陕西科技大学过程流体机械期末考试复习资料汇总

第二章 容积式压缩机 定义

依靠工作腔容积周期变化压缩气体； 分为往复式、回转式； 往复式压缩机 特 点

容积变化取决于结构，压力与流量无关。

容积变化决定吸排气，与气体性质无关，增压较高，热效率较高。 结构复杂、易损件多；

间歇吸排气体，引起气柱振动。 工作腔部分:

气阀、气缸、活塞 传动部分:

连杆、曲柄、十字头。 机身部分:

支撑作用、安装附件

2.1 基本构成、工作过程——级的理论循环 级——气体完成一次压缩称为一级/循环。 假设

工作腔内无余隙容积（缸盖与活塞端面；进排气通道；第1道活塞环端面）。气体被全部排出；

气体通过进、排气阀式无压力损失，进、排气压力没有波动保持稳定； 气体无泄露。

工作腔作为一个孤立体与外界无热交换； 气体压缩过程指数为定值，绝热/等温； 级的工作过程 吸气——4→1

压缩——1→2 排气——2→3

2 P2 3 外止点/上止点

内止点/下止点 4 P1 1 行程 V2 V1

理论进气量

对于压缩机来说，一个理论循环中所进的气体量，为活塞面积与一个行程乘积，即 Vs=V1=ApS

式中 Ap——活塞面积，m2； S ——活塞行程，m。

该容积习惯上称为行程容积Vh，即Vh＝V1。 外功/指示功Wi

一、填空（本大题15分，每空0.5分）

1、 按工作介质的不同，流体机械可分为（压缩机）、（泵）和（分离机）。

2、 平面填料的典型结构是三六瓣结构，即朝向气缸的一侧由（三瓣）组成，背离气缸的一侧由（六瓣）

组成，每一块平面填料外缘绕有螺旋弹簧，起（预紧）作用。

3、 往复活塞泵由（液力端）和（动力端）组成。

4、防止离心压缩机的转子因受其重力下沉需要两个（径向）轴承，防止转子因受轴向推力窜动需要（轴向止推）轴承。

5、压缩机中的惯性力可分为（往复）惯性力和（旋转）惯性力。 6、往复式压缩机的工作腔部分主要由（气阀）、（气缸）和（活塞）构成。 7、离心泵的过流部件是（吸入室）、（叶轮）和（蜗壳）。

8、泵的运行工况点是（泵特性曲线）和（装置特性曲线）的交点。

9、离心压缩机级内的能量损失主要包括：（流动）损失、（漏气）损失和（轮阻）损失。 10、往复式压缩机的传动部分是把电动机的（旋转）运动转化为活塞的（往复）运动。 11、由比转数的定义式可知，比转数大反映泵的流量（大）、扬程（低）。

12、离心压缩机中，在每个转速下，每条压力比与流量关系曲线的左端点为（喘振点）。各喘振点联成（喘振线），压缩机只能在喘振线的（右面）性能曲线上正常工作。 二、（本大题10分，每小题1分）判断

1、（×）采用多级压缩可以节省功的主要原因是进行中间冷却。 2、（×）压缩机的冷却方式主要分为（风冷）和（水冷）。 3、（×）管网特性曲线决定于（管网本身的结构）和用户的要求。 4、（×）按级数可将离心泵分为（单级泵）和（多级泵）。

5、（×）活塞与气缸之间需采用（活塞环）密封，活塞杆与气缸之间需采用（填料）密封。 6、（×）往复式压缩机的传动部分是把电动机的旋转运动转化为活塞的往复直线运动。 7、（×）气阀中弹簧的作用是帮助阀片关闭和减轻阀片开启时与（升程限制器）的撞击。 8、（×）在双作用气缸中，为利于填料密封，在曲轴一侧配置（较低）压力级。

9、（×）压缩机串联工作可增大气流的排出压力，压缩机并联工作可增大气流的输送流量。 10、（×）如果泵几何相似，则（比转数）相等下的工况为相似工况。 三、（本大题20分，每小题2分

名词解释

1、过程流体机械：是以流体为工质进行能量转换、处理与输送的机械，是过程装控的重要组成部分。 2、理论工作循环：压缩机完成一次进气、压缩、排气过程称为一个工作循环。

3、余隙容积：是由气缸盖端面与活塞端面所留必要的间隙而形成的容积，气缸至进气、排气阀之间通道所形成的容积，以及活塞与气缸径向间隙在第一道活塞环之前形成的容积等三部分构成。

4、多级压缩：多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行，并在每级压缩之后将气体导入中间冷却器进行冷却。

5、灌泵：离心泵在启动之前，应关闭出口阀门，泵内应灌满液体，此过程称为灌泵。

6、有效汽蚀余量：有效汽蚀余量是指液流自吸液罐（池）经吸入管路到达泵吸入口后，高出汽化压力所富余的那部分能量头，用NPSHa表示。

7、一元流动：指气流参数（如速度、压力等）仅沿主流方向有变化，而垂直于主流方向的截面上无变化。 8、侧覆力矩：侧向力和主轴颈作用于轴承上的垂直分力大小相等方向相反，在机器内部构成了一个力矩。该力矩在立式压缩机中，有使机器顺着旋转方向倾倒的趋势，所以习惯上称此力矩为侧覆力矩。 9、容积流量：通常是指单位时间内压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值，单位是m3/min或m3/h。

10、行程：活塞从一个止点到另一个止点的距离为“行程”。 四、解答题（本大题30分，每小题3分）

1、活塞压缩机的实际工作循环有哪些特征？

答：（1）任何工作腔都存在余隙容积。因此，实际工作循环比理论工作循环多了一个

pV膨胀过程。

（2）气体流经进气、排气阀和管道时必然有摩擦，由此产生压力损失，整个进气过程气缸内的压力一般都低于进气管道中的名义进气压力，排气压力也高于排气管内的压力。

（3）气体与各接触壁面间始终存在着温差，这导致不断有热量吸入和放出。过程指数不为常数。

（4）气缸容积不可能绝对密封，存在泄漏的影响。 （5）阀室容积不是无限大，吸、排气过程产生压力脉动。

（6）对于进、排气系统是一固定的封闭容积，且相对于工作腔容积并不太大，进气过程中压力能明显地逐渐降低，排气过程中压力能明显地升高。 2、采用多级压缩的原因是什么？ 答：主要有如下原因：

（1）可以节省压缩气体的指示功； （2）可以降低排气温度； （3）提高容积系数； （4）降低活塞力。

3、活塞式压缩机往复运动部分质量与旋转部分质量各由哪几部分组成?

答：往复运动部分质量ms包括由作往复运动的活塞、活塞杆和十字头部件的质量，用mp表示，及连杆转化作往复运动的质量ml；

旋转运动部分质量mr包括由作旋转运动的曲拐部件的质量，用mc表示，及连杆转化作旋转运动的质量

'ml''。

4、离心泵发生不稳定工作原因是什么？如何判别稳定工作点和不稳定工作点？ 答：（1）发生不稳定工作的原因主要有两点： ① ②

泵的H-Q特性曲线呈驼峰形；

管路装置中要有能自由升降的液面或其它贮存和放出能量的部分。

（2）稳定工作点和不稳定工作点的方法是：当交点处管路特性的斜率大于泵性能曲线的斜率时是稳定工作点；反之，如交点处管路特性的斜率小于泵性能曲线的斜率，则是不稳定工作点。

5、离心泵的过流部件主要有哪些？它们各自的作用是什么？ 答：离心泵的过流部件主要有吸入室、叶轮和蜗壳，其作用如下：

（1）吸入室：位于叶轮进口前，其作用是把液体从吸入管引入叶轮，要求液体流过吸入室的流动损失较小，并使液体流入叶轮时速度分布较均匀；

（2）叶轮：是离心泵中的作功部件，对叶轮的要求是在损失最小的情况下使单位重量的液体获得较高的能量；

（3）蜗壳：位于叶轮出口之后，其功用是把从叶轮内流出的液体收集起来，并把它按一定要求送入下级叶轮或送入排出管。

6、写出欧拉方程和第二欧拉方程，并简述其物理意义。 答：欧拉方程为：

Lth?Hth?c2uu2?c1uu1

第二欧拉方程为：

222u2?u12c2?c12w12?w2Lth?Hth???222

该方程的物理意义是：

（1） 欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定

律；

（2） 只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出单位质量流体与叶轮之间机械能

转换的大小，而不管叶轮内部的流动力情况；

（3） 该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机，也适用于叶轮式的

泵；

（4） 推而广之，只需将等式右边各项的进出中符号调换一下，亦适用于叶轮式的原

动机。

7、离心压缩机防喘振的主要措施有哪些？

答：由于喘振对机器危害严重，应严格防止压缩机进入喘振工况，一旦发生喘振，应立即采取措施消除或停机。防喘振主要有如下几条措施：

（1） 操作者应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在性能

曲线图上的位置。

（2） 降低运行转速，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口压力随之降低。 （3） 在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，使流量减少时的进气冲角不

致太大，从而避免发生喘振。

（4） 在压缩机出口设置旁通管道，宁肯多消耗流量与功率，也要让压缩机通过足够

的流量，以防进入喘振状态。

（5） 在压缩机进口安置温度、流量监视仪表，出口安置压力监视仪表，一旦出 现异常或喘振及时报警，最好还能与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。 （6）运行操作人员应了解压缩机的工作原理，随时注意机器所在的工况位置，熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。一旦进入喘振应立即加大流量退出喘振或立即停机。停机后，应经开缸检查确无隐患，方可再开动机器。

8、分析V2.2D-0.25/7型空气压缩机和2VY－6/7型空气压缩机名称中各代号的意义? 答：（1）V2.2D-0.25/7型空气压缩机：2列、V型（本身是2列），原配电动机额定功率2.2Kw，低噪声罩式，额定排气量0.25m3/min，额定排气表压力7×105Pa。

（2）2VY－6/7型空气压缩机：4列，双重V型，移动式，额定排气量6m3/min，额定排气表压力7×105Pa。 9、简述离心泵汽蚀的机理及危害？ 答： （1）汽蚀的机理

在离心泵叶片入口附近的非工作面上存在着某些局部低压区，当处于低压区的液流压力降低到对应液体温度的饮饱和蒸汽压时，液体便开始汽化而形成气泡；气泡随液流在流道中流动到压力较高之处时又瞬时溃灭。在气泡溃灭的瞬间，气泡周围的液体迅速冲入气泡溃灭形成的空穴，并伴有局部的高温、高压水击现象，这就是汽蚀产生的机理。

（2）汽蚀的危害： a. 汽蚀使过流部件被剥蚀破坏; b. 汽蚀使泵的性能下降;

c. 汽蚀使泵产生噪音和振动；

d. 汽蚀也是水力机械向高流速发展的巨大障碍。 10、活塞式压缩机气量调节的常用方法及要求？ 答：

（1）常用方法：①转速调节 ②管路调节③压开进气阀调节

（2）要求：①容积流量随时和耗气量相等，即所谓连续调节，事实上不是任何情况下都能实现连续调节的，当不能连续调节事可采用分级调节②调节工况经济性好，即调节时单位流量耗功小；③调节系统结构简单，安全可靠，并且操作维修方便。 五、（本大题12分）

1、A：Htot-级的总能量头；B：Hl-级的漏气损失；C：Hdf-级的轮阻损失；D：Hth-级的理论能量头；

22c0??c02E：-级的动能增量；F：Hhyd-级的流动损失；G：Hpol-级的多变压缩功。（7分，

每空1分）

2、1 阀座 ，2 阀片 ，3 弹簧 ，4 升程限止器 ，是 进 气阀。 （6） （5分，每空1分） 六、（本大题13分） 1、 （共5分） 解：

（1）单级等熵压缩功：

m?1????m?P2mW1i??PV?1???11??m?1?P1?????1.4?1?? 2分

1.4?0.8?0.1013?1.4???0.1?10????1???1.4?1??0.1???3??3.06?10KJ/min（2）单级等熵压缩功： 压力比

??P2?P10.9013?3

0.1?1?m?mmW2i??2PV??1??11m?1???1?1.4? 2分 1.41.4??2?0.1?10???3?1?1.4?1????2.58?103KJ/min（3）由于W1i>W2i，所以两级压缩省功。 1分 2．已知某化工厂所选的离心泵的性能为

qv/(m3/h) Hm NPSHr

120 87 3.8 200 80 4.2

级的配置

(a)泄漏小、活塞力不均匀；

(b)泄漏大、活塞力均匀，气阀布置空间大，小型采用；低压润滑难； (c)结构紧凑，微小机采用； 方案确定原则

密封性(化工气体的易燃/易爆)； 轻便性(小型机的结构简单/易维护)； 经济性(大型机的动力消耗、可靠性)； 场地限制性(立式、角度式、卧式)； 动力平衡性(移动式等)； 操控性(专人操控)； 驱动力；

参数选择及影响——行程、第1级缸径比

行程s与1级缸径比ψ=s/D1为重要的结构参数；因为： 表征外形与尺寸的关系。n、Vs一定时， ψ小，s小； 影响气阀的安装面积。 ψ大，汽缸细长，面积小； 影响相对余隙和重量。n大， ψ小，相对余隙增大； 影响机器工作过程。 ψ小，缸径大，冷却不好； 一般地， ψ =0.3~0.6。个别可以为0.26。 低速(100~500rpm)， ψ =0.5~0.95； 中速(500~1000rpm)， ψ =0.45~0.75； 高速(500~1000rpm)， ψ =0.4~0.55； 参数选择及影响——活塞平均速度

活塞平均速度vm=ns/30，联系转速和结构尺寸的重要参数，对压缩机的性能影响很大； 对压缩机耐久性影响。速度高，摩擦件损耗大；

影响气阀的性能。 vm高，需要阀流通面积大；排气量一定时， vm高，缸径小，气阀布置困难；

参数选择及影响——转速n

转速决定压缩机尺寸、重量、成本、摩擦功、动力性能。 转速提高，不完全平衡的机器振动加剧； 转速提高，机器尺寸减小，活塞速度加大； 转速提高，磨损加快；

转速提高，阀片冲击次数加大，寿命缩短；

一般地，选取适当的平均速度、缸径比，计算转速速度。 驱动机选择——电动机

电动机便宜、简单、可靠、不用维护，常用； 异步适用于150kW以下的场合； 同步适用于大型场合，价格稍贵；

多数选择直接传动，电机转子可起飞轮作用； 大型机器配备专门的电动机 少数选择带传动；

驱动机选择——内燃机

没有电能/移动时，采用柴油机驱动；

增压的天然气内燃机，热效率高，用于大型机；

通用的办法是通过离合器驱动，中小型机；

同曲柄驱动方式，专门设计，大型机，成为摩托压缩机 驱动机选择——汽轮机

采用化工厂现有的蒸汽驱动，经济价值很高； 一般适用于大型压缩机驱动；

第三章 离心式压缩机 概 述

叶轮高速旋转使气体增压，也称速度式/动能式压缩机； 气流方向分为离心/轴流；

单级压比较小<2.0，流量很大； 流量与压比密切相关。

热效率较低<70% /流动损失大； 概 述

随着研究深入，效率不断提高；

使得离心压缩机向高压力、宽流量发展； 使离心压缩机的应用范围大为扩展； 在许多场合取代往复活塞式压缩机。 总体结构

转子/静子两大部分；

转子：转轴，轴上的叶轮、轴套、联轴节及平衡盘等。

定子：气缸，其上的各种隔板以及轴承等零部件，如扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室。 工作原理

气体轴向进入叶轮通道，在高速旋转的通道内增压、增速、增温； 然后进入扩压通道，在通道内减速再增压； 通过弯管/回流器进入下一级，重复进行； 级的结构

级—由一个叶轮与其相配合的固定元件(扩压器、弯道、回流器)所构成； 段—中间冷却器分开的连续若干级； 特征截面—

叶轮通道流动/速度三角形

气流在叶轮通道内的运动为复合运动； 相对运动—气流相对通道的运动； 牵连运动—对应点随叶轮的旋转运动； 叶轮进口、出口速度三角形。 离心叶轮结构 —后弯型

叶片弯曲方向与叶轮旋转方向相反； 叶片出口角β2A<90o； 级效率高； 稳定工况宽； 普遍采用； 离心叶轮结构 —前弯型

叶片弯曲方向与叶轮旋转方向一致； 叶片出口角β2A>90o； 级效率低； 稳定工况窄； 很少采用； 离心叶轮结构 —径向弯型

叶片出口角β2A=90o； 通道较短；

性能介于后弯/前弯； 气体进行一维稳定流动时，各截面叶轮结构/分类 对于离心叶轮，连续方程基本式：上的质量流量相等，则闭式—比较常见，漏气小/性能好/效率高。强度低/圆周速度在300~320m/s范围。 qm??2qV2??2c2r?D2b2 qm??iqVi??inqVin半开式—效率低/强度高，速度可达450~550m/s。 2 ??2qV2b?60??3双面进气—气流量大/叶轮轴向力自平衡。 ??22?2r2??u2 ??2c2rf2D2??n?扩压器的结构 ?const 功能—使气流减速增压； 一般地，截面变大，速度降低。无叶片扩压器 —结构简单； —工况效率高； —稳定工况宽； —通道较长； 扩压器的结构 有叶扩压器： —行程短； —结构复杂； —变工况效率低； —适应窄； 优点：

（1）排气量大/连续气流/流通面积较大/转速很高； （2）结构紧凑/尺寸小，它比同气量的活塞式小得多； （3）平稳可靠/运转时间长/维护费用省/操作人员少； （4）气体清洁/不污染气体，这对化工生产是很重要的； （5）转速较高/适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。 缺点：

（1）单级压比不高/不适用于较小的流量；

（2）稳定工况区较窄/调节较方便，经济性较差； （3）设计/制造/装配要求较高； 离心压缩机的工作原理、基本结构

高速旋转的叶片对气体施加功，使气体的压力和速度增加，采用扩压器使气体减速再增压。 转子——轴、叶轮及叶片、轴套、平衡盘；

定子——壳体、隔板、进气道、扩压器、弯道、回流器等；

欧拉方程的物理意义：

①表示叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循能量转换与守恒定律；

②只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出一千克流体与叶轮之间机械能转换的大式中，D2—叶轮外径；b2—叶轮小，而不管叶轮内部的流动情况； 2出口轴向宽度；b2/D2—叶轮出口b2?2?60?3?2r??u2m??2qV2??2 q③适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机也适用与叶轮式的泵； D2??n?相对宽度，通常取0.025~0.065；?2—叶轮出口流通系数， 式中，④只需将等式右边各项的进出口符号调换一下，亦适用于叶轮式的原动机。 ?2r—叶轮出口处流量系数，Z?2b22Z?2?能量方程的物理意义?D2 b2???2r?c2r/u2，通常，径向型叶轮sin?2Asin?2A ??2叶轮的机械功转化为级内气体温度焓/动能增加； 取0.24~0.40，后弯型叶轮取0.18~0.32。?D2b/2Z?2对于有粘的气体也适用/有粘气体的摩擦损失产生的热量传递给气体，引起气体温度(焓)升 ?1?；?D2sin?2A高； Z—叶片数；?2—叶片厚度；适用于多个部件与整机/叶轮/扩压器 ?—叶片折边；伯努利方程的物理意义 ① 叶轮的机械功=流体的有用能量(静压能/动能增加)+所有流动损失； ② 表示叶轮的机械功与气体压力p、流速c和能量损失之间的关系； ③ 方程适用一级/多级整机/任一通流部件；

④ 计算不可压缩流体压力升高的势能比较方便。对于可压缩流体，需压力和密度的函数关系才能求解静压能头。 压缩机性能曲线

一定转速/进口条件下的： 压力-流量(ε- qv)曲线； 效率-流量(ηpol-qv)曲线； 功率-流量(N-qv)曲线；

由于工况与性能曲线上的一点对应，也叫变工况性能曲线。 压缩机性能曲线

如果把不同转速的性能曲线叠合，可得到变转速的性能曲线。 最佳工况ηmax；

稳定工作范围/喘振-堵塞； 压缩机的喘振

流量小较时，进气正冲角较大，叶片非工作面出现严重分离，有效通道减少。 迫使气体流向临近通道，从而改善了上游通道A，但进一步恶化了下游通道C。 这样循环往复，出现反向的旋转分离。

旋转分离使气体参数高频交变，会引起共振和破坏，是喘振的基本条件。

压缩机的流量进一步减小时，叶道中的脱离团形成大的脱离团，占据大部叶道，气流严重受阻，性能下降，排气压力降低。

压缩机的排气压力会小于管网内的压力，导致气体倒流，从进气口冲出。

管网中的压力降低后，倒流转为正向流动，重新提高管网的压力，到达一定压力后，流量减小再出现倒流。

这样出现的低频大幅度的轴向气流脉动，叫做压缩机喘振。 压缩机的喘振严重后果

使压缩机的性能恶化，压力和效率显著降低；

机器出现异常的噪声、吼叫和爆音，使机器出现强烈的振动；

致使压缩机的轴承、密封遭到损坏，甚至发生转子和固定部件的碰撞，造成机器的严重破坏

压缩机的喘振预防

严格禁止进入喘振，立即停机。

明示性能曲线，尤其是喘振线，提醒操作者； 降低压缩机的转速，可以在小流量下防止喘振；

在各级设置导流叶片，通过变化绝对速度来使冲角合适； 设置旁通，使多余的流量防空； 安装检测仪表，提前预报；

使操作人员了解压缩机原理和结构，会化解喘振； 压缩机堵塞

气流量较大时，负冲角很大，叶片工作面发生分离；

气体流量最大时，叶道变为收敛通道，最小截面出会出现音速，引起堵塞； 此时压力和流量不再增加；

良好性能——效率高/效率曲线平坦/稳定工况宽。 压缩机/管网匹配概要

压缩机总是与管网配合使用；

压缩机在管网之后，压缩机是吸气和抽气； 大多数压缩机在管网之前。

管网是指与压缩机连接的进气管路、排气管路以及这些管路上的附件及设备的总称。 压缩机的调节方法及特点

常见的离心压缩机调节方式： 压缩机出口节流调节 压缩机进口节流调节

采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节) 采用可转动的扩压器叶片调节 改变压缩机转速的调节

三种调节方法的经济性比较及联合采用两种调节 抑制油膜振荡方法

油膜振荡与转子/轴承有关，两方面着手： 提高转子的刚度/nc1； 采用良好的抑振轴承；

低速重载，在较大偏心距下稳定工作； 高速轻载，在较小偏心距下涡动工作；

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