活塞式压缩机气缸部分的设计

5气缸部分的设计5.1气缸[9]气缸是活塞式压缩机中的组成压缩容积的主要部分。根据压缩机所达到压力，排气量，压缩机的结构方案，压缩气体的种类，制造气缸的材料以及制造厂的习惯等条件，气缸的结构可以有各种各样的形式。设计气缸的要点是：1应具有足够的强度和刚度。工作表面具有良好的耐磨性。2要具有良好的冷却，在有油润滑的气缸中，工作表面应有良好的润滑状态。3尽可能减少气缸内的余隙容积和气体阻力。4结合部分的连接和密封要可靠。5要有良好的制造工艺性和装拆方便。6气缸直径和阀座安装孔等尺寸应符合“三化”要求。5.1.1结构形式的确定气缸因工作压力不同而选用不同强度的材料，这个设计工作压力1.378kgf/cm2低于60kgf/cm2，本设计采用水冷空气压缩机的单层壁气缸，气缸用铸铁制造，铸铁具有良好的铸造性能，对气缸结构形状的限制较小，所以铸铁气缸的形式较多。在水冷气缸中，应特别注意气阀部分的冷却，一方面要使气阀有充分的冷却，另一方面把吸气阀和排气阀用冷却水隔开，以保证气缸有较高的吸气系数。5.1.2Ⅰ级气缸主要尺寸的计算（1）气缸的壁厚aPDp2气缸布置在气缸盖上，气缸形状较简单且用高强度铸铁，2kg/cm400~250p，取2kg/cm300p。壁厚的附加项a，其值按0.5~0.8cm选择，则a=8mm。∴827642.08.0300*217*9756.0a2pPD，则mm10（2）水套壁厚mm8~5.710)8.0~75.0()8.0~75.0('，取mm8'（3）连接法兰壁厚mm14104.14.1''5.1.3Ⅰ级气缸的强度校核气缸与气缸套的材料相同：22232123222121222214rrrrrrprrErp，由于E相对r1与r2大得多，r1与r2分别表示为气缸的内外半径，将其看做r1=r2，r3=18.3cm，则222222112kg/cm8257.05.125.119756.0rrpp图9压入气缸套的厚壁气缸中的应用气缸和气缸套内的应力值为：气缸内表面的切应力tc：22222222323222kg/cm270.25.123.183.185.128257.0rrrrptc气缸内表面的径向应力rc：22kg/cm8257.0prc气缸套内表面的切向应力tl：222222212222222211kg/cm0187.15.115.125.128257.025.125.119756.02rrrprrptl气缸套内表面的径向应力rl：21kg/cm9756.0prl气缸套外表面的切向应力'tl：222222212222212211'kg/cm8623.05.115.125.125.118257.05.119756.022rrrrprptl气缸套外表面的径向应力'rl：22'kg/cm8257.0prl由于铸铁气缸应力不允许超过200~300kg/cm2，所以符合要求，满足强度。5.1.4Ⅱ级气缸的计算（1）气缸的壁厚aPDp2气缸布置在气缸盖上，气缸形状较简单且用高强度铸铁，2kg/cm400~250p，取2kg/cm300p。壁厚的附加项a，其值按0.5~0.8cm选择，则a=8mm。∴cmaPD826.08.0300*217*925.02p，则mm10（2）水套壁厚mm8~5.710)8.0~75.0()8.0~75.0('，取mm8'（3）连接法兰壁厚mm14104.14.1''5.1.5Ⅱ级气缸的强度校核气缸与气缸套的材料相同：22232123222121222214rrrrrrprrErp，由于E相对r1与r2大得多，r1与r2分别表示为气缸的内外半径，将其看做r1=r2，r3=13.3cm，则222222112kg/cm035.15.75.6378.1rrpp气缸和气缸套内的应力值为：气缸内表面的切应力tc：22222222323222kg/cm25.73.133.135.7035.1rrrrptc气缸内表面的径向应力rc：22kg/cm035.1prc气缸套内表面的切向应力tl：222222212222222211kg/cm357.15.65.75.7035.125.75.6375.12rrrprrptl气缸套内表面的径向应力rl：21kg/cm375.1prl气缸套外表面的切向应力'tl：222222212222212211'kg/cm749.05.65.75.75.6035.15.6375.122rrrrprptl气缸套外表面的径向应力'rl：22'kg/cm035.1prl由于铸铁气缸应力不允许超过200~300kg/cm2，所以符合要求，满足强度。5.1.6气缸材料气缸和汽缸套的材料根据压缩气体的性质和承受的压力选取。由于本设计的工作压力低于60公斤/厘米2，取用灰铸铁HT20-40、HT25-475.2气阀[3]现代活塞式压缩机使用的气阀，都是随着气缸内气体压力的变化而自行开、闭的自动阀。自动阀由阀座、运动密封组件、弹簧、升程限制器等零件组成。图10活塞式压缩机自动阀的组成1—阀座；2—阀片；3—弹簧；4—升程限制器5.2.1气阀的基本要求气阀是活塞式压缩机重要部件之一，它的工作直接关系到压缩机运转的经济性和可靠性。对气阀的基本要求如下：1.使用期限长，不能由于阀片或弹簧的损坏而引起压缩机非计划停车。2.气体通过气阀时的能量损失小，以减少压缩机动力消耗。对于固定式长期连续运转的压缩机尤为重要。3.气阀关闭时具有良好的密封性，减少气体的泄漏量。4.阀片起、闭动作及时和迅速，而且要完全开启，以提高机器效率和延长和使用寿命。5.气阀所引起的余隙容积要小，以提高气缸容积效率。以此，还要求结构简单、制造方便、易于维修、气阀零件标注化、通用化水平要高。5.2.2阀的分类压缩机自动阀按运动密封组件的特点可分为：环阀（包括环状阀和网状阀）、孔阀（包括杯状阀、菌状阀、碟状阀等）、直流阀；其它还有诸如条状阀、槽状阀、锥形槽状阀等。此压缩机设计采用环状阀，因为环状阀制造简单，工作可靠，可改变环数来适应各种气量要求，它适用于各种压力、转数的压缩机。5.2.3阀设计的主要技术要求阀座密封表面要经过研磨，阀片上下平面光洁度不低于▽9，内外边缘要倒钝；气阀组装后要进行泄漏检查。一般环状阀片和网状阀片热处理硬度为RC46~52，同一阀片的硬度差不超过3个单位。在阀片精磨后要进行补充回火，其温度不超过第一次回火温度。用30CrMnSiA钢板制造的环状阀片，金相组织为回火马氏体。5.2.4环状阀结构尺寸的选择图11环状阀的主要结构尺寸及其几何关系5.2.5Ⅰ级上的气阀尺寸选择力Pa=0.1MPa；一级排气压力Pd=0.29MPa；活塞有效面积F=0.041547562mm2；活塞的平均速度Cm=3.27m/s；同时作用的齐发数Z=2。结构尺寸的选择：气阀的主要特性参数确定后，就要确定阀座通道宽度b、阀片宽度B和阀座相邻信道平均直径差△Da.选择的阀缝隙通道气体流速Cv表6间压缩机数据：压缩机的转速n=980r/min；活塞行程s=100mm；一级吸气压缝隙通道的平均气流速度工作压力（公斤/厘米2）≤4＞4~10＞10~30＞30~130＞130~320＞320~600间缝隙通道的平均气流速度（米/秒）30~4525~4020~3518~2815~2012~15工作压力P=9.756254kN=0.975625Kg/cm24Kg/cm2，则Cv=30~45m/s,取Cv=35m/sb.需要的阀缝隙面积fv222007.308435*227.3*29.0*14.3*4141mmZCCDZCFCfvVMVm式中：Z——同时作用的同名气阀数F——活塞的有效面积c．阀片开启高度h=1.6mm图12环状阀阀片开启高度与压缩机转数、工作压力得到关系d.阀座通道宽度b85.0~3.02bh，取5.02bh又∵h=1.6mm∴b=6.4mme.阀座密封口宽度表7推荐的环状阀主要结构尺寸型式阀座通道宽度b（毫米）气阀工作压力（公斤/厘米2）阀片宽度B（毫米）阀座密封口宽度α1（毫米）阀座相邻通道平均直径差ΔD（毫米）Ⅰ4407.51.75255401.25Ⅱ6100101.753571001.5工作压力P=9.756254kN=0.975625Kg/cm240Kg/cm2，则阀座密封口宽度α1=1.25mmf.阀片宽度BB=b+2α1=6.4+2×1.25=8.9mm，取B=9mmg.升程限制器通道宽度b1b1=（1~1.2）b=（1~1.2）×6.4=6.4~7.68mm，取b1=7mmh.限座相邻信道平均直径差△D△D=2（B+b1）=2×(9+7)=32mmi.阀座通道环数ii=3j.阀座最内圈信道平均直径D1vsfhbf2mm35.323221334.614.3865.19402212211DibifhbDibifDvs70.31mm32*21-3-3*6.4*3.143084*2K.阀座各环信道平均直径DjDj=Di+(j-1)△D=32.35+(3-1)×32=96.35mm，取Dj=96mml.阀座安装直径D0取C1=4.5mm，则D0=DJ+B+2C1=96+9+2×4.5=114mmm.阀座最大外径maxD取25.5mm，则mm1255.52114220maxDDn.阀座厚度HH=（0.12~0.2）maxD=（0.12~0.2）×125=15~25mm，取H=25mmo.阀座安装凸缘高度H1H1=（0.35~0.5）H=（0.35~0.5）×25=8.75~12.5mm，取H1=10mmp.连接螺栓直径d表8气阀连接螺栓尺寸的选择气阀安装直径D0（毫米）气阀螺栓d0（毫米）≤6060~100100~150150~200200~300≥300M10×1M12×1.25M16×1.5M20×1.5M24×1.5M27×1.5由于D0=114mm，故选择M16×1.5q.阀片厚度δ取δ=2mm图13环状阀主要安装尺寸示意图5.26Ⅱ级上的气阀尺寸选择（由于Ⅱ级计算与Ⅰ级相似，所以图表参照上面）压缩机数据：压缩机的转速n=980r/min；活塞行程s=100mm；二级吸气压力Pa=0.314MPa；一级排气压力Pd=1.1MPa；活塞有效面积F=0.01327322874mm2；活塞的平均速度Cm=3.27m/s；同时作用的齐发数Z=2。结构尺寸的选择：气阀的主要特性参数确定后，就要确定阀座通道宽度b、阀片宽度B和阀座相邻信道平均直径差△Da.选择的阀缝隙通道气体流速Cv工作压力P=13.78kN=1.378Kg/cm24Kg/cm2，则Cv=30~45m/s,取Cv=35m/sb.需要的阀缝隙面积fv222mm05.62035227.313.014.34141ZCvCmDZCvFCmfv221059.78mm35*23.27*0.17*3.14*41式中：Z——同时作用的同名气阀数F——活塞的有效面积c．阀片开启高度h=1.6mmd.阀座通道宽度b85.0~3.02bh，取5.02bh又∵h=1.6mm∴b=6.4mme.阀座密封口宽度工作压力P=13.78kN=1.378Kg/cm240Kg/cm2，则阀座密封口宽度α1=1.25mmf.阀片宽度BB=b+2α1=6.4+2×1.25=8.9mm，取B=9mmg.升程限制器通道宽度b1b1=（1~1.2