流体机械复习总结1解析Word格式文档下载.docx

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往复式：

压比高、流量小

旋转式：

压比低、流量大

2、容积式压缩机

2.1.1基本构成和工作原理

总体结构和组成：

（1）工作腔——气缸、活塞、气阀

（2）传动部分——曲轴、连杆、十字头

（3）机身部分——曲轴箱、中体、中间接筒

工作原理：

依靠工作腔容积的周期性变化实现气体吸入、压缩和排出

压缩机结构形式：

立式、卧式、角度式

容积式压缩机按结构型式的不同可分为（往复式）和（回转式）压缩机

2.1.2压缩机级的工作过程

被压缩气体进入工作腔内完成一次气体压缩称为一级，每级由进气、压缩、排气等过程组成，完成一次该过程称为一个循环。

影响压力系数的主要因素一是进气阀关闭状态的（弹簧力），另一个是进气导管中的（压力波动）。

温度系数的大小取决于进气过程中传给气体的热量，其值与（气体冷却）与该级的（压力比）有关

泄露系数取值与（汽缸的排列方式）、（汽缸与活塞杆的直径）、（曲轴转速）、（气体压力的高低）、（气体性质）有关。

理论工作循环包括（进气）（压缩）（排气）三个过程

实际工作循环包括（进气）（膨胀）（压缩）（排气）四个过程

2.1.3多级压缩

多级压缩：

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

实行多级压缩的理由：

（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）降低活塞上的气体功

2.2压缩机的热力性能

活塞压缩机的热力性能是指：

排气压力、排气量、排气温度、功率和效率

排气压力：

压缩机铭牌上标出的是额定排气压力，实际排气压力由“背压”决定

排气量：

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，用qv表示。

铭牌上标注的排气量是指额定工况下的容积流量数值。

排气温度：

在该级工作腔排气法兰接管处测得的气体温度

轴功率：

单位时间消耗的轴功，用Nz表示。

机械效率：

指示功与轴功率之比。

指示功：

直接用于压缩气体所消耗的功。

比功率：

单位排气量消耗的功率。

结构相似，qv不同，则n不同

同一台机，qv不同，则n不同

2.2.1各级泄露问题

压缩机中的泄露分两种类型：

外泄露——直接漏入大气或第一级进气管道中的气体

内泄露——气体仅由高压级漏入低压级或高压区漏入低压区

2.3往复压缩机气阀和密封

2.3.1气阀组件

（1）气阀基本组成

阀座：

具有能被阀片覆盖的气体通道，与阀片一起闭锁气流通道，并承受汽缸内外气体压力差

启闭元件，也称为阀片：

交替地开启与关闭阀座通道，控制气体进出工作腔

弹簧：

是气氛关闭时推动阀片落向阀座的零件，并在开启时抑制阀片对升程限制器的撞击

升程限制器：

限制阀片升起高度，作用是限制阀片的最大位移，并用于承载弹簧。

2.3.2气阀结构

按气阀职能分类：

进气阀、排气阀。

区别的方法是看阀座还是升程限制器哪一个在工作腔侧。

2.3.3密封

（1）活塞环密封：

活塞与汽缸环形间隙的密封靠活塞环实现

（2）活塞杆密封：

活塞杆与缸座孔环形间隙的密封靠填料实现

活塞环和填料的密封原理基本相同，都是利用（阻塞）和（节流）的作用以达到密封的目的。

2.3.4压缩机润滑与冷却

汽缸润滑：

（1）飞溅润滑

（2）喷雾润滑

（3）压力润滑

冷却方式：

（1）风冷

（2）水冷

2.4回转式压缩机

与往复式相比，优点是：

结构简单，易损件少，操作容易，运动件的动力平衡性能好，机器转速高，机组尺寸小，总量轻，机器的进气排气间隙小，压力脉动小。

缺点是：

难达到较高的终了压力

课后思考题

1、往复压缩机的理论循环和实际循环的差异是什么？

答：

（1）汽缸有余隙容积；

（2）进、排气通道及气阀有阻力；

（3）气体与汽缸各接触壁面间存在温差；

（4）汽缸容积不可能绝对密封；

（5）阀室容积不是无限大；

（6）实际气体不同于理想气体。

2、写出容积系数的表达式，并解释各字母的意义。

3、多级压缩的好处是什么？

（上页有总结）

4、分析活塞环的密封原理。

活塞环镶嵌于活塞的环槽内，工作时外缘紧贴汽缸镜面，背向高压气体一侧的端面紧压在环槽上，通常需要两道或多道同时使用，使气体每经过一道活塞环便产生一次节流作用，达到减少泄露的目的。

其密封原理就是反复节流为主，阻塞效应为辅。

3、离心压缩机

3.1离心压缩机的结构与特点

3.1.1离心压缩机的结构

（1）离心压缩机按照零部件的运动方式有转子、定子两部分组成

转子包括转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、平衡盘、推力盘及联轴器等

定子由扩压器、弯道、回流器、蜗壳及机壳组成

级：

压缩机实现气体压力升高的基本单元，由叶轮和固定部件构成一级

级分为三种形式：

首级——吸气管和中间级组成

中间级——叶轮、扩压器、弯道、回流器组成

末级——叶轮、扩压器、排气蜗室组成

（2）叶片结构：

后弯型，β2A＜90°

、径向型β2A＝90°

、前弯型β2A＞90°

叶轮结构：

闭式叶轮、半开式叶轮、双面进气叶轮

3.1.2离心压缩机的特点（与活塞式相比）

优点：

（1）流量大

（2）转速高

（3）结构紧凑

（4）运转可靠

缺点：

（1）单级压缩比不高，高压力比所需的级数比活塞式的多

（2）由于转速高，流通截面积较大，故不能适用于太小的流量

（3）对材料、制造和装配有较高的要求，造价高

3.1.3离心压缩机的基本方程

（1）连续方程

流经机器任意截面的质量流量相等：

qm=

（2）欧拉方程

计算原动机通过轴和叶轮将机械能转换给流体的能量

该方程的物理意义：

欧拉方程指出的是叶轮和流体之间的能量转换关系，遵循能量转换和守恒定律

只要知道叶轮进出口的流体速度，可算出1kg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情况

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

（3）能量方程

计算气流温度（或焓）的增加和速度的变化

能量方程是既含有机械能又含有热能的能量转化与守恒方程，表示由叶轮所做的机械功，转换成级内气体温度（或焓）的升高和动能的增加

该方程对有黏无黏气体都是适用的

气体在机器内做绝热流动

该方程适用于一级，也可用于多级整机或其中任一流通部件

（4）伯努利方程

建立了机械能与气体压力p、流速c和能力损失之间的相互关系

适用于一级或整机多级，其中任一流通部件

3.1.4级内的各种能力损失

压缩机中的能量损失主要有：

流动损失、漏气损失、轮阻损失

（1）流动损失：

摩阻损失——流体的黏性是产生摩擦阻力损失的根本原因

分离损失——在减压增速通道中，近壁边界层增厚形成分离漩涡区和倒流，由漩涡运动损耗能量，造成分离损失

冲击损失

二次流损失

尾迹损失

（2）漏气损失：

叶轮出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定部件之间的间隙中产生漏气，造成能量损失

（3）叶轮损失：

叶轮旋转时，轮盘、轮盖的外侧和轮缘要与它周围的气体发生摩擦，造成能量损失

3.1.5多级压缩机

采用多级串联和多缸串联

在离心压缩机中，为了降低气体的温度，节省功率，采用分段中间冷却的结构；

各段由一级或若干级组成，段与段之间在机器外由管道连接中间冷却器。

一般压比在3.5-5范围内，采用一次中间冷却

压比在5-9时，采用2-3次中间冷却

压比在10-20时，采用3-5次中间冷却

压比在20-35时，采用4-7次中间冷却

3.1.6功率与效率

旋转叶轮所消耗的功：

一是叶轮传递给气体的欧拉功，即气体所获得的理论能量头

二是叶轮旋转时产生的漏气损失和轮阻损失

详见112页图3-14总能量头分配示意图

3.2性能、调节与控制

3.2.1性能曲线

离心压缩机的性能曲线（特性曲线）是全面反映压缩机性能参数之间变化关系，可简要地表示为，在一定转速和进口条件下的（压力比）与流量，（效率）与流量的性能曲线。

最佳工况点：

曲线上的效率最高点

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），各喘振点连成（喘振线），压缩机只能在喘振线的（右侧）性能曲线上正常工作。

压缩机性能曲线的左边受到（喘振工况）的限制，右边受到（堵塞工况）的限制，在这两个工况之间的区域成为压缩机的（稳定工作范围），压缩机变工况的（稳定工作范围越宽越好）。

稳定工作范围：

在性能曲线上喘振与堵塞工况之间的范围

3.2.2喘振与堵塞

对离心压缩机发生喘振的机理分析表明，（旋转脱离）是喘振的前奏，而（喘振）是旋转脱离进一步恶化的结果。

预防措施：

加放空阀

发生喘振的内在因素是叶道中几乎充满了（气流的脱离），而外在条件与管网的（容积）和管网的（特性曲线）有关

堵塞：

流量大到一定程度所致，离心压缩机发生堵塞工况时，其（气流压力）得不到提高，（流量）也不可能再增大，故压缩机性能曲线（右边）受到堵塞工况的限制。

管网是压缩机前后气体所经过的管道及设备的总称。

管网特性曲线决定于（管网本身的结构）和（用户的要求）。

压缩机串联工作可增大气流的（排出压力），并联工作可增大气流的（输送流量）。

流动相似，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比值相等。

流动相似的条件是模型和实物或两机器之间（几何相似）、（运动相似）、（动力相似）、和（热力相似）。

对离心压缩机而言，经简化与公式推导，其流动相似应具备的条件可归结为（几何相似）、（叶轮进口速度三角形相似）、（特征马赫数相等）和（气体等熵指数相等）

符合流动相似的机器其相似工况的（效率）相等。

3.2.3压缩机的调节方法和特点

（1）压缩机出口节流调节

（2）压缩机进口节流调节

（3）采用可转动的进口导叶调节

（4）采用可转动的扩压器叶片调节

（5）改变压缩机转速的调节

3.2.4附属系统

（1）润滑系统：

按照压缩机，原动机及齿轮变速箱中的轴承、密封、齿轮等工作的要求，需要由油路系统提供一定的流量，压力并保持一定油温的循环润滑油，以起（润滑）（支撑）（密封）和（吸收热量）的作用。

（2）冷却系统

水路冷却系统包括（冷却器）（阀门）（管道）等

3.3.3安全可靠性

1、轴向推力的平衡

流体作用在叶轮上的轴向力由两部分组成，一是叶轮两侧的流体压力不相等，一部分是流经叶轮的流体轴向分量的变化。

平衡措施：

叶轮对排；

叶轮背面加筋；

采用平衡盘

2、抑振轴承

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

4、轴端密封

轴端密封严防漏气的常用方法：

（机械密封）、（液膜密封）、（干气密封）

1、何谓离心压缩机的级？

它由哪些部分组成？

各部分有何作用？

级典型结构（图3-2）：

叶轮、扩压器、弯道、回流器，首级（增加吸气管）、中间级、末级（无弯道、回流器，增加蜗壳）；

叶轮：

唯一做功元件。

闭