vw-320空气压缩机的设计

第1页共14页vw-3/20空气压缩机的设计[摘要]：压缩机的用途非常广泛，在石油、化工生产中，已成为必不可少的关键设备。活塞式压缩机属于容积式压缩机的一种，它的作用是提高气体压力或输送气体。本设计的内容包括了两部分：一部分是通过热力学计算，设计出气缸的行程容积、排气温度、功率和效率以及确定出压缩机的其它主要尺寸；另外一部分是通过动力计算和分析，计算了曲柄连杆机构的受力情况，主要零部件的尺寸、强度校核以及力矩平衡。在整个的设计过程中，设计内容是以设计标准为依据的，符合要求。[关键词]：压缩机热力计算动力计算Thedesignofvw-3/20aircompressorZhaoFei(ShaanxiradioandTelevisionUniversityOpenEducation12autumnappliedchemicalspecialtyofWeinanTVUniversity)[Abstract]:compressoriswidelyusedinpetroleum,chemicalindustry,inproduction,hasbecomethenecessarykeyequipment.Apistontypecompressorbelongtothecompressor,itsroleistoincreasethegaspressureorgastransportation.Thedesignincludestwoparts:onepartisdesignedbythermodynamiccalculation,strokevolume,cylinderexhausttemperature,powerandefficiencyandtodeterminetheothermaindimensionsofcompressor;theotherpartisthedynamiccalculationandanalysis,theforceofthecrankconnectingrodmechanismiscalculated,thesizeofthemaincomponents,strengthcheckandbalanceofmoment.Throughoutthedesignprocess,thedesigncontentisthedesignstandardasthebasis,tomeettherequirements.[keyword]:compressorthermodynamiccalculationdynamiccalculation第2页共14页1、绪论压缩机是一种用于压缩气体借以提高气体压力的机械。也称为“压气机”或“气泵”。一般提升压力小于0.2MPa时称为鼓风机，提升压力小于0.02MPa时称为通风机。属于将原动机的动力能转变为气体压力能的工作机。它的种类多、用途广，有“通用机第3页共14页械”之称。1.1压缩机的用途压缩机的应用广泛，几乎遍及农业,工业，国防甚至生活的各个领域。按气体被压缩的的，大致可分为以下几类：(1)压缩空气作为传递力能的介质空气取之不尽用之不竭，而用压缩空气作为传递力能的介质又具有安全的优点，所以用压缩机来驱动各种工具及机械越来越普遍。(2)使气体液化、气体压缩冷却膨胀液化。(3)压缩气体有利于合成化学工业中常将合成的气体原料压缩至高压，利于合成反应。1.2压缩机的分类1.2.1按工作原理分类按工作原理，压缩机压缩机可分为“容积式”和“动力式”两大类。容积式压缩机直接对一对可变容积工作腔中的气体进行压缩，使该部分气体的容积缩小、压力提高，其特点是压缩机具有容积可周期变化的工作腔。容积式压缩机工作的理论基础是反映气体基本状态参数P、V、T关系的气体状态方程。动力式压缩机首先使气体流动速度提高，即增加分子的动能，然后使气体速度有序降低，使动能转化为压力能，与此同时气体容积也相应减少，其特点是压缩机具有驱使气体获得流动速度的叶轮。动力式压缩机的工作理论基础是反映流体静压与动能守恒关系的伯努利方程。1.2.2按排气压力分类按排气压力分类时，压缩机的进气压力为大气压或小于0.2MPa。对于进气压力高于0.2MPa的压缩机，称为“增压压缩机”，化工厂中常用的循环压缩机（循环泵）即为增压机的一种。1.2.3按压缩级数分类在容积式压缩机中，经过一次工作腔压缩后，气体便进入冷却器中进行一次冷却，这称为一级。而在动力式压缩机中，往往经过两次或两次以上的叶轮压缩后，才进入冷却器进行冷却。第4页共14页单级压缩机——气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩；两级压缩机——气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩；多级压缩机——气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过几次便是几级压缩。1.3往复活塞式压缩机工作原理及结构特点1.3.1结构及工作原理活塞式压缩机主要由三大部分组成运动机构曲轴、轴承、连杆、十字头、皮带轮或联轴器等、工作机构气缸、活塞、气阀等与机身。三个辅助系统即润滑系统、冷却系统及调节系统。运动机构是一种曲柄连杆机构把曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动。机身用来支承和安装整个运动机构和工作机构又兼作润滑油箱用曲轴用轴承支承在机身上机身上的两个滑道又支托着十字头两个气缸分别固定在机身的两臂上。工作机构是实现压缩机工作原理的主要部件。气缸呈圆筒形两端都装有若干吸气阀与排气阀活塞在气缸中间作往复运动。将蒸发器内的低压蒸气吸入使其压力升高后排入冷凝器完成吸入压缩和输送制冷剂的作用。往复活塞式压缩机的简单工作原理是由于活塞在气缸内的来回运动与气阀相应的开闭动作相配合使缸内来自蒸发器的低压蒸气依次实现膨胀、吸气、压缩、排气四个过不断循环升压后排入冷凝器完成吸入、压缩和输送制冷剂的作用。1.3.2主要部件(1)曲轴曲轴是往复活塞式压缩机的重要运动部件外界输入的转矩要通过曲轴传给连杆、十字头从而推动活塞作往复运动。它又承受从连杆传来的周期变化的气体力与惯性力等。曲轴的基本结构每个曲轴由主轴颈安装柱轴承部位、曲柄销与连杆大小头相连部位、曲柄所组成。第5页共14页(2)连杆连杆式将作用在活塞上的气体力等各种力传递给曲轴又将曲轴的旋转运动转换为活塞的往复运动的机件。连杆包括大头、小头、杆体三部分。(3)十字头十字头是连接活塞环与连杆的零件它具有导向作用。(4)气阀气阀是往复活塞式压缩机中的重要部件也是易损坏的部件之一。它的好坏直接影响压缩机的排气量、功率消耗及运转的可靠性。(5)气缸气缸是活塞式压缩机工作部件中的主要部分。根据压缩机不同的压力、排气量、气体性质等需要应选用不同的材料与结构型式。基本要求是应具有足够的强度与刚度应具有良好的冷却、润滑及耐磨性应尽可能地减少余隙容积和气体阻力应有利于制造和便于检修应符合系列化、通用化、标准化的“三化”要求以便于互换。(6)活塞活塞与气缸构成压缩工作容积是压缩机中重要的工作部件。可分为两大类筒形活塞和盘形活塞。筒形活塞常为单作用活塞用于小型无十字头的压缩机通过活塞销与连杆直接相连。2、总体设计2.1设计依据及参数公称容积流量：2.0m3/min压缩介质：空气进气压力：大气压公称排气压力：3MPa(表)排气温度：＜180℃2.2总体设计原则第6页共14页设计活塞压缩机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)有足够长时间的使用寿命（应理解为压缩机需要大修时间间隔的长短），足够高的使用可靠性（应理解为压缩机被迫停车的次数）。(3)有相当高的运转经济性。(4)有很好的动力平衡性。(5)维护检修很方便。(6)应该尽可能采用新结构、新技术、新材料。(7)制造工艺性良好。(8)机器的尺寸小、重量轻。2.2.1结构方案的选择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曲柄错角的排列，用上述因素组成的图形，称为结构方案图，即习惯上所说的机器纵，横剖面图。选择压缩机的结构方案时，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。压缩机的结构特点主要体现在两方面，气缸排列的型式和运动机构的结构。2.2.2vw压缩机的特点系列无油润滑压缩机氛围两V型，电动机直连驱动。是为食品、医药、纺织、石化、电子、冶金、环保、机械等工业部门设计制造的中型压缩机，为其提供不含油的纯净空气。系列压缩机采用止口联接，定位度高，拆装维修十分方便。主机与电动机采用国际上流行的之联方式，同轴度高，传动效率高功率损耗小，机器运转稳，结构紧凑，体积小节省空间，外形美观漂亮。采用国际上最先进的V型结构，对称平衡，活塞环，填料等润滑和密封元件不会产生严重的偏磨现象而造成泄漏产气量不足的情况。第7页共14页2.2.3气缸排列型式的选择根据气缸排列的型式不同，有立式压缩机、卧式压缩机、对称平衡型压缩、对置型压缩机及角度式压缩机。角度式压缩机，气缸中心线具有一定角度，但不等于零度和180℃。按气缸中心线的位置不同，又可以分为W型、V型、L型和扇型。本设计选择立式V型压缩机。其优点在于：(1)活塞工作表面不承受活塞重量，因而气缸和活塞的磨损比卧式的小且均匀，活塞环的工作条件有所改善，能延长机器的使用寿命。(2)占地面积比较小。(3)因为载荷使机身主要产生拉伸和压缩应力，所以机身的形状简单，重量轻。(4)往复运动部件的惯性力垂直作用在基础上，而基础抗垂直振动的能力较强，尺寸较小。3、气缸部分的设计3.1气缸气缸是活塞式压缩机中的组成压缩容积的主要部分。根据压缩机所达到压力，排气量，压缩机的结构方案，压缩气体的种类，制造气缸的材料以及制造厂的习惯等条件，气缸的结构可以有各种各样的形式。设计气缸的要点是：（1）应具有足够的强度和刚度。工作表面具有良好的耐磨性。（2）要具有良好的冷却，在有油润滑的气缸中，工作表面应有良好的润滑状态。（3）尽可能减少气缸内的余隙容积和气体阻力。（4）结合部分的连接和密封要可靠。（5）要有良好的制造工艺性和装拆方便。（6）气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合“三化”要求。3.1.1结构形式的确定气缸因工作压力不同而选用不同强度的材料，这个设计工作压150kgf/cm2低于200kgf/cm2，本设计采用水冷空气压缩机的单层壁气缸，气缸用铸铁制造，铸铁具有良好的铸造性能，对气缸结构形状的限制较小，所以铸铁气缸的形式较多。极差式的铸铁第8页共14页气缸，根据级在气缸中的布置方式和气缸的尺寸，可以制成整体式和分段的。本设计的气缸由一二级气缸组成。在水冷气缸中，应特别注意气阀部分的冷却，一方面要使气阀有充分的冷却，另一方面把吸气阀和排气阀用冷却水隔开，以保证气缸有较高的吸气系数。3.2活塞活塞可分为筒形和盘形两大类。我国系列压缩机的活塞均采用筒形结构，它由顶部，环部和群部三部分组成。活塞顶部组成封闭气缸的工作面。活塞环部的外圆上开有安装活塞环的环槽，环槽的深度略大于活塞环的径向厚度，使活塞环由一定的活动余地。活塞裙部在气缸中起导向作用并承受侧压力。活塞材料一般为铝合金或铸铁。灰铸铁活塞过去在制冷压缩机中应用较广，但由于铸铁活塞的质量大且导热性能差，因此，今年来系列制冷压缩机的活塞都采用铝合金活塞。铝合金活塞的优点是质量轻，导热性能好，表面经阳极处理后具有良好的耐磨性。但铝合金活塞比铸铁活塞的机械强度低，耐磨性差。活塞与气缸构成了压缩容积。活塞必须有良好的密封性，此外还有要求：1，有足够的强度和刚度；2活塞与活塞销的连结和定位要可靠；3，重量轻，两列以上的压缩机中，应根据惯性力平衡的要求配置各列活塞的重量；4，制造工艺性好。活塞式压缩机中采用的活塞基本结构型式有:筒形、盘形、级差式、组合式、柱塞等。4、基本部件的设计4.1曲轴4.1.1曲轴结构的选择压缩机曲轴有两种基本型式，即曲柄轴和曲拐轴。曲柄轴结构，连同电机轴一起，一般只有两个主轴承。曲拐轴在制造安装方面，虽较曲柄轴为差，但是采用曲拐轴的压缩机，可以实现结构紧凑，重量轻。4.1.