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摘 要

近年来，随着科技水平的发展和研究的深入，活塞式压缩机的种类越来越多，用途也更加广泛，在很多行业中都是不可或缺的设备之一，对国民经济发展也有较大的促进作用。船用压缩机由于工作条件独特，压缩介质具有腐蚀性，同时受环境限制较大，因此对压缩机的结构形式、使用寿命等具有一定的要求。WP18L型活塞式风冷压缩机在船舰工业领域的应用比较广泛。以WP18L型活塞式风冷压缩机的结构形式和工作原理作为参考，结合实际情况，经过热力计算、动力计算，分析计算结果并以此为依据对压缩机的机体及重要零部件进行设计、选型与校核，最终得出满足船舰工作需求的活塞式风冷压缩机的设计方案。

关键词：活塞式压缩机 热力计算 动力计算 零件设计

Design of marine air-cooled compressor

Abstract

In recent years, with the development of science and technology and the deepening of research, there are more and more types of piston compressors, and their uses are more extensive. They are one of the indispensable equipments in many industries and have a greater impact on the development of the national economy. Due to the unique working conditions of marine compressors, the compression medium is corrosive, and at the same time it is greatly restricted by the environment. It has certain requirements on the structure and service life of the compressor. WP18L type piston air-cooled compressor is widely used in ship industry. Taking the working principle of the WP18L piston air-cooled compressor as a reference, combined with the actual situation, after thermal calculation and power calculation, the calculation results are analyzed and based on this, the compressor body and important parts are designed, selected and calibrated. After these processes, the design plan of the piston air-cooled compressor that meets the work needs of the ship is finally obtained.

Keywords: piston compressor; thermal calculation; dynamic calculation; part design

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的目的和意义 1

1.2 压缩机的结构分类与特点 2

1.2.1 压缩机的分类和命名 2

1.2.2 压缩机的工作原理与特点 2

1.3 压缩机的应用现状和发展前景 4

1.3.1 气体输送中的应用 4

1.3.2 石化行业中的应用 4

1.3.3 制冷设备中的应用 4

1.3.4 发展前景 5

第二章 压缩机的热力计算 6

2.1 技术参数 6

2.2 压力比分配 6

2.3 压缩机的转速和行程 6

2.4 气缸的行程容积 6

2.4.1 公称压力和温度 6

2.4.2 排气系数 7

2.4.3气缸的行程容积 8

2.4.4活塞杆直径 8

2.4.5气缸直径 8

2.4.5修正公称压力 9

2.4.6 各级排气温度 10

2.5 活塞力 10

2.5.1 活塞杆面积 10

2.5.2活塞的工作面积 10

2.5.3活塞上受到的气体力（内、外止点） 10

2.6 选配电机 11

2.6.1 指示功率 11

第三章 压缩机的动力计算 12

3.1 压缩机中的作用力 12

3.1.1运动学关系分析 12

3.1.2 各种作用力的计算 13

第四章 气缸部分的设计 18

4.1 气缸组件 18

4.1.1 气缸选材及设计要求 18

4.1.2 气缸主要尺寸的计算 18

4.2 气阀 19

4.2.1 气阀组件及设计要求 19

4.2.2 气阀选材 19

4.2.3 气阀的有关计算 19

4.2.4 气阀弹簧的设计计算 23

4.3 活塞 26

4.3.1 活塞组件及设计要求 26

4.3.2 活塞组件结构形式的选择 26

4.3.3 活塞组件材料的选择 26

4.3.4 活塞组件结构尺寸的确定 26

第五章 基本部件的设计 30

5.1机体 30

5.1.1 机体结构的设计 30

5.1.2 机体的强度计算 31

5.2 曲轴 32

5.1.1 曲轴的基本结构 32

5.2.2 曲轴的结构设计 32

5.3 连杆 33

5.3.1 连杆的结构设计 33

5.3.3 连杆的计算 36

5.3.4 连杆螺栓 41

5.3.5 轴承与轴瓦 43

5.4 皮带轮 43

5.5 压缩机成本核算 45

第六章 总结与展望 46

参考文献 47

致谢 49

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的和意义

压缩机在许多行业中被称作“通用机械”，其主要作用是为压缩气体提供动力，也可以用于制冷和气体分离^[1]。无论是在人们熟知的家用电器领域，还是在其它一系列的工业生产活动中，压缩机及其配套设备都是各个环节不可或缺的。近年来，我国在压缩机制造技术上取得了很多突破性的进展。然而，我国的压缩机仍然无法满足国内在高技术、高质量、高参数以及一些特殊产品等领域的需要。由于生产水平的限制，我国的压缩机大多数仍存在着结构复杂、使用寿命较短的缺陷，容易出现故障，不能保证持久稳定地运行^[2]。如果压缩机在运行过程中出现故障后还无法及时排除，就会导致其非正常运行，严重时可能损坏整套装置，甚至还会导致重大危险事故的发生^[3]。因此，给予压缩机足够的可靠性保障，是整个压缩机制造行业不可忽视的问题。

对于设备而言，可靠性意味着该设备在规定的工作环境下，在一定的工作时间内，平稳运行且完成预定工作而不发生故障的程度或能力 ^[4-5]。而设计过程中的可靠性保障则是防止故障发生、保证设备可靠性的重要一环。压缩机的设计包括结构（机身、气缸等）、性能、辅助装置的设计等。由于选材不当、结构缺陷、排气不足、温度异常、压力异常、零部件磨损、润滑与密封结构破坏等因素，会导致压缩机甚至整套设备出现连锁式的损坏，容易引起比较重大的事故，给经济带来严重的不良影响。科威特研究所的调查研究^[6]和西班牙的塞维利亚大学的研究^[7]均表明：虽然某些小零件的故障在压缩机设备中并不常见，但发生此类事件时，可能会影响运动链的所有组件。因此压缩机在材料选择、级间布置、结构优化、流量管理、热管理等方面的设计均需严格按照相关规定展开。

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