毕业设计（论文）-配备5.5kW电机的空气压缩机系列设计.docVIP

1 绪论 1.1 设计的背景及意义 压缩机是一种将气体压缩从而提高气体压力或输送气体的机器，可以满足工业上对气体压缩的各种需求，应用范围很广，而且在许多领域中是其他类型机械设备所无法替代的。要实现压缩机的连续运转需要两个条件：一是主机完成压缩任务；二是辅机确保机器的运行安全。 作为一种工业装备，压缩机广泛应用于石油、化工、天然气管线、冶炼、制冷和矿山通风等诸多重要部门；作为燃气涡轮发动机的基本组成元件，在航空、水、陆交通运输和发电等领域随处可见；作为增压器，已成为当代内燃机不可缺少的组成部件。在诸如大型化肥、大型乙烯等工艺装置中，它所需投资可观，耗能比重大，其性能的高低直接影响装置经济效益，安全运行与整个装置的可靠性紧密相关，因而成为备受关注的心脏设备[1]。 在我国，压缩机的分类已经有了一系列比较详实的标准，特别是在国家标准和机械标准中更是凸显而出。在这类标准中，压缩机的分类[2]如图1.1所示。按工作原理，压缩机可分为“容积式”和“动力式”两大类。按排气压力分类时，压缩机的进气压力为大气压力或小于0.2MPa。对于进气压力高于0.2MPa的压缩机，特称为“增压压缩机”。 按压缩级数分类，压缩机可分为单级压缩机、两级压缩机和多级压缩机。按功率大小分类，压缩机可分为小型压缩机、中型压缩机和大型压缩机。按压缩机的结构形式可分为立式、卧式和角度式。而且角度式又可分为L型、V型、W型、扇形和星型[3]。不同形式的压缩机具有其鲜明的特点，根据其工作原理的不同决定了其不同的适用范围，其中应用最为广泛的是往复式（活塞式）压缩机。小型和微型工业用往复活塞式压缩机是通过在相同的传动部件基础上，变换压缩级数和气缸直径，从而产生多种产品[]。 随着科学技术的飞速进步，随着热力学、气体动力学、机械动力学、计算机和现代控制等学科的新成就和一些新技术的运用，压缩机研究成果日新月异。随着现代制造技术的采用，工业压缩机的热力性能和可靠性提高很快，尽管尚有一些问题亟待解决，还有许多课题需要进一步研究，至今确已达到比较完善的程度。 1.2 设计准则 压缩机的设计过程中，一般要符合以下原则：（1）满足用户提出的排气量、排气压力及有关使用条件的要求；（2）有足够长的使用寿命(应理解为压缩机需要大修时间间隔的长短)，足够高的使用可靠性(应理解为压缩机被迫停车的次数)；（3）有较高的运转经济性；（4）有良好的动力平衡性；（5）维护检修方便；（6）尽可能采用新结构、新技术、新材料；（7）制造工艺性良好；（8）机器的尺寸小、重量轻。 但是，上述原则往往是彼此矛盾的，而且不可能同时满足所有的原则。因此，对于压缩机设计者来说，重要的是根据压缩机的用途，掌握其主要要求，在保证主要要求的前提下，尽量满足其他的要求[]。 1.3 预期工作 在同样的排气量和不同的排气压力下，所需的配套电机功率不尽相同。由于我国电机系列分别为4kW、5.5 kW 、7.5 kW 和11 kW等，各档之间跳差较大。目前市场上的不少压缩机多由传统的机型系列演变而来，如果排气量和排气压力配置不当，必然出现实际需要和电机功率相差过大的问题，导致匹配不合理。“配备5.5kW电机的空气压缩机系列设计”课题，旨在从匹配电机功率入手，合理解决排气量和排气压力配套系列问题。也可为我国小型压缩机制造行业拓展新产品提供参考。 主要要求： 功率储备系数：5%~15% 一级吸气压力：0.1MPa 一级吸气温度：20℃ 排气压力系列：0.4MPa、0.7 MPa、1.0 MPa、1.25 MPa和1.4 MPa （表压） 各级排气温度：≤180℃ 冷却和润滑方式：风冷式、飞溅润滑 气阀型式：舌簧阀 结构型式：V型、W型 设计内容包括总体结构设计、热力学计算、主要零部件结构设计、动力学计算和飞轮设计等五个方面。其中总体结构设计方面主要包括结构方案选择、气缸排列形式、运动机构的结构选择、级数选择、压缩机转数、行程的确定和驱动选择；热力学计算方面主要是通过各级吸排气压力、吸排气温度和各级排气系数的计算来确定各级气缸行程容积和气缸直径及活塞力和轴功率，从而选择电机型号；零部件结构设计方面主要包括活塞组件的设计、曲轴结构、连杆部件的设计和气缸的设计；动力学计算主要是计算各级平均切向力，然后根据不同方案级数的布置进行叠加计算总平均切向力，选择最优方案，确定飞轮矩；飞轮设计主要是根据机器允许的旋转不均匀度、飞轮矩的大小和冷却所需风量，参照工厂图纸进行尺寸结构设计。 通过设计，掌握从事动力机械结构设计的基本方法和步骤，了解工程设计的技术要求，达到实际工程训练的目的。通过设计，了解相关国家标准、技术规范和行业规范，锻炼查阅中外文专业文献和参考资料的能力。进一步提升对所学专业知识的灵活应用能力和对计算机知识的综合利用