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摘 要

随着经济发展，往复式活塞机成为在各类过程生产中被广泛应用的机械，涉及石油化工，制冷，空气分离等领域。压缩机的工作过程包括吸气，进气，压缩，排气四个过程使气体压力升高并输送气体。本次设计一款水冷往复式压缩机，目的为了需求提供一款可靠的压缩机，因此本设计对生产有重要使用价值。

本设计依据工艺条件进行了热力学和动力学计算，包括压缩机冲程和速度，冲程体积，活塞力等。以及压缩机及其部件的尺寸设计计算，选择零部件包括气缸，活塞，连杆，曲轴等。根据输送的排气压力，排量，驱动，冷却等要求选择最佳的总体设计方案，并对该方案进行热力计算，获得压力比，进出口压力，排气温度，气缸尺寸等设计参数。动力学计算出个过程的惯性力，摩擦力，活塞力等。

两类计算为水冷压缩机设计提供原始数据并进行设计，在保证安全运行的同时满足环保，经济高效的目的。

关键词：活塞 压缩机 热力学 动力学

Design of 11ZA—1.5 / 8 water-cooled piston compressor

Abstract

With the development of economy, reciprocating piston machines have become widely used in petrochemical, refrigeration, air separation and other fields.The working process of the compressor involves intake, intake, compression and exhaust, thereby increasing the air pressure and delivering gas. The purpose of the design is a water-cooled reciprocating compressor, and its purpose is to provide a reliable compressor, so the design has important production value.

The design performs thermodynamic and kinetic calculations based on process conditions such as compressor stroke and speed, stroke volume and piston force. Selected parts include cylinders, pistons, connecting rods, crankshafts, and the design and calculation of the dimensions of compressors and their components. According to your requirements (such as exhaust pressure, displacement, drive, cooling, etc.) Choose the best overall design plan and heat calculation plan to design pressure ratio, inlet and outlet pressure, exhaust temperature, cylinder size, etc. Get parameters. Dynamic calculation process, such as inertial force, friction force, piston force.

These two calculations provide the original data and design for the design of water-cooled compressors, while achieving the goals of environmental protection and economic benefits while ensuring safe operation.Key words: piston, compressor, thermodynamics, dynamics .

Keywords: piston；compressor； thermodynamics；dynamics

目录

摘要 I

Abstract i

第一章 绪论 1

第二章 压缩机的热力计算 3

2.1 技术参数 3

2.2 压缩机行程与转数的选择确定 3

2.3 确定 3

2.4 活塞力的计算 5

2.5电机的选用 5

第三章 压缩机的动力计算 7

3.1 通过热力计算确定相关的结构参数和参数 7

3.2 压缩机的作用力 8

3.2.1 机构运动学的关系简化 8

3.2.2 作用力的计算 8

第四章 气缸的设计 15

4.1 气缸 15

4.1.1 气缸尺寸的计算 15

4.1.2 计算冷却水的消耗量 15

4.2 气阀 16

4.2.1 气阀的组件 16

4.2.2 气阀的基本要求 16

4.2.3 气阀的材料选择 16

4.2.4 气阀的计算 17

4.3 活塞的设计选型 23

4.3.1 活塞的结构及形式 23

4.3.2 对于活塞材料的选择 23

4.3.3 活塞尺寸的计算 24

第五章 其它部件的设计 27

5.1机体 27

5.1.1 机体的基本结构及形式 27

5.1.2 机体的设计 27

5.1.3机体的设计计算 28

5.2 曲轴的设计 29

5.2.1 对曲轴的基本结构的设计 29

5.2.2 关于曲轴的设计 29

5.2.3 曲轴材料 31

5.3 连杆 31

5.3.1 连杆的基本结构 31

5.3.2 设计 32

5.3.3 连杆的计算 34

5.3.4 连杆螺栓的计算选择 37

5.3.5 轴承和轴瓦 39

5.4 皮带轮 39

5.5压缩机的成本核算 41

第六章 结束语 43

第一章 绪论

建国以前，压缩机行业并不兴起，知道新中国成立以后，压缩机行业才慢慢有了起色。如今，往复活塞压缩机应用十分广泛，涉及石油、化工、制冷等等各个行业。未来，它主要会向中压或者高压发展。

此次毕业设计涉及到多门专业课程。本次毕业设计需完成的工作主要为：根据进出口压力、排气量等设计参数的要求，完成压缩机的详细计算方案，绘制压缩机装配及部件图。

本设计依据工艺条件进行了热力学和动力学计算，包括压缩机冲程和速度，冲程体积，活塞力等。以及压缩机及其部件的尺寸设计计算，选择零部件包括气缸，活塞，连杆，曲轴等。根据输送的排气压力，排量，驱动，冷却等要求选择最佳的总体设计方案，并对该方案进行热力计算，获得压力比，进出口压力，排气温度，气缸尺寸等设计参数。动力学计算出个过程的惯性力，摩擦力，活塞力等。

第二章 压缩机的热力计算

2.1 技术参数

排气量V_d =1.5m³/min，吸气压力P₁=0.1Mpa，排气压力P₂=0.8MPa，吸气温度T₁=273 20=293K

2.2 压缩机行程与转数的选择确定

行程与转速对机器的效率、动力组成和寿命起到直接影响作用。

（2-1）

式中：

在设计水冷式活塞压缩机的设计时，在已经给定了一些必要的参数和条件的情况下。因为小型和微型压缩机结构紧凑，所以只能采用较小的的行程，而且活塞的平均速度又是首要考虑的。因此选取的活塞在气缸中移动速度的平均值在2m/s左右。

因为活塞速度一定，故取

2.3 确定

1）试确定温度和公称压力

（1）确定公称压力

（2-2）

（2）绝热指数k

根据绝热过程考虑，空气的绝热指数k=1.41

（3）排气温度T₂

（2-3）

2）排气系数

（1）容积系数 通过气体状态方程和过程方程推导容积系数的计算公式

（2-4）

式中：—相对余隙容积

—名义压力比

M—膨胀过程指数

参照的计算与分析取，根据2—1，选取膨胀指数m=1.2

表2—1 按等熵指数确定膨胀系数

得出

（2-5）

（2）压力系数 查资料得出

（3）温度系数 根据温度系数与压力比的关系图 得出

（4）泄露系数 根据计算式

（2-6）

考虑气阀成批生产，质量可靠，阀弹簧力中等

考虑活塞有润滑油，缸径中等压力不高

考虑油润滑油，压力不高，选取填料的泄露值

故得出

求出

（2-7）

（5）抽气系数

（6）析水析水

3）计算气缸的行程容积

（2-8）

4）计算气缸直径

（2-9）

按表圆整直径得

2.4 活塞力的计算

表2-2 活塞力

轴侧活塞工作面积

（2-10）

盖侧活塞工作面积

（2-11）

运动机构利用系数

=0.97 （2-11）

因为u值接近于1，所以说明运动机构强度得到充分利用

2.5电机的选用

指示功率

（2-12）

如果机械效率，可以求得轴功率，机动效率，考虑安全因素，留有11%的安全余量，可以求得。按照此值，我们由此选用Y160L—4的电机，电机的功率为15kw，转速为1500r/min

第三章 压缩机的动力计算

3.1 通过热力计算确定相关的结构参数和参数

表3-1 压缩机的结构数据

3.2 压缩机的作用力

3.2.1 机构运动学的关系简化

图3-1 机构简化运动图

位移：

（3-1）

速度：

（3-2）

加速度：

（3-3）

在简化位移表达式时计算误差为1%，计算误差为2%

3.2.2 作用力的计算

（1）惯性力

往复惯性力为

（3-4）

表3-2 往复惯性力

（2）摩擦力

往复摩擦力的计算

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