VF-0.850空氣壓縮機的設計（整體設計編程一、二級缸設計）【含CAD圖紙源文件】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 畢業(yè)設計（論文） 題目： VF-0.8/50空氣壓縮機設計 （整體設計編程，一、二級氣缸設計） 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： 1 本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） VF-0.8/50空氣壓縮機的設計（整體設計編程，一、二級缸設計） 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 學 號： 作者姓名： VF-0.8/50空氣壓縮機的設計（整體設計編程，一、二級缸設計） 　信 機　系 　機械工程及自動化 　專業(yè) 畢 業(yè) 設 計論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目　　 VF-0.8/50空氣壓縮機的設計 （整體設計編程，一、二級缸設計） 　 2、專題　 　 二、課題來源及選題依據(jù) VF-0.8/50一級有油、二、三級微油潤滑空氣壓縮機是風冷單作用壓縮機，不僅能提供純凈的壓縮空氣，且省去了頻繁的加油工作，在食品、醫(yī)療、儀表等行業(yè)廣泛應用。壓縮機由三相異步電動機作為原動機，經(jīng)“V”型皮帶傳動，使曲軸作旋轉運動，再通過連桿帶動活塞在氣缸內(nèi)作往復運動?？諝庥蛇M氣閥吸入一級氣缸，壓縮后通過一級排氣閥進中間冷卻器后再經(jīng)過二級氣缸壓縮后，經(jīng)二級排氣閥再次進入中間冷卻器后最后通過三級氣缸壓縮后，進入儲氣罐。采用自動停機方式控制排氣壓力，壓縮機的冷卻主要由兼作風扇的飛輪對氣缸及中間冷卻器進行強制對流換熱來保證。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： 1、 根據(jù)設計參數(shù)，利用計算機編程進行壓縮機的熱、動力計 算（主要包括缸徑的 確定，電動機功率計算及選型，壓縮機 中的作用力的分析，飛輪距的確定）； 2、對壓縮機主要零件進行強度校核； 3、根據(jù)計算結果，確定壓縮機結構尺寸，繪制主要零部件圖及 一、二級氣缸組裝圖； 4、查閱相關資料，完成畢業(yè)設計說明書一份，不少于30頁。 四、接受任務學生： 五、開始及完成日期： 自2012年11月12日 至2013年5月25日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師　　　　　　　簽名 簽名 　　　　　　　簽名 教研室主任 　　　　　　〔學科組組長研究所所長〕　　　　　　　簽名 　　 　　系主任 　　　　　　簽名 畢業(yè)設計（論文） 題目： VF-0.8/50空氣壓縮機設計 （整體設計編程，一、二級氣缸設計） 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： 1 畢業(yè)設計（論文） 開題報告 題目： VF-0.8/50空氣壓縮機設計 （整體設計編程，一、二級氣缸設計） 信機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 學 號： 學生姓名： 指導教師： 課題來源 “VF-0.8/50空氣壓縮機（整體設計編程、一、二級氣缸設計）”的課題來源于企業(yè)； 結合所學知識，老師擬定題目； 綜合大學里所學的知識，將理論與實踐相互結合。 科學依據(jù)（包括課題的科學意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應用前景等） 1、 化工、冶金、化肥、食品、醫(yī)療等眾多企業(yè)的生產(chǎn)過程需要用到氣體壓縮機，而活塞式空氣壓縮機由于有較高的壓縮比，在高壓氣體生產(chǎn)與輸送中尚不能被其它設備所替代，是許多工程項目中的關鍵設備。 2、 由于計算機的飛速發(fā)展與普遍應用，在活塞式壓縮機設計中，設計人員可以使用計算機編程來實現(xiàn)熱力計算和動力計算，可以使得設計過程變得迅捷、方便、高效且計算結果精確。 3、 活塞式壓縮機上所用的密封活塞環(huán)通常用自潤滑材料聚四氟乙烯制成，由于活塞環(huán)長期運行在劇烈的摩擦環(huán)境下，活塞環(huán)極易磨損，導致壓縮機不能正常工作。為了減少高分子材料的摩擦磨損，傳統(tǒng)氣體壓縮機活塞環(huán)需要用油潤滑，以減少活塞環(huán)與氣缸壁的摩擦磨損，提高活塞環(huán)的使用壽命。 4、 VF-0.8/50空氣壓縮機一級活塞環(huán)采用金屬制造，有油潤滑。二活塞環(huán)采用自潤滑聚合物復合材料制造，為微油潤滑，所生產(chǎn)的壓縮氣體潔凈無污染，既節(jié)省了大量的潤滑油，又可簡化生產(chǎn)工藝流程，降低能耗，減少環(huán)境污染，是當前活塞式壓縮機的發(fā)展方向。 5、 目前壓縮機制造業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為機械制造工業(yè)的一個重要組成部分。 研究內(nèi)容 1、 活塞式空氣壓縮機的工作原理以及工作形成； 2、 熱力計算和動力計算的計算機編程實現(xiàn)； 3、 一、二級氣缸的主要零部件設計； 4、 一、二級氣缸主要零部件圖紙的繪制。 擬采取的研究方法、技術路線、實驗方案及可行性分析 （1）研究方法 通過閱讀有關資料，文獻，收集篩選，整理課題研究所需的有關數(shù)據(jù)，理論依據(jù)， 綜合運用所學理論知識研究論文課題。 （2）技術路線 根據(jù)已知的壓縮機參數(shù)并選取適當?shù)南禂?shù)，然后通過建立的數(shù)學模型來編程計算出 熱力學參數(shù)和動力學參數(shù)，最后根據(jù)熱力學參數(shù)和動力學參數(shù)來確定一、二級氣缸的結構參數(shù)。 （3）可行性分析 通過對論文課題的學習研究，達到鞏固，擴大，深化已學理論知識，提高思考分析 解決實際問題等綜合素質的目的。 研究計劃及預期成果 1、 對VF-.08/50空氣壓縮機整體結構進行分析，對傳動結構進行篩選，初步選擇達到設計要求的結構方案； 2、 對壓縮機的熱力部分進行編程計算； 3、 對壓縮機的動力部分進行編程計算； 4、 對一、二級氣缸主要零部件設計； 5、 對無油壓縮機的主要零部件進行強度校核，提高機構穩(wěn)定性，穩(wěn)定性。 特色或創(chuàng)新之處 在VF-0.8/50空氣壓縮機的設計及計算的過程中，同時設計了一個活塞式壓縮機的熱力計算和動力計算軟件，該軟件能方便高效的完成一個熱力計算和動力計算，并且計算結果精確，有利于進一步的壓縮機的結構設計。 已具備的條件和尚需解決的問題 （1） 已具備的條件 擁有機械設計手冊等參考資料及文獻；到企業(yè)進行參觀，對空氣壓縮機進行直觀的 了解與認識，對所學的機械基礎知識有較好的掌握；掌握C#編程語言并熟悉面向對象編程的方法；能熟練運用Visual Studio編程軟件；能熟練運用CAD制圖軟件，提高作圖效率。 （2） 尚需解決的問題 對于VF-0.8/50空氣壓縮機的工作原理不是非常清楚和熟悉，缺乏設計經(jīng)驗。 指導教師意見 指導教師簽名： 年 月 日 教研室（學科組、研究所）意見 教研室主任簽名： 年 月 日 系意見 主管領導簽名： 年 月 日 摘 要 壓縮機是用來提高氣體壓力和輸送氣體的機械。從能量轉換的方式來看， 壓縮機是屬于將原動機的動力能轉變?yōu)闅怏w壓力的工作機。本設計為中壓活塞式空氣壓縮機設計?；钊綁嚎s機與其他類型的壓縮機相比，其優(yōu)點是：壓力范圍最廣、效率高、適應性強，即排氣量范圍較廣，且不受壓力高低的影響?；钊綁嚎s機應用較廣泛，例如在吹瓶機、核電站、儀表等方面，特別是在中小制冷范圍內(nèi)成為應用最廣，生產(chǎn)批量最大的一種機型。 本次整個設計的內(nèi)容包括壓縮機的總體、氣缸及基本部件的設計。主要通過熱力計算和動力計算來確定壓縮機的總體結構方案設計，和各種零部件的設計。同時，在本次的設計過程中，開發(fā)了一個計算機軟件來完成熱力計算和動力計算，借助AutoCAD繪圖軟件繪圖。 關鍵詞：活塞式壓縮機；計算機編程；熱力計算；動力計算；主要零部件設計 Abstract The compressor is used to increase the gas pressure and gas transportation machinery. Judging from the energy conversion, the compressor is working machine, which can transform the prime mover into gas pressure. This design is for the medium-pressure piston air compressor. Compared with other types of compressors, advantages of piston compressor are: pressure range is the most extensive, high efficiency, adaptability. That means a wider range of displacement and pressure level will not affect it. The piston compressor is used widely, such as blowing machine, nuclear power plants, instrument, particularly in small and medium-sized refrigeration. It is also the largest production volume of a model. The entire design includes the design of the compressor overall, the cylinder and the basic member. The compressor overall structure of the program and various parts of the design is mainly determined by thermodynamic calculation and dynamic calculation.In the design process, I develop a computer software to complete the thermodynamic calculation and dynamic calculation, drawing with AutoCAD drawing software. Key words: piston compressor; computer programming; heating calculation; dynamic calculation; structural design 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1.1本課題的研究內(nèi)容和意義 1 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 1 1.3本課題應達到的要求 2 2總體設計方案 3 2.1設計參數(shù)及依據(jù) 3 2.1.1 設計參數(shù) 3 2.1.2 設計活塞壓縮機應符合以下基本原則 3 2.2 主要結構參數(shù)的選擇 3 2.2.1 轉速n 3 2.2.2 行程S 3 2.2.3 活塞平均速度 4 2.3 結構方案的選擇 4 2.3.1 氣缸排列的型式及其選擇 4 2.3.2 運動機構的結構及選擇 5 2.4 中間冷卻器 5 3 熱力計算 7 3.1 概述 7 3.2 熱力計算原始數(shù)據(jù) 13 3.3 初步確定各級名義壓力 15 3.4 計算各級排氣溫度 17 3.5 確定各級的排氣系數(shù) 19 3.5.1 容積系數(shù) 19 3.5.2 壓力系數(shù) 21 3.5.3 溫度系數(shù) 21 3.5.4 氣密系數(shù) 21 3.5.5 排氣系數(shù) 22 3.6 確定各級干氣系數(shù) 22 3.7確定各級抽氣系數(shù) 22 3.8 確定各級氣缸行程容積 22 3.9 確定各級氣缸直徑 24 3.10 圓整后各級名義壓力及溫度 26 3.10.1 確定圓整后各級實際行程容積 26 3.10.2 求各級壓力修正系數(shù)、 27 3.10.3 修正后各級名義壓力及壓力比 29 3.10.4 修正后各級排氣溫度 30 3.11 計算活塞力 31 3.11.1 計算氣缸內(nèi)實際吸排氣壓力 31 3.11.2 計算各列的活塞力 32 3.12 計算軸功率，選取電機 35 3.12.1 計算各級指示功率 35 3.12.2 整個機器總指示功率 36 3.12.3 軸功率 36 3.12.4 選擇電機 36 4 動力計算 37 4.1 概述 37 4.2 初始數(shù)據(jù) 37 4.3 作各級氣缸設計示功圖 37 4.4 作往復慣性力圖 44 4.5 計算各級往復摩擦力 47 4.6 作綜合活塞力曲線圖 47 4.7 作切向力圖 52 4.8 確定飛輪距 56 5 主要零部件設計 58 5.1 一、二級氣缸設計 58 5.1.1 氣缸結構型式 58 5.1.2 氣缸結構設計 58 5.2 一、二級活塞組件 61 5.2.1 活塞 61 5.2.2 活塞環(huán)與活塞環(huán)的潤滑 62 5.3 一、二級氣閥 65 5.3.1 氣閥的基本要求 65 5.3.2 氣閥主要參數(shù)的確定 65 結論與展望 71 6.1 結論 71 6.2 不足之處及未來展望 71 致謝 72 參考文獻 73 附錄 74 149 VF-0.8/50空氣壓縮機的設計（整體設計編程，一、二級缸設計） 1 緒論 1.1本課題的研究內(nèi)容和意義 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，壓縮機的使用已十分普遍，所占的地位相當重要。壓縮機是輸送氣體介質并提高其壓力能的機械裝置，它在國民經(jīng)濟各部門中特別在化工、石油、礦山、冶金、機械、農(nóng)田灌溉以及國防工業(yè)中已成為必不可少的關鍵設備。其重要的應用場合有： (1) 化工工藝過程上的應用 在化工生產(chǎn)中，為了保證某些合成工藝能在高壓條件下進行，往往通過壓縮機把氣體 預先加壓到所需的壓力。例如高壓聚乙烯的聚合反應要求把乙烯加壓到2000kgf/cm2以上；合成氨的反應要求把合成氣加到320kgf/cm2;石油裂解如氫要求把氫氣加壓到150kgf/cm2以上等。 (2) 動力工程上的應用 在動力、機械以及國防工業(yè)上常采用壓縮空氣作為驅動裝置的動力氣源，例如常見的 風動機械，要求空氣的壓力為8kgf/cm2；用于控制儀表及自動化裝置上的氣源壓力6kgf/cm2；國防工業(yè)中某些武器的發(fā)射、潛水艇的沉浮、魚雷的發(fā)射驅動等需要采用壓縮機。 (3) 氣體輸送 在石油、化工生產(chǎn)中，為了輸送原料氣，常用壓縮機增壓。例如從油田輸出天然氣，煤氣廠輸出煤氣都要求事先加以增壓。 壓縮機種類有很多，有往復式壓縮機、回轉式壓縮機、透平式壓縮機、噴射式壓縮機等。其中在往復式壓縮機中最典型的是活塞式壓縮機?；钊綁嚎s機是依靠氣缸內(nèi)活塞的往復運動來壓縮氣體?；钊麎嚎s機由于具有耗能低、適應性強和靈活性大等優(yōu)點，應用比較普遍。所以活塞壓縮機的設計及研究對國民經(jīng)濟的發(fā)展具有十分重要的意義。 由于計算機的飛速發(fā)展與普遍應用，在活塞式壓縮機設計中，可以使用計算機編程來實現(xiàn)熱力計算和動力計算。通過利用計算機編程，可以使得熱力計算和動力計算變得迅捷、方便、精確。同時借助AutoCad的二次開發(fā)，可以很方便的生成氣缸的示功圖、綜合活塞力圖、切向力圖和總切向力圖。 本次設計中編程語言采用C#。C#是一款面向對象的編程語言，是微軟公司在2000年7月推出.NET Framework的第1版時提供的一種全新語言，它從C和C++語言演化而來，并吸取了以往的教訓，考慮了其他語言的許多優(yōu)點，并解決了它們的問題[12]。本次設計使用Visual Studio 2010開發(fā)工具進行所有的C#編程。 1.2國內(nèi)外的發(fā)展概況 近年來，國民經(jīng)濟不斷的發(fā)展，行業(yè)集中度提高了許多，大企業(yè)進一步集中供貨。氣體壓縮機的產(chǎn)業(yè)布局，正在逐步合理的向新局面發(fā)展。由于戰(zhàn)略性的經(jīng)濟重組的不斷推進，很多不合格的企業(yè)退出，杰出的企業(yè)找準發(fā)展方向，加強主要業(yè)務的發(fā)展，不斷做大做好，達到強強聯(lián)合，承擔起國家重大技術裝備項目。在相關政策方面，為應對全球性金融危機對我國經(jīng)濟的影響，早在09年年初，國家已經(jīng)制定了一系列的刺激經(jīng)濟方案，重點調(diào)整振興包括石化、冶金等氣體壓縮機的下游產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的十大產(chǎn)業(yè)。由于這些措施，使得氣體壓縮機產(chǎn)業(yè)得到了積極的發(fā)展，同時也使得壓縮機行業(yè)經(jīng)濟在2009年的下半年逐漸變好。在開拓國際市場方面，壓縮機行業(yè)應積極而謹慎地探索自己的國際化道路。近年來，壓縮機行業(yè)的國際化步伐放緩，特別是在2009年，壓縮機的出口形勢不容樂觀，這主要表現(xiàn)于國內(nèi)壓縮機行業(yè)技術發(fā)展水平與國外壓縮機技術發(fā)展水平存在一定的差距，真正意義上的具有國際競爭力的大型國際企業(yè)集團還沒有形成。但是在將來，壓縮機的需求在我國壓縮機市場中將進一步提高。 2013年，是壓縮機行業(yè)發(fā)展的新起點，預計行業(yè)未來呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢。首先是結構調(diào)整將有重大突破。目前在我國的壓縮機行業(yè)中，企業(yè)規(guī)模小而且分散，產(chǎn)業(yè)集中度低；生產(chǎn)力布局不合理現(xiàn)象依然存在；企業(yè)節(jié)能減排的任務重；科技創(chuàng)新能力不強；資源控制力不強，保障體系建設滯后等。正因為壓縮機行業(yè)中存在這些矛盾，所以，特別的要在壓縮機行業(yè)中特別的調(diào)整好壓縮機產(chǎn)業(yè)結構，不斷升級產(chǎn)業(yè)，并且解決壓縮機行業(yè)的重大問題，不影響其發(fā)展。第二，行業(yè)內(nèi)要大力推動共性技術研究開發(fā)，掌握核心技術、關鍵技術的自主知識產(chǎn)權。當前，壓縮機行業(yè)共性技術的科研經(jīng)費投入不足，研究開發(fā)力量薄弱。2013年，各企業(yè)應加大在我國重點培育自主知識產(chǎn)權的技術裝備研發(fā)力量。可以循序漸進地加強建設國家工程技術研究中心、國家重點實驗室、行業(yè)科研院所等共性技術研究開發(fā)平臺，重點對原創(chuàng)性技術、戰(zhàn)略性關鍵技術、及共性技術的研究開發(fā)，并且培養(yǎng)一支既精通基礎技術又熟悉行業(yè)技術的高科技人才隊伍，努力使其掌握關鍵技術、核心技術和重要產(chǎn)品的自主知識產(chǎn)權。第三，進入加快發(fā)展制造服務業(yè)階段。當前，壓縮機行業(yè)存在一些不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的缺陷，如缺少高端技術，企業(yè)規(guī)模偏小等。面臨這些問題和激烈的市場競爭，壓縮機企業(yè)極需提高自身的核心競爭力，轉變增長方式。在制造過程中，并且在市場調(diào)研，銷售，產(chǎn)品報廢回收過程中，力爭為客戶提供方便，高品質的優(yōu)異服務，這點對一個壓縮機企業(yè)的發(fā)展有著重要意義，因為通過這些可以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?，F(xiàn)代服務業(yè)主要投入的大部分是人力資本和知識資本，這些解決了壓縮機企業(yè)發(fā)展、升級問題，并且提升了市場競爭力。 我國往復壓縮機設計與制造技術水平跟國外水平相比，主要差距是在研究基礎理論上的差距，開發(fā)產(chǎn)品的技術能力相對較低，落后國外的工藝裝備和實驗手段，產(chǎn)品技術起點不高。另外，技術含量高和特殊要求的產(chǎn)品在國內(nèi)壓縮機市場上供不應求。 1.3本課題應達到的要求 1、根據(jù)設計參數(shù)，利用計算機編程進行壓縮機的熱、動力計算（主要包括缸徑的確定，電動機功率計算及選型，壓縮機中的作用力的分析，飛輪距的確定）； 2、對壓縮機主要零件進行強度校核； 3、根據(jù)計算結果，確定壓縮機結構尺寸，繪制主要零部件圖及一、二級氣缸組裝圖； 4、查閱相關資料，完成畢業(yè)設計說明書一份，不少于30頁。 2總體設計方案 2.1設計參數(shù)及依據(jù) 2.1.1 設計參數(shù) 排氣量：0.85m3/min 壓縮介質：空氣 進氣壓力：大氣壓 公稱排氣壓力：5 MPa(表壓力) 排氣溫度：25℃ 2.1.2 設計活塞壓縮機應符合以下基本原則 a.滿足用戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關使用條件的要求。 b. 使用壽命要足夠長，即壓縮機需要大修時間間隔的長，使用可靠性要足夠高，及壓縮機被迫停車的次數(shù)短。 c.有較高的運轉經(jīng)濟性。 d.有良好的動力平衡性。 e.維護檢修方便。 f.盡可能采用新結構、新技術、新材料。 g.制造工藝性良好。 h.機器的尺寸小、重量輕。 2.2 主要結構參數(shù)的選擇 所謂結構參數(shù)是指能反映機器結構面貌和工作性能的特征數(shù)據(jù)，如轉速n，活塞平均速度Cm、行程S等。選擇這些參數(shù)時，必須符合壓縮機三化（系列化、通用化、標準化）標準。 2.2.1 轉速n 由排氣量公式可知，排氣量隨轉速的提高而增大。對于已使用的機器，適當提高轉速，可使生產(chǎn)能力增大；對于新設計的機器，轉速取得高，可使機器尺寸小、重量輕。轉速越高，相同功率的電機越小，并有可能與壓縮機直聯(lián)，占地面積小，總的經(jīng)濟性好。因此，近年來，壓縮機轉速趨于提高。但是，轉速提高也帶來許多不利因素。當轉速增加時，往復慣性力與轉速的平方成正比的增加。若最大慣性力大于最大活塞力，則運動機構的設計將以空車運行時的最大慣性力為依據(jù)，運動件的利用程度差。因此，設計時應選取恰當?shù)霓D速，使最大慣性力不超過最大活塞力；對于平衡得不夠好的壓縮機，高轉速會使不平衡的慣性力和力矩增加，使機器和基礎的振動加??；轉速高使易損件壽命低。如活塞環(huán)、填料函、十字頭，連桿大小頭軸瓦以及主軸瓦等的磨損均速轉速增高而加快。特別是閥片的工作壽命大致與轉速成反比，為使閥片有相當?shù)膲勖?，轉速也不宜過高；此外，轉速增高，氣流在氣閥中的速度增大，阻力損耗增加，使壓縮機效率降低。 近代壓縮機的轉速，通常在下列范圍：微型和小型：1000~3000rpm；中型：500~1000rpm；大型：250~500rpm。 2.2.2 行程S 在選定行程時，需考慮下列因素： （1）排氣量的大小 排氣量大，則行程應取得長一些，反之，應短些； （2）對于立式、V型、W型、扇型等結構形式，活塞行程可以取得小些，這樣機器就不太高，方便使用和維修； （3）氣缸的結構主要考慮Ⅰ級缸徑與行程要保持一定的比例。若行程太小，則吸、排氣接管在氣缸上的布置將發(fā)生困難（特別是徑向布置氣閥的情況）。 在保證運轉可靠、零部件壽命較長的前提下，趨向于采用高轉速、短行程。 2.2.3 活塞平均速度 活塞平均速度是衡量壓縮機是否先進的重要參數(shù)之一，它與轉速、行程直接相關。其值的大小直接影響運動件的磨損、氣閥的工作狀況和氣流的阻力損失等?；钊骄俣?、轉速n和行程S的關系如下： （2.1） 式中 ——活塞平均速度，m/s； ——壓縮機轉速，rpm； ——活塞行程，m。 為顧及易損件的壽命及運轉的經(jīng)濟性，對于大、中型工藝用壓縮機，一般可取3.5~4.5m/s；對于大批生產(chǎn)的動力用固定式空壓機，為獲得較高的效率，可取3~4m/s；對于移動式壓縮機，為盡量減小尺寸和重量，可取4~5m/s；對于微、小型壓縮機，為了讓結構緊湊些，可以選取較小的行程，盡管轉速較高，但是活塞平均速度較低，約2m/s左右。 對于無油潤滑的迷宮式壓縮機，要求，以減少泄露；而用聚四氟乙烯或石墨環(huán)等自潤滑材料活塞環(huán)及填料的壓縮機，；乙炔壓縮機具有爆炸的危險性，為安全計，取。 在往復活塞式壓縮機設計中，由于一定的參數(shù)和使用條件的限制下，第一步應考慮選擇適當?shù)幕钊骄俣?，因? （1）活塞平均速度的高低，對運動機件中的摩擦和磨損有直接的影響。對氣缸內(nèi)的工作過程也有影響。 （2）本次設計的壓縮機二、三級采用微油自潤滑材料的半無油潤滑，活塞速度過高，功率的消耗及排氣溫度將會過高。嚴重地影響壓縮機運轉的經(jīng)濟性和使用的可靠性。故VF-0.8/50空氣壓縮機行程定為90mm，轉速定為750rpm。 根據(jù)式（2.1），活塞平均速度為： 2.3 結構方案的選擇 活塞式壓縮機的結構特點主要體現(xiàn)在氣缸排列的型式，即指氣缸中心線的排列位置和運動機構的結構這兩個方面。 2.3.1 氣缸排列的型式及其選擇 根據(jù)氣缸排列的型式不同，有立式壓縮機、臥式壓縮機、對稱平衡型壓縮、對置型壓縮機及角度式壓縮機。角度式壓縮機，氣缸中心線具有一定的角度，但不等于零度和180℃。按氣缸中心線的位置不同，又可以分為W型、V型、L型和扇型。 角式壓縮機的特點是同一曲拐上裝有幾個連桿，與每個連桿相應的氣缸中心線間具有一定的夾角，角式壓縮機優(yōu)點有： （1）各列一階往復慣性力的合力，可用裝在曲軸上的平衡重達到大部分或完全平衡，動力平衡好，機器可取較高的轉速，可達500~2200rpm。 （2）氣缸彼此錯開一定角度，有利于安排氣閥及配置中間冷卻器，結構緊湊。 （3）若干列的連桿連接在同一曲拐上，曲軸的曲拐數(shù)減少，軸向長度可縮短，主軸頸有可能采用滾動軸承。 由于本設計排氣量和排氣壓力比較小，選擇角度式中的V型壓縮機，使其具有較好的平衡性，同一曲拐上相鄰的汽缸中心線夾角做成90°，如圖2.1。 圖2.1 V型壓縮機結構圖 2.3.2 運動機構的結構及選擇 活塞式壓縮機的運動機構有：無十字頭和帶十字頭兩種。本設計為無十字頭。選擇無十字頭的理由是：結構簡單、緊湊，機械高度較低，相應的機械重量較輕，一般不需要專門的潤滑機構。同時本次選擇的是v型結構，無十字頭適用于小功率范圍內(nèi)使用。 2.4 中間冷卻器 冷卻器對上一級排出氣體的冷卻效果的好壞直接影響到機器的性能，所以冷卻器的設計也是本系列壓縮機設計的一個重要部分。根據(jù)已有的科研成果和實踐經(jīng)驗先選型，風冷中冷器采用鋁制板翅式中冷器，一級中冷器和二級中冷器組合在一起，結構緊湊，再由兼作風扇作用的飛輪對中間冷卻器進行強制冷卻。試驗證明該中間冷卻器起到了很好的冷卻效果?？諝庥梢患夁M氣閥吸入級差式氣缸底部的一級氣缸，壓縮后,一級壓縮空氣經(jīng)一級排氣閥排出，經(jīng)一級中間冷卻器冷卻后，氣體溫度由140℃左右降到25℃左右經(jīng)二級進氣閥進入級差式氣缸的上部二級氣缸壓縮，二級壓縮空氣經(jīng)二級排氣閥排出，再經(jīng)二級中間冷卻器冷卻后，氣體溫度由150℃左右降到25℃左右，經(jīng)三級進氣閥進入級差式氣缸的上部三級氣缸壓縮后進入儲氣罐。見圖2.2 。 圖2.2 中間冷卻器 1.一級冷卻 2.二級冷卻 3 熱力計算 3.1 概述 壓縮機的熱力計算，是根據(jù)氣體的壓力，容積和溫度之間存在一定的關系，結合壓縮機的具體特性和使用要求而進行的，其目的是要求得最有利的熱力參數(shù)(各級的吸排氣溫度，壓力，所耗動力）和適宜的主要結構尺寸（活塞行程，氣缸直徑等）。 本次計算利用計算機編程輔助，采用基于對象和面向過程的方法編程。基于對象就是將壓縮機的屬性、結構、零部件（如氣缸、活塞等）數(shù)據(jù)抽象出來，將數(shù)據(jù)集中起來，便于直觀的操作。面向過程就是按熱力計算的步驟流程來計算，通過向接口輸入?yún)?shù)觸發(fā)對象的一個計算過程（見圖3.1）?；钊綁嚎s機熱力計算的過程如圖3.2所示。 圖3.1 軟件總構架圖3.2 熱力計算流程圖 圖3.3 StageHeads數(shù)組 圖3.4 LineHeads數(shù)組圖 利用C#語言可以簡單的將壓縮機的屬性、零部件表示出來。見如下代碼： public class CPistonCompressor { private ulong StructureType; //結構類型 private ulong NumberOfCylinders; //氣缸數(shù)目 public CCylinder[] cylinders; //氣缸 private ulong Stage; //壓縮級數(shù) private ulong Line; //氣缸列數(shù) public StageHeadNode[] StageHeads; //氣缸級結點 public LineHeadNode[] LineHeads; //氣缸列列結點 public CPower AxlePower; //軸功率 public CPower[] IndicatedPower; //各級指示功率 public CPower SumIndicatedPower; //總指示功率 public CCoefficient MachineEfficientcy; //機械效率 public CPower MotorPower; //電機功率 public CCoefficient Multiple; //電機功率是軸功率的多少倍 public CForce[] ReciprocateFriction; //各級往復運動摩擦力 private CPressure SuctionPressure; //進氣壓力 private CPressure DischargePressure; //輸氣壓力 private CTemperature SuctionTemperature; //進氣溫度 private CTemperature DischargeTemperature; //輸氣溫度 public MixGas WorkingMedium; //工質 public CCoefficient RelativeHumidity; //氣體相對濕度 public double ReciprocatingPartsMass; //往復運動件的質量 public ReciprocatingInertialForce I; //往復慣性力 private Link link; //連桿 private Crank crankpin; //曲柄 public CCoefficient RatioOfCrankRadiusToLengthOfConnectingRod; //徑長比 private String label; //壓縮機標注 private CVolume ExhaustVolume; //排氣量 private CLength Stroke; //行程 private CCoefficient OverallPressureRatio; //總壓力比 private CCoefficient AveragePressureRatio; //平均壓力比 private CRevolution Revolution; //壓縮機轉速 } 在活塞式壓縮機類CPistonCompressor中，除了表示了其應有的屬性，零部件外，還添加兩個數(shù)組：StageHeads和LineHeads。前者是一個數(shù)組，存儲著單鏈表的頭結點，作用是將氣缸按級次關聯(lián)起來（見圖3.3）。后者是存儲雙鏈表的頭結點的數(shù)組，這些雙鏈表表示出了各列上氣缸的關系（見圖3.4），每一條雙鏈表上的結點都是按氣缸級次從低到高的排列的有序結點。之所以需要這兩個鏈表頭結點數(shù)組，是因為，在計算的時候，有時需要按級次遍歷氣缸，有時需要按列來遍歷每個氣缸，通過鏈表的使用，能很方便的做到。 在熱力計算中，主要通過設置一些參數(shù)來計算氣缸的吸排氣壓力、吸排氣溫度，行程容積，缸徑，氣體力等。按參數(shù)作用，將參數(shù)分為性能參數(shù)，結構參數(shù)以及設計系數(shù)，氣缸類的屬性表示，部分代碼如下： public class CCylinder { public ulong type; //氣缸類型 private ulong stage; //壓縮級別 private ulong line; //所在的列 public MixGas MixGas; //氣體 public DesignCoefficient DesignCoe; //設計系數(shù) //名義的性能參數(shù) Nominal Performance Parameter public NominalPerformanceParameter NPPara; //修正的性能參數(shù) Corrective Performance Parameter public CorrectivePerformanceParameter CPPara; //實際的性能參數(shù) Real Performance Parameter public ActualPerformanceParameter RPPara; //計算的結構參數(shù) Calculating Constructional Parameter public CalculatingConstructionalParameter CCPara; //實際的結構參數(shù) Real Constructional Parameter public ActualConstructionalParameter RCPara; public CPiston piston; //活塞 public Ergogram AxisErgogram; //軸側示功圖 public Ergogram CapErgogram; //蓋側示功圖 public Ergogram AxisErgogramExpansion; //軸側施工圖展開圖 public Ergogram CapErgogramExpansion; //蓋側示功圖展開圖 public CForce SumPistonForce; //綜合活塞力 } 在熱力計算中，吸排氣壓力、吸排氣溫度及缸徑等需要在修正、圓整等操作，所以將性能參數(shù)分為名義性能參數(shù)、修正性能參數(shù)及實際性能參數(shù)，將結構參數(shù)分為計算結構參數(shù)和實際結構參數(shù)。由于這些參數(shù)有公共部分，所以將公共參數(shù)放到基類當中，再通過繼承來表示，部分代碼如下： public partial class PerformanceParameter /*基類，性能參數(shù)*/ { public CPressure DischargePressure; //排氣壓力 public CPressure SuctionPressure; //吸氣壓力 public CTemperature DischargeTemperature; //排氣溫度 public CTemperature SuctionTemperature; //吸氣溫度 public CCoefficient PressureRatio; //壓力比 } public class NominalPerformanceParameter /*子類，氣缸名義性能參數(shù)*/ : PerformanceParameter { } public class CorrectivePerformanceParameter /*子類，氣缸修正性能參數(shù)*/ : PerformanceParameter { public CCoefficient Bx; //修正系數(shù)βx public CCoefficient Bx_plus_1; //修正系數(shù)βx+1 } public class ActualPerformanceParameter /*子類，氣缸實際性能參數(shù)*/ : PerformanceParameter { // 排氣相對壓力損失 Discharge Relative Pressure Loss public CCoefficient DRelativePressureLoss; // 吸氣相對壓力損失 Suction Relative Pressure Loss public CCoefficient SRelativePressureLoss; } public class ConstructionalParameter /*基類，氣缸結構參數(shù)*/ { public CLength Diameter; //直徑 public CVolume SweptVolume; //行程容積 public CCoefficient RelativeClearanceVolume; //相對余隙容積 } public class CalculatingConstructionalParameter /*子類，氣缸計算結構參數(shù)*/ : ConstructionalParameter { } public class ActualConstructionalParameter /*子類，氣缸實際結構參數(shù)*/ : ConstructionalParameter { } public class DesignCoefficient /*設計系數(shù)*/ { public CCoefficient PolytropicIndexOfExpansion; //膨脹過程多變指數(shù) public CCoefficient VolumeCoefficient; //容積系數(shù) public CCoefficient PressureCoefficient; //壓力系數(shù) public CCoefficient TemperatureCoefficient; //溫度系數(shù) public CCoefficient GasLeakCoefficient; //泄漏系數(shù) public CCoefficient ExhaustCoefficient; //抽氣系數(shù) public CCoefficient CondensateCoefficient; //凝析系數(shù) public CCoefficient DisChargeCoefficient; //排氣系數(shù) public CCoefficient AirValve; //氣閥 public CCoefficient PistonRing; //活塞環(huán); public CCoefficient[] Filler; //填料 } 為了方便計算活塞力，將活塞抽象出一個類，方便計算使用，代碼如下： public class CPiston /*設計系數(shù)*/ { public static readonly uint INNER_DEAD_POINT = 0; //內(nèi)止點 public static readonly uint OUTSIDE_DEAD_POINT = 1; //外止點 public static readonly uint SUCTION = 0; //吸氣 public static readonly uint DISCHARGE = 1; //排氣 public CArea AxleArea; //軸側活塞面積 public CArea AxleWorkArea; //軸側活塞工作面積 public CPressure[] AxlePressure; //軸側壓力 public CForce[] AxleForce; //軸側活塞力 public CArea CapArea; //蓋側活塞面積 public CArea CapWorkArea; //蓋側活塞工作面積 public CPressure[] CapPressure; //蓋側壓力 public CForce[] CapForce; //蓋側活塞力 public CForce PistonRodArea; //活塞桿面積 public CLength[] PistonDisplacement; //活塞位移 public CLength Stroke; //活塞行程 } 在進行熱力計算前，需要先創(chuàng)建一個活塞式壓縮機對象：CPistonCompressor pc = new CPistonCompressor()，然后通過對該活塞式壓縮機對象進行屬性的設置和方法的調(diào)用來進行熱力計算。雖然活塞式壓縮機對象的方法是離散的，但是為了便于理解和減少代碼的復雜度，熱力計算的編程依然根據(jù)熱力計算流程，將參數(shù)有序的輸入，然后再計算。由于本次實際著重在于計算而且篇幅有限，對于參數(shù)輸入圖形界面設計將省略寫出。 3.2 熱力計算原始數(shù)據(jù) 排氣量0.85m3/min（吸入狀態(tài)）； 進氣壓力1.03kgf/cm2（絕對壓力）； 輸氣壓力5MPa（表壓）； 進氣溫度20℃； 進氣相對濕度0； 壓縮機轉速750r/min； 壓縮機行程90mm。 將進氣壓力和輸氣壓力設置到壓縮機對象中見圖3.5，并且設置一些有關壓縮機的屬性，見圖3.6。 圖3.5 設置進氣壓力和輸氣壓力 圖3.6 設置壓縮機氣缸屬性 在設置了列數(shù)，壓縮級數(shù)和氣缸數(shù)目及其屬性后，就可以創(chuàng)建StageHeads數(shù)組和LineHeads數(shù)組。代碼如下： public void createStageHeads() /*創(chuàng)建級結點*/ { StageHeads = new StageHeadNode[Stage + 1]; StageHeads[0] = null; for (ulong i = 1; i <= Stage; i++) { StageHeads[i] = new StageHeadNode(); } } public void createLineHeads() /*創(chuàng)建列結點*/ { LineHeads = new LineHeadNode[Line + 1]; LineHeads[0] = null; for (ulong i = 1; i <= Line; i++) { LineHeads[i] = new LineHeadNode(); LineHeads[i].line = i; } } 然后將氣缸添加到StageHeads數(shù)組和LineHeads數(shù)組中。部分代碼如下： node = new StageNode(); node.cylinder = pc.cylinders[Number]; pc.StageHeads[stage].addNode(node); //將氣缸關聯(lián)到列數(shù)組中 linenode = new LineNode(); linenode.cylinder = pc.cylinders[Number]; pc.LineHeads[line].addNode(linenode); 3.3 初步確定各級名義壓力 進氣壓力 輸氣壓力 總壓力比 平均壓力比 各級名義吸、排氣壓力及壓力比經(jīng)調(diào)整后，列表如下： 表3-1 各級名義吸、排氣壓力及壓力比 級次 名義吸氣壓力 (kgf/cm2) 名義排氣壓力 (kgf/cm2) 名義壓力比 Ⅰ 1.03 4.12 4 Ⅱ 4.12 14.7084 3.57 Ⅲ 14.7084 52.04 3.54 圖3.7 輸入名義壓力比 輸入壓力比（見圖3.7）在輸入各級壓力比后，按級次遍歷每個氣缸計算名義吸排氣溫度，部分代碼如下： public bool calSucDisPressure() { if (SuctionPressure == null || DischargePressure == null) { return false; } //前一級的排氣壓力 CPressure PreDisPressure = null; for (ulong i = 1; i <= Stage; i++) { StageNode node = StageHeads[i].node; //第一級 if (i == 1) { while (node != null) { node.cylinder.setSucPressure( SuctionPressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node.cylinder.calDisPressure(); if (node.next == null) PreDisPressure = node.cylinder.NPPara.DischargePressure; node = node.next; } } //最后一級 if (i == Stage) { while (node != null) { node.cylinder.setDisPressure( DischargePressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node.cylinder.setSucPressure( PreDisPressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node = node.next; } } while (node != null) { node.cylinder.setSucPressure( PreDisPressure.KGF_CM2.ToString(), UNITTYPE.KGF_CM2); node.cylinder.calDisPressure(); if (node.next == null) { PreDisPressure = new CPressure( node.cylinder.NPPara.DischargePressure.KGF_CM2, UNITTYPE.KGF_CM2); } node = node.next; } } return false; } 3.4 計算各級排氣溫度 壓縮工質為空氣，根據(jù)參考文獻[1]的附錄Ⅰ常用氣體的主要物理性質,查得空氣的絕熱指數(shù)k為1.4。 計算名義排氣溫度的式子[1]： （3.1） 根據(jù)式（2.1），計算各級名義排氣溫度，列表如下： 表3-2 各級名義吸氣溫度 級 次 名義吸氣溫度 名義壓力比 絕熱指數(shù)k 名義排氣溫度 Ⅰ 20 293 4 1.4 1.486 162.396 435.396 Ⅱ 25 298 3.57 1.4 1.438 153.944 428.668 Ⅲ 25 298 3.54 1.4 1.435 153.25 427.636 輸入壓縮工質、相對濕度、各級吸氣溫度，見圖3.8。 為了方便，將常用氣體的主要物理性質導入到數(shù)據(jù)庫，通過對數(shù)據(jù)庫的查詢來計算、設置工質的絕熱指數(shù)。代碼如下： public class gas { public static string path; private CCoefficient AdiabaticExponent; //絕熱指數(shù) private string MolecularFormula; //分子式 private CPressure CriticalPressure; //臨界壓力 private CTemperature CriticalTemperature; //臨界溫度 private CCoefficient volume; //體積分數(shù) private CPressure FakeCriticalPressure; //假臨界壓力 private CTemperature FakeCriticalTemperature; //假臨界溫度 private double V_Kminus1; // V / (K -1) private string condition; public static string DBPath; private void initialization(string molecular_formula,double volume) { MolecularFormula = molecular_formula; condition = "MolecularFormula='" + MolecularFormula + "'"; sqlite3 gas = new sqlite3(DBPath); //獲取氣體數(shù)據(jù)庫 //select AdiabaticExponent from gas where MolecularFormula=air; double k = (double)gas.getDataFormSQLite( "gas", "AdiabaticExponent",condition); AdiabaticExponent = new CCoefficient(k); double critical_pressure = (double)gas.getDataFormSQLite( "gas","CriticalPressure",condition); CriticalPressure = new CPressure(critical_pressure, UNITTYPE.KGF_CM2); double critical_temperature = (double)gas.getDataFormSQLite( "gas","CriticalTemperature",condition); CriticalTemperature = new CTemperature(critical_temperature, UNITTYPE.K); this.volume = new CCoefficient(volume); V_Kminus1 = volume / (k - 1.0); FakeCriticalPressure = this.volume * CriticalPressure; FakeCriticalTemperature = this.volume * CriticalTemperature; } } 然后后根據(jù)式（2.1）編程計算排氣溫度，代碼如下： public void calDisTemperature() { CTemperature sucTemperature = NPPara.SuctionTemperature; CCoefficient PressureRatio = NPPara.PressureRatio; CCoefficient k = MixGas.k; CCoefficient exponent = (k - 1.0) / k; CCoefficient coe = new CCoefficient(Math.Pow(PressureRatio.COE, exponent.COE)); CTemperature DischargeTemperature = coe * sucTemperature; NPPara.DischargeTemperature = new CTemperature( Math.Round(DischargeTemperature.K, 3), UNITTYPE.K); } 圖3.8 輸入壓縮工質、相對濕度、吸氣溫度 3.5 確定各級的排氣系數(shù) 壓縮機的排氣量直接受影響于壓縮機吸氣量的大小，所以凡是影響吸氣量的自然因素自然也就是影響排氣量的因素。由于各種因素的影響，實際壓縮循環(huán)中所能吸收的氣量比理論吸氣量要小。吸氣系數(shù)包括容積系數(shù)、壓力系數(shù)、溫度系數(shù)、氣密系數(shù)。輸入這些系數(shù)進行計算，見圖3.9。 3.5.1 容積系數(shù) 按表2-3查得各級膨脹過程指數(shù)m為： 據(jù)統(tǒng)計，壓縮機的相對余隙容積值多在一下范圍內(nèi)： 壓力≤20kgf/cm2 壓力>20~321kgf/cm2 循環(huán)壓縮機 或更大 超高壓壓縮機 達0.25 這里根據(jù)壓力，取相對余隙容積：, , 表3-3 膨脹過程多變指數(shù)m()[1] 吸氣壓力kgf/cm2(絕對) m值 ≤1.5 m=1+0.5(k-1) >1.5~4 m=1+0.62(k-1) >4~10 m=1+0.75(k-1) >10~30 m=1+0.88(k-1) >30 m=k 據(jù)統(tǒng)計，壓縮機的相對余隙容積值多在一下范圍內(nèi)： 壓力≤20kgf/cm2 壓力>20~321kgf/cm2 循環(huán)壓縮機 或更大 超高壓壓縮機 達0.25 這里根據(jù)壓力，取相對余隙容積：, , 計算容積系數(shù)的式子： (3.2) 根據(jù)式（3.2），計算容積系數(shù)： 根據(jù)式（3.2）編寫計算容積系數(shù)的程序： public void calVolumeCoefficient() { //計算膨脹過程指數(shù) CCoefficient k = MixGas.k; //絕熱過程指數(shù) double sucPressure //該級的名義吸氣壓力 = NPPara.SuctionPressure.KGF_CM2; CCoefficient m = null; //膨脹過程指數(shù) if (sucPressure <= 1.5) { m = 1 + 0