流體機(jī)械課程設(shè)計(jì)說明書

1、<p><b>　　第一章概述</b></p><p>　　1.1壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　其組成大致可以分為三個(gè)部分</p><p>　　基本部分：包括機(jī)身、中體、曲軸、連桿、十字頭組成，其作用是傳遞動(dòng)力、連接基礎(chǔ)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(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。</p><p>　　1.2 活塞式壓縮機(jī)的應(yīng)用</p><p>　　壓縮機(jī)是一種用于壓縮氣體，借以提高氣體的機(jī)械。它的種類很多，用途廣泛，壓縮機(jī)已成為國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門

3、中的重要通用機(jī)械。在化工生產(chǎn)中，往復(fù)式壓縮機(jī)已成為關(guān)鍵設(shè)備，壓縮機(jī)應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　動(dòng)力工程應(yīng)用；</b></p><p><b>　　氣體輸送應(yīng)用；</b></p><p>　　化工及石油化工工藝應(yīng)用；</p><p>　　制冷工程和氣體分離應(yīng)用、</p>

4、;<p>　　1.3 無油潤滑壓縮機(jī)</p><p>　　由于現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，要求氣體在壓縮時(shí)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(jī)在現(xiàn)代空間技術(shù)、國防、電子、冶金、化學(xué)、煉油、紡織、醫(yī)藥、食品和科學(xué)研究部門都得到廣泛應(yīng)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(jī)，一般指氣缸無油潤滑，運(yùn)動(dòng)件（驅(qū)動(dòng)部分），仍然有油潤滑

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

6、p><p>　　1.4 填充聚四氟乙烯環(huán)壓縮機(jī)的特點(diǎn)</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(yīng)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?yàn)樘畛渚鬯姆蚁┉h(huán)的導(dǎo)熱性差，應(yīng)使工作溫度盡量取低些。</p><p><b>　　第二章 總體設(shè)計(jì)</b>

8、;</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)活塞式壓縮機(jī)應(yīng)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(guān)是用條件的要求；</p><p>　　有足夠長的是用壽命（應(yīng)理解為壓縮機(jī)需要大修時(shí)間的間隔長短）足夠高的使用可靠性（應(yīng)理解為壓縮機(jī)被迫停車的次數(shù)）；</p><p>　　有較好的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性；</p>&l

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

10、<p>　　2.2 結(jié)構(gòu)方案的選擇</p><p>　　采用立式壓縮機(jī)，氣缸作垂直布置，其優(yōu)點(diǎn)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(jī)器的使用壽命；</p><p><b>　　占地面積?。?lt;/b></p><p>　　

11、因?yàn)檩d荷使機(jī)身主要產(chǎn)生拉伸和壓縮應(yīng)力，所以機(jī)身的形狀簡單、質(zhì)量輕；</p><p>　　往復(fù)運(yùn)動(dòng)部件的慣性力垂直作用在基礎(chǔ)上，而基礎(chǔ)抗垂直振動(dòng)的能力較強(qiáng)，所以它的尺寸較小。</p><p>　　在選擇壓縮機(jī)級(jí)數(shù)時(shí)要使機(jī)器消耗的功最小、排氣溫度應(yīng)在條件許可的范圍內(nèi)。機(jī)器質(zhì)量輕、造價(jià)低， 要使機(jī)器具有較高的熱效率，則級(jí)數(shù)越多越好，然而級(jí)數(shù)增多，則阻力損失增加，機(jī)器總效率反而降低，結(jié)構(gòu)也更加復(fù)雜

12、，造價(jià)更大大上升。</p><p>　　在無油潤滑壓縮機(jī)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(yīng)控制的越低）。在確定級(jí)數(shù)和各級(jí)壓力比時(shí)應(yīng)考慮這一點(diǎn)。</p><p>　　因此必須根據(jù)壓縮機(jī)的額容量和工作特點(diǎn)，恰當(dāng)?shù)倪x擇級(jí)數(shù)和壓力比。綜合各因素考慮，選擇二級(jí)壓縮。</p><p>　　2

13、.3 壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)</p><p>　　活塞式壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)包括驅(qū)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置，本設(shè)計(jì)中擬采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，這是綜合考慮使用部門的動(dòng)力裝置，壓縮機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速、工作條件來選定電動(dòng)機(jī)的型式。</p><p>　　2.4 壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速和行程的確定</p><p>　　轉(zhuǎn)速和行程的選取對(duì)機(jī)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(jī)器效率、壽命和動(dòng)力特性?；钊?/p>

14、式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中在一定的參數(shù)和使用條件下，首先應(yīng)考慮選擇適宜的活塞平均速度。應(yīng)為：</p><p>　　活塞平均速度的高低，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)件中的摩擦和磨損具有直接的影響，對(duì)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(huì)過高，嚴(yán)重的影響壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性和使用的可靠性。</p>&

15、lt;p>　　微型和小型壓縮機(jī)為使結(jié)構(gòu)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(guān)：</p><p>　　排氣量的大?。号艢饬看笳咝谐虘?yīng)取得長些，反而則應(yīng)短些。</p><p>　　機(jī)器的結(jié)構(gòu)型式：考慮到壓縮機(jī)的使用和維護(hù)條件，對(duì)于立式、V型、W型、扇型等結(jié)構(gòu)，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(jī)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(xiàn)[5]查得表，取n=740轉(zhuǎn)/分</p><p><b>　　第三章 熱力計(jì)算</b></p><p>　　壓縮機(jī)的熱力計(jì)算是根據(jù)氣體壓力容積和溫度之間存在一定的關(guān)系，結(jié)合

19、壓縮機(jī)的具體特性和使用要求而進(jìn)行的。其目的是得到最有力的熱力參數(shù)（各級(jí)的吸排氣溫度，所消耗力）和適宜的主要結(jié)構(gòu)尺寸（活塞行程、汽缸直徑等）。</p><p><b>　　已知：設(shè)計(jì)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(jí)排氣溫度： 20℃</p><p>　　第二級(jí)排氣溫度： 25℃</p>

21、;<p>　　吸入氣體的相對(duì)濕度： </p><p>　　3.1初步確定各級(jí)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(jí)壓力比：

22、 </p><p>　　各級(jí)進(jìn)、排氣壓力比例表如下</p><p>　　表3-1各級(jí)進(jìn)、排氣壓力及壓力比</p><p>　　3.2計(jì)算各級(jí)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(jì)算各級(jí)以排氣溫度，列表如下：</p><p>　　表3-2各級(jí)名義排氣溫度</p><p>　　3.3各級(jí)的排氣溫度</p><p>　　3.3.1 容積系數(shù)</p><p>　　由文獻(xiàn)[1]查得絕熱指數(shù)為K=1.4，各級(jí)膨脹過程的等端點(diǎn)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(jí)氣缸的相對(duì)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(xiàn)[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(jí)無水析出，故</b></p><p><b>　　由文獻(xiàn)[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>　　（3-4）</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(jí)各部位相對(duì)泄漏系數(shù)值</p><p>　　3.3.6計(jì)算抽氣系數(shù)</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知： μ01=μ02=1</p><p>　　3.4 確定各級(jí)氣體的可壓縮性系數(shù)</p><p>　　表

29、3-4 各級(jí)氣體的可壓縮性系數(shù)</p><p>　　3.5 確定各級(jí)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(jí)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(jì)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(xiàn)[1]表2-9中查得，初步確定 </p><p>　　3.7 計(jì)算氣缸直徑</p><p>　　對(duì)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(jí)公差壓力和溫度</p><p>　　3.8.1確定各級(jí)實(shí)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(jí)公差壓力</p><p>　　, —修正后前的一級(jí)行程容積</p><p>　　，—修正前后的K級(jí)行程容積</p><p><b>　　計(jì)算結(jié)果如下表</b></p><p>　　表3-5

36、修正各級(jí)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(jì)算，表3-5修正后的排氣溫度列表如下</p><p>　　3.9 計(jì)算活塞壓力</p><p>　　3.9.1計(jì)算氣缸實(shí)際吸排氣壓力</p><p>　　式子中 ，—Ⅰ級(jí)的工程和吸收壓力</p>&l

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

38、壓縮力實(shí)際時(shí)，假定連桿（或活塞桿）受拉伸時(shí)為正。受壓時(shí)為負(fù)。</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(duì)活塞的作用面積</p><p>　　按公式（2-13

39、）計(jì)算，結(jié)果列于下表</p><p>　　注：表中軸測(cè)活塞面積 m2</p><p>　　蓋側(cè)活塞面積 m2 </p><p>　　3.10 計(jì)算軸功率，選擇電動(dòng)機(jī)</p><p>　　3.10.1 計(jì)算各級(jí)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(jì)算軸功率</p><p>　　根據(jù)公式（2-7）進(jìn)行計(jì)算，選取機(jī)械效率</p><p><b>　　則 </b></p><p>　　3.10.3 選用電動(dòng)機(jī)</p>

41、;<p>　　電動(dòng)機(jī)功率按10%的裕度計(jì)算 </p><p>　　故選用異步電動(dòng)機(jī)：Y280S--8</p><p><b>　　第四章 動(dòng)力計(jì)算</b></p><p>　　動(dòng)力計(jì)算的目的在于計(jì)算壓縮機(jī)中的作用力，確定壓縮機(jī)所需要的飛輪矩以及各種形式壓縮機(jī)慣性力。慣性力矩的平衡情況初步設(shè)計(jì)壓縮機(jī)所需的基礎(chǔ)。</p&g

42、t;<p>　　壓縮機(jī)中作用力的分析，是進(jìn)行壓縮機(jī)零件強(qiáng)度和剛度計(jì)算的依據(jù)，也是判斷這些力對(duì)壓縮機(jī)裝置影響的基礎(chǔ)。</p><p>　　壓縮機(jī)中主要的作用力有氣體力，曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的慣性力和摩擦力。</p><p>　　4.1計(jì)算第Ⅰ列的慣性力</p><p>　　往復(fù)性慣性力分為一階往復(fù)慣性力和二階往復(fù)慣性力。</p><

43、p>　　由上章計(jì)算可知本壓縮機(jī)最大的活塞力為12.04KN，相當(dāng)于2噸，查表可選用的活塞力為2噸的系列，其往復(fù)運(yùn)動(dòng)構(gòu)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(jì)算往復(fù)慣性力</p><p>　　計(jì)算結(jié)果列于表4-1。</p><p>　　表4-1 往復(fù)慣性力計(jì)算表</p><p>　　4.2 計(jì)算各列摩擦力&l

44、t;/p><p><b>　　往復(fù)慣性力</b></p><p><b>　　旋轉(zhuǎn)摩擦力</b></p><p>　　4.3 計(jì)算第Ⅰ列氣體力</p><p><b>　?、窦?jí)蓋側(cè)的氣體力</b></p><p>　　余隙行程

45、 （ 為相對(duì)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(fù)值。計(jì)算結(jié)果見表4-2。</p><p>　　表4-2 一級(jí)蓋側(cè)的氣體力計(jì)算表</p><p><b>　?、窦?jí)缸軸側(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(jì)算結(jié)果見表4-3。</p><p>　　表4-3 Ⅰ級(jí)缸軸側(cè)的氣體力計(jì)算表</p><p>　　計(jì)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(fù)摩擦力 、及氣體力P（軸側(cè)和蓋側(cè)）進(jìn)行相加，求出綜合活塞力，然后按式（4-4）計(jì)算出切向力t，計(jì)算結(jié)果見表4-3</p><p><b>　

47、?。?-4）</b></p><p>　　表4-4 Ⅰ列綜合活塞力及切向力計(jì)算表</p><p>　　4.4 計(jì)算第Ⅱ列氣體力</p><p><b>　?、蚣?jí)蓋側(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(fù)值。計(jì)算結(jié)果見表4-5。

48、</p><p>　　表4-5 Ⅱ級(jí)蓋側(cè)的氣體力計(jì)算表</p><p><b>　?、蚣?jí)缸軸側(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(jì)算結(jié)果見表4-6。</p><p>　　表4-6 Ⅱ級(jí)缸軸側(cè)的氣體計(jì)算表</p><p>　　計(jì)算第Ⅱ列綜合活塞力