1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 高压直联便携式压缩机 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - II - 摘 要 本文从压缩机行业的发展现状起，对压缩机设计在国内外的发展水平以及发展要求进行分析。根据活塞式压缩机设计的基本理论，结合设计要求， 对其进行设计计算等工作。往复活塞式压缩机热力学计算是压缩机设计计算中最基本的，并且也是最重要的一项工作，这是因为活塞式压缩机热力计算结果的精确程度可以体现出压缩机的设计水平，这也一直是压缩机设计的一个重要课题。根据设计要求等，经过热力计算得到压缩机的相关参数如级数、列数、气缸尺寸、机型大
2、小、轴功率。 本次研究分析了高压直联便携式压缩机的设计需求、结构型式、级数选择、压比分配和驱动方式，进行了基于等压比的热力学设计计算与动力学分析。本次课题设计采用二级压缩，实现排气压力在 3.0MPa 时的排气量到达 80L/min 的技术要求。完成了设计中的热力学计算和结构的校核计算，并且绘制了高、低压活塞缸、各式接头、高压缸、电机轴和装配图等零部件二维三维图。 提高活塞式压缩机设计计算精度，高压直联机如能研究成功，对提高我国的压缩机技术具有重要意义，并且也会带来更大的经济效益。 关键字：压缩机，热力计算，零件图 - III - Design Of Portable And A Direct
3、ly Driven High Pressure Compressor Abstract In this paper, the development status of the compressor industry, the design of the compressor level of development at home and abroad and the development of requirements for analysis. Then, according to the basic piston compressor design theory, design, c
4、alculation of its design work. Reciprocating piston compressor heat, power calculation is the basic design and calculation of the compressor, and is the most important work, because the piston compressor thermodynamic calculation, power calculation results based on its graphics and design components
5、 provision of raw data, the accuracy of the results can reflect the level of the compressor design, which has also been an important topic in compressor design. According to the design requirements, calculated through the thermodynamic parameters such as compressor series, the number of columns, cyl
6、inder size, type size, shaft power. The dissertation studied the design demand,framedwork,choosing series,prorate pressure and drive mode.Based on the same prorate,the calculations of thermodynamics and dynamics were did and the DHPAC was designed. Piston compressor designed to improve accuracy, hig
7、h straight-line if successful research, to improve our compressor technology is important, and will bring greater economic benefits. Keywords: compressor， heat calculation， parts- IV - 目录 摘 要 . II Abstract . III 符号说明 . V 第一章 绪论 . 1 1.1研究背景 . 1 1.2研究现状 . 2 1.3研究意义 . 4 第二章 热力学计算 . 6 2.1高、低压刚的行程和气缸直径 .
8、 6 2.1.1混合气体的绝热指数 K： . 6 2.1.2膨胀过程指数 m： . 8 2.1.3计算各级排气温 . 8 2.1.4计算各级排气系数 . 8 2.1.5计算各级行程容积与缸径等参数 . 11 2.2指示功率和轴功率 . 12 第三章 零部件设计与校核 . 14 3.1活塞的位移 . 14 3.2曲柄的受力分析 . 15 3.3轴受力分析 . 15 3.4强度条件 . 16 第四章 结论 . 18 参考文献 . 19 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 21 - V - 符号说明 符号 意义 单位量纲 P0s 吸气压力 Mpa P0d 排气压力 Mpa 0 压力比 K 气体
9、的绝热指数 pC 气体的定压比热 vC 气体的定容比热 m 膨胀过程指数 dT 排气温度 C ST 吸气温度 C T 温度系数 p 压力系数 g 气密系数 排气 系数 hV 缸行程容积 dm D 气缸直径 mm ldN 指示功率 W N 轴功率 Kw ldN 压缩机的指示功率 Kw m 压缩机的机械效率 eN 驱动及功率 Kw C 为传动效率 ca 轴的计算应力 Mpa 高压直联便携式压缩机设计 - 1 - 第一章 绪论 压缩机是输送气体和提高气体压力的一种从动的流体通用机械。它的种类很多，用途极为广泛。压缩机归属通用设备类，广泛应用于钢铁、电力、冶金、造船、纺织、电子、化工、石油、矿山、轻工
10、业、机械制造、造纸印刷、交通设施、食品医药、铸造喷涂、海运码头、军工科技、汽车工业、航空航天、基础设施等领域 1。 压缩机种类很多按工作原理可分为容积式压缩机和速度式压缩机 2。按照压缩机级数分为：单级、两级和多级压缩机。按结构型式的不同分类：容积型、速度型两种。容积型又细分为：回转式 (包括螺杆式、滑片式及转子式 )、往复式 (包括活塞式和隔膜式 )。速度型细分为：离心式、轴流式、喷射式以及旋涡式压缩机。容积型压缩机依靠在气缸内作往复运动的活塞或回转运动的转子，使容积缩 小而提高气体压力；速度式压缩机依靠气体在高速旋转叶轮的作用下得到巨大的动能，而后在扩压器中将气体的动能转化为压力能，根据气
11、体在机内流动方向的不同分为离心式和轴流式。 随着国民经济的飞跃发展，压缩机在工业上应用极为广泛。压缩机因其用途广泛而被称为“通用机械” 3。压缩机主要应用于石油、化工、医药、食品、建筑、制药、机械、运输等工业领域内，有着十分重要的作用，是许多工业部门工艺流程中的心脏设备 4，因此压缩机和泵、风机以及电动一起，被认为是衡量一个国家机械工业发展状况和水平的标志之一。压缩机作为通用机械其中之一，为了能更好的适应用户的需要和市场激烈的竞争，研究和开发一直广泛而深入地进行，这些研究的状况和其研究成果，都会通过许多刊物、国际性会议、专利与新产品使其得到充分的体现。 1.1研究背景 压缩机是一种压缩各种气体
12、提高气体压力或是输出气体的机器 5, 活塞式压缩机以其压力范围广、效率高、适应性强等特点 6被广泛应用于工业生产中。压缩机是空调、冰箱等的关键部件，还常常用于为气动工具提供动力源 7-8。各种压缩机都是属于动力机械，其能够将气体体积压缩小，提高压力，具有一定的动能，可以将其作为机械动力或是 其他用途。 从 20 世纪 80 年代中期至今，国外的压缩机行业在技术和生产方面都有所发展。在各类压缩机的性能及可靠性都已经基本解决的高水准基础上，研究仍然围绕如何提高产品使用寿命和性能其两大方面进行工作 9。研究利用计算机模拟上，大多数科学家对其进行设计开发，大大的提高了工作效率。美国 IRIS高压直联便
13、携式压缩机设计 - 2 - 公司引进多维空间解析，将性能分析和部件设计综合在一起，为压缩机设计优化提供了一个极为有效的途径 10。 1640 年德国成功研制出来世界第一台压缩机，到 1952 年我国沈阳空气压缩机成功制造出国内首个流量为 6m3/min压缩 机为 0.68Mpa空气压缩机 11。 50年代，活塞式压缩机行业从修理转向于仿制和组织批量生产。 60年代，结合我国自身的国情，制定了我国中小型活塞式压缩机系列的标准。到 70 年代末，除了全封闭式外，大多数是自行设计制造的系列产品，其品种、数量、质量以及技术水平都有了显著的提高。直到 80年代末时期，我国完成了全封闭式制冷压缩机标准的制
14、定，并且研制、生产了一些全封闭式压缩机。直到 80年代末时期，我国完成了全封闭式制冷压缩机标准的制定，并且研制、生产了一些全封闭式压缩机。随着国民经济的飞跃发展，压缩机在工业上应用 极为广泛。出于生产成本的考虑，目前我国的压缩机绝大部分采用普通的异步感应电动机驱动，不但成本低而且可靠稳定，但小功率电机通常效率低下 12。由于空气具有很好的压缩性和膨胀性，适宜做能量传递中的介质，输送方便不凝结 13，对人无害，对环境无污染，没有起火危险，且导出都有，用之不尽取之不竭，并且由于便携式压缩机由于重量轻，便于携带，且可用单相电源，而受到用户的喜爱，主要用于气缸枪等气动工具 14、 15。 国外往复式压
15、缩机发展方向主要往大容积流量、高压力、结构紧凑、能耗少、噪声低、效率高、通用性好等方向发 展。其普遍采用撬装无基础，全罩低噪音设计，大大节约了安装、基础和调试费用。在产品设计上，应用压缩机热力学、动力学计算软对高压气动工具而言，由于动力源更加强劲，其结构可以设计得更加轻巧，从而降低操作人员的劳动强度，提高工作效率 16、 17，因此急需研制排气压力在 3.0Mpa 左右的高压直联机。 1.2研究现状 随着工业生产技术的发展，活塞式压缩机的种类和结构型式也日益增多，各行业对活塞式压缩机的需求也不断增加。大部分设计者采用一些软件帮助其能够跟快，更好的完成设计，这样大大缩短了设计时间。 随着压缩机的
16、广泛 应用，对其也不断的提出了新的要求。目前中国大量生产和应用大腕儿压缩机的冷却不见技术十分落后，大都处于 20 世纪 50 60 年代。国产压缩机冷却系统与国外产品相差距离很大主要是冷却性能不佳 18。在现在竞争日益严峻的形式下，凸显出三个主要问题，一、在开发中必须考虑到减小对环境污染，可以说这是近几十年来对压缩机最为重要的要求，现今更加重视如何减小对环境的污染，这是我们不能忽视的。压缩机这一重要部件正面临严峻的挑战：环境问题，如何能在竞争激烈的环境下更好的发展，这一问题高压直联便携式压缩机设计 - 3 - 已是各企业严峻新技术所要解决的首要问题之一。二 、重要的挑战要求进一步提高设备和系统
17、的效率以减小能源消耗。如何能更好的为人类服务，提供更加的快捷方便的服务也是研究人员不断在突破技术难关，地球上的能源正在急剧的减少，因此在提高效率的同时不忘要减小对能源的消耗，能够充分的利用能源，也是以后发展的重要方向。三、随着压缩机的广泛应用也随之引发了日益激烈的全球化竞争的白日化。如何能够在竞争中赢得胜利，先进的技术是最为根本的衡量指标，只有不断的提高技术水平才能够在世界的舞台上站住脚跟。 评价压缩机性能好坏的主要指标是效率，产品可靠性好，效率高，噪声低以及成本低的压缩 机，是所有压缩机生产企业不断追求的目标，因此国内外学者围绕这方面对压缩机进行了优化设计研究。可以进行压缩机函数参数优化设计
18、可以节约能源、提高效率。也可以通过控制方法来降低阻力矩的波动，从而提高压缩机的效率和降低压缩机的噪音。压缩机特点是震动大，功率高和噪声值高 19。随着工业的发展，压缩机的震动和噪声也会直接影响效率，因此对压缩机进行优化，降低噪声和震动有重要的意义。往复式压缩机是问是最早、至今仍还在沿用且使用最广的一种机型。其优点为：能适应较宽的压力范围和制冷量的要求，适应性较强；对材料要求也较低，其 多采用普通的钢铁；技术熟练；工作可靠性较高。 在工程技术领域内，对于力学问题或其它问题十分复杂，而且工作量大。有限元方法是求解各种复杂数学物理问题的重要方法，是处理各种复杂工程问题的重要分析手段，也是进行科学研究
19、的重要工具。有限元方法分析问题的思路是将整个结构看作是由有限个力学小单元相互连接而成的集合体。 ANSYS 软件是美国 ANSYS公司开发的大型通用有限元软件，它的发展从 1971年 2.0版到如今的 8.0版，已有 30多年的历史， ANSYS 软件在航空、航天、汽车、机械、土木、电子等许多工业领域内有较为广泛的应 用 20。 今后压缩机的发展前景不仅仅在于努力提高技术性能指标，更应着力于应用近代先进计算机技术进行性能模拟和优化设计，促成最佳机型的系列化、通用化、机组化和自动化，降低生产成本，完善辅助成套设备，扩大应用领域，提高综合技术经济指标 21。 国外往复式活塞压缩机向着大容量、高压力
20、、结构紧凑、能耗少、噪声低、效率高、可塑性好、排气净化能力强等方向发展；不断开发变工况条件下运行的新型气阀，大大的提高气阀的使用寿命。在产品设计上，应用压缩机热力学、动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件等，提高计算准确度，通过 综合模拟模型预测压缩机在实际工况下的性能参数，从而可以提高新产品开发的成功率。采用计算机自动控制，自动显示各项运行参数，实现优化节能运行状态，优化联机运行，运行参数异常显示、报警与保护。产品设计重视工业设计和环高压直联便携式压缩机设计 - 4 - 境保护，压缩机外型美观更加符合环保要求。 1.3研究意义 随着压缩机的广泛应用，对其也不断的提出了新的要求。目前中国大量生
21、产和应用大腕儿压缩机的冷却不见技术十分落后，大都处于 20 世纪 50 60 年代。国产压缩机冷却系统与国外产品相差距离很大主要是冷却性能不佳 22。 活塞式压缩机热力、动力计算方法的深 入研究与通用计算软件的开发可以提高活塞式压缩机设计计算精度和产品研发的成功率，将广大的工程技术人员从大量烦琐的、重复的计算中解放出来，缩短产品研发周期，对提高我国的压缩机技术具有重要意义。压缩机是高耗能产品，据有关部门统计，空气压缩机的能源消耗占全国总发电量的 10%左右 23。由此可看出降低压缩机的能耗，提高其效率，对节能减排环境保护有着重要的意义。活塞式压缩机的热力、动力计算是压缩机设计计算中基本的，又是
22、最重要的一项工作，根据用户提供的介质成分、排气量、压力等参数要求，经过热力计算得到压缩机的相关参数如 级数、列数、气缸尺寸、机型大小、轴功率等 24。而对于动力计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平，对压缩机设计和基础设计提供原始数据，对减小压缩机的振动具有重要意义，其动力计算结果的精确程度体现了压缩机的设计水平，对压缩机热力学、动力学计算软件和压缩机工作过程模拟软件，提高工程设计计算精确度和新产品开发的成功率打下基础，也始终是压缩机研究的方面之一。 随着人们对于生活、工作环境舒适性的要求不断提高，商用中央空调发展速度迅猛加大。根据中央空调器行业统计数据显示，自 2004年起我国中央空调市场
23、呈高速增长，增 长率高达为 48%。商用中央空调行业在房地产开发、百货仓储物流、大型公共建筑建设等带动下，需求也继续旺盛，自 2005 2010年，中央空调器销售额年均增长率约为 10% 20%。并且这几年中小型压缩机发展的趋势是提高压缩机效率，降低消耗，继续向小型化、轻型化发展。特别是在环保环境、节能高效、减轻质量和体积、降低整栋和噪声等方面发展迅速。与此同时，由于国际公约规定全球的氟利昂制冷剂必须停止使用，但是新制冷剂比原来使用的制冷剂效果相差 10%左右之多，使得制冷量出现了严重的不足，不能很好的满足使用者的要求；再者，在汽 车发动机的转速不断提高的同时，作为汽车发动机同步转动的压缩机，
24、需要满足高速的需求，压缩机的体积又希望做得更小。通过改变压缩机型号来提高排气量或是改变压缩机尺寸都可以提高压缩机的使用效率，从而带来很大的方便。 与国外往复式压缩机技术水平相比，我国的主要差距为基础理论研究差，产品技术开发能力低，工艺装备和实验手段落后，产品技术起点低，规格品种、高压直联便携式压缩机设计 - 5 - 效率、制造质量。随着我国经济的发展，我国的压缩机设计制造技术也有了长足的进步，在某些方面的技术说平也已经达到国际先进水平。但在技术水平、制造能力，特别是在产品的性能稳定性 、可靠性方面与国际先进水平还有着一定的差距，不能完全满足国家重点工作建设的需要，预计我国“十一五”期间的压缩机需求会大幅度的增加，这是我们的机遇也是挑战，需要广大压缩机工作者共同努力，推动我国压缩机技术进一步的发展。
