V型往复活塞压缩机主要零部件设计DOCWord格式.docx
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活塞式压缩机结构设计热力计算气缸曲轴
ABSTRACT
Compressor
has
been
one
of
the
indispensable
important
equipment
in
all
walks
life.
In
modern
enterprises,
compressor
is
being
used
more
and
frequently,
su-ch
as
petroleum,
chemical
industry,
metallurgy,
light
textile,
mining,
etc.
Reciprocatingcompressorbelongs
to
positive
displacement
compressor,
which
Make
-s
a
certain
volume
gas
inhale
discharge
regularly
from
closed
space
so
improve
static
pressure.
The
design
type
was
determined
by
marketing
research
characteristics
comparison
kinds
compressors.
Some
relative
parameters
like
size
cylinder,
piston
connecting
rod
can
be
obtained
thermodynamic
calculation
done
according
arguments
such
medium,
volume,
pressure
provided
assignment
book
.
With
help
related
manual,
designing
0.6/8
V
-
completed
parts
drawing
assembly
drawing.
Keywords:
pistoncompressor;
structuredesign;
thermalcalculation;
cylinder;
crankshaft
1引言
1.1本课题的目的及意义
压缩机是将低压气体提升为高压的一种从动的流体机械。
随着气压技术的不断发展,压缩机在生产建设领域得到了广泛的应用。
压缩机按工作原理可分为容积式和动力式两大类；
按压缩级数分类，可分为单级压缩机、两级压缩机和多级压缩机；
按功率大小分类，可分为微小型压缩机、中型压缩机和大型压缩机。
按压缩机的结构形式可分为立式、卧式和角度式。
而且角度式又可分为L型、V型、W型、扇形和星型等。
不同形式的压缩机具有其鲜明的特点，根据其工作原理的不同决定了其不同的适用范围速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮的作用下，得到巨大的动能，随后在扩压器中急剧降低，使气体的动能转变为势能，也就是压力能。
容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。
往复式活塞压缩机是各类压缩机中发展最早的一种。
往复式压缩机属于容积式压缩机，是使一定容积的气体顺序地吸入和排出封闭空间提高静压力的压缩机[1]。
往复式压缩机与其它类型的压缩机相比，具有以下优点：
<
1>
、往复式压缩机的适用压力范围广，不论流量大小，均能达到所需压力；
2>
、适应性强，即排气范围较广,且不受压力高低影响，能适应较广阔的压力范围和制冷量要求；
3>
、往复式压缩机对材料要求低，多用普通钢铁材料，加工较容易，造价也较低廉；
4>
、往复式压缩机的装置系统比较简单，可维修性强；
5>
、热效率高，单位耗电量少；
6>
、技术上较为成熟，生产使用上积累了丰富的经验。
不足是：
、排气不连续，造成气流脉动；
、转速不高，机器大而重；
、运转时有较大的震动；
<
、结构复杂，易损件多，维修量大[2]。
本课题考虑到压缩机已经广泛的应用到了生产、生活的各个角落，且有资料显示国内需求量呈上升趋势，是中小型工业用压缩机一个庞大的族群。
中小型压缩机具有这么大的市场需求，与他本身所具有的特点是分不开的。
它与其他压缩机主要的区别就是压缩比小，因而体积小便于移动；
目前市场上通用的排气压力系列有0.4MPa、0.7
MPa、1.0
MPa、1.25
MPa、2.5MPa五档等[3]；
而本课题设计的排气压力为0.8MPa，排气量为600L/min的微型压缩机。
本课题在给定参数的条件下，设计一种结构紧凑、便于移动、噪音小的微型压缩机，具有巨大的市场潜力。
1.2国内外研究现状分析
从上一世纪30年代开始,在传统的活塞往复压缩机已经问世.到上世纪80年代,西方国家用于压缩机装备所消耗的电能占发电总量的10%以上,而且随着现在设备的复杂化,这一电耗比例在不断攀升。
现代的一台大型压缩机轴功率如果达到10000kW,能量损失在5%~20%,浪费的能量就达500~2000kW;
对于小型压缩机,虽然单机功率较小,但是应用范围广,数量非常之大,总体的能量损失还是触目惊心。
因此,挖掘潜力、减少压缩机能量损失、提高效率,势在必行[4]。
20世纪80年代中期以来，国外压缩机行业在技术和生产方面都有新的发展。
在各类压缩机的性能和可靠性已基本妥善解决了的高水准基础上，仍主要围绕提高产品的寿命和性能两大方面进行工作。
特别是计算机在研制中的广泛应用，使数理模型取代了“经验凑巧”，使科研工作向自动化、最佳化方向发展，从而降低了压缩机制造厂商的制造成本。
其中、对气阀、阀腔流动阻力、阀室热交换的研究占有重要地位。
在压缩机性能预测的研究中，实现了对几何特征参数、压缩过程、排气过程、吸气过程、泄露流量的计算预测，避免了许多工况下的实际运转实验，大幅度节约了时间和费用。
近年来，我国压缩机行业通过引进、消化、吸收及再创新，取得了突破性进展，打破了国外厂商长期垄断我国空压机和空压机配件市场的格局。
国内已形成L、D、DZ、H、M等等数十个压缩机系列、数百种产品。
国内的中小型压缩机基本满足了国内石化行业的需求。
但是，与国外先进水平相比，亦然存在着一定的差距。
主要差距为基础理论研究差、产品技术开发能力低、工艺装备落后。
另外，技术含量高和特殊要求的产品还不能满足需求。
“十一.五”期间，石化工业、化学工业、轻纺工业、冶金及采矿等各大领域内成套设备的加大国产化为我国压缩机行业的发展提供了巨大的商机，同时也为压缩机行业加快提升压缩机品质、超越世界水准提供了前所未有的机遇[5]。
目前往复式压缩机发展方向是：
大容量、高压力、结构紧凑、能耗少、噪声低、效率高、可靠性高、排气净化能力强；
普遍采用撬装无基础、全罩低噪声设计，大大节约安装、基础和调试费用；
不断开发变工况条件下运行的新型气阀，气阀寿命大大提高；
在产品设计上，应用压缩机热力学、动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件等，提高了计算准确度，通过综合模拟模型预测压缩机在实际工况下的性能参数，以提高新产品开发的成功率[6]。
压缩机产品机电一体化得到强化，采用计算机自动控制，自动显示各项运行参数，实现优化节能运行状态，优化联机运行、运行参数异常显示、报警与保护；
产品设计重视工业设计和环境保护，压缩机外型美观，更加符合环保要求[7]。
随着我国经济的发展，我国的压缩机设计制造技术也有了长足发展，在某些方面的技术水平也已经达到国际先进水平[8]。
压缩机向着高使用寿命、降低成本、节能降噪、净化气体及提高运行的安全性等方面发展日趋明显。
但在一些方面与国际先进水平还存在一定差距[9-11]。
因此，压缩机设计应该在保证性能和可靠性的基础上，消化吸收国外成熟的数理模型设计技术，以降低压缩机的设计、制造成本。
面临国内外激烈的市场竞争，我国压缩机企业极需提高自身的核心竞争力，转变增长方式。
在制造过程中重视服务，从市场调研、售后，直到产品报废回收，努力为客户提供以知识密集、附加值高为特征的服务项目，则是压缩机企业实现可持续发展的一个关键内容。
2总体结构方案设计
设计往复活塞式压缩机时应符合以下基本原则：
（1）满足用户提出的排气量、排气压力，及有关使用条件的要求；
（2）有足够长的使用寿命，足够高的使用可靠性；
（3）有较高的运转经济性；
（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、新技术、新材料；
（7）制造工艺性良好；
（8）机器的尺寸小、重量轻。
活塞式压缩机的结构方案由下列因素组成：
（1）机器的型式；
（2）级数和列数；
（3）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，应根据压缩机的用途、运转条件、排气量和排气压力、制造厂生产的可能性、驱动方式以及占地面积等条件，从选择机器的型式和级数入手，制订出合适的方案。
总体设计的任务：
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装备的布置。
2.1气缸排列的型式
压缩机气缸有多种排列型式，按气缸轴线布置的相互关系分为：
卧式、立式、L型、V型、W型、星型和对称平衡型。
卧式、对称平衡型压缩机动力平衡性能较好，运转较平稳，宜用于大、中型压缩机；
立式压缩机现仅用于中、小型和微型，使机器高度均处于人体高度便于操作的范围内，且中型压缩机主要用于无油润滑结构；
L型、V型、W型、星型等角度式压缩机则适用于中、小型和微型。
L型、V型、W型、星型等角度式压缩机共同的优点是
（1）各列的一阶惯性力的合力可用装在曲轴上的平衡重达到大部分或完全平衡。
因此，机器可取较高的转数。
（2）气缸彼此错开一定角度，有利于气阀的安全与布置。
因而使气阀的流通面积有可能增加。
中间冷却器和级间管道可以直接装在机器上，结构紧凑。
（3）角度式压缩机可以将若干列的连杆连接在同一曲拐上，曲轴的拐数可减少，机器的轴向长度可缩短，因此主轴颈能采用滚动轴承。
本设计属于微型中压压缩机常规设计，综合考虑其设计参数（压缩介质、排气量及排气压力）及市场现状，采用V型结构。
2.2运动机构的结构
活塞式压缩机的运动机构有：
无十字头与带十字头两种。
无十字头运动机构的特点是：
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滑机构。
但是无十字头的压缩机只能作成单作用的，所以气缸容积的利用不充分（因为活塞与气缸之间，只在活塞的一侧形成工作腔），气体的泄漏量也较大，气缸工作表面所受的
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