目录第一章概述 (2)1.1压缩机简介 (2)1.2压缩机分类 (2)1.3活塞式压缩机特点 (2)第二章总体结构方案 (3)2.1设计基本原则 (3)2.2气缸排列型式 (3)2.3运动机构 (3)第三章设计计算 (4)3.1 设计题目及设计参数 (4)3.2 计算任务 (4)3.3 设计计算 (4)3.3.1 压缩机设计计算 (4)3.3.2 皮带传动设计计算 (8)第四章压缩机结构设计 (11)4.1气缸 (11)4.2气阀 (12)4.3活塞 (12)4.4活塞环 (13)4.5填料 (13)4.6曲轴 (13)4.7中间冷却器 (13)参考文献 (14)第一章概述1.1压缩机简介压缩机（compressor），是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是制冷系统的心脏。

它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。

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。

1.2压缩机分类压缩机按工作原理可分为容积式和动力式两大类；按压缩级数分类，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，可分为微小型压缩机、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。

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。

1.3活塞式压缩机特点活塞式压缩机与其他类型的压缩机相比，特点是：（1）压力范围最广。

活塞式压缩机从低压到超高压都适用，目前工业上使用的最高工作压力达350MPa，实验室中使用的压力则更高。

（2）效率高。

由于工作原理不同，活塞式压缩机比离心式压缩机的效率高很多。

而回转式压缩机由于高速气流阻力损失和气体内泄漏等原内，效率亦较低。

（3）适应性强。

活塞式压缩机的排气量可在较广泛的范围内进行选择；特则是在较小排气量的情况下，要做成速度型，往往很困难，甚至是不可能的。

此外，气体的重度对压缩机性能的影响也不如速度型那样显著，所以同一规格的压缩机，将其用于不同介质时，较易改造。

第二章总体结构方案2.1设计基本原则设计往复活塞式压缩机时应符合以下基本原则：（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，足够高的使用可靠性；（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。

2.2气缸排列型式压缩机气缸有多种排列型式，按气缸轴线布置的相互关系分为：卧式、立式、L型、V 型、W型、星型和对称平衡型。

卧式、对称平衡型压缩机动力平衡性能较好；立式压缩机现仅用于中、小型和微型，使机器高度均处于人体高度便于操作的范围内；L型、V型、W型、星型等角度式压缩机则适用于中、小型和微型。

L型、V型、W型、星型等角度式压缩机共同的优点是：（1）各列的一阶惯性力的合力可用装在曲轴上的平衡重达到大部分或完全平衡。

因此，机器可取较高的转数。

（2）气缸彼此错开一定角度，有利于气阀的安全与布置。

因而使气阀的流通面积有可能增加。

中间冷却器和级间管道可以直接装在机器上，结构紧凑。

（3）角度式压缩机可以将若干列的连杆连接在同一曲拐上，曲轴的拐数可减少，机器的轴向长度可缩短，因此主轴颈能采用滚动轴承。

而本次课程设计用的是L型活塞式压缩机。

2.3运动机构带十字头运动机构的特点是：由于带有十字头，气缸工作表面不承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，气体地泄漏量较小，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。

化工、石油等部门工艺流程中使用的压缩机都带有十字头。

本次课程设计中采用的是带十字头的活塞式压缩机。

第三章设计计算3.1 设计题目及设计参数题目：4L---20/8 活塞式压缩机设计参数：（1）排气量：有效排气量 21.5m³/min（2）进气压力： 0.1MPa（3）排气压力： 0.8MPa（4）轴转速： 400rpm（5）行程： 240mm（6）气缸数：一级压缩 1二级压缩 1（7）气缸直径：一级 420mm二级 250mm（8）轴功率：≤ 118kW（9）电机：功率 130KW转速 730rpm额定电压 380V（10）排气温度：≤ 160℃（11）冷却水量： 4吨/小时3.2 计算任务（1）对实际排气量，排气温度和功率进行复算。

（2）主、从动皮带轮的设计计算。

3.3 设计计算3.3.1 压缩机设计计算(1)结构型式及方案选择根据总压力比ε＝8，压缩机的级数取两级比较合适。

本设计为固定式压缩机，为了获得较好的运转平稳性，结构型式采用L 型，而且Ⅰ、Ⅱ级采用双作用气缸。

另外，压缩机采用水冷方式。

(2)容积流量（排气量）的计算1)理论排气量1vn q 、2vn q 的计算n ——压缩机转速 400 rpmmm D 4201=,mm D 2502=,mm d d 4521==,rpm n 400= ()()min/084.2640024045420242432221211m n L d D q vn =⨯⨯-⨯⨯=⋅⋅-=ππ ()()min/304.940024045250242432222222m n L d D q vn =⨯⨯-⨯⨯=⋅⋅-=ππ2） 实际排气量的计算v vn vq q η⋅= 式中 v η—容积效率，lT p v v λλλλη= 其中v λ—容积系数，)1(11--=n v εαλ，α为相对余隙系数，低压级1.0=α，中压级11.0=α，ε为名义压力比。

p λ—压力系数，98.095.0～=p λ； T λ—温度系数，98.092.0～=T λ；容积流量的计算l λ—泄露系数，98.090.0～=l λ；1.01=α 11.02=α2.11=n 25.12=n 7.21=ε 96.22=ε 由 )1(11--=nv εαλ 算得0.81=v λ0.871 0.82=v λ0.848 取 0.91=p λ0.96 .901=T λ0.96 9.01=l λ0.9710.92=p λ0.98 .902=T λ0.98 9.02=l λ0.973由 lT p v v λλλλη= 算得 0.81=v η0.780 0.72=v η0.792则 0.815626.431vn11=⨯=⋅=v v q q η26.48×0.780=20.6180.79872.92vn2v2=⨯=⋅=v q q η9.304×0.792=7.3473）各级行程容积s V 的计算由 v v s n q V η=（n 为压缩机转速） 算得40026.431==s V 0.0664009.272==s V 0.023（3）排气温度计算m m s d T T 1-=ε式中 m ——压缩过程指数，一般压缩过程指数取低压级k m )99.095.0(～=，中、高压级m=k （k=1.35）注意：压缩终温不能超过160℃第一级 293K s 1=T 32.135.198.0m 1=⨯= K 406.733 2.7293 1.321-1.321111=⨯==-mm s d T T ε第二级 298K s 2=T 1.35m 2=℃160℃967.123K097.397 2.96298 1.351-1.351222<==⨯==-mm s d T T ε（4）估算轴功率（≤ 118 KW ） }1)]1({[1)1(60110-+--=-j jm m j j j j sj sj vj j ij m m V p s n N δελδ本设计中，sj δ-1和j 01δ+均取为1。

()84.4212.71-1.321.320.6610.10.87140060132.11-1.321=-⨯⨯⨯⨯⨯=i N =42.81 ()KW34.4412.71-1.41.40.0230.10.8484006014.11-1.42=-⨯⨯⨯⨯⨯=i N =44.34KW 78.8600.4478.42i =+=N 42.81+44.34=87.15KW取机械效率 0.94m =ηKW 118KW 71.920.94N N i z ≤=÷=3.3.2 皮带传动设计计算已知条件：P=130KW ， rpm n 7301=，rpm n 4002=(1)求计算功率p k P A d =本设计为软起动，连续工作，工作时间≥16h ，查表可得3.1=A k 由此可得KWP d 1691303.1=⨯= (2)由计算功率d P 和小带轮转速的型号，选SPC 型窄V 带。

(3)带轮直径计算1） 初选主动轮基准直径mm dd 4001=由825.140073021===n n i ，可计算出从动轮直径2dd mm idd dd 73012==2） 验算带速SPC 型窄V 带带速范围s m 255～ sm s m n dd V 25/29.15100060111≤=⨯=π(4)确定中心距a 和带轮基准长度d L1）确定带轮d L 基准长度)(2)(7.021021dd dd a dd dd +<<+ 取1130730400210=+=+=dd dd a 4000mm L 4059mm 1130440073011302113024)()(22d 202122100==⨯-+⨯+⨯=-+++=）（ππa dd dd dd dd a L2）确定实际中心距a 1101mm 20=-+=L L a a d 由 d L a a 015.0min -= 以及 d L a a 03.0max += 可得m m 1040min =a mm 1220max =a180m m 045.0==∆d L a(5)计算小带轮包角1α ︒>︒=︒⨯--︒=⨯--=120162.8157.31101)400730(1803.57180121oo add dd α (6)求V 带根数Z k p k k p p Z l d )(00∆+=α查表得式中0.96=αk 0.94L =k1=k 20.41KW 0=p1.600=∆p根取9Z 8.3511.60)0.940.96(20.41169)(00==⨯+⨯⨯=∆+=k p k k p p Z l d α(7)单根带的预紧0.37kg/m q = 15.29m/s v = 1071.55N 15.290.371－0.962.5915.29169500qv 1)－k 2.5(vZ P 500F 22αd 0=⨯+⨯⨯⨯=+⨯=）（(8)轴上的压力 N 20.19071sin81.491071.5522sin 210=︒⨯⨯⨯=⨯=z F F z α第四章压缩机结构设计本课程设计所设计的压缩机是如图2所示的L型空气压缩机。