泵与压缩机作业

泵与压缩机作业1（P78）

1.离心泵的过流部件都有哪些，它们的主要功能是什么？ 答：离心泵的过流部件包括吸入室、叶轮、及排除室。

(1)吸入室是把液体从吸入管引入叶轮，要求液体流过吸入室时流动损失较小，并使液体流入叶轮时速度分布均匀。

(2)叶轮是离心泵的唯一做工部件，液体从叶轮中获得能量。对叶轮的要求是在流动损失最小的情况下使单位质量的液体获得较高的能头。

(3)排出室是把从叶轮内流出来的液体收集起来，并按一定的要求送入下级叶轮入口或送入排出管。

2.离心泵的工作参数都有哪些，其中的扬程是怎样定义？

答：离心泵的工作参数包括：流量、扬程、功率、效率、转速和汽蚀余量。

单位质量的液体，从泵进口到泵出口的能量增值为泵的扬程。常用符号H表示。单位J/Kg。

3.简述离心泵的工作原理。

答：离心在启动之前，泵内应灌满液体。启动工作时，驱动机通过泵轴带动叶轮旋转，叶轮中的叶片驱使液体一起旋转，因而产生离心力。在离心力作用下，液体沿叶片流道被甩向叶轮出口，并流经蜗壳送入排出管。液体从叶轮获得能量，使静压能和速度能均增加，并依靠此能量将液体输送到储罐或工作地点。

在液体被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口中心处就形成了低压，在吸液罐和叶轮中心处的液体之间就产生了压差。吸入罐中的液体在这个压差作用下，便不断地经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中。这样，叶轮在旋转过程中，一面不断地吸入液体，一面又不断地给吸入的液体以一定的能头，将液体排除。离心泵便如此连续不断地工作。 4.试推导欧拉公式，并说明在公式推导过程中的三个假设条件。 答：半径为和的叶轮进口和出口处液体的速度分别为C1?和C2?。对轴的垂直距离分别为l1和l2。

对整个叶轮来说，dt时间内流过叶轮的液体质量?QTdt，

在此时间内流过叶轮的液流对轴的动量矩的变化值应是液流出口与入口动量矩之差为

?QTdt(C2?l2?C1?l1)。

由离心泵的基本方程式对时间求导得

又因为

dl0?M0 dtdl0?QTdt(C2?l2?C1?l1)???QT(C2?l2?C1?l1)??QT(C2?r2cos?2?C1?r1cos?1) dtdt

dl0?M0 dt

所以

?QTdt(C2?l2?C1?l1)

dt??QT(C2?l2?C1?l1)??QT(C2?r2cos?2?C1?r1cos?1)

?dl0?M0 （1 - 10） dt 驱动机传给叶轮的功率为 NT??M0?

在理想情况下液体经过叶轮所得到的功率为 N?T???gQTHT?

根据能量守恒定律，驱动机传给叶轮的功率应等于液体经过叶轮所得到的功率即 NT??N?T? 故

M0???gQTHT? 所以

HT??M0? (1 - 11) ?gQT

因为 u?r? Cu??C?cos?

所以 HT??1(u2C2u??u1C1u?) (1 - 12) g三个假设条件：

（1）液体在叶轮中的流动是恒定流；

（2）通过叶轮的液体是理想流体（无粘性）； （3）叶轮由无限多、无限薄的叶片组成； 5.简述汽蚀发生的过程，并说明其危害。

答：当叶轮入口附近最低压力Pk小于该处温度下被输进液体的饱和蒸汽压Pv时，液体在叶轮入口处就会气化，同时溶解在该液体中的气体也在逸出，形成大量小气泡。当气泡随液体流到叶道内压力较高处时，外面液体压力高于气泡内的气化压力，则气泡会凝结溃灭，形成空穴。瞬间内，周围的液体以极高的速度向空穴冲击，造成液体互相撞击，使局部压力骤然剧增（有时可达数百大气压），阻碍液体正常流动。如过这些气泡在叶道壁面附近溃灭，则周围的液体以极高频率连续撞击金属表面。金属表面因冲击、疲劳而剥落。若气泡内还夹杂着某些活性气体，它们借助气泡凝结时放出的热量，对金属起电化学腐蚀作用，这就更加快了金属剥落速度。上述这种液体气化、凝结形成高频冲击负荷，造成金属材料的机械剥落和电化学腐蚀的综合现象统称为“汽蚀现象”。

汽蚀现象的危害主要有（1）产生振动和噪音（2）降低泵的性能（3）破坏过流部件 6.怎样提高离心泵抗汽蚀能力？

答：一是合理的设计泵的吸入装置及安装位置，是泵的入口处有足够大的有效汽蚀余量NPSHa；二是改进泵本身的结构参数或结构类型，是泵具有尽可能小的必须汽蚀余量NPSHr。

（1）提高吸入装置的有效汽蚀余量的措施：增加吸入罐液面上的压力Pa,以提高NPSHa；减小泵的安装高度Zg以提高NPSHa；减小泵的吸上真空度Hs;；减小泵吸入管路的阻力损失；降低液体的饱和蒸汽压。

（2）提高离心泵本身抗汽蚀性能的措施：改进泵入口的结构设计；采用双吸式叶轮；采用前置诱导轮；采用抗汽蚀材料。

习题

1.某离心泵输送密度为800kg/m3的油品，实测到泵出口压力表的读数为147100Pa，入口真空表的读数为300mmHg,两表测点的垂直距离为0.5m，吸入管与排出管直径相同。试求泵的实际扬程。

解：因为 1mmHg?133.28Pa

Pa 300mmHg?300?133.28?39984Pa 且为真空表，即 P1??39984由伯努利方程即

22P2?P1C2??C1? HT????(?2??1) (1 - 17)

?g2g

又因为吸入管与排出管直径相同，所以 C2?C1

所以 HT??P2?PP?P1?0?(?2??1)?21?(?2??1) ?g?g147100?(?39984)?0.5?24.36m

800?9.8代入数据得： HT??答：泵的实际扬程为24.36m。

2.有一台离心泵用来输送清水，转速n=480r/min，总扬程H=136m,流量为Q=5.7m3/s，轴功率N=9860kw,设ηv=ηm=0.92，求水力效率为多少？

解：因为水力功率 Nh??gHQ?1000?9.8?136?5.7?7596.96KW ( 1 - 3） 又由机械效率公式有 ?m?

所以 ?m?Nh ( 1 - 7） NNh7596.96??77% N9860再由泵效率公式有 ???v??h??m ( 1 - 8） 又因为 ?v??m?0.92

所以水力效率为 ?h???m??v

代入数据得 ?h?

答：水力效率为0.91。

77%?91%?0.91

0.92?0.92泵与压缩机作业2（P78、P79）

8.画出离心泵性能曲线示意图，并说明泵的实际特性曲线的作用。

答：

HT?,HT,H

泵流量扬程特性曲线(H?Q)曲线

(1)

N?Q曲线

(2)

??Q曲线

(3)

NPSHr?Q关系曲线

(4)

(1)H—Q曲线是选择和操作使用泵的主要依据。（2）N—Q是合理选择原动机功率和正常启动的依据。（3）η—Q是检验泵的工作经济性的依据。（4）NPSHr—Q是检验泵是否发生汽蚀的依据。

9.试写出比例定律和切割定律的表达式。 (1)比例定律：在不同转速情况下，泵相似工况点的性能参数的变化规律用比例定律来确定。 表达式:

Q1n1? (1 - 50) Q2n22H?n1?? 1?? (1 - 51) ??H2?n2?

N1?n1?? (1 - 52) ???N2?n2??3(2)切割定律：当叶轮切割量较小时，可认为切割前后叶片的出口角和通流面积近似不变，

泵效率近似相等。 表达式:

?b2??2?c2?r?v?Q?D2? QD2b2?2c2r?v???v ?b2??2??D2b2?2 ; ?v D2故切割前后的流量间关系为：

?Q?c2D?n?D??r?2?2 (1 - 56) Qc2rD2nD22?c2?u?u??D2??H?u2?扬程间的关系为： (1 - 57) ?????Hu2c2u?h?D2???N???Q?H???D2?功率间的关系为： (1 - 58) ??????N?QH??D2?10.比转数的含义是什么，为什么说比转数相等的几何相似泵是相似泵？

答：（1）含义：当泵输送常温清水时，在一系列相似的离心泵中，取一台H=1m,Q=0.075m3/s

的泵作为标准泵，该泵在最高效率下拥有的转速为该几何相似系列泵的比转数。 ns?33.65nQ ( 1 - 55) 34H （2)离心泵的相似的条件是几何相似、动力相似和运动相似，离心泵中Re>10，流动阻力

和运动状况都不随Re而变化，自动满足动力相似的要求，而比转数是在运动相似的条件下推导出来的表达式，比转数相等的泵也自动满足运动相似，所以比转数相等的几何相似泵是相似泵。

习题

3. 某离心油泵装置如题1-75图所示，已知罐内油面压力PA与油品饱和蒸气压PV相等。

该泵转速n=1450r／min，试分别计算：

(1)当Zg=8m，Q=0.5m3／min时，泵的[NPSHr]=4.4m，吸入管路阻力损失hf=2m，此时泵能否正常吸入?

(2)保持Q=0.5m3／min时，液面下降到什么位置，泵开始发生汽蚀?

(3) 当Zg=8m，Q=0.5m3／min 时，若将泵的转速提高到n′=2900r／min，还能否正常 吸入?

图1-75

解：(1) 因为 NPSHa?PA?Pv?Zg?hg?8?2?6m ( 1 -30) ?g 所以 NPSHa??NPSHr? 即泵能正常吸入 。 （2） 当 NPSHa??NPSHr??0.3 时，泵就发生气蚀 。即

PA?PV?Zg?hg??NPSHr??0.3?Zg?hg??NPSHr??0.3?2?4.4?0.3?6.4?0.3?6.1m?g ( 1 -30)

所以当液面下降到距入口轴线时6.1m泵发生气蚀。

H?n1?? （3） ?1?? ( 1 -51) ??H2?n2?NPSHr1?n1??????NPSHr2?n2??22?n1?29002??(4.4?0.3)?()?16.4m NPSHr2?NPSHr1???n?1450?2?NPSHa?6m??NPSHr2?2 ? 泵不能正常吸入。

4.某油库消防泵房位于河岸上，泵房内安装一离心水泵，其装置如题1-76图所示。使用时水流量Q=90m3／h，[ Hs ] =6.2m。吸水管直径100mm，底阀当量长度为160d，弯头当量长度为22d，阀门当量长度为18d，阻力系数λ=0.022。试求保证正常吸入时，河水最低液面距泵轴心之距为多少?

图1-76

Cs2160d?22d?18d?3.2?8Cs2解：因为 Zg??Hs?? ??hA?S??Hs??(1??)2gd2g200d?11.216Q2 ??Hs??(1?? ( 1 -40) )240.12g?d)23600 ?6.2??1?0.022?(200?11.2)?? 242?9.8?3.14?0.1 ?6.2?7.86?0.517?2.14m

答：河水最低液面距泵轴心之距为2.14m。

5.有一台转速为1450r/min的离心泵，当流量Q=35m3/h时的扬程为H=62m，轴功率N=7.6kW。若流量增加到Q′=52.5m3/h，问原动机的转速提高多少才能满足要求？此时扬程和轴功率应为多少？

已知 n=1450r/min Q=35m3/h H=62m N=7.6kW Q′=52.5m3/h 解：由比例定律得 (1) ?16?(90Qn? Q?n? ?n??nQ? ( 1 -50) Q ?n??1450?52.5?2175rmin 35答：原动机的转速提高2175r/min才能满足要求。

n?21752H?n?)?139.5m ( 1 -51) （2）再由 ??? 得 ，H??H()2?62?(n1450H??n??n?21753N?n?)?25.65kW ( 1 -52) 同理由 ??? 得 N??N()3?7.6?(n1450N??n??答：此时扬程应为139.5m ,轴功率应为25.65kW。

32泵与压缩机作业3（P78、P79、P80）

7. 什么是泵的有效汽蚀余量和泵必须汽蚀余量，如何利用它们判断泵是否发生汽蚀？

答：泵的有效汽蚀余量：液体自吸入罐经吸入管路到达泵入口时的能头高出汽化压力的能头； 泵必须汽蚀余量：液体从泵入口到泵内压力最低点的全部能头损失； NPSHa 代表泵吸入装置的有效汽蚀余量； NPSHr 代表泵本身的必须汽蚀余量。 NPSHa=NPSHr 发生汽蚀临界值 NPSHa>NPSHr 不发生汽蚀 NPSHa

11.离心泵的串联的并联运行各有什么特点，在什么情况下适合串联

答：(1)离心泵的串联运行的特点：通过每台泵的流量相同，均等于总流量；总扬程等于各泵扬程之和；

(2)离心泵的并联运行的特点：每台泵提供的扬程相同，均等于总的扬程；总流量为每台泵的流量之和；

(3)泵的串联主要用于一台泵不能满足管路能量的需要，用多台泵的串联来提高液体的压能，增大液体的扬程。

习题

6. 已知离心泵的叶轮外径D2=220mm，当转速为2900r／min时，其性能参数如下表所列， 试求：转速 n 不变(2900r／min)，将叶轮外径 D2切割到 208mm，求各对应点的参数， 并绘出性能曲线。

Q,m3/h H,m N,kW η 解：由公式有 0 68 ─ 0 表1-9 离心泵的特性参数

15 67.5 ─ 33 30 65 10 54 50 60 13 62 60 55 14.5 60 Q??Q(?D2208)?Q? (1－47) D2220 H??H(?2D22082)?H?() (1－48) D2220 N??N( Q,m3/h H,m N,kW η 0 60.78 ─ 0 ?3D22083)?N?() (1－49) D222014.18 60.34 ─ 33 28.36 58.1 8.45 54 47.27 53.63 10.99 62 56.73 49.16 12.25 60

7. 有一单吸四级水泵，额定流量Q=64m3／h，扬程为H=280m，转速n=2900r／min。

(1)该泵属于什么类型(ns=?)?

(2)当此泵在1450 r／min下运转时，此转数ns为多大? 解：（1) 由公式有

ns?3.65nQH34?3.65?2900?64(280)4343600?58.3 （1－55）

该离心泵为低比转速泵 (2） 当 n??1450rmin 时 ns??ns?58.3 。

8. 已知某离心水泵的性曲线如题1-77图中实线所示，图中虚线是用该泵输油时换算后 所得到的性能曲线Hν－Qν。设用该泵输水时的管路特性方程为： h=30+0.02Q2 输油时的管路特性方程为：

h=30+0.04Q2 (式中Q 单位为1／s，h 单位为m) 试确定：

(1)用一台泵输水时的工作点的流量Q 和扬程H 各为多少?

(2)如用单泵输油，工作点如何变化?这时的流量Qν和扬程Hν，各为多少?

(3)若保持输油时的流量 Qν不低于输水时的流量 Q ，试分析从泵或管路安装上可以采 用那些措施?

解：方法一：图解法交点即为工作点,可参考教材 方法二：解析法

(1)将图中输水时的扬程－流量曲线的点代入式子H?A?BQ，可得 H?60?0.012Q

22 输水时的工作点 为上式与h?30?0.02Q2的交点 得到 H = 49m, Q = 30.6 L/s

(2)将图中输油时的扬程－流量曲线的点代入式子H?A?BQ2，可得 H?60?0.03Q2

输水时的工作点 为上式与h?30?0.04Q2的交点 得到 HV=47m, QV=21L/s

用泵输油时工作点的流量和扬程都减小了。

(3)若使QV?Q 可增大输油时的转速或打开排出管路的节流阀。

9. 有一分支管路如题 1-78 图所示，泵前管路 1 的流动阻力损失为 0.044Q2；泵后管路 2和管路3的流动阻力损失为0.05Q2 和0.1Q2，(Q 以l/s计，流动阻力损失以m计)。泵的特性参数如下表所示。试画出分支管路的装置特性，确定泵的流量和扬程，以及各管路中的流量。

Q（L/s） H（m）

解： h1??5?0.044Q; h2?30?0.05Q; h3?35?0.1Q

220 36.5 6 37.5 12 38 18 37.5 24 35 30 30.5 36 24 2

这是由一台泵将液体送往若干分支管路的情况。图1－32( c ）为一台泵向两条分支管路供液的情况。

液体经管路1 由泵送往分支管路2 和管路3。管路1、管路2 和管路3 的管路特性分别为h1、 h2 和h3，因管路2 与管路3 为并联管路，可用并联原则将h2 和h3 并联，得并联后管路特性曲线h2＋3，再将h2＋3 与hl 串联，得总管路特性曲线htot。htot 与泵的扬程特性曲线的交点A 即为工作点，流量QA 即为在管路 1 中的流量，同时也是在管路 2 和 3 中流量Q2 和Q3 之和， QA?Q2?Q3

图解法可得:Q1=12.47L/s, Q2=10.41 L/s, Q3=2.06L/s

泵在工作点时流量和扬程为：Q=12.47 L/s H=37.27m （此数值会有差别，因为各个同学

作图时的读数会有差别）

解析法：

h1??5?0.044Q; h2?30?0.05Q; h3?35?0.1Q2 离心泵的特性方程： H?38.827?0.01Q2 管路 2和管路 3并联： h2?h3 能量平衡： h1?h2?H 30?0.05Q2?35?0.1Q2

22 ?5?0.044Q2?30?0.05Q2?38.827?0.01Q2 Q1?Q2?Q3

以上三个方程求解得到： Q1=12.47L/s; Q2=10.41L/s ; Q3=2.06L/s 得到： H = 37.27m

10.有一输油装置，工艺流程如题1-79图所示。试计算所需离心泵的扬程和轴功率。

图1-79 输油装置工艺流程

已知基础数据如下：

（1）油品性质：轻原油，密度??850kg／m3；运动粘度?50?4mm2／s；饱和蒸汽压力能头

Pv?2.5m；含硫微量。 ?g（2）操作条件：输送温度 50℃；两罐液面上均为大气压力 Pa=9.80×104Pa；泵进口管路阻力损失0.5m；排出管路系统流动阻力损失约195m；泵的正常流量为520m3／h。

（3）泵位置情况：泵从半地下油罐中吸入，最低油面距泵轴中心线为3m；排出罐最低液面

距泵轴中心线为5m；油罐液面最大升降约4m；泵工作温度为常温。 解：(1)确定流量和扬程:

流量:取其为正常流量的1.1 倍即Q?1.1?520m3h3?572mh

扬程:因为两油罐液面上均为大气压力,则估算扬程只考虑最严格条件下的损失及位高差,即

2Pd?PsCd?Cs2Hp???Zg??hf?3?5?4?0.5?195?207.5m (1－2)

?g2g 考虑1.1 倍安全余量时,则H?1.1?207.5?228m

（2）选择泵的类型和型号：泵的流量较大，又为轻质原油，故适宜选择离心泵。根据流量和扬程在书本68页的1－60宾汉姆泵型谱图上选定8×10×18A型泵。 (3)计算功率:N??gQH850?9.8?572?(228?3?4?5)??420.7kW (1－91)

1000?1000?0.755?3600泵与压缩机作业4（P78、P192）

12.可以通过哪些调节措施来改变泵的运行工况？

答：改变泵的运行工况的措施：

（1） 改变管路特性进行调节：管路节流调节；旁路调节；

（2） 改变泵的特性进行工况的调节：改变工作转速；切割叶轮外径；串并联 13.离心泵的喘振现象是如何产生的？

答：当泵的性能曲线H-Q 呈驼峰，并且管路装置中有自由升降的液面或其他储存和放出能量的部分时，泵的工作点不稳定的跳来跳去，导致管路中产生周期性的水击、噪声和振动。 14.离心泵叶轮的结构为什么要分成闭式、半开式和开式，它们各有什么用途？ 答：为了适应不同介质的运输要求离心泵的叶轮要分成闭式、半开式和开式。 闭式叶轮：有盖板和轮盘，水力效率较高，适用于高扬程，输送洁净的液体； 半开式叶轮：只有轮盘，适用于输送含固体颗粒和杂质的液体； 开式叶轮：既无盖板，也无轮盘，常用来输送浆状或糊状液体。 15.简述离心泵的选泵原则和选泵步骤？ 答：离心泵的选泵原则：

（1） 必须满足流量、扬程、压力和温度等工艺参数的要求；

（2） 离心泵应有良好的吸入性能，为保证正常运转，常采用灌注头或正压吸入； （3） 泵的工作范围广；

（4） 泵的尺寸小、质量小、结构简单、成本低； （5） 必须满足介质特性的要求； （6） 必须满足现场的安装要求 离心泵的选泵步骤：

（1） 列出基础参数：介质的物理化学性质；流量、扬程、进口压力和出口压力、温度、装置的有效汽蚀余量、操作状态； （2） 选择泵的类型及型号： （3） 核算泵的性能；

（4） 计算泵的轴功率和驱动功率。

16.简述泵的各种驱动方式各有什么优缺点？

答：离心泵的驱动方式有电动机驱动、柴油机驱动、燃气轮机驱动和蒸汽轮机驱动；

电动机驱动方式的优点：结构简单、容易制造、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高且适应性强；

电动机驱动方式的缺点：功率因数较低，不适合在电力供应不足的地区；

柴油机驱动方式的优点：热效率高，结构紧凑、质量小、尺寸小、便于安装和维护保养；功率范围宽广、适应性强，适用操作方便启动性能好；

柴油机驱动方式的缺点：对燃料要求高，构造复杂，易损件多，噪声大。

离心压缩机思考题

1. 离心压缩机的级由哪些部件组成，每个部件的作用是什么？ 答：其主要部件有

（1）叶轮 是离心压缩机中唯一对气体介质做功的部件。它随轴高速旋转，气体在叶轮中 受旋转离心力和扩压作用，因此气体流出叶轮时的压力和速度都得到明显提高。

（2）扩压器 是离心压缩机中的转能部件。气体从叶轮流出时速度很高，为此在叶轮出口 后设置流通截面逐渐扩大的扩压器，以将这部分速度能有效地转变为压力能。

（3）弯道 是位于扩压器后的气流通道。其作用是将扩压器后的气体由离心方向改为向心 方向，以便引入下一级叶轮去继续进行压缩。

（4）回流器 它的作用是为了使气流以一定方向均匀地进入下一级叶轮入口。回流器中一 般都装有导向叶片。

（5）吸气室 其作用是将气体从进气管（或中间冷却器出口）均匀地引入叶轮进行压缩。 （6）蜗壳 其主要作用是把从扩压器或直接从叶轮出来的气体收集起来，并引出机外。在 蜗壳收集气体的过程中，由于蜗壳外径及通流截面的逐渐扩大，因此它也起着一定的降速扩 压作用。

2. 离心压缩机中多变过程指数m 大于还是小于绝热指数k ，为什么？

答：当气体在压缩过程中吸热时，则多变过程指数m > k ，m值的大小既与k值有关， 又与吸热量大小有关，离心压缩机的实际压缩过程接近这种多变过程。 3. 同一离心压缩机的绝热效率和多变效率哪个值大，为什么？

答： 同一台压缩机的级用不同的效率表示，其结果是不同的。离心压缩机的多变效率 总是大于绝热效率，更大于等温效率。

4.离心压缩机的总能头 Htot 包括哪儿部分？为什么泄漏损失能头Ht和轮盘阻力损失能头 H df 都要计入总能头？ 答： Htot2Cd?Cs2??vdp??(Htot)sd

2pxpd上式中的 (Hlos)sd包括轮阻损失Hdf 、内漏气损失 Hl 以及气体在流道中流动所引起的各

种流动损失Hhyd ，即

Htot?Hdf?Hl?Hhyd

5. 离心压缩机中的流动损失包括哪儿项？

答：流动损失大致分为：摩阻损失、冲击损失、分离损失、二次涡流损失、尾迹损失以 及当气速超过音速后产生激波所引起的波阻损失。

6. 离心压缩机中流量大于和小于设计流量时，其冲角是正值还是负值？叶轮内涡流区主要 出现在工作面还是非工作面？

答：流量小于设计值时，相当于i > 0，在叶片非工作面前源缘发生分离，并在通道中向

叶轮逐渐造成很大的分离损失。

而流量大于设计流量，相当于冲角i < 0，在叶片工作面前缘发生分离，但它不明显扩散。 此外，在任何流量下，由于边界层逐渐增厚和轴向漩涡造成的滑移影响，在叶片出口附近工 作面上往往有一点分离区。

7. 离心压缩机中的分离损失主要产生在哪些部位，如何控制分离损失?

答：在离心压缩机中，有很多减速扩压的流道，就可能出现边界层分离，产生旋涡，引 起很大的能量损失－－分离损失。为了减少分离损失，对压缩机级中扩压形通道，常常限制 其扩张角的大小。 8. 什么叫喘振工况？

答：离心压缩机级的性能曲线不能达到 Qs =0 的点。当流量减小到某一值（称为最小流 量 Qmin）时，离心压缩机就不能稳定工作，气流出现脉动，振动加剧，伴随着吼叫声，这种

不稳定工况称为“喘振工况”，这一流量极限Qmin 称为“喘振流量”。 9. 离心压缩机中阻塞工况在什么情况下产生的？ 答：“阻塞现象”存在两种情况：第一，在压缩机内流道中某个截面出现声速，已不可 能再加大流量；第二，流量加大，摩擦损失及冲击损失都很大，叶轮对气体作的功全部 用来克服流动损失上，使级中气体压力得不到提高，即ε =1 。

10. 多级离心压缩机的特性曲线与单级离心压缩机特性曲线有何不同？

答：两级串联后的性能曲线的喘振流量(QⅠ+Ⅱ)min变大，比单级时向右移了，而两级串联后的最大流量(QⅠ+Ⅱ)max 则小于第Ⅰ级单独工作时的(QⅠ)max。也就是说，两级串联工作后，使喘振流量增大，而堵塞流量减小，ε — Qs 曲线变陡，稳定工况区变窄。

图2-19 两级串联性能曲线的形成

显然，级数越多，密度变化越大，稳定工况区也就越窄，因此多级离心压缩机稳定工况区的宽窄，主要取决于最后几级的特性。为了扩大多级压缩机的稳定工况区，应尽量使后面几级叶轮的 βA2 较小，具有较平坦的性能曲线。

11. 离心压缩机流量调节可用哪些方法，最常用的是哪些方法，有何特点？

答：a．出口节流调节；b．进口节流调节；c．改变转速调节；d．转动进口导叶调节(又

称进气预旋调节)；e.可转动的扩压器叶片调节方法。

12. 离心压缩机的进口节流调节是调节压缩机特性还是调节管路特性，这种调节方法有何利 弊？

答：所以进口节流调节，实际上是改变了压缩机的性能曲线。这是一种比较简便而常用 的调节方法。另外，关小进口阀，会使压缩机性能曲线向小流量方向移动，减小极限喘振流 量，因而可使压缩机在更小的流量下稳定运行，这是进口节流的另一优点。但它还是有一定 的节流损失，同时工况变化后对压缩机级效率也有影响。

13. 离心压缩机的流量调节中改变转速、进口节流、进气预旋三种调节方法的经济性哪种最 好，哪种最差？

答：图3-27 表示了进口节流、进气预旋和改变转速三种调节方法的经济性对比。其中 以进口节流为比较基础，曲线1 表示进气预旋比进口节流所节省的功率；曲线2 表示改变转速比进口节流所节省的功率。显然改变转速的经济性最佳。

图3-27 各种调节方法的经济性比较 曲线1－进气预旋与进口节流之比较 曲线2－改变转速与进口节流之比较

14. 离心压缩机完全相似条件是什么？在性能换算中有哪两种近似相似情况？ 答：要保持两离心压缩机流动过程完全相似，必须具备以下相似条件： a．几何相似；

b．进口速度三角形相似； c．特征马赫数相等；

d．气体等熵绝热指数相等。

?u的近似换算 近似相似：a．k?k?，特征马赫数M2u?M2 b. 绝热指数 k?k? 时的近似换算

15. 在离心压缩机性能近似相似的换算中如何保证比容比相等？ 答：根据压力比与比容比的关系有

?1m???

1m16. 简述离心压缩机驱动方式的种类和特点

答：除了选用电动机作为离心压缩机的驱动机外，在电网电力相对短缺地区，对于大功 率离心压缩机选用热力原动机驱动往往更有利，在远离电网的区域，如边区、农村、山区等，可选用有燃气轮机和汽轮机，汽轮机的运行需要水量供应，而在水源紧张地区， 燃气轮机则更具有优势。

表3-8 驱动方式技术性能对比表

序号 1 项目 输出功率 环境温度再升高10℃ 气压降10kPa 2 3 4 5 6 转速调节范围，% 转速调节精度 噪声（距机罩1m），dB 污染物排放 运行可靠性，% 开车时间 开车到满载时间 动态制动 7 8 运行特点 维修 燃气轮机 受环境条件的影响 输出功率减少10%，效率下降12% 输出功率减少10% 50~105 一般 ≦89 NO排放浓度≦25mL/m3 CO排放浓度≦20mL/m3 97.5 分级 约15min 不可能 高温1000℃以上， 腐蚀，高速直接驱动 燃料器约4×104h整机更换， 返厂大修，维修费用高 10~100 较高 ≦85 无 环境条件影响可忽略 电动机 99.4 秒级 瞬时 可以 通常增加变速齿轮增速 现场维修，时间短，维修费用较低

17．简述离心压缩机润滑油系统的主要组成和作用

答：其润滑系统主要由润滑油箱、主油泵、辅助油泵、油冷却器、油过滤器、高位油箱、阀 门以及管路等组成。正常工作时，油箱里的润滑油通过泵吸入过滤器，由润滑油泵加压，再 经油冷却器、油过滤器、调节阀，提供清洁的润滑油供系统使用，满足压缩机组中各摩擦副 润滑及工作容积密封的需要。

作用：离心压缩机润滑的主要作用是：

（1）在相对运动的摩擦表面之间形成稳定的润滑油膜以隔离摩擦表面的直接接触从而 减少磨损、降低摩擦功耗，延长摩擦元件的使用寿命；

（2）以物理吸附或化学吸附方式在金属表面形成保护膜，防止摩擦表面发生锈蚀； （3）以润滑液体循环方式带走产生于摩擦表面的绝大部分热量从而起到冷却摩擦表面 的作用；

（4）通过润滑流动带走着附于零件表面的污物以及磨损产生的磨屑，达到清洁摩擦表 面的效果；

（5）密封压缩气体的工作容积。

泵与压缩机作业5（P248）

1比较活塞式压缩机理论工作循环和实际工作循环的区别，定性画出相应的工作循环图。

答:（1）由于存在余隙容积，实际工作循环由膨胀、吸气、压缩和排气四个过程组成，而理论循环则无膨胀过程，这就使实际吸气量比理论值少。

（2）实际吸气和排气过程存在阻力损失，使实际气缸内吸气压力低于吸气管内压力Ps ， 实际气缸内排气压力高于排气管内压力Pd，而且压力有波动，温度有变化。 （3）压缩机工作中，活塞环、填料和气阀等不可避免会有泄漏。

（4）在膨胀和压缩过程中，气体与缸壁间的热交换使膨胀过程指数m?和压缩过程指数m 不断变化。

2用简图说明压缩机吸气阀和排气阀的原理。 答：压缩机气阀主要靠缸内外气体压力差控制启闭，只有当缸内气体膨胀到压力低于吸气管内压力P1并足以客服流动阻力时，才能顶开吸气阀，开始吸气。在吸气过程中缸内压力有波动，活塞到内止点A时吸气终了，吸气阀关闭。活塞自内止点回行时，缸内容积减小，气体进行压缩过程。当缸内压力P高于排气管内压力P2并足以克服阻力而顶开排气阀时才开始排气过程。 3分析影响活塞式压缩机吸气量和排气量的因素。 答：（1）带动压缩机的原动机(通常为电机)的转速的降低(由于电压过低或电网频率降低)或皮带过松而造成压缩机转速降低，均会使排气量减少； (2）余隙容积超过设计值过大，排气量将明显下降； (3)吸入阻力(包括空气滤清器阻力、吸入管路和气阀阻力)增加，会使吸入气缸内的气体压力降低，吸气量减少，从而排气量也相应减少；

(4)气缸冷却不充分，缸壁温度升高，使吸入气体被加热，体积膨胀而造成吸气量减少，最后自然也影响到排气量的减少；

(5)压缩机外泄漏的增加将直接使排气量减少。外泄漏分为两类：其一是气体直接漏入大气或第一级进气管道中，这部分泄漏直接漏到压缩机之外，显然属于外泄漏；其二是在第一级气缸膨胀或吸气过程中，由于排气阀关闭不严所造成的高压级通过一级排气阀漏向一级气缸的气体，也属于外泄漏。外泄漏常常发生在填料函、活塞环、吸排气阀等位置。所以，这些部位密封不严，将造成压缩气体发生外泄漏，影响压缩机的排气量。 4何为活塞式压缩机的标准排气量和实际排气量？ 答：实际排气量是经压缩机压缩并在标准排气位置排出气体的容积容量，换算到第一级进口标准吸气位置的全温度、全压力及全组分的状态的气体容积值。 标准排气量是将压缩压缩在标准排气位置的实际容积容量，换算到标准工况（760mmHg，0℃）的气体容积值称为标准排气量。

5了解活塞式压缩机的功率和效率的定义方法。 答：（1）指示功率

压缩机中直接消耗于压缩气体的功即由示功器记录的压力—容积图所对应的功称为指示功。

（2）轴功率

轴功率是压缩机驱动轴所需要的功率。 （3）驱动功率

驱动功率是原动机输出轴的功率。 效率

（1）等温理论效率

压缩机理论循环所需的等温理论功率是理想的最小功率，与相同吸气压力、相同吸气量下的实际指示功率的比值。 （2）等温总效率

等温总效率是等温理论功率与相应条件下的轴功率之比。 （3）绝热理论效率

压缩机的绝热理论功率与相同吸气压力、相同吸气量下的实际指示功率之比。 （4）绝热总效率

绝热总效率是绝热理论功率与相同条件下的轴功率的比值。 6分析多级压缩的特点。

答：(1)节省压缩气体的指示功 (2)提高气缸容积利用率 (3)降低排气温度

(4)降低活塞上的最大气体力 7.推导多级压缩的等压比原则。 解：设一台z级压缩机，各级工作容积分别为V1，V2，V3，?Vz，各级的吸气压力为p1Ⅰ，ps1，ps2，?，psz，末级排气压力为pdz。则可知各级的多变理论压缩功为：

pm W1?ps1V1[(s2)m?1ps1m?1m?1]

pm W2?ps2V2[(s3)m?1ps2 ?

m?1m?1] pm Wz?pszVz[(dz)m?1pszm?1m?1]

当各级吸气温度相同时，有 ps1V1?ps2V2?ps3V3???pszVz ，则总的多变理论功为：

pm W?W1?W2???Wz?ps1V1[(s2)m?1ps1?W?0。得： ?ps2 ps1V1[ps1?(m?1)mm?1mp?(s3)ps2m?1mp???(dz)pszm?1m?z] 为求最省功的各级压力比，可将上式分别对各级间压力求一阶偏导数并令其等于零，即

ps2(m?1?1)m?ps3(m?1)mps2(?m?1?1)m]?0 化简整理得 ps2?ps1ps3

2或写成 ps2ps3 ?ps1ps2pp?W?0 得 s3?s4 ?ps3ps2ps3同理 ?

pszp?W?0 得 ?dz ?pszps(z?1)pszps2ps3ps4pp?????sz?dz ps1ps2ps3ps(z?1)psz由此得 而总压力比 ?t?ps2ps3ppdzpdz ?sz?ps1ps2ps(z?1)pszps11ps2ps3ps4pszpdz ???????(?t)z （4-26） ps1ps2ps3ps(z?1)psz习题

1.用一台往复活塞式压缩机压缩油田气。进口压力为1×105Pa（绝），出口压力为3×105Pa

（绝），进口温度为30℃。若将油田气看作理想气体，求压缩过程分别为（1）等温过程；（2）多变过程（m=1.15）；（3）绝热（k=1.25）过程时，压缩每立方米进口状态油田气所消耗的功及其温升。 解：

功 等温过程

p23?10555 WT?p1V1ln?1?10?1?ln()?1?10?1.09861?109861N?m (4-5) 5p11?10 多变过程 Wpolmp2?p1V1[(1)m?1p5m?1m?1] (4-9)

1.151.153?1051.15-1?1?10?[()?1]5 1.15-11?10?1?105?7.667[1.1541?1]?118122N?m 绝热过程

k?1kkp2 Ws?p1v1[()k?1p1?1] (4-7)

1.2531.25?1?10?[()?1] 1.25-11?1?105?5[1.2457?1]?122865N?m51.25-1

温度 等温过程 T2?T1?273?30?C?303K ta?30?C

pT2?T1(2)p1 多变过程

m?1m3?303()11.15?11.15?349.7K

t2?349.7?273?76.7?CpT2?T1(2)p1 绝热过程

k?1k3?303()11.15?11.15?377.5K (4-3)

t2?377.5?273?104.5?C2.若压缩机的相对余隙容积a = 0.1，若膨胀过程多变指数与压缩机过程多变指数相同，即

m ??m???1.2；求当压力比??= 6，12，17.8三种情况的容器系数?v?值。又若压力比????6，m = m??=1.2时，求当相对余隙容积 a = 0.1，0.15，0.2，0.29 四种情况下的 ?v??值，并以计

算结果作?v?????和 ?v?????曲线。?v?????和?v ????在什么情况下出现？试分析在出现这两种情况时气缸的工作过程怎样？用P-V 图说明。 解：（1） ??0.1 m?m??1.2 e = 6、12、17.8 时的λv

??6 ?v?1??(??1)?1?0.1(61m1m11.211.2?1)?0.655

??12 ?v?1??(??1)?1?0.1(12?1)?0.307

1m11.2

??17.8 ?v?1??(??1)?1?0.1(17.8?1)?0

（2） ??0.1 m?m??1.2 求a = 0.1，0.15，0.2，0.29 时的λv

??0.1 ?v?1??(??1)?1?0.1(61m1m11.2?1)?0.655 ?1)?0.482

??0.15 ?v?1??(??1)?1?0.15(6??0.2 ?v?1??(??1)?1?0.2(61m1m11.2

11.2?1)?0.310

?1)?0 (4-13)

??0.29 ?v?1??(??1)?1?0.29(611.23.某单级空气压缩机的相对余隙容积a = 0.05 在某地区使用，该地区大气压力为1×105Pa，气温为 20℃，设多变膨胀过程指数?m??=1.2，压缩机排气压力为 Pd=4×105Pa（表压），其质量排气量m = 200kg/h。现该机欲用于另一地区，该地区大气压力为0.94×105Pa，气温为28℃，

排气压力(Pd) 同前地区。若两地区使用中压力系数?P、温度系数?T及泄露系数??不变，试求在两地区使用时该机的容积排量和质量排量各为多少？ 解：1.两地区吸气状态下的容积排量不同是由于?V 不同引起； 2.两地区质量排量不同是由于容积排量变化及状态不同而引起。 第一地区

5 ?v1?1??(??1)?1?0.05[()1.2?1]?0.86 (4-13)

1m11m1?200kg/h

v1200?287.641?mRT p??293105?168.6m3/h(吸气状态)11?第二地区

11 ?m5v2?1??(??1)?1?0.05[(0.94)1.2?1]?0.85 V?V22?V1???168.6m3/h?0.85?166.6m3/h(吸气状态)

V10.86PV

20.94?166.6?105m2?RT?64?301?180.9kg/h2287.

(4-13)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/3weo.html