1、摘 要隨著國民經濟的快速發展，壓縮機已經成為眾多部門中的重要通用機械。壓縮機是壓縮氣體提高氣體壓力并輸送氣體的機械，它廣泛應用于石油化工、紡織、冶煉、儀表控制、醫藥、食品和冷凍等工業部門。在化工生產中，大中型往復活塞式壓縮機及離心式壓縮機則成為關鍵設備。本次設計的壓縮機為空氣壓縮機，其型號為D30/8。該類設備屬于動設備，它為對稱平衡式壓縮機，其目的是為生產裝置和氣動控制儀表提供氣源，因此本設計對生產有重要的實用價值。活塞式壓縮機是空氣壓縮機中應用最為廣泛的一種，它是利用氣缸內活塞的往復運動來壓縮氣體的，通過能量轉換使氣體提高壓力的主要運動部件是在缸中做往復運動的活塞，而活塞的往復運動是靠做旋

2、轉運動的曲軸帶動連桿等傳動部件來實現的。本文通過依據工藝條件對活塞式壓縮機進行了熱力計算，通過確定氣缸直徑、計算活塞力、復算排氣量、計算壓縮機功率并選擇驅動機；依據活塞式壓縮機設計規范對氣缸組件和連桿組件進行了詳細的結構設計和機械強度計算與校核；通過采用最新國家標準和行業標準對壓縮機的主要零部件及壓縮機輔助設備進行了選型設計，按照一定要求和步驟對壓縮機進行安裝和維護。在保證壓縮機安全平穩運轉的前提下，盡量使設計達到經濟、環保、高效的目的。關鍵詞：活塞式壓縮機；結構；設計；強度校核；選型 I AbstractWith the rapid development of the national e

3、conomy, the compressor has become an general machinery which used in numerous sections. The compressor is a machine which used to compress the air to increases air pressure and transport the gas, it can widely applied to petrochemical industry、weaving、smelting、metallurgy、instrument control、medicine、

4、food and frozen and other industrial departments.In chemical industry production, large and medium scale reciprocating compressor and centrifugal compressor then become critical equipment. The compressor which we design this time is a “air compressor ”. Its model number is D30/8. This kind of equipm

5、ent belongs to moveing equipment, it is the balanced opposed compressor. This device is intended for production equipments and pneumatic control instrument to provide gas source.The piston compressor is the one which is the most widespread applied in the air compressor. It is the use of reciprocatin

6、g piston within the cylinder to compress the gas to increase gas pressure. The main moving part through the energy conversion to enhance the pressure is the piston which makes reciprocal motion in cylinder, piston of the reciprocating motion is done by rotating the crankshaft connecting rods and oth

7、er drive components to achieve the transmission.Therefore, this design has a important role to the production.This article carries on the thermal design which is based on the technological conditions to the reciprocal compressor. the determination of cylinder bore、the computation of piston force、 re

8、calculation of the air displacement and selection of the electric motor. It also identifies structure and materials of the air cylinder group and connecting rod assembly to meet the technological requirements which based on the reciprocal compressor design standard. By using the latest national stan

9、dards and industry standards the main parts of the compressor and auxiliary equipment carry on the selection design, and it accords to certain requirements and steps to install and maintain the compressor.Under the premise of ensuring safety and smooth operation, the compressor tries to achieve the

10、purposes which is economic、environmental、efficiency.Keywords: piston compressor; structure; design; strength check; model selection II 目 錄摘 要IAbstractII第1章 引 言11.1 壓縮機的作用及用途11.1.1 壓縮機的作用11.1.2 壓縮機的用途11.2 壓縮機的國內外發展歷史11.2.2壓縮機的國內發展歷史11.2.2壓縮機的國外發展歷史11.3 本次設計的介紹1第2章 壓縮機的總體設計22.1 主機結構方案的選擇22.1.1 結構型式的選擇

11、22.1.2 級數的選擇及壓力比分配32.1.3 列數的選擇及氣缸的排列42.2 主要結構參數的確定42.3 驅動機的選擇5第3章 熱力計算63.1 原始數據63.2熱力計算63.2.1總名義壓力比63.2.2各級壓力比分配73.2.3各級名義壓力73.2.4各級排氣溫度83.2.5各級排氣系數93.2.6各級氣缸的行程容積113.2.7各級氣缸直徑123.2.8各級名義壓力及溫度修正123.2.9 活塞力143.3 復算排氣量163.3.1 復算163.3.2 第一次復算183.3.3 復算排氣量193.4壓縮機功率203.4.1 指示功率203.4.2 軸功率213.4.3 電機功率213

12、.4.4 電動機型號213.4.5 比功率22第4章 活塞組件設計234.1結構形式及選材234.2活塞的設計234.2.1設計計算244.3活塞環選材及設計274.3.1選材274.3.2設計計算284.4活塞桿選材及校核314.4.1選材314.4.2穩定性校核314.4.3凸臺比壓校核334.4.4靜強度和疲勞強度校核34第5章 連桿組件機械設計395.1結構型式及材料的確定395.1.1結構型式395.1.2材料405.2結構設計425.3強度校核465.4 連桿螺栓的設計525.4.1主要尺寸的確定525.4.2連桿螺栓的計算54第6章 壓縮機主要零部件選型606.1 活塞組件606

13、.2 氣閥組件606.3 冷卻系統606.4 潤滑系統606.5 氣量調節系統60第7章 結 論61參考文獻62致 謝63 V 第1章 引 言1.1 壓縮機的作用及用途1.1.1 壓縮機的作用 壓縮機是壓縮氣體提高氣體的壓力并輸送氣體的機械。1.1.2 壓縮機的用途壓縮機的用途極為廣泛，遍布工農業、交通運輸、國防甚至生活的各個領域。按照氣體被壓縮的目的，大致可區分為如下四類：我國的壓縮機設計制造技術也有了長足進步，在某些方面的技術水平也已經達到國際先進水平6。1.2 壓縮機的國內外發展歷史1.2.2壓縮機的國內發展歷史1.2.2壓縮機的國外發展歷史1.3 本次設計的介紹第2章 壓縮機機組結構設

14、計2.1主機結構設計2.1.1結構型式壓縮機型式的基本特征是壓縮機汽缸中心線的空間位置，按照汽缸中心線的位置，活塞式壓縮機可分為立式、臥式與角式三大類，每種又可分為有十字頭與無十字頭兩種，這些型式各有優缺點，適合于不同的場合。2.1.2級數及氣缸(1)壓縮機的列數壓縮機的列數是指氣缸中心線數或連桿數，有單列與多列之分。從動力平衡的角度看，多列機可以得到較好的慣性力平衡性與切向力均勻性，所以機器轉速可較高，基礎也可較小；功率相同的機器，列數多者的活塞力小，運動機構就輕巧，而且每列串的級數較少，拆裝也方便。但列數過多則結構復雜，易損件數量與泄露點增加，所以壓縮機的列數是由機器的型式、排氣量、級數與

15、活塞力的大小等綜合考慮要決定的。通常活塞力（222）× 時，取24列；所以本設計取2列。級在列中的配置原則是指級在各列中以及在一個列中的排列次序，它是列數確定后對結構方案影響最大的因素。(2)級的配置原則應爭取各列內外止點時的最大活塞力的相等對某一刻，這個要求可用運動機構利用系數來表示，系數接近1最好，這時活塞往返行程的最大活塞力接近，曲柄連桿機構的強度在往返行程中得到充分利用，從而機構重量輕，慣性力小，機械效率也高。而且由于往返行程的功耗相近，切向力也較均勻，飛輪也可作地小些。一列中配一級時，作成雙作用缸時的較大。力求泄漏最小泄漏取決于密封壓差、密封周長、間隙及潤滑劑等，所以相鄰兩

16、缸的級次應相近，以減少壓差，降低泄露，高壓級盡量設在蓋側，這樣填料設在低壓側，所以泄露也可以減少。應注意降低流動損失和減少氣流脈動同一級設有幾個缸時，應讓各缸的吸氣和排氣按時間錯開，以減少級間管道與設備中的氣流脈動。根據參考書1表1-3，選擇壓縮機的級數為2級，每缸都是雙作用。(3)氣缸形式氣缸是構成工作容積實現氣體壓縮的主要部件。在氣缸設計時，除了考慮強度、剛度與制造外，還應注意以下幾個問題：氣缸的密封性、氣缸內壁面耐磨性以及氣缸、填料的潤滑性能要好。通流面積要大，彎道要少，以減少流動損失。余隙容積要小，以提高容積系數。冷卻要好，以散逸壓縮氣體時產生的熱量。進排氣閥的閥腔應被冷卻介質分別包圍

17、，以提高溫度系數。應避免溫差應力引起的開裂等。按冷卻方式分，有風冷氣缸與水冷氣缸；按活塞在氣缸中的作用方式分，有單作用、雙作用及級差式氣缸。本設計采用雙作用水冷式氣缸結構，其中第一級和第二級均為水平列，氣缸軸線夾角和曲軸錯角均為180，即對動式結構。2.1.3參數的確定壓縮機的主要結構參數是轉速、活塞平均速度、活塞行程，它反映了機器的結構面貌和工作特征，三者的關系是 （2-1）式中：活塞平均速度，； 轉速，； 活塞行程，。(1)轉速設計壓縮機時，同樣的排氣量，轉速取得高，則機器的尺寸小，重量輕，并有可能與電機直聯，占地面積小；電動機也是如此，同樣功率的電機，轉速高的尺寸小，價格也便宜，所以轉速

18、高的壓縮機機組總的經濟性好些，正因如此，現代壓縮機的轉速趨向于提高。但提高轉速需克服一系列的設計、制造與材料方面的問題，如會使慣性力過大而引起機器振動加劇；轉速過高會使易損件壽命降低，比如使活塞環、填料、十字頭、連桿軸瓦等的磨損加快，特別是氣閥閥片的壽命與轉速的提高成反比例降低；轉速的提高還使氣流通道與氣閥中的阻力增加等。另外，若轉速增加使得慣性力超過最大活塞力，則運動機構的設計將以最大慣性力為依據，這樣的運動件，其強度在壓縮機工作過程中得不到充分利用，機器笨重，浪費材料。根據參考書1表2-10，取壓縮機的轉速(2)活塞平均速度轉速提高導致活塞平均速度提高，而活塞平均速度的增加又會使易損件的壽

19、命低并增加摩擦功耗，這是因為提高則單位時間內活塞環、十字頭、填料等在單位時間內的摩擦距離增加了；另一方面，活塞平均速度的提高還會導致氣流通道的尤其是氣閥的阻力增加，所以活塞的平均速度也有一個限值范圍；對于采用環狀閥的壓縮機，大型機取下限；對迷宮壓縮機，為減少泄露；聚四氟乙烯密封環壓縮機考慮到活塞的壽命，超高壓壓縮機為了保證摩擦副的耐久性，；乙炔壓縮機從安全考慮，。本設計。(3)活塞行程轉速與活塞平均速度確定后，行程可由1式1-222確定，但還應考慮其他因素，如行程應按壓縮機的三化標準取標準值；如要考慮壓縮機的結構特點，立式及角度式機行程宜取得比臥式機小些，以免高度太大；另外，還有一個行程與第一

20、級缸徑比的取值問題；若取得太大，則機身較長而笨重；若取得過小，則活塞直徑過大使活塞力太大，運動機構也將變得笨重，而且雖然氣缸直徑大、氣閥安裝方便，但過大又會使氣缸接管安裝空間減少，還影響到熱交換與泄露等等。根據參考書1式1-222取。2.2輔助設備設計壓縮機的輔助設備包括，潤滑、冷卻、氣量調節、管路與管路附件等，它們對壓縮機的運行有十分重要的關系。2.2.1冷卻系統活塞式壓縮機冷卻系統由中間冷卻器、氣缸和填料的水套、潤滑油冷卻器、后冷卻器、水管路以及其他附件組成。(1)冷卻系統的配置原則保證進入中間冷卻器的水溫，在系統中為最低；而氣缸和填料水套的進水溫度不應過低。風冷式壓縮機，最冷空氣要先進入

21、冷卻器，故多為吸風式。經濟性好，即系統耗水量小，管路簡單。運行時檢視和調節水量方便。(2)冷卻系統配置的基本方案本設計采用串聯水冷系統。冷卻水首先進入中間冷卻器，然后依次進入氣缸水套，最后經后冷卻器排除。串聯冷卻系統適用于兩級壓縮機，三級以上不予應用。它的優點：耗水量小，管路簡單，檢視和調節水量、水溫的裝置較少；缺點是：導管截面尺寸較大，安裝不便，特別是各冷卻部分不能單獨調節，當密封性受破壞時，氣體泄入冷卻水中，無法檢視其破壞位置。(3)冷卻給水要求空氣壓縮機的給水壓力一般在0.070.3Mpa之間，冷卻給水量可按熱力學進行計算，通常空氣壓縮機的冷卻水的進口溫度在10以上，在夏季，實際溫差可能

22、只有23，此時所需水量也大些。冷卻水質應近中性，pH值應在6.59.0之間，懸浮物含量應小于等于100mg，當用循環系統供水時，水質的熱穩定性應按工業循環冷卻水處理設計規范進行。在條件適合時，可用軟化水復用或軟化水循環使用。靠近江河水源方便，采用直流系統供水時，為防止碳酸鹽結垢，排水溫度不應超過一定的值。(4)冷卻器冷卻器的結構一般有蛇管式、淋灑式、套管式及管殼式。本設計采用管殼式冷卻器，該冷卻器主要由筒體、封蓋、芯子組成。芯子由一束脹接在兩頭管板上的換熱管，折流管，旁路擋板，拉桿和定距管所組成。此類冷卻器的冷卻水一般是在管內流動，而氣體在管間流動。該冷卻器結構簡單，清洗方便。2.2.2潤滑系

23、統運動零件的摩擦表面需要潤滑，當摩擦表面為非自潤滑材料時，一般用液體作潤滑劑，活塞式壓縮機大多數零件的潤滑就屬于這種情況，這是本節要討論的內容。(1)活塞式壓縮機潤滑的目的降低摩擦功耗；減少零件磨損；冷卻摩擦表面，防止燒傷咬死；清除摩擦面雜志和預防銹蝕等。另外，對氣缸與填料部位的潤滑還有加強氣缸工作容積密封的作用。(2)活塞式壓縮機潤滑的特點其潤滑系統分為內部潤滑與外部潤滑兩部分，氣缸與填料的潤滑屬于內部潤滑，氣缸以外曲軸連桿等運動機構的潤滑屬于外部潤滑。在內部潤滑中，潤滑油與高溫、高壓的被壓縮氣體直接接觸，需采用特殊的專用潤滑油，如壓縮機油、專用潤滑油或其它專用油。外部潤滑中，潤滑油不與被壓

24、縮氣體接觸，可采用一般的機械油，當然也可采用壓縮機油。小型無十字頭壓縮機中，運動部件與氣缸用同一潤滑油系統，共用內部潤滑用的潤滑油壓縮機油。外部系統潤滑中，為起冷卻沖洗作用，潤滑油用量很大，是循環使用的。內部潤滑系統中，潤滑油用量很小，是一次性使用，油以每分鐘數滴速度，壓力注入氣缸與填料，并被壓縮氣體帶走。(3)內部潤滑氣缸的潤滑方式由于本設計的活塞環采用聚四氟乙烯材質，故氣缸為自潤滑。填料的潤滑方式填料的潤滑也屬于內部潤滑，潤滑的部位是活塞桿與填料的相互摩擦表面，它采用壓力潤滑，一個點配一個注油器，一般一個填料函設一個注油點。當氣體壓力大于50個大氣壓時，設置兩個注油點。注油器填料用與氣缸用

25、的注油器是數個集裝在一起統一驅動的，每個注油器均為一個真空滴油式柱塞泵。內部潤滑用油因為內部潤滑用油與被壓縮的高溫高壓氣體接觸，所以對它的質量有一些特殊的要求。一般來說，空氣壓縮機內部潤滑采用壓縮機油；其它氣體壓縮機則視氣體性質或采用專用潤滑劑或仍采用壓縮機油。(4)空氣壓縮機對內部潤滑用油的基本要求在高溫高壓下應仍有適當的粘度。良好的抗氧化性。積炭傾向要小。腐蝕性小。適當的閃點與高的自燃點。(5)外部潤滑 外部潤滑是指曲柄連桿機構的潤滑，除了微、小型機的曲柄連桿靠飛濺潤滑外，其余的主要都是靠壓力進行循環潤滑。為沖洗與冷卻摩擦表面，并在軸承處產生足夠的油膜壓力，外部潤滑需采用流量較大的油泵。外

26、部潤滑油一般采用機械油，也可以采用壓縮機油。按傳動方式外部潤滑的分類主機驅動方式：主軸直接傳動油泵，曲軸箱又當作循環油箱，這種方式多用于中小型壓縮機。采用這種方式時，在壓縮機啟動前，應事先人工搖轉油泵注油，以避免干磨。單獨電動機驅動方式：大型壓縮機的油泵及油路部件較大，需另用電動機驅動油泵。采用這種方式時，在壓縮機開啟前，應事先啟動電動機帶動油泵注油，以避免干磨。這兩種方式的油路都是循環的，而且在油路上設了過濾器與冷卻器。曲軸連桿機構的潤滑油路一般曲軸與連桿的內部都設有油孔。曲軸連桿機構的潤滑油路有很多形式，本設計采用：油泵曲軸中心孔連桿大頭連桿小頭十字頭滑道油箱油泵。對曲軸的滑動軸承，一般用

27、油泵進行壓力潤滑。此外，還有幾個補充來油，在曲軸功率輸入端，機身有一集油槽，它可補充部分潤滑油進入有軸承，同時，軸上為了防止油外泄設有的由甩油圈與反向螺紋組成的軸封也可以補充部分潤滑油。在曲軸左側，曲軸中心孔接受來自齒輪泵的潤滑油，從該孔的密封圈泄露出的小部分油，也會進入左軸承，補充潤滑左軸承。曲軸連桿機構潤滑油的選用本設計為有十字頭壓縮機，所以外部的機構潤滑另成系統，一般使用40號或50號機械油，但也可以使用壓縮機油。外部潤滑用的潤滑油泵潤滑泵多用齒輪泵或轉子泵，它們都是容積式泵，能產生很高的壓力，流量也比較大。2.2.3氣量調節系統從壓縮機的作用原理得知，容積式壓縮機的排氣量不會由于背壓的

28、升高而自動降低，因此，如不進行有效的調節，在有些場合，會出現危險的事故，所以必須設置調節控制機構，以進行調節。全行程完全頂開進氣閥調節方法的工作原理是：當排氣壓力超過規定值時，高壓氣體便通過壓力調節器進入調節裝置的小氣缸，將其中的小活塞連同壓叉壓下，壓叉將進氣閥的閥片強行頂開，使氣體自由進出氣缸，泄漏系數近似等于零，從而氣缸的排氣量也接近于零。這時用戶靠儲氣罐及管網中的剩余氣體供氣，當壓力降至規定值時，彈簧又通過小活塞使壓叉復位，氣閥正常工作，排氣量恢復正常。進氣閥完全頂開后的示功圖面積很小，此時的功耗僅用于克服氣流進出全開進氣閥的阻力，所以經濟性較高。各種調節方式的不斷出現，是由于現代工業中

29、，使用者不因達到調節就滿足，而且還要求能經濟的、方便的進行調節。在設計調節裝置時，如何節省消耗，是值得注意的問題。不同的調節方式，經濟性的差異很大。例如一臺排氣量為8400的六級壓縮機的擦頂指出：排氣量調節到額定值的70%時，用壓開吸氣閥的調節，比用吸入與壓出連通的調節，能少耗96千瓦的功率。至于調節的方便與可靠，同樣必須考慮。應該通過不斷的實踐，總結經驗，進一步提高使用的可靠性，逐步改變現用的一些不經濟的調節方式。所以本設計采用壓開吸氣閥調節系統。這種調節方法的經濟性好，但因閥片受額外的載荷，故壽命較短，密封性變差，大中型壓縮機作卸荷或空載啟動時，常用該方法。第3章 熱力計算壓縮機的熱力計算

30、是根據氣體的壓力、容積和溫度之間存在的一定關系，結合壓縮機的具體特性和使用要求而進行的。其目的是得到最有利的熱力參數，比如：各級的吸排氣溫度、壓力、所耗動力；適宜的主要結構尺寸：活塞行程、氣缸直徑等，最終確定驅動型式。因此，新設計的壓縮機必須進行熱力計算。3.1 原始數據型號： D30/8型空氣壓縮機壓縮介質： 空氣排氣量： 30±2 m3/min吸氣壓力： 1.0×105 Pa（絕壓）排氣壓力： 8.0×105 Pa（表壓）級吸氣溫度： 25級吸氣溫度： 35相對濕度： 0.8空氣的絕熱指數： 1.4活塞行程： 180 mm壓縮機的轉速： 600 r/min3.

31、2熱力計算3.2.1總名義壓力比由參考文獻3式（187）計算總壓力比 （31）式中總壓力比； 級名義吸氣壓力,Pa； 級名義排氣壓力，Pa。則總的名義壓力比： 3.2.2各級壓力比分配如總體設計中所述，為了使壓縮機的功耗最小，各級的名義壓力比應相等，按等壓力比分配原則，由參考文獻3式（188） （32）式中各級名義壓力比；總壓力比；壓縮級數。故各級壓力比為： 3.2.3各級名義壓力級：名義吸氣壓力Pa（絕對壓力） 名義排氣壓力Pa（絕對壓力）級：名義吸氣壓力Pa（絕對壓力） 名義排氣壓力Pa（絕對壓力）表31 各級名義吸、排氣壓力及各級名義壓力比 項 目級 別名義吸氣壓力/105 Pa（絕壓）

32、名義排氣壓力/105 Pa（絕壓）名義壓力比 級 級1339333.2.4各級排氣溫度由參考文獻3式（1117）計算各級排氣溫度 （33）式中各級名義排氣溫度,K；各級名義吸氣溫度,K；空氣的絕熱指數（）。級：名義吸氣溫度K名義排氣溫度K級：名義吸氣溫度K 名義排氣溫K表32 各級名義溫度及壓力級次名義吸氣溫度t/ T/K名義壓力比絕熱指數名義排氣溫度t/ T/K級級25 298 35 308331.41.41.3691.369134.962 407.962148.652 421.6523.2.5各級排氣系數（1）容積系數按參考文獻3表12查得各級膨脹系數為： 按參考文獻4，查得當壓力小于等于

33、1.936MPa時，壓縮機的相對余隙容積值為=0.070.12，參照同類機器產品取，。則各容積系數為：由參考文獻3式（174） （34）將已知數據代入式（34）得（2）壓力系數根據參考文獻4，取，（3）溫度系數根據參考文獻3表116，取，（4）凝析系數 第級無析水問題：第級由參考文獻3表14查得吸氣條件時，不飽和水蒸汽壓力KPa，則KPa。當冷卻至時，水蒸汽飽和蒸汽壓KPa，因為，所以第級進口前必有凝析發生。根據參考文獻3式（1111） （35）式中壓縮機第級進口處空氣的相對濕度；,分別為第級與第級的進氣壓力，105Pa；,對應于第級與第級進氣溫度時的飽和水蒸氣壓力，105Pa。將已知代入式（

34、25）得（5）抽氣系數該壓縮機中間無抽氣，則。（6）泄漏系數根據參考文獻3，取，。3.2.6各級氣缸的行程容積按參考文獻1式（351）計算行程容積 （36）將已知數據代入式（36）得 m3/次 m3/次3.2.7各級氣缸直徑由設計值根據參考文獻4表210的選擇方法，初選活塞桿直徑mm。由參考文獻3式（155）計算氣缸直徑 （37）式中S活塞行程，mm。將已知數據代入式（37）得m按參考文獻4表28進行圓整，取mm。m按參考文獻4表28進行圓整，取mm。3.2.8各級名義壓力及溫度修正（1）確定圓整后的各級實際行程容積由參考文獻3式（1135） （38）將已知數據代入式（38）得 m3/次 m3

35、/次（2）確定各級壓力修正系數由參考文獻3式（1146）求壓力修正系數 （39）將已知數據代入式（39）得 表33 修正后的名義壓力及壓力比級 次級級計算行程容積 ，m3/次計算行程容積 ，m3/次修正系數 名義吸氣壓力 ，105Pa ，105Pa名義排氣壓力 ，105Pa ，105Pa修正后的名義壓力比 0.06330.0647 11 132.912.910.02220.02340.9732.91993.093表34 修正后的各級排氣溫度級次壓力比吸氣溫度T, K排氣溫度T, K2.913.092983081.3571.380404.386425.043.2.9 活塞力（1）計算氣缸實際平均

36、壓力相對壓力損失查參考文獻3圖118得， ，由于m/s，而圖是按3.5m/s繪制的，故需進行修正。修正后的相對壓力損失為： 表35 氣缸實際吸、排氣壓力級次修正后的名義壓力/105Pa /105Pa相對壓力損失% %氣缸內實際壓力實際壓力比1 2.912.91 95.2 8.43.5 6.50.948 3.1542.808 9.5853.3273.413（2）計算活塞力按氣缸內的實際平均壓力分配，計算活塞力，表中、分別為活塞蓋側與軸側的面積，、分別為活塞外止點、內止點位置時的活塞力。計算結果如下表：表36 內、外止點活塞力級次內止點活塞力/105Pa外止點活塞力/105Pa軸側（+）蓋側（-）

37、軸側（+）蓋側（-）3.1540.17860.9480.18100.9480.17863.1540.18109.5850.06372.8080.06612.8080.06379.5850.0661注：a.表中軸側活塞有效工作面積m2；b.蓋側活塞有效工作面積 m2；c.壓力的單位為Pa，活塞力的單位為N。可見該機活塞力中最大值為N，它產生在第級活塞的外止點時，負號表示它對活塞桿產生一個壓縮力，按此活塞力查參考文獻3附錄三，可知初選活塞桿直徑mm是正確的。3.3 復算排氣量3.3.1 復算（1）確定各級行程容積由前述知： m3/次 m3/次（2）初定各級的壓力分配MPaMPaMPa兩級名義壓力比

38、分別為：（3）確定各級新的容積系數膨脹指數 ，相對余隙容積 ，（4）確定各級工況系數C根據參考文獻4有精確度 0.97分別計算各級的C值后，精確度B值應在下述范圍，0.910.97。由此說明，與相差較大，所取初值精度不夠重新取值，再進行復算。3.3.2 第一次復算（1）重新確定初值PaPa（2）確定壓力分配（3）確定容積系數（4）確定工況系數精確度 精度已夠，所以確定的值成立。3.3.3 復算排氣量由前文計算得數據：，吸氣系數 凝析系數 每轉排氣量 m3/次排氣量 m3/min 滿足工藝要求 m3/min3.4壓縮機功率3.4.1 指示功率根據參考文獻3式（181） （310）式中低壓級可取（

39、0.950.99）k，對中壓與高壓級取。將已知數據代入式（310）得第級：式中，kw第級：式中，kw壓縮機的總指示功率：kw3.4.2 軸功率根據參考文獻3，取機械效率 kw3.4.3 電機功率考慮到壓縮機運轉時常會因工況的變化、冷卻的惡化等引起功率消耗增加而造成驅動機負荷超過正常工作的需要，因此，一般驅動機還應留有一定的儲備功率。本設計按10%的裕度取值。則 kw3.4.4 電動機型號根據kw選擇電動機，由參考文獻10選用電動機：型 式：開啟式單伸軸三相同步電動機型 號：TK20018/1430額定功率：200kw轉 速：600r/min效 率：90.5%電 壓：6000V重 量：1743k

40、g外形尺寸：1457×1350×1260勵磁方式：可控硅勵磁3.4.5 比功率壓縮機的比功率是指單位排氣量所消耗的軸功，表達壓縮機效率的另一種方式。這個指標反映了同類型壓縮機在相同的進排、氣條件下，其能量消耗指標的先進性。根據參考文獻3式（331）有kw/(m3/min)據目前統計，一般動力用空壓機，排氣量小于10 m3/min時，其比功為5.46.3 kw/(m3/min)，排氣量為10100 kw/(m3/min)時，其比功為5.05.3 kw/(m3/min)。此臺壓縮機的排氣量是30 m3，在10100 m3/min范圍內，其比功率的值也在要求范圍內，所以本臺對動式

41、壓縮機的設計是合理的。第4章 活塞組件設計活塞組件包括活塞、活塞環、活塞桿等。它們在氣缸中作往復運動，與氣缸一起構成壓縮容積。4.1結構形式及選材根據活塞的作用和它的運動規律及受力特點，對活塞的主要要求是：有足夠的強度、剛度、耐磨性、密封性好、重量輕，活塞與其連接件的傳遞動力元件（如活塞桿）應連接可靠。根據結構形式的不同，活塞可分為筒形活塞、盤形活塞、級差式活塞、組合式活塞及柱塞等幾種形式8。本設計為4D-40/7 型活塞式壓縮機，由于該型壓縮機所采用的活塞用于有十字頭的雙作用汽缸中，故用盤形活塞較合適。為減輕重量，常制成中空結構。活塞兩端面設有筋板一增強斷面的剛性。活塞圓柱面上開有活塞環槽。

42、為防止熱膨脹和活塞與氣缸磨損下沉時加劇磨損，活塞的外圓與氣缸內圓應留有12mm的間隙（承壓面除外）。為避免鑄鐵應力和縮孔，以及防止工作中心受熱而造成不規則變形，鑄鐵活塞的筋不能與轂部和外壁相連。在活塞端面每兩條筋之間開清砂孔，清砂后用螺塞封閉，但必須采取防漏防松措施。 盤形活塞鑄造的通常采用的材料有ZL7、ZL109、ZL108、T20-40、T25-47、T30-54等，本設計采用ZL108，其在鑄造時有良好的流動性，并且鑄件的致密度也高，具有較低比重，較高耐蝕性和較小線收縮率等優點，故選此材。4.2活塞的設計已知參數：級活塞質量： 61.5kg級活塞桿質量： 34.7kg級活塞桿長： 11

43、25mm支撐面長： 38mm包角 ： 4.2.1設計計算(1)活塞的高度 活塞的高度取決于所需安裝活塞環的多少及氣閥配置的方式等。沒有支撐面的活塞，還需考慮考慮支撐面許用比壓的需要。第一道活塞環與活塞之間的距離應根據氣閥安置，并保證其越出汽缸鏡面12mm要求來確定。本設計壓縮機中的滑動活塞的高度應按支撐面上的許用比壓校核。根據參考書1 4-64式 mm （4-1）式中： H除去活塞環后的承壓面高度，mm； B-承壓表面的投影寬度，mm； G-活塞重量與活塞桿一半重量的和，kg。 K-盤形活塞承壓表面的許用比壓，該金屬對填充聚四氟乙烯K，鑄鐵對鑄鐵K，鑄鐵對巴氏 合金K，根據參考書7圖8可知由于

44、支撐環選用的材料是填充聚四氟乙烯，即K=0.049，則由于，所以滿足要求。(2)活塞的轂部外徑和活塞外壁的內徑取 取mm，mm。圖4-1有加強筋的雙端面活塞計算簡圖(3)活塞頂端面的厚度t 本設計壓縮機的活塞面是有加強筋的雙端面活塞，為方便起見，計算時以一個面積與扇形面積相等的當量圓來代替扇形面積。根據14-676式 （4-2）式中：考慮鑄造偏差的附加項，可取=25mm鑄鋁的許用彎曲應力； 汽缸中最大氣體力，Mpa； 當量圓的直徑，mm。 （4-3）為加強筋數，取；則(4)活塞端面的最大彎曲應力 根據參考書2式4-68計算根據參考書7所提供的鑄鋁的許用剪切應力為，所以安全。(5)活塞與活塞桿連

45、接處的轂部應力計算剪應力根據參考書7提供的鑄鋁許用剪切應力，所以滿足要求。4.3活塞環選材及設計4.3.1選材活塞環是活塞式壓縮機中的關鍵零件之一，它的好壞直接影響壓縮機的排氣量、功率及氣密性和可靠性，即影響壓縮機的經濟性。(1)密封原理活塞主要依靠節流和阻塞來密封，當環裝入汽缸后，由于環的彈性而產生預緊壓力，使環緊貼在汽缸上。當氣體通過環表面高低不平的間隙時，受到節流和阻塞作用，壓力自降至，同時由于活塞環與槽間有側間隙，環緊靠在壓力低的一側，故在活塞內表面與環槽之間的間隙處由一個近似等于的氣體壓力作用，而沿活塞處表面作用的氣體壓力是變化的，從降至，其平均值為（+）/2，這樣便產生了一個壓力差

46、，這個壓力差使活塞緊貼在汽缸上，達到密封作用。同理，在軸向也有一個壓力差把環緊壓在環槽的側面達到其密封作用。(2)工作條件、結構形式和材料選擇 活塞環為一開口的圓環，作為密封元件組裝在活塞上，通過活塞的往復運動實現壓縮機的吸、排氣的過程。在自由狀態下，其外徑大于汽缸的直徑，裝入汽缸后，環徑縮小僅在切口處留下一個膨脹間隙。活塞環的主要作用是密封汽缸與活塞之間的間隙，防止氣體從壓縮容積的一側漏向下一側，并且還有均勻分布潤滑油的作用。但是它會引起粘著、疲勞、變形和腐蝕等多種形式的磨損，其磨損壽命很大程度上取決于材料的性質。為保證活塞環的外圓能夠全部均勻地緊密靠在汽缸上，要求活塞環具有良好的正圓度和適

47、當大小并且應具有均勻持久的彈力；又因為活塞環的工作處于高溫、高壓、和較高的應力下，并且與汽缸、活塞相摩擦，因此要求活塞環不僅要密封可靠，并且要有一定的強度，并耐熱、耐磨、和導熱性好。活塞的結構形式一般有三種：直切口、斜切口、和塔接口。壓縮機工作時，氣體通過活塞環切口的泄露是和切口列面積成比例的。直切口形式泄露橫截面最大，在切口間隙相同時，斜切口泄露面積較小。塔切口則不會造成直接通過切口泄露，并且使氣體不能直接通過切口，需經二次折流，從而大大減少泄漏量。由此，本設計采用的是塔接口形式。為了增加塔接口處的強度，防止其變形折斷，故活塞環軸的高度取較大。活塞的材料通常可用灰鑄鐵或合金鑄鐵制造。但在無油

48、潤滑壓縮機中，多采用填充氟材料活塞環密封，其特點是無毒、自潤滑、沒有污染介質、耐酸堿、耐溶劑、不磨損汽缸等。一般來說，填充聚四氟乙烯的使用壽命都比金屬環壽命長。填充聚四氟乙烯具有如下特點：良好的自潤滑性能；密封效果好；允許的比壓比金屬環小等。本設計的壓縮機屬于無油潤滑壓縮機，所以我們采用填充聚四氟乙烯。4.3.2設計計算(1)環數Z根據7P46式(1)(2)計算： (1) （4-4） (2) （4-5）式中：活塞兩端最大壓差，； 作用在活塞環上的壓力，； 活塞平均速度，。取，則所以滿足要求。(2)熱間隙（開口間隙）根據參考書6P108式1-225計算 （4-6）式中：活塞環外徑，即汽缸直徑，； 檢驗活塞環時的溫度，； 活塞環工作時的溫度，。根據參考書6由于難于得到運轉時初步設計時使用下列推薦參考值： （4-7）即(3)環的徑向厚度t根據6式1-231根據參考書6表1-14取(4)軸向高度h根據參考書6所知環的軸向高度應該保證環的必要性，但過大，將導致摩擦功增加，而且加劇環對槽的沖擊。一般取，考慮到活塞環采用塔接形式，應取較大值，一般取。(5)槽寬間隙根據參考書6得知，由于難以得到運轉的、初步設計使用下列推薦參考值： （4-9）即(6)環的自由開口間隙根據參考書6式1-226 （4-10）式中：值由活塞環所需的預緊密封壓力決定。 （4-11）式中：汽缸直徑，