过程流体机械-离心压缩机

离心压缩机工作原理:利用离心力对气体作功，由扩压通道对气体扩压，以提高气体压力。

离心叶轮的欧拉方程：L th=H th=C2u U2—C1u U1欧拉方程的物理意义：方程说明气体获得的理论能量头只与叶轮叶道进、出口流体的速度积有关，而与流体的性质无关。

由于气体本身所具有的惯性作用,在叶轮叶道中将产生与叶轮旋转方向相反的附加的相对运动, 即轴向旋涡伯努利方程物理意义：表明外加能头(机械功), 一部分作压缩功,提高气体的静压能，一部分增加动能,一部分克服各种能量损失,即:外加能头=压缩功+动能+克服损失压缩机的最小流量工况--喘振工况当级中流量减小到某最小值时,会产生喘振现象, 这时级或机不能正常工作,如不及时采取措施解决,将会造成恶性事故。

喘振产生的原因是:内因: 流量达到最小流量，气流的边界层严重分离；外因: 管路中存在储存能量的空间,即供气管网。

流动相似, 就是指流体流经几何相似的通道或机器时, 其任意对应点上同名物理量如压力、速度等比值相等。

流动相似的相似条件：模型与实物或两机器之间几何相似、运动相似、动力相似和热力相似。

对于离心压缩机而言, 其流动相似应具备的条件：几何相似、叶轮进口速度三角形相似、特征马赫数相等,即M’2u＝M2u 和气体等熵指数相等,即k’=k。

压缩机的调节方法：压缩机出口调节流量、压缩机进口调节流量、采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节)、改变压缩机转速的调节。

理论压缩循环:由进气→压缩→排气三个热力过程组成实际工作循环由吸气—压缩—排气—膨胀四个过程组成。

实际工作循环的特点■存在余隙容积■进气、排气过程存在压力损失■气体与汽缸壁面间存在温差,压缩和膨胀指数不是定值■汽缸存在泄漏■实际气体性质不同于理想气体压缩机排出的气体容积流量换算到压缩机进气状态下的气体容积流量，称为单级压缩机的排气量。

容积系数λv:---反映气缸行程容积的有效利用程度容积系数=实际进气容积/行程容积泄漏系数λl ---表示气阀、活塞环、填料函等泄漏对汽缸容积利用程度的影响多级压缩就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。

《过程流体机械》思考题参考解答2 容积式压缩机☆思考题 往复压缩机的理论循环与实际循环的差异是什么☆思考题 写出容积系数λV 的表达式，并解释各字母的意义。

容积系数λV （最重要系数）λV ＝1－α（n1ε－1）＝1－⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫⎝⎛110ns d S p p V V （2-12）式中：α ——相对余隙容积，α ＝V 0（余隙容积）/ V s （行程容积）；α ＝～（低压），～（中压），～（高压），＞(超高压)。

ε ——名义压力比（进排气管口可测点参数），ε ＝p d / p s ＝p 2 /p 1 ，一般单级ε ＝3～4；n ——膨胀过程指数，一般n ≤m （压缩过程指数）。

☆思考题 比较飞溅润滑与压力润滑的优缺点。

飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机；压力润滑（注油器注油润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加油泵、动力、冷却、过滤、控制和显示报警等整套供油系统油站），可控制气缸注油量和注油点以及运动部件压力润滑油压力和润滑油量，适用大中型固定式动力或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。

☆思考题 多级压缩的好处是什么多级压缩优点：①.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；②.降低排气温度（单级压力比小）；③.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比ε降低，一级容积系数λV 提高）；④.降低活塞力（单级活塞面积减少，活塞表面压力降低）。

缺点：需要冷却设备（否则无法省功）、结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等）。

☆思考题分析活塞环的密封原理。

活塞环原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧）；关键技术：材料（耐磨、强度）、环数量（密封要求）、形状（尺寸、切口）、加工质量等。

☆思考题动力空气用压缩机常采用切断进气的调节方法，以两级压缩机为例，分析一级切断进气，对机器排气温度，压力比等的影响。

离心压缩机国标标准摘要：1.离心压缩机的概述2.离心压缩机的工作原理3.离心压缩机的国标标准4.离心压缩机的应用领域5.离心压缩机的发展前景正文：一、离心压缩机的概述离心压缩机是一种常见的流体机械设备，主要用于压缩气体或提高气体压力。

它通过离心力将气体压缩，具有结构简单、运行稳定、维护方便等优点。

在我国，离心压缩机的应用范围广泛，涵盖了石油、化工、冶金、电力等多个行业。

二、离心压缩机的工作原理离心压缩机的工作原理主要基于动能转换。

当气体进入离心压缩机后，在高速旋转的叶轮作用下，气体的动能增加，压力能也相应提高。

气体在叶轮中沿着径向和轴向流动，经过一系列的扩压、压缩过程，最终达到所需的压力。

三、离心压缩机的国标标准在我国，离心压缩机的生产和应用需遵循一定的国家标准。

这些标准主要包括：GB/T 18701-2002《离心压缩机》、JB/T 7352-2017《离心压缩机技术条件》等。

这些标准规定了离心压缩机的分类、型式、尺寸、材料、结构、性能、试验方法等方面的技术要求，以确保离心压缩机的安全、可靠、高效运行。

四、离心压缩机的应用领域离心压缩机在多个领域都有广泛的应用，包括：1.石油和天然气工业：用于增压、输送、加压等工艺过程；2.化学工业：用于压缩各种气体，如氢气、氧气、氮气等；3.冶金工业：用于压缩高炉煤气、焦炉煤气等；4.电力工业：用于压缩空气或燃气轮机中的气体；5.其他领域：如医药、食品、纺织等。

五、离心压缩机的发展前景随着科技的进步和社会的发展，离心压缩机在结构、材料、性能等方面将不断优化和升级。

未来，离心压缩机将朝着高效、节能、环保、智能化等方向发展，以满足各行业日益严格的要求。

1过程：是指事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，它描述的是实物发生状态变化的经历。

2.流体机械：是以流体或流体与固体的混合体为对象进行能量转换，处理，也包括提高其压力进行输送的机械，它是过程装备的重要组成部分。

3.工作腔部分：是直接处理气体的部分，包括气，缸活塞，气阀等，构成有进出通道的密封空间。

4.传动部分：把电动机的旋转运动转化为活塞的往复运动，也包括，曲轴，连杆，十字头等，往复运动的活塞通过活塞杆与十字头连接。

5.理想气体：不考虑气体分子间的作用力，分子本身所占有的体积的气体（压力远低于临界压力，温度远高于临界温度）6.级：被压缩气体进入工作腔内完成一次气体压缩成为一级。

7.级的理论循环的特点？1.气缸没有余隙容积，被压缩气体能全部排出气缸 2.进排气过程无压力损失，压力波动，热交换，吸排气压力为定值3.压缩过程和排气过程无气体泄漏4.所压缩的气体为理想气体，其过程指数为定值5.压缩过程为等温或绝热过程8.级的实际循环的特点？（实际循环与理论循环的差别）1.气缸有余隙容积2.进排气通道及气阀有阻力3.气体与气缸各接触面间存在温差4.气缸容积不可能绝对密封5.阀室容积不是无限大6.实际气体性质不同于理想气体7.在特殊的条件下使用压缩机9.活塞压缩机的优缺点？（特点及应用）优点：1.使用范围广，稳定性好2.适应性强3.热效率高。

缺点：1.净化任务繁重2.结构复杂，易损零件多3.气体的吸入和排出是间歇的，易引起气柱及管道的振动4.转速不能过高5.设备较大，外形尺寸较大，往复力大，机器繁重10.压缩机的排气量：压缩机单位时间内排出的气体量换算到吸入状态时的体积量11.多级压缩：是将气体的压缩过程分在若干个级中进行，并在每级压缩之后导入中间冷却器进行冷却12.多级压缩的优点：1.节省压缩气体的指示功 2.降低排气温度 3.提高容积系数 4.降低活塞上的气体力13.提高压缩机生产能力的途径：1.提高曲轴转速 2.适当增加气缸的行程容积 3.提高容积系数 4.改善吸气温度 5.提高压力系数14.列：把一个连杆所对应的一组气缸及相应动静部件称为一列15.泄漏系数和哪些因素有关：泄漏系数与气缸的排列方式，气缸和活塞杆的直径，曲轴转速，气体压力的高低以及气体的性质有关16.研究压缩机动力学的目的：揭示运动件的运动规律。

名词解释：1.过程流体机械：是以流体或流体与固体的混合体为对象进行能量转换、处理，也包括提高其压力进行输送的机械，是过程装备的重要组成部分。

2.容积流量：单位时间内压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进出口状态的压力和温度是的气体容积值单位是min /3m3.行程：活塞从一个止点到另一个止点的距离。

4.理论工作循环：压缩机完成一次进气、压缩、排气的过程称为一个工作循环。

5.余隙容积：是由气缸盖断面与活塞断面所留必要的间隙而形成容积，气缸至进气，排气阀之间通道所形成德容积，以及活塞与气缸径向间隙在第一道活塞之间形成的容积等三部分构成。

6.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。

7.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。

8.有效气蚀余量：是指液流自吸液罐经吸入管路到达泵吸入口后，高出汽化液体v P 所富余的那部分能量头。

9.一元流动：指气流参数仅沿主流方向有变化，而垂直于主流方向的截面上无变化。

10.离心压缩机：结构操作原理与鼓风机相似，是多级式的能使气体获得较大压强，处理量大，效率较高。

11.排气量（容积流量）：指在所要求的排气压力下，压缩机最后一级单位时间内排出的气体容积折算到第一级进口压力和温度是的容积值。

12.理想气体：不考虑分子间作用力与其占有体积，这样的气体称为理想气体。

13.综合活塞力：压缩气体的气体力与惯性力与摩擦力的合力。

14.级：是离心压缩机使气体增压的基本单元。

15.欧拉方程：是用来计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量，他是叶轮机械的基本方程。

16.比功率：是指单位排气量所消耗的轴功率。

17.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流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状态的气体容积值。

18.离心泵总效率：他等于有效功率与轴功率之比。

19.离心液压：离心机工作时，处于转鼓中的液体和孤日物料层，在离心立场的作用下降给转鼓内壁相当大的压力，称为离心液压。

过程流体机械
过程装备是制造业的母机，单元过程装备包括单元过程设备和单元过程机械（包括压缩机、泵、离心机等）。

过程流体机械：以流体为对象，向流体输送能量的机械。

流体机械分类：
按种类：
泵，加压，输送液体的机械。

压气机，加压，输送气体的机械。

压气机中，压缩机>0.3MP，鼓风机0.15~0.3 MP，通风机<0.15 MP，真空泵<大气压（吸收口）。

按工作原理：
容积式：利用活塞等通过外力直接压缩体积加压
透平式：高速旋转的叶轮给流体提供动能和压力，再将动能转化成气压。

气体压缩机
活塞式压缩机的特点：
适用压力范围广，工业上＜350 MP，实验室＜1000 MP。

绝热效高。

适应性强，各种气体都可以用对活塞式压缩机。

结构复杂，不易维修。

活塞有惯性力，所以：1、转速不能太大；2、设备外壳大，设备整体较重。

活塞环需要油润滑，所以用活塞压缩机会污染介质，需要配备专业设备脱油。

排气不连续，可以使管都震动损坏设备。

1.过程工业：以流体型材料（气、液、粉）为处理原料的工业，叫过程工业。

2.过程工业特点：大型化、管道化、连续化、自动化、智能化。

生产效率高、成本低、节能环保、安全可靠、控制先进、人员少。

3.过程设备（静设备）：压力容器、塔、反应釜、换热器、储罐、加热炉、管道 等。

也称为：化工设备；压力容器。

4.过程机械（动设备）：压缩机、泵、分离机（二机一泵）；电机、风机、制冷机、蒸汽轮机、废气轮机 等。

也称为化工机器；流体机械；动力设备；泵与压缩机。

5.流体(Fluid)： ①：液体和气体的总称叫流体。

②：具有流动性，又有相似运动规律的介质叫流体③：受任何微小剪切力都能连续变形的物质叫流体。

6.原动机：将流体的能量转化为机械动力能的机械为原动机。

7.工作机：将机械能转化为流体的能量的机械为工作机8.压缩机：将机械能转变为气体的能量，给气体增压与输送气体的称为压缩机。

9.泵：将机械能转变为液体的能量，给液体增压与输送液体的称为泵。

10.分离机：用机械能将混合介质分离开来的机械为分离机.1.容积式压缩机分类：（1）按结构分：① 往复式：活塞式、柱塞式、隔膜式②回转式(2) 按排气压力分：① 低压： p< 1 MPa ② 中压： p = 1~10 MPa③ 高压： p = 10~100 MPa ④ 超高压： p > 100 MPa （3）按容积流量分：① 微型压缩机：② 小型压缩机：③ 中型压缩机： ④ 大型压缩机：（4）按输送介质类型分：① 输送气体—压缩机②输送液体—泵 ③ 输送粉体—风机2.容积式流体机械的特点：优点：① 压力范围宽。

有真空；低压；中压；高压；超高压。

② 效率高。

热效率达80%以上。

③ 适应性强，可输送各种介质。

④ 品种多样，适应各种工况及用途。

缺点：① 结构较复杂，易损件多。

② 排出不连续，产生脉动，往复惯性力。

③ 转速低，排量小。

④ 介质易受油污染。

3.容积式流体机械靠容腔容积的变化来输送介质或转换能量为容积式流体机械。

知识点: 选择题、填空题、判断题、简答题（70分）一、绪论1、国际标准化组织把社会经济过程的全部产品分为硬件产品、软件产品、流程性材料产品、服务性产品等四大类。

（填空题）2、我国和世界许多发达国家就已把“先进制造技术”列为优先发展的战略性高新技术之一。

“先进制造技术”主要是指硬件产品的先进制造技术和流程性材料产品的先进制造技术。

所谓“流程性材料”是指以流体（气、液、粉粒体等）形态为主的材料。

（填空题）3、过程工业是加工制造流程性材料产品的主要支柱产业之一。

成套过程装置是组成过程工业的工作母机群，它通常是由一系列的过程机器和过程设备，按照一定的流程方式用管道、阀门等连接起来的一个独立的封闭连续系统，再配以必要的控制仪器仪表和设备，让那些以流体为主的各种流程性材料在装置内部经历必要的物理化学过程，制造出人们需要的新的流程性材料产品。

（填空题）4、单元过程机器和单元过程设备二者统称为过程装备。

（填空题）5、《过程流体机械》课程，主要讲述的对象就是各种不同的单元过程机器，如往复压缩机、离心压缩机、离心泵、离心机等。

而我们在其他的多门课程中，分别讲述了各种不同的单元过程设备，如塔、换热器、反应器、储罐等。

（填空题）6、流程性材料产品的先进制造技术主要研究发展领域主要包括四大方面：①过程原理与技术创新；②成套装置技术创新；③过程装备（过程机器和过程设备）技术的创新；④过程控制技术创新。

（选择题）7、过程装备的技术创新，其着重于装备内件技术创新（装备内件技术创新可以决定产品的使用性能和工艺参数性能），而其内件技术创新又与过程原理的技术创新、成套装置工艺流程技术创新密不可分，他们相互依托、相辅相成。

8、广义上来讲，用来压缩气体借以提高气体压力的机械统称为压缩机。

在生产实践活动中，人们只把排气压力大于0.2MPa的称作真正意义上的压缩机，排气压力小于0.2MPa的为鼓。

在众多不同类型的压缩机中，有相当一部分压缩机不属于9、容积式压缩机是通过改变工作腔容积的大小，来提高气体压力的压缩机。

概念1 过程流体机械：流体机械是以流体或流体与固体混合物为对象进行能量转换、处理也包括提高其压力进行输送的机械。

它是过程装备的重要组成部分。

2 压缩机：将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压与输送气体的机械。

泵：将机械能转变为液体的能量，用来给液体增压与输送液体的机械。

3 排气温度：压缩机级的排气温度是在该级工作腔的排气法兰接管处测得的气体温度。

4 排气量：是指在所要求的排气压力下，压缩机最后一级单位时间内排出的气体容积，折算到第一级进口压力和温度时的容积值。

5 供气量：是指压缩机单位时间内排出的气体容积折算到基准状态时的干气体容积值。

6 理论容积流量：是单位时间内所形成的压缩机工作容积之和。

即等于每转总工作容积或排量乘以转速。

7 凝析现象：用于压缩湿气体的压缩机，中间各级或末级经冷却后，气体的含湿量会增大，如果其中水蒸气的分压达到相应的温度下的饱和蒸汽压，就会有水分从气体中析出的现象。

8析水系数：压缩机第i级的吸入的析出水分后的湿饱和气体体积，折算至一级进口压力和温度状态下的数值，与一级实际吸入容积之比。

9抽气系数：压缩机第i级吸入的经抽气或补气的气体体积折算至一级进口压力和温度状态的数值，与一级实际吸入容积之比。

10 等温指示效率：压缩机理论等温循环指示功与实际循环指示功之比。

11 等温轴效率：理论等温循环指示功与轴功之比。

12 绝热轴效率：理论绝热循环指示功与轴功之比。

13 比功率：单位排气量消耗的功率。

14 离心压缩机的级：级是离心压缩机的使气体增压的基本单元。

15 多变能头系数：表示叶轮圆周速度用来提高气体压力比的能量利用程度。

16 级的多变效率：多变效率ηpol级中的气体由Po 升高到Po*所需的多变压缩功与实际总耗功之比。

17 机械损失：不是在压缩机通流部件内，而是在轴承、密封、联轴器以及齿轮箱中所引起的机械摩擦损失。

18 最佳工况点：通常将曲线上效率最高点称为最佳工况点。

19 稳定工作范围：压缩机性能曲线的左侧受到喘振工况的限制，右侧受到堵塞工况的限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。

《过程流体机械》思考题参考解答2 容积式压缩机☆思考题2.2 写出容积系数λV 的表达式，并解释各字母的意义。

容积系数λV （最重要系数）λV ＝1－α（n 1ε－1）＝1－⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛110n s d S p p V V （2-12） 式中：α ——相对余隙容积，α ＝V 0（余隙容积）/ V s （行程容积）；α ＝0.07～0.12（低压），0.09～0.14（中压），0.11～0.16（高压），＞0.2(超高压)。

ε ——名义压力比（进排气管口可测点参数），ε ＝p d / p s ＝p 2 / p 1 ，一般单级ε ＝3～4；n ——膨胀过程指数，一般n ≤m （压缩过程指数）。

☆思考题2.3 比较飞溅润滑与压力润滑的优缺点。

飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机； 压力润滑（注油器注油润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加油泵、动力、冷却、过滤、控制和显示报警等整套供油系统油站），可控制气缸注油量和注油点以及运动部件压力润滑油压力和润滑油量，适用大中型固定式动力或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。

☆思考题2.4 多级压缩的好处是什么？多级压缩优点：①.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；②.降低排气温度（单级压力比小）；③.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比ε降低，一级容积系数λV 提高）；④.降低活塞力（单级活塞面积减少，活塞表面压力降低）。

缺点：需要冷却设备（否则无法省功）、结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等）。

☆思考题2.5 分析活塞环的密封原理。

活塞环 原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧）；关键技术：材料（耐磨、强度）、环数量（密封要求）、形状（尺寸、切口）、加工质量等。

☆思考题2.6 动力空气用压缩机常采用切断进气的调节方法，以两级压缩机为例，分析一级切断进气，对机器排气温度，压力比等的影响。