本科毕业论文---压缩机原理及维修

课题名称： 压缩机原理及维修

摘要

此设计的对象是目前使用较普遍的立式型活塞式空气压缩机。现代企业中，使用压缩机的机器愈来愈多，例如:石油、冶金、轻工、纺织、及采矿等，许多工业中无不广泛使用各种各样的气体压缩机。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机器。综合所学过的中小型压缩机，了解其基本结构及工作原理，重点掌握其结构设计学会所含零部件的结构设计方法及其强度校核方法，在设计过程中，要理论联系实际，最终了解设计一个机械设备的基本思路和方法。其内容是对活塞式压缩机的用途、结构、工作原理、性能特点进行了详述，并对压缩机的曲 轴组件的结构进行了简介，侧重于根据已知的压缩机的类型对立式型活 塞式空气压缩机进行总体结构设计、热力计算、初定相关零部件的结构尺寸，然后借助AUTOCAD等绘图软件绘图，选定轴承等标准件，然后对活塞式空压机常见故障、事故及其原因,提出了可行的排除方法及预防措施,对空压机安全运行、提高平均无故障运行时间有指导意义，对提高其生产效率有重大意义。 关键词：活塞式压缩机；结构设计；相关计算；AUTOCAD；

Abstract

The piston compressor vertical which is widely used at present has been studied in this thesis .The modern enterprise，using compressed has machines is more and more，for example，chemical，metallurgical，light industry，textile，and mining，and so on，many industries are widely used in all kinds of gas compressors。Therefore，gas compressor is a modern industrial production in general machinery。Combined with the basic structure and how it works，focus its structure design，learn the parts of the structure design and its strength verification method，in the design a basic idea of mechanical equipment and methods。The compressor’s use, structure, work principle and function characteristics of the compressor has been expatiated ,The entire design process consists of the overall structural design, thermodynamic calculation, lays down the relevant parts of the structure of the dimension, and then with the AUTOCAD drawing, This paper analyzes the common piston-type air compressor failure, accidents and the reasons put forward to exclude possible methods and preventive measures, safe operation of air compressor, raising the average uptime of guiding significance to improving the efficiency of their production are significance.

Keywords：piston compressor； structural Design；correlation

calculation； Auto CAD；

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目录

第1章 绪论 ··························· 1

1.1 概述 ··························· 1 1.2压缩机的工作原理和结构简介················· 2

1.2.1 工作原理······················· 2 1.2.2 结构简介······················· 3 1.3 压缩机在国内外的发展前景 ················· 5 1.4 压缩机的用途 ······················· 5 1.5 压缩机曲柄连杆结构简介 ·················· 6

1.5.1 概述························· 6 1.5.2曲轴结构 ······················· 6

第2章 总体设计 ························· 7

2.1设计原则及设计要求····················· 7 2.2 结构方案的选择 ······················ 8 第3章 热力计算 ························· 9

3.1 概述 ··························· 9 3.2 气缸容积和行程的确定 ··················· 10

3.2.1 设计原始数据····················· 10 3.2.2 压缩机转数和行程的确定················ 10 3.2.3 容积计算······················· 11

第4章 气缸部分的设计 ······················ 13

4.1 气缸 ··························· 13

4.1.1 设计气缸的要点···················· 13 4.2 气阀 ··························· 13

4.2.1 气阀材料和主要技术要求················ 13

第5章 压缩机常见的一些故障与排除 ················ 13

5.1润滑系统故障························ 13 5.2 冷却系统故障 ······················· 15 5.3 压力异常 ························· 16 5.4 过热 ··························· 16 5.5 排气故障 ························· 17 5.6 主要零部件损坏 ······················ 19 5.7 活塞式压缩机的事故 ···················· 20 结论 ······························· 22 参考文献 ····························· 23

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第1章 绪论

随着国民经济的发展，压缩机的应用也越在采矿来越广。压缩机、冶金、石

1.1 概述

油化工生产、机械及建筑等部门得到广泛应用，由于石油化工工业的蓬勃发展，各种烃类气体的压缩机也日趋增多，压缩机在石油化工业中的地位就显得尤为重要，用来给气体增压与输送气体的机械称为压缩机。各种型号的压缩机，按工作原理可分为两大类：速度式和容积式。速度式压缩机靠气体在高速旋转叶轮作用下，得到巨大的能量，随后在扩压器中急速降速，使气体的动能转变成势能（压力能）。容积式压缩机靠在气缸内往复运动或旋转运动的活塞，使容积缩小，从而提高气体压力。压缩机按结构类型的不同，可分类为：轴流式、速度式、离心式、混流式、滑片式、回转式、螺杆式、转子式、容积式模式 、往复式活塞式 。 活塞式压缩机与其它类型的压缩机相比有许多优点：

（1）适用压力范围广。这种机器依靠工作容积变化的原理工作，因而不论其 流量大小，都能达到很高的工作压力；

（2）热力效率高；

（3）对介质及排气量的适应性强，特别是可用于小排气量情况。 活塞式压缩机的主要缺点是：外形尺寸和重量大，需要较大的基础，气流有脉冲性，且易损件较多。

活塞式基本结构大致可以分为三个部分：

（1）

基本部分：包括机身、中体、曲轴、连杆、十字头等部件。其作

用是传递动力，连接基础与气缸部分。 （2）

气缸部分：包括气缸、气阀、活塞、填料以及安装在气缸上的排

气量调节装置等部件。其作用是形成压缩容积和防止气体泄漏。 （3）

辅助部分：包括冷却器、缓冲器液气分离器、滤清器、安全阀、

油泵、注油器及各种管路系统，这些部件是保证压缩机正常工作所必须的。 随着工业的发展，活塞式压缩机的气体种类也越来越多，重要应用于采矿冶金石油化工机械建筑及船舶等部门。

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1.2压缩机的工作原理和结构简介

1.2.1 工作原理

本机为往复活塞式压缩机，依靠气缸内往复运动的活塞压缩气体容积而提高其压力。当驱动机（电机）开启后，通过弹性联轴器带动压缩机的曲轴作旋转运动，不断旋转的曲轴使连杆不停的摆动，从而牵动十字头、活塞杆、活塞分别在十字头滑道内和气缸内作往复直线运动。压缩机工作时，在活塞从内止点到外止点运动的过程中，气缸容积处于相对真空状态，缸外一级进气缓冲罐中的气体即通过吸气阀进入一级气缸内，当活塞行至外止点时，气缸内充满了低压气体。当活塞由外止点向内止点运动时，吸气 阀自动关闭，气缸内的气体被逐渐压缩而使压力不断提高，当气体压力大于排气阀外压力和气阀弹簧力时，排气阀打开，排出压缩气体，活塞运动到内止点时排 气终了，准备重新吸气。至此，完成一个膨胀、吸气、压缩、排气、再吸气的工作循环。

从一级气缸排出的气体，进入中间冷却器后，再经仪表控制管路组件二级气 缸，进行第二次压缩至需要压力，经过二级排气缓冲罐排出压缩机。因此，周而复始，活塞不断的往复运动，吸入气缸的气体亦不断地被吸入排出，从而不断地获得脉动压缩气体。压缩机的工作原理图如下：

图1-1 空气压缩机的工作原理

1—排气阀 2—气缸 3—活塞 4—活塞杆 5—滑块 6—连杆 7—曲柄 8—吸气阀 9—阀门弹簧

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确定辅助设备的布置。压缩机的技术经济指标是否先进，能不能很好的满足使用要求，很大程度上决定于总体设计阶段的考虑是否周党和适当。其次，在总体设计时应广泛搜集国内外同类型和相近机型的资料，进行充分的分析比较，提出几个方案，通过热力计算，动力计算，初步确定主要零部件的组要尺寸，在分析研究的基础上，选择最符合的总体设计方案。

2.2 结构方案的选择

活塞式压缩机的结构设计方案由下列因素组成：（1）机器的形式；（2）级数和列数；（3）各级气缸在列中的排列和各列曲柄错角的排列。

选择压缩机的结构方案时，应根据压缩机的用途，运转条件，排气量和排气压力制造生产的可行性，驱动方式以及占面积等条件，从选择机器型式和级数入手，是顶出合适的方案。 （1） 立式压缩机

其优点是：主机直立，占地面积小：活塞重量不支撑在气缸上，没有因此 产生的摩擦和磨损。缺点是：大型时高度达，需设置操作平台，操作不方便、管道布置困难。多级时级间设备占地面积大，所以，立式压缩机仅用于中、小型及微型，使机器高度均处于人体高度便于操作的范围内，且中型压缩机主要用于无油润滑结构，活塞无需支承而仅需导向，此外，级数以少为宜，以避免管道布置而麻烦。

（2） 卧式压缩机

卧式压缩机大多都制成气缸置于机身俩侧的机构，其优缺点正好和立式压缩机反，卧式压缩机的级间设备甚至可以配置在压缩机的上方，特别是缓冲容积可紧靠气缸，故中、大型压缩机宜采用卧式结构。 （3） 角度式压缩机

其优点是结构紧凑，每个曲拐上装有俩根以上的连杆，使曲轴结构简单、长度简单，并可能采用滚动轴承。缺点是大型时高度大，所以角度式压缩机的适用范围也仅为中小型或微型。L型可认为是V型45度，通常优点是管道布置及设备安装方便。

综合上述优缺点及任务参数要求，设计的压缩机为中小型，及压缩机参数等因素，所以选择立式压缩机。

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活塞式压缩机的运动机构有：无十字头与带十字头两种。

（1） 无十字头运动机构的特点是：结构简单、紧凑，机器高度较低相应 机器重量较轻，一般不需专门的润滑机构。但是无十字头的压缩机只能做成单作用的，所以，气缸容积利用不充分，气体泄漏也较大，气缸工作表面所受的侧向力也较大，因而活塞易磨损，另外，气缸中的润滑油量也难于控制。

无十字头的压缩机一般只适于做成立式、V型、W型和扇形的结构。当压缩机的功率大于120～150KW时，无十字头的压缩机的重量要超过有十字的压缩机，而且结构也较复杂。因此无十字头压缩机只能在小功率范围内采用。在小型移动装置中用的压缩机，要求轻便紧凑以便搬运，多选用无十字头的运动机构。

（2） 带十字头的运动机构的特点是：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，气缸与活塞间的摩擦和磨损较小，充分利用了气缸容积，润滑油易于控制，可以设置填料密封，所以，气体的泄漏量小，特别是对于易燃、易爆、有毒的气体，只能采用此种结构。当然，带十字头的压缩机增多了十字头、活塞杆及填料等部件，使机器的结构复杂，高度和重量也相应增加。

一般排气量在10～100m3/min、功率在55～630KW之间的都是带十字头结。 化工、石油等部门工艺流程中使用的压缩机都带有十字头。带十字头的压缩机差不多都是设计成水冷式的。

第3章 热力计算

3.1 概述

压缩机的热力计算，是根据气体的压力、容积和温度之间的存在一定的关系，

结合压缩机的具体特点和使用要求而进行的，其目的是要求最有利的热力学参 和适宜的主要结构尺寸。这是新设计压缩机时必须进行的计算。 计算步骤大致如下：

1. 把标准状态下的气量换算成进气状态下的气量： Ｑ=ＱN

1poT1 (m3/min) 60p1-φps1TO式中 Po—标准状态下Po=1.013X105N/m2

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TO—标准状态下TO=273K 2. 计算总压力比并选择级数

Pd总压力比 ε= P13. 确定各级压力比分配

一般可根据总压力比及级数等压力比分配

4. 计算各级容积系数压力系数温度系数泄漏系数析水系数等。 5. 计算各级气缸每分钟工作容积

VKJ=Qλλvjλ

Φjλcjpjλtjλ

(m3/min)

ijP1TjPjT1式中 PJ—任一级的进气压力。 T1—任一级的进气温度。

3.2 气缸容积和行程的确定 3.2.1 设计原始数据

排气量60m3/h;进气压力0.1MPa;排气压力3.0MPa 进气温度20℃；进气相对湿度0.8，压缩机转速750r/min

3.2.2 压缩机转数和行程的确定

转数、行程和活塞的平均速度的关系式如下：

Cm =

ns

（3一1） 30

式中 Cm一活塞平均速度（m/s）

n一压缩机转数(r/min)

s一活塞行程（m）

活塞式压缩机设计中，在一定的参数和使用的条件下，首先应考虑适宜的活塞平均速度，因为：

（1）活塞平均速度的高低，对运动机件中的摩擦和磨损有直接的影响。对气缸内的工作过程也有影响。

（2）活塞速度过高，气阀在气缸上难以得到足够的安装面积，所以气阀、管道

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中的阻力损失很大，功率的消耗和排气温度将会过高。严重影响压缩机工作的经济性和可靠性。

一般说来，对工艺流程中使用的大、中型压缩机，活塞速度可取4～5m/s;对于大批量生产的动力用固定式空气压缩机，为获得较高的效率3～4m/s；移动式压缩机为尽量减小机器重量和尺寸，所以取4～5m/s;微型和小型压缩机，为使结构紧凑，而只能采用较小的行程，虽然转数较高，但活塞平均速度较低，只有2m/s左右。

在一定的速度下，活塞行程的选取，与下列因素有关： 排气量的大小，排气量大者行程应取得长些，反之则短些。

机器的结构形式，考虑到压缩机的维护和使用条件，对于立式、V型、W型、扇型等结构，活塞机行程不易取太长。

气缸的结构，主要考虑一级缸径与行程要保持一定的比例，如果行程太小，则进排气接管在气缸上的布置将困难。在常压进气时，一般当转数低于500r/min时，S/D=0.4～0.7（D为一级气缸直径），转数高于500r/min时S/D=0.32～0.45。 现代活塞式压缩机的行程和活塞力之间的关系，按统计与分析，有下列关系： S =A√P=110 mm 式中 P一活塞力（t）

A一系数，其值在0.065～0.095之间，较小值相应于短行程的机器，较大值相应于长行程的机器。

应该注意到只有当转数与行程最终确定后，才能由式（3一1）得出压缩机实际的活塞的平均速度。

3.2.3 容积计算

(1) 计算总压力比 ε=30

（2）选择级数

z=2

（3）压力比分配

ε1=ε2=5.48

（4）计算容积系数

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取相对余隙α1=0.15 α2=0.17 膨胀过程系数m1=1.20 m2=1.25

(5) 确定压力系数 取λ (6) 确定温度系数

取λ

（7）计算泄漏系数

表3-1 泄漏系数表

T1p1

=0.98 λ

p2

=1.00

=0.97 λ

T2

=0.97

（8）计算气缸行程容积 VH1 =

Ｑnλv1λp1λt1λ

l1

=

60

750x0.793x0.99x0.97x0.9931

3

=0.10578m

ＱP1T2λΦ2VH2 =

nP2T1λV2λP2λT2λL2601052980.9862

=

750604x1052930.775x0.97x0.97x0.9737

=0.01714m3

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