LW往复压缩机设计简介

L-17.9/7往复活塞式空气压缩机设计简介 *** *** *** 指导教师：***摘要L型压缩机属于容积型的压缩机，工作原理是压缩气体的体积，使单位体积内气体分子的密度增加以提高压缩空气的压力。

其气缸中心线夹角为90o，除具有角度式压缩机的共同优点外，还有自己独特的优点，如机器运转平稳，机身受力情况好，在机身上安装中间冷却器和级间管道更为有利，结构紧凑，操作、检修方便。

本压缩机通过总体方案设计确定机型，在热力计算确定压力比并确定了其他重要参数，在动力计算中确定了飞轮矩，完成了零部件的设计计算和润滑、冷却系统的设计，最后绘制了装配图及其零部件图。

关键词：往复活塞式压缩机有油润滑热力计算动力计算AbstractL-type compressor is the compressor capacity, the working principle is the volume of compressed gas, the unit volume increase in the density of gas molecules to increase the pressure of compressed air. The angle between the cylinder center line of 90o, in addition to a common point of compressor advantages, also has its own unique advantages, such as machine running smoothly, the body force condition is good, in the middle of the body cooler and the installation of more inter-stage pipeline favorable, compact structure, operation and maintenance easy. The compressor model determined by the overall design, the thermal calculation to determine the pressure ratio and to determine other important parameters in power calculations to determine the flywheel moment to complete the design calculations of parts and lubrication, cooling system design, the final draw the assembly drawing and parts diagram.Key Word s:Reciprocating piston compressor oil lubrication thermal Calculation dynamic calculation一、前言往复活塞式压缩机用途非常广泛，在石油、天然气的加工、输送及其其它工业部门中占有相当重要的地位。

往复活塞式压缩机与其他压缩机相比还有自己的特点：压力范围最广，从低压到高压范围都适用，热效率较高，适应性强，排气量可在较广泛的范围内变化，对制造压缩机的金属材料要求不苛刻，特别适合做成两级压缩机。

这种压缩机也有其缺点.如外形尺寸及质量大.结构复杂,易损件多,安装及基础工作量大,它一般适用于中、小流量及压力较高的情况。

本设计为3.5吨L型往复活塞式压缩机吗，设计参数为：压缩介质为空气，一级吸气压力0.1Mpa(绝压)，一级吸气温度20℃，额定排气压力0.7Mpa（表压），额定排气量17.9m2/min。

综合考虑这些参数选择压缩机的总体结构方案，在设计中要满足用户提出的排气量、排气压力以及有关使用条件的要求，合理选择活塞平均速度、转速、行程、气缸直径等主要参数。

本压缩机为十字头水冷式。

由于带有十字头，气缸工作表面不受连杆传来的侧压力，所以气缸和活塞间的磨损和摩擦较小。

充分利用了容积，润滑油易于控制；可以设置填料密封，气体泄漏量较小。

活塞螺母安装后超出活塞端面，然后再打磨平整，减小了气缸的余隙容积。

二、总体方案设计（一）结构方案的选择通过各种型式压缩机优缺点的比较，本设计采用L 型往复活塞式压缩机，级数为两级。

（二）主要参数的选择活塞平均速度C m =3.4m/s ，行程s=140mm ，转速n=730r/min 。

（三）压缩机的驱动选用鼠笼式异步电动机驱动，传动方式为皮带轮传动。

三、热力计算（一）主要设计依据设计任务书中给出的设计参数、《容积式压缩机技术手册》、《活塞式压缩机设计》、《化工机器》及相关技术资料。

（二）各级压力比的确定由吸气压力0.1Mpa ，排气压力0.7Mpa ，得总压力比εt =8，再由压缩级数Z=2，计算最佳压力比ε=2.83。

在实际设计中，考虑到其他一些因素，为了增加进气量，提高Ⅰ级气缸的容积系数，以便减小机器的尺寸和重量，取εⅠ=2.55，εⅡ=3.14。

（二）气缸直径的确定根据各级名义压力比得出Ⅰ级进气压力0.1Mpa ，排气压力0.255Mpa ，Ⅱ级进气压力0.255Mpa ，排气压力0.8Mpa 。

由于压缩介质为空气，确定绝热指数κ=1.40，进而计算出各级的排气温度。

然后确定各级的压缩因子Z ，以及λp 、λv 、λt 、λl 、λok 、λøk 等系数，由111111V d k ok k k k hk vk pk Tk k lk V P T Z n P T Z μμλλλλ∅I I=（m 3/次）计算出行程容积。

初选活塞杆直径d=40㎜，由k D = 计算各级气缸直径，圆整后D I =360㎜，D Ⅱ=225㎜。

气缸直径圆整后要对各级压力和温度系数进行修正，并复算修正后的排气温度（<453K ）和排气量(>17.9m 3/min)。

（三）计算活塞力计算气缸内进、排气过程的平均压力，由活塞工作面积计算出最大活塞力，如果小于3.5吨说明初选的活塞杆合适，否则不合适。

（四）计算轴功率、选择电机选取机械效率ηm =0.94，由式1121V [()1]1602d i s v h s P Z Z n N P P Z κκκλκ-+=-- W 计算出各级指示功率，由N zk =ikm N η计算出各级轴功率，再根据总功率按10％的裕度计算电机的有效功率，选择相近的的电机，选择的电机型号为JO 2-93-2，额定功率为100KW ，转速为2950r/min 。

（五）变工况下的热力复算假设该压缩机在兰州地区工作，取Ⅰ级进气压力为冬季时的大气压力，P 1Ⅰ=0.083Mpa ，T 1Ⅰ=312.1K ，取Ⅱ级进气温度为20℃。

重新确定各级的压力比、容积系数，核算排气温度、排气量和活塞力，看能否满足要求。

四、动力计算（一）作列的惯性力曲线由活塞力计算中的最大活塞力，选用活塞力为3.5吨的系列，各列取值相同，其往复运动构件质量m s =70kg 。

取连杆径长比λ=16，曲柄半径r=s 2=1402=70㎜,曲柄转速为730r/min ，曲柄旋转角速度n30πω=，连杆长度L 。

由2m (cos cos2)s I r ωαλα=+计算出惯性力，为了作图的精度，曲柄旋转角每隔五度取值，列表计算出惯性力，并作列的惯性力曲线。

（二）计算各列摩擦力 由式10.65(1)602i m s N R sn ηI I -⨯=计算出往复摩擦力，式10.35(1)60i ms N R sn ηπI I -⨯=计算出旋转摩擦力。

（三）作气体力曲线分别列表计算出各列盖侧与轴侧的气体力，并作气体力曲线。

（四）作综合活塞力图和切向力图在以上计算的基础上将同一曲柄转角下的往复惯性力I 、往复摩擦力R s 及气体力（轴侧、盖侧）代数相加列表求出综合活塞力P Σ。

由式"mk 30r z N T nπ⨯=求出切向力，并切向力图的准确性。

（五）作幅度面积矢量图、计算飞轮矩作出总切向力图，由总切向力图作幅度面积矢量图，得出Δf max ，再由式L=Δf max. m f m l 、2223600L MD n πδ=计算出飞轮矩。

五、气缸部分计算由于气缸的工作压力低于60公斤/㎜2所以气缸和气缸套的材料选用HT200，气缸形式为三层壁铸件。

气缸部分计算主要进行各级气缸壁厚、水套壁厚的计算，气道、水道的设计，气阀的设计与计算，活塞与活塞杆的选择与计算，填料、刮油器和活塞环的设计计算。

六、基本部件设计选择机身型式为L 型，传动机构为有十字头结构，机体封闭，主轴承采用双列向心滚子轴承。

，并确定机体主要结构尺寸。

曲轴结构采用曲拐轴，设计成整体式，用中碳钢锻造，设计平衡铁，并由最大活塞力确定曲柄销直径D=100㎜，进而确定主轴颈直径D 1=100㎜，曲柄厚度t=60㎜，曲柄宽度h=125㎜。

连杆结构形式选用工字形截面的连杆，采用小头定位。

并由十字头销直径确定连杆的主要尺寸。

十字头采用螺纹连接的十字头。

经多方考虑并在图上试画后，确定合理的十字头滑履直径D ，并由此算出其长度L 和宽度B ，确定十字头体的尺寸。

十字头销采用圆柱形浮动十字头销，并用弹簧卡圈扣在孔座的凹槽内进行轴向定位，由最大活塞力选取十字头销直径d=55㎜。

十字头体的材料用JB916-67规定的HT200，十字头销采用20Cr ，表面经过渗碳、淬火处理。

轴承采用双列向心的球面滚子轴承，大小头轴瓦都用薄壁轴瓦，大头瓦剖分成两部分。

七、冷却系统设计通过比较各种冷却系统的配置方案，选用混联系统，有压流动，并用指流计检视水流情况。

并计算出总传热量Q 2=130349.8539kJ/h ，由式p 21Q W=C ()t t - （公斤/时）计算出冷却水的消耗量W=1556.67kg/h 。

八、润滑系统设计采用油泵的传动方式为内传动。

通过比较几种润滑油供油路线的方案，选用C 型油路。

润滑油从油泵流出，分为两路。

一路通过上下滑板回入油箱，一路通过机身主轴承、连杆大头、十字头销回入油箱。

由式0(0.2~0.3)860(1)60m N Q c tηγ⨯-=∆ （升/分）计算出导去摩擦表面热量所需要的循环油量。

选用管壳式油冷却器，油与水成错流流动，管外走油，管内走水。

采用齿轮油泵。

九、绘制图纸参考文献[1] 郁永章.容积式压缩机技术手册.北京：机械工业出版社，2000,11.[2] 活塞式压缩机设计编写组.活塞式压缩机设计.北京：机械工业出版社，1974.[3] 高慎琴.化工机器.北京：化学工业出版社，2001.[4] 杨黎明.机械零件设计手册.北京：国防工业出版，1986.[5] 陶岚琴.机械工程材料简明教程.北京：北京理工大学出版社，1991.[6] 甘宁立.几何量公差与检测.上海：上海科技出版社，1993.[7] 化工部化工机械研究所.活塞式压缩机无油润滑.北京：化学工业出版社，1982.[8] 顾永泉.流体密封.北京：石油大学出版社，1996.[9] 朱圣东，邓建，吴家声.无油润滑压缩机.北京：机械工业出版社，2000.[10] Kasahara,H,2002，高性能高可靠性热泵，三菱重工，39卷，62-66.[11] Yamazaki ，H.2002，涡旋压缩机工作性能的研究，2002年普渡大学国际压缩机工程会议.[12] 刘兴旺.L 型空气压缩机无油润滑改造.兰化科技，1998，（2）：85-87.[13] 刘兴旺.无油润滑压缩机活塞环和支撑环设计.石油化工设备，2002,31（6）：18-20.。