進(jìn)抽氣系數(shù)u，他表示某級(jí)oi的吸入容積(不考慮泄漏、析水

14、且換算到一級(jí)吸氣狀態(tài))與I級(jí)吸入容積的比值。有抽氣卩Oi 1，無(wú)抽氣卩o廣1。 本設(shè)計(jì)中間無(wú)抽、加氣，故u = u = 1。o1 o 22.3.3、壓縮機(jī)行程容積的確定壓縮機(jī)第I級(jí)的氣缸行程容積按下式計(jì)算VV =亠(2-9)加 九d1式中： V d 壓縮機(jī)的排氣量， m3/min；d九 一壓縮機(jī)第一級(jí)的排氣系數(shù)。d1多級(jí)壓縮機(jī)其余各級(jí)的氣缸行程容積按下式計(jì)算 TOC o 1-5 h z 卩卩pTV =_x s1 X s2 X V(2-10)h 2 九pTdd 2s 2s1式中： p , p 分別為一級(jí)和二級(jí)的名義吸氣壓力， MPa；s1 s 2T ,T 分別為一級(jí)和二級(jí)的名義進(jìn)氣溫度, K；s

15、1 s 2九 一壓縮機(jī)第二級(jí)的排氣系數(shù)；d2u 壓縮機(jī)第二級(jí)的凝析系數(shù)；申2卩一壓縮機(jī)第二級(jí)的抽氣系數(shù)。o2按給定排氣量范圍，取V = 0.6 m3/mi n。貝Vd壓縮機(jī)第一級(jí)的行程容積：Vh1Vh1d-九d10.60.826= 0.726m3/min壓縮機(jī)第二級(jí)的行程容積：Vh2u - Vh2u - u(p2o 2九d2X-P#1 X- Vp T ds 2s11X10.1 313XX 0.82 0.32 293X 0.6 = 0.244 m3/min2.3.4、確定氣缸直徑計(jì)算出各級(jí)氣缸的行程容積后，可按一下各式計(jì)算氣缸直徑。對(duì)于單作用氣缸對(duì)于雙作用氣缸D2.3.4、確定氣缸直徑計(jì)算出各級(jí)

16、氣缸的行程容積后，可按一下各式計(jì)算氣缸直徑。對(duì)于單作用氣缸對(duì)于雙作用氣缸D弘n snz2-11)2-12)式中： V i 級(jí)氣缸的行程容積, m3/min； his 活塞行程， m ；n 壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速， r/min；z 同級(jí)氣缸數(shù)；d 活塞桿直徑， m。一級(jí)氣缸：D =1一級(jí)氣缸：D =14 x 0.7263.14 x O.lx 980 x 2沁 69mm二級(jí)氣缸：D = ： 4Vh2 =4 4 0.244沁 56mm2 nsnz 3.14xO.lx980參考活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)表 2-8 氣缸的公稱(chēng)直徑 圓整后：D1=70mmD2=55mm2.4、修正各級(jí)名義壓力和溫度在各級(jí)氣缸直徑計(jì)算出后，要按

17、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整。圓整后，各級(jí)的壓力和溫度會(huì)發(fā)生變化，需要進(jìn)行修正。2.4.1 確定圓整后各級(jí)的實(shí)際行程容積 V hi圓整后的行程容積用下式計(jì)算。nV = D 2 snz(2-13)hi 4 i TOC o 1-5 h z n3.14V = D2snz = x 0.072 x 0.1 x 980 x 2 = 0.754 m3/min h1414n3.14V =D2snz =x 0.0552 x 0.1 x 980 = 0.233 m3/minh 24242.4.2、計(jì)算各級(jí)壓力修正系數(shù)0及0ii +1V VB = h1一hii V Vh1 hiV VB = kl h (i+1) i+1 V V

18、 h1 h(i+1) 式中： B 、 B 同級(jí)吸、排氣的修正系數(shù)。ii +1Vr V因此，修正系數(shù)為：B =礦1時(shí)1 = 13.4.2V V B = 3.4.2V V B = k!，k2 2 V V h1 h 2 修正后各級(jí)名義壓力及壓力比0.754 0.244X0.726 0.233= 1.0862-14)2-15)計(jì)算行程容積V， m3實(shí)際行程容積錯(cuò)誤味找到引用源0.7260.754修正系數(shù)名義進(jìn)氣壓力名義排氣壓力幾+1計(jì)算行程容積V， m3實(shí)際行程容積錯(cuò)誤味找到引用源0.7260.754修正系數(shù)名義進(jìn)氣壓力名義排氣壓力幾+1p1ip = B p1ii 1ip2ip =B p2ii+1 2

19、i1.0860.10.320.345修正后的名義壓力比8 3.450.2440.2331.0860.320.3450.82.32p = B p1ii 1ip =B p2ii +1 2i（2-16）（2-17）式中：p、p圓整前的i級(jí)名義吸、排氣壓力;1i2ip、p圓整后的i級(jí)名義吸、排氣壓力1i2ip = B p = 1x 1.0 = 1.0 x 105Pa1 1 1p = B p = B x p = 1.086 x 0.32 = 3.45 x 105Pa 2 2 2 2 2表 2-5 修正后各級(jí)名義壓力及壓力比II級(jí)次II2.4.5、修正后各級(jí)排氣溫度表 2-6 修正后各級(jí)排氣溫度壓力比8

20、錯(cuò)誤!壓縮過(guò)程級(jí)數(shù)進(jìn)氣溫度T , K未找到引（8） n排氣溫度T,K1指數(shù) n2用源。II2943.45 1.3 1.3313913132.321.31.215380II2943.45 1.3 1.3313913132.321.31.2153802.5、計(jì)算活塞力2.5.1、計(jì)算氣缸進(jìn)排氣過(guò)程的平均壓力由文獻(xiàn)活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)圖2-15查得：5二6%、5二5%、5二12%、 s1s 2d 15 二 10%d2表 2-7 表 2-7 氣缸內(nèi)進(jìn)、排氣過(guò)程的平均壓力2.5.2、計(jì)算活塞力列的活塞力是各列氣缸中作用在活塞工作面積F上的氣體壓力的代數(shù)和ip = 丫 p xF（2-18）ii 最大活塞力（氣

21、體力）發(fā)生在內(nèi)、外止點(diǎn)處，規(guī)定：使連桿受拉為正，使連桿 受拉為負(fù)。軸側(cè)：錯(cuò)誤!未找到引用源。p =工pF -工pFz di zi si gi（2-19） 蓋側(cè)：錯(cuò)誤!未找到引用源。p =工p F -工p Fg si gi di zi（ 2-20）式中：p，p 分別為同列缸各級(jí)的實(shí)際吸、排氣壓力，Pa；si diF ， F 錯(cuò)誤!未找到引用源。 分別為同列缸內(nèi)各級(jí)對(duì)應(yīng)級(jí)的軸側(cè)、蓋 gi zi側(cè)活塞工作面積， m2。軸側(cè)活塞工作面積為蓋側(cè)活塞工作面積為蓋側(cè)活塞工作面積為錯(cuò)誤!未找到引用源。Fg二耳2(2-22)則：兀D 23.14x 0.072 小 cc“F二 F1-0.001256 m2Z1g1

22、44兀D 23.14 x 0.055 2F二 F20.002375 m2Z2g244表 2-8 各列活塞力級(jí)次內(nèi)止點(diǎn)活塞力P(106N)軸側(cè)(+)蓋側(cè)(-)pdFzp Fd zpsFgp Fs gI0.3870.0012560.0004860.0940.0012560.000118p p F p F 0.000368錯(cuò)誤!未找到引用源。 z1d zs g0.880.0023750.002090.3230.0023750.000767p = pF - pF = 0.001323錯(cuò)誤!未找到引用源。 z 2d z s g外止點(diǎn)活塞力P(106N)級(jí)次軸側(cè)(+)蓋側(cè)(-)psFzp Fs zpdFg

23、p Fd gI0.0940.0012560.0001180.3870.0012560.000486p p F p F -0.000368 g1s zd gII0.3230.0023750.0007670.880.0023750.00209p p F p F -0.001323 g2s zd g一級(jí)最大活塞力為368N,二級(jí)最大活塞力為1323N。2.6、計(jì)算軸功率，選擇電機(jī)2.6.1、計(jì)算各級(jí)指示功率及總指示功率壓縮機(jī)在單位時(shí)間內(nèi)消耗于實(shí)際循環(huán)中的功稱(chēng)為指示功率對(duì)于理想氣體,各級(jí)的指示功率按下式計(jì)算kN =kN =p (1-8 )九 V i k - 1 1 s v h2-23p (1+8 )

24、k . k2-232d 1 p (18 )601s對(duì)于實(shí)際氣體，各級(jí)的指示功率按下式計(jì)算：kN =kN =p (1-8 亦 V 1260 2z12-24)式中：p , p 分別為級(jí)的名義吸、排氣壓力，Pa；12z ， z 錯(cuò)誤!未找到引用源。分別為同列缸內(nèi)各級(jí)對(duì)應(yīng)級(jí)的軸側(cè)、蓋側(cè)活塞工 12作面積， m2。本設(shè)計(jì)中工質(zhì)為看做為理想氣體，故用式（2-23）計(jì)算kN =p (18 )九 V q1 k 1kN =p (18 )九 V q1 k 1 1s 1 v1 h1p (1+8 )p (18 )11s11k60=x 0.094 x 106 x 0.94 x 0.943 x 0.726 x 1.4 1

25、kn =p (18 )x v q2 k1 21s 2v 2 h 2p (1+8 )22 -p (18 )21s 2k1k0.3870.0941.411.4l|x14 二 2465W60k1k=10367600.88沖 x 0.323 x 106 x 095 x 0957 x 0.244 曲。眇1 414 ”x二 1942W60壓縮機(jī)的總指示功率為N二N + N二2465 +1942二4407Wi 122.6.2、壓縮機(jī)軸功率Nz 指示功率是壓縮機(jī)活塞作用于氣體的功率，屬內(nèi)功率。驅(qū)動(dòng)機(jī)傳給壓縮機(jī)主軸的功率為軸功率，它除了提供內(nèi)部功率以外還要克服摩擦副之間的機(jī)械摩擦功 率，通常摩擦損失耗功都用機(jī)械

26、效率耳表示，故軸功率為mNN 二（2-25）z 耳m 根據(jù)已有機(jī)器的統(tǒng)計(jì)，帶十字頭的大、中型壓縮機(jī)：n二0.90 0.95m小型不帶十字頭的壓縮機(jī)：n二0.85 0.92m高壓循環(huán)壓縮機(jī)：n - 0.80 0.85m 無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)的機(jī)械效率還要低些。另外如果主軸同時(shí)要驅(qū)動(dòng)油泵或風(fēng)扇等，則n要取下限。m根據(jù)以上經(jīng)驗(yàn)，取n二0.9，則mN 4407N =T 二二 4897(W)z 耳 0.9m2.6.3、電機(jī)輸入功率Nc 對(duì)于中、小型壓縮機(jī)，若用皮帶、齒輪等傳動(dòng)時(shí)，還要考慮傳動(dòng)損失，則驅(qū) 動(dòng)機(jī)的效率為NN 二 N(2-26)C 耳c式中：耳一傳動(dòng)效率。C一般皮帶傳動(dòng)耳二0.96 0.99 ；齒輪

27、傳動(dòng)耳二0.97 0.99。CC 一般驅(qū)動(dòng)功率還應(yīng)留有( 515) %的功率儲(chǔ)備，故驅(qū)動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)為NN = (1.051.15)斜(2-27)c耳C本設(shè)計(jì)選用皮帶傳動(dòng)，耳二0.98，按10%的裕度計(jì)算。故c4897N = 1.1x= 5.497(kW)c 0.98所以選用Y系列Y132S-4電動(dòng)機(jī)，其額定功率為5.5 kW,滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為 1440r/min,主軸頸 為 38mm。3、主要零部件設(shè)計(jì) 往復(fù)活塞式壓縮機(jī)的主機(jī)包括傳遞動(dòng)力并將電動(dòng)機(jī)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為活塞 的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)的曲柄連桿機(jī)構(gòu)以及來(lái)實(shí)現(xiàn)壓縮工作循環(huán)的氣缸、活塞以及 密封等組件。下面將分別對(duì)各組件進(jìn)行設(shè)計(jì)。3.1、活塞組件設(shè)計(jì) 活

28、塞組件與氣缸構(gòu)成了壓縮容積?；钊M件必須有良好的密封性，此外還要 求（1）有足夠的強(qiáng)度和剛度。（2）活塞與活塞桿（或活塞銷(xiāo)）的連接和定位要可靠。（3）重量輕。兩列以上的壓縮機(jī)中應(yīng)根據(jù)慣性力平衡的要求配置各列活 塞的重量。（4）制造工藝性好。 對(duì)本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，活塞組件的設(shè)計(jì)包括活塞環(huán)的設(shè)計(jì)、刮油環(huán)的設(shè)計(jì)、活塞的 設(shè)計(jì)和活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)。它們?cè)跉飧字凶魍鶑?fù)運(yùn)動(dòng)，與氣缸一起構(gòu)成了行程容積。 3.1.1 活塞環(huán)設(shè)計(jì)活塞環(huán)是密封氣缸鏡面和活塞間的縫隙用的零件。另外，它還起布油和導(dǎo)熱 的作用。對(duì)活塞壞的基本要求是密封可靠和耐磨損。它是易損件，在設(shè)計(jì)中盡量 用標(biāo)誰(shuí)件和通用件，以利生產(chǎn)管理。在活塞式壓縮機(jī)中，活塞環(huán)

29、是關(guān)鍵的零件之一，它設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接影響 到壓縮機(jī)的排氣量、功率、密封性及可靠性，從而影響到壓縮機(jī)的使用成本?；?塞環(huán)的材料及結(jié)構(gòu)尺寸的選擇對(duì)其壽命起至關(guān)重要的作用。31.1.1 活塞環(huán)的材料 如果沒(méi)有特殊要求，活塞環(huán)一般用鑄鐵或合金鑄鐵制造。不同活塞環(huán)直徑宜選用的灰鑄鐵牌號(hào)見(jiàn)表 4-1。對(duì)于小直徑活塞環(huán)或高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)用的活塞環(huán)，可 選用合金鑄鐵制造。表 3-1 灰鑄鐵活塞直徑與鑄鐵牌號(hào)關(guān)系活塞環(huán)直徑mmD 活塞環(huán)直徑mmD 200200 D 300灰鑄鐵牌號(hào)HT300 或 HT250HT200 或 HT250HT200本設(shè)計(jì)采用的活塞環(huán)材料為灰鑄鐵，牌號(hào)為HT250。3.1.1.2、活塞環(huán)

30、的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 常用的活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)有開(kāi)口式和45 度斜口式兩種，搭口的密封性在使用時(shí) 和直口、斜口無(wú)顯著差別，但工藝復(fù)雜，而且環(huán)端在安裝時(shí)容易折斷，已很少使 用。用塑料做活塞環(huán)時(shí)，由于強(qiáng)度較低，斜口的夾角處易破裂，故多采用直口。本設(shè)計(jì)采用直切口式。3.1.1.3、活塞環(huán)環(huán)數(shù)的確定 活塞環(huán)的數(shù)目按下列經(jīng)驗(yàn)公式估算：Z = pAp( 3-1)式中：Ap 活塞環(huán)兩邊的最大壓差，105Pa。 活塞環(huán)的數(shù)目按上述公式進(jìn)行計(jì)算后，根據(jù)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速的行程進(jìn)行圓整。高轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)，環(huán)數(shù)可比計(jì)算值少些；對(duì)于易泄漏的氣體，則可多些。采用塑料 活塞環(huán)時(shí)，由于優(yōu)良的密封性能，環(huán)數(shù)可比金屬活塞環(huán)少。Z =JAP = .(O.

31、387 - 0.094) x 10 = 1.712，取 Z =2。Z = AF = .(O.88 - 0.323) x 10 = 2.360，取 Z =3。2 2 23.1.14、 主要尺寸的確定徑向厚度 t徑向厚度t 一般取t= (1/221/36)D。D為活塞環(huán)外徑(mm)，且大直徑活 塞環(huán)的 t 取小值，小直徑活塞環(huán)的 t 取大值，最后應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值。=(122-1 36)D = (122-136)x70 = (1.9 3.2)mm,取=3mm。t = (122 -136)D = (122 -136) x 55 = (1.5 2.5) mm，取 t =2mm。2 2( 2)軸向厚度 h軸向厚

32、度h 一般取h= (0.41.4)t。較小值用于大直徑活塞環(huán)，較大值用于 小直徑活塞環(huán)和壓差較大的活塞環(huán)，最后應(yīng)取標(biāo)準(zhǔn)值。h = (0.4 1.4)t = (0.4 1.4) x 3 = (1.2 4.2) mm，取 h =3mm。 11h = (0.4 1.4)t = (0.4 1.4) x 2 = (0.8 2.8) mm，取 h =2mm。22(3)開(kāi)口熱間隙S開(kāi)口熱間隙S按下式計(jì)算S = a兀D(t -1)(3-2)21式中： D 活塞環(huán)外徑， mm；t 活塞工作時(shí)的溫度，通常取排氣溫度，C；2t 在檢驗(yàn)尺寸S時(shí)活塞環(huán)本身的溫度，通常取室溫20C；1a 活塞環(huán)材料的線膨脹系數(shù)(1/C)

33、,鑄鐵a = 1.1x 10-5/Co8 =wD (t -1 ) = 1.1 x 10-5 x 3.14 x 70 x (118 20) = 0.24 mm,取5 =0.4mm。112115 = anD (t -1 ) = 1.1 x 10-5 x 3.14 x 55 x (107 - 20) = 0.21mm,取5 =0.3mm。22 212(4)自由開(kāi)口寬度A查文獻(xiàn)資料容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)得：A=9.8mmA2=7.7mm根據(jù)已知的條件D =70mm， D =55mm,選用文獻(xiàn)1中的標(biāo)準(zhǔn)活塞環(huán)。1 23.1.2、刮油環(huán)設(shè)計(jì)在單作用的氣缸中，為了防止曲軸內(nèi)的潤(rùn)滑油竄入氣缸，要采用刮油環(huán)。刮

34、油環(huán)的工作面有鋒利的邊緣，以便把氣缸上的潤(rùn)滑油刮下，刮下的油順著活塞上 的導(dǎo)油孔導(dǎo)出。刮油環(huán)的材料通常選用VTi合金鑄鐵。一級(jí)刮油環(huán)：外徑取一級(jí)缸徑尺寸 D為70mm,徑向厚度t取為3.2,軸向高度h取為4mm，開(kāi)口熱間隙6取為0.4mm， 自由開(kāi)口寬度A取為10mm；二級(jí)刮油環(huán)：外徑取二級(jí)缸徑尺寸D為55mm，徑向 厚度t取為2.8,軸向高度h取為4mm,開(kāi)口熱間隙6取為0.4mm，自由開(kāi)口寬 度A取為10mm3.1.3、活塞的設(shè)計(jì)活塞與氣缸內(nèi)壁及氣缸蓋構(gòu)成容積可變的工作腔，并由曲柄通過(guò)連桿(活塞 桿)帶動(dòng)、在氣缸內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由此實(shí)現(xiàn)氣缸內(nèi)氣體的壓縮。對(duì)于小型、微型無(wú)十字頭的壓縮機(jī)，活塞銷(xiāo)

35、與連桿直接相連。當(dāng)壓縮機(jī)工作 時(shí)，側(cè)向力將活塞壓向氣缸表面，這樣側(cè)向力主要由活塞群部承受。此時(shí)為防止 活塞的外表面造成氣缸的損傷，通常銷(xiāo)座附近的群部略向下凹。活塞式壓縮機(jī)中采用的活塞基本結(jié)構(gòu)型式有：簡(jiǎn)形、盤(pán)形、級(jí)差式、組合式、筒形活塞：用于小型無(wú)十字頭壓縮機(jī)，通過(guò)活塞銷(xiāo)與連桿連結(jié)。盤(pán)形活塞：用于低壓中壓氣缸中。為了減輕重量，一般鑄成空心的。 兩個(gè)端面用加強(qiáng)筋互相連結(jié)，以增加剛性。級(jí)差式活塞：用在串聯(lián)兩個(gè)以上壓縮級(jí)的級(jí)差式氣缸中。隔距環(huán)組合型活塞：高壓級(jí)中，活塞環(huán)徑向厚度5與它的直徑D的比 值，比一般情況取得大些，以提高活塞環(huán)彈力和它對(duì)氣缸表面的比壓。柱塞：活塞直徑很小時(shí)，采用活塞環(huán)密封在制造上

36、有困難。因此采用 不帶活塞環(huán)的柱塞結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用筒型活塞。3.1.3.1、活塞材質(zhì)的選取活塞常用的材料見(jiàn)表3-2。如果壓縮的氣體具有腐蝕性，可采用不銹鋼3Cr 或鱗青銅等。表3-2活塞常用材料祜塞箔鞠聖氏ZL104, 2L1D8、2L；他、ITL5O. KD00、RT2滅.1血、ZU、ZUS 2L15.HD5C、1TI5X強(qiáng)按3U 啊, lSMn.昨、HLJIPm 田25如.或理列，石伽、富爲(wèi)為焊棊貉構(gòu)ZC25U或?yàn)亜诹置芨鶕?jù)表3-24-20，選擇本設(shè)計(jì)一級(jí)氣缸的材質(zhì)為HT200,二級(jí)氣缸的材質(zhì)為HT200。3.1.3.2、活塞結(jié)構(gòu)尺寸的確定不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的活塞高度NH mxJ(4

37、-3)1式中：N 最大側(cè)向力N二九P ；九為連桿徑長(zhǎng)比，P為最大活塞力；maxmaxmaxmaxD活塞直徑，m；k一筒形活塞支撐面的許用比壓，kJ二0.15 MPa0.30MPa。取k 二 0.2MPa，九=1/4.51不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的一級(jí)活塞高度N368 x10-6 x H +mx=45 = 5.84(mm)D Ik J0.07 x 0.21 1不計(jì)密封環(huán)和刮油環(huán)高度時(shí)的二級(jí)活塞高度N1323 x 10-6 x 丄H am*J=45 = 26.7(mm)DVk0.055 x 0.2活塞的總高度H H + nh + mh(4-4)3式中：n, m活塞環(huán)數(shù)；h, h3一活塞環(huán)的軸向高度

38、，mm。 一般取h = (1-2) h。根據(jù)刮油環(huán)的設(shè)計(jì)知：h =4mm33一級(jí)活塞高度：H H + n h + mh = 5.84 + 2 x 3 + 4 = 15.8( mm) TOC o 1-5 h z 11 11 3二級(jí)活塞高度：H H + n h + m h 二 26.7 + 3x 2 + 4 二 36.7(mm)22 22 3活塞總高度一般與活塞直徑D的關(guān)系為H = (0.65 1.5)D(4-5)一級(jí)活塞高度范圍：H 二(0.65 1.5)D 二(0.65 1.5)x70 二(45.5 105)mm11二級(jí)活塞高度范圍：H 二(0.65 1.5)D 二(0.65 1.5)x55

39、二(35.8 82.5)mm22綜上所述：取一級(jí)活塞高度H =60mm，取二級(jí)活塞高度H =60mm。12 活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離為c = (1.23)h(4-6)一級(jí)活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離：c二(1.23)h二(1.23)x3二3.6 911mm二級(jí)活塞頂面至第一道活塞環(huán)的距離 ：c 二(1.2 3)h 二(1.2 3) x 2 二(2.2 - 6)mm 22取 c =5mm， c =5mm。12活塞環(huán)之間的距離為c二(0.8 1.5)h(4-7)一級(jí)活塞活塞環(huán)之間的距離：c 二(0.81.5)h 二(0.8 1.5) x3 二(2.4 - 4.5) mm11二級(jí)活塞活塞環(huán)之間的

40、距離：c 二(0.81.5)h二(0.81.5)x2二(1.63)mm22取 c = 3 mm， c = 3 mm。12 裙座到底邊的距離約為L(zhǎng) 二 0.75H(4-8)一級(jí)活塞裙座到底邊的距離：L二0.75H二0.75x 60二45mm11二級(jí)活塞裙座到底邊的距離：L二0.75H二0.75x 60二45mm22 活塞銷(xiāo)中心線到底邊距離約為h = 0.6 L(4-9)一級(jí)活塞活塞銷(xiāo)中心線到底邊距離：h二0.6L二0.6 x 45二27mm，取為2711mm。二級(jí)活塞活塞銷(xiāo)中心線到底邊距離：h2二0.6L二0.6x45二27mm，取為2722mm。活塞為 20 mm?；钊麨?20 mm。銷(xiāo)孔徑均

41、圖3.2活塞示意圖3.1.4、活塞銷(xiāo)的設(shè)計(jì)3.1.4.1、活塞銷(xiāo)的材料活塞銷(xiāo)連接了活塞和連桿，在活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，承受連桿的重量和連桿作用 在活塞銷(xiāo)的力，所以活塞銷(xiāo)要有足夠的強(qiáng)度和剛度。綜合考慮選擇20Cr。表3-3材料、熱處要求表3-3材料、熱處要求材料熱處理表面生粗陵論伽藥鋼j滲碳陣火55 - 62HKClUd的鋼槪頻岬火刊-58HRC .0.8-21)0 1滲犠嗎乂50 - 58L1RC ;活塞銷(xiāo)的理、及表面3.1.4.2、活塞銷(xiāo)的主要結(jié)構(gòu)尺寸活塞銷(xiāo)的尺寸，根據(jù)最大活塞力作用下活塞銷(xiāo)投影工作面上的許用比壓初步 確定后，按彎曲和剪切作用校核其強(qiáng)度?；钊N(xiāo)的計(jì)算尺寸如圖3-4所示。Pdl ma

42、x(3-10)0k 2式中：pmax最大活塞力，N；d 活塞銷(xiāo)直徑，m；l0 連桿銅套長(zhǎng)度，按l0 = (1.11.4)d的范圍選?。籯2活塞銷(xiāo)許用比壓，活塞力始終在一個(gè)方向時(shí)，k2 120X105Pa 150X 105Pa；活塞力的方向有變化時(shí)，k2 0.00368 = 0.0041m，取 d = 15mm2000 01323二級(jí)活塞銷(xiāo)：(1.11.4)d2 = 0.0078m，取 d = 15mm200活塞銷(xiāo)座處的表面壓力按下式確定(3-11)q =(3-11)2dl式中：d如圖3-4所示，為活塞銷(xiāo)外徑，mm；l活塞銷(xiāo)在一側(cè)銷(xiāo)座中的支撐長(zhǎng)度，mm。 表面壓力的許用值q活塞銷(xiāo)在銷(xiāo)座中為緊固支

43、撐，鑄鐵活塞q 35 Mpa40MPa。鑄鋁活塞q 20 MPa25MPa。368一級(jí)活塞：d = 15mm，取l = 15mm，貝V： q = 0.82 MPa，在允許2x15x15范圍內(nèi)。1323二級(jí)活塞：d = 15mm，取l = 10mm，貝V： q = 4.41 MPa，在允許2x15x10范圍內(nèi)。圖3.4活塞銷(xiāo)計(jì)算示意圖圖3.4活塞銷(xiāo)計(jì)算示意圖Z iZ i圖3-5活塞銷(xiāo)座計(jì)算尺寸進(jìn)行彎曲驗(yàn)算時(shí)，把活塞銷(xiāo)看作兩端自由支撐的梁，與連桿接觸長(zhǎng)度10上承 受均布載荷，中間截面I-I的彎曲應(yīng)力最大，其值為式中:PQ 式中:PQ = max b 0.4Pmax最大活塞力，N；(3-12)l 活

44、塞銷(xiāo)座支撐長(zhǎng)度中點(diǎn)間的距離，mm；l0 一連桿軸承的寬度，mm；d0 活塞銷(xiāo)中心孔徑，mm，般取d0=（0.60.7）d。許用彎曲應(yīng)力：碳素鋼Q 90 MPa；合金鋼Q 150 MPa。BB一級(jí)活塞連桿小頭的寬度l0=18mm ；活塞銷(xiāo)中心孔徑選擇d0 = 6mm；連桿銅 套與活塞銷(xiāo)座之間應(yīng)留出一定間隙，取間隙為5 = 8mm，5 =3mm。則活塞銷(xiāo)總 1 2(3-13)(3-13)L = 25 + 2/ + /0一級(jí)活塞銷(xiāo)：L = 2x8+2x15+18=66mm1二級(jí)活塞銷(xiāo)：L 二 2x3+2x10+18二 44mm2一級(jí)活塞銷(xiāo)：368 ”，9、15“仆b =x (66 ) x= 17.2

45、MPab 0.42154 - 64二級(jí)活塞銷(xiāo)1323915x (44 -1323915x (44 -) x0.42154 一 643866 20)20 x0.4(2 J204 84=39.7bBbB=62MPa活塞銷(xiāo)的材料為20Cr活塞銷(xiāo)的材料為20Cr，是合金鋼,、二級(jí)活塞銷(xiāo)的b在允許范圍內(nèi)。P 、max2 P 、max2 d 2 /3-14）T =3-14）冗0許用剪切應(yīng)力：碳素鋼T 50 MPa；合金鋼T 100 MPa。 活塞銷(xiāo)的材料為20Cr,為合金鋼，T 100 MPa。一級(jí)活塞銷(xiāo)：2 X 一級(jí)活塞銷(xiāo)：2 X 368兀 X （152 一 62）=3.89 MPa 100 MPa,在

46、允許范圍內(nèi);二級(jí)活塞銷(xiāo)：t = 2X1323 = 13.98MPa 0.3,曲柄厚度S可酌情減少10%20%。那么 S = (0.6 0.7)D = (0.6 0.7) x40 = 24 - 28mm,取 S=24mm。( 5)曲柄寬度 BB = (1.21.6) D(3-20)鑄造曲軸以取小大的曲柄寬度為宜,以減少機(jī)加工切削量。則B = (1.2 1.6) x 40 = 48 64 mm,取 B=50mm。(6)曲柄半徑 r根據(jù)所給定的活塞行程100mm的一半來(lái)確定曲柄半徑，則曲柄半徑r=50mm。3.4、連桿的設(shè)計(jì)3.4.1、 連桿的結(jié)構(gòu)型式及選材連桿是將作用在活塞上的推力傳遞給曲軸,有將曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為活塞 的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件。連桿包括桿體、大頭、小頭三部分。桿體截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形 等。圓形截面的桿體,機(jī)械加工最方便,但在同樣強(qiáng)度時(shí),具有最大的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量, 適用于低速、大型以及小批生產(chǎn)的壓縮機(jī)。工字形截面的桿體在同樣強(qiáng)度時(shí),具 有最小的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量,但其毛坯必須用模鍛或鑄造,適用于高速及大批量生產(chǎn)的壓 縮機(jī)。本設(shè)計(jì)采用工字形。在連桿的大頭小頭處分別設(shè)置大小軸瓦,