流體機(jī)械復(fù)習(xí)總結(jié)

過程流體機(jī)械

1、緒論

1.1.1過程與生產(chǎn)過程

過程：指事物狀態(tài)變化在時(shí)間上的持續(xù)和空間上的延伸，描述的是事物發(fā)生狀態(tài)

變化的經(jīng)歷

生產(chǎn)過程：利用工具改變勞動對象以適應(yīng)需要的過程，一般指從勞動對象進(jìn)入生

產(chǎn)領(lǐng)域到制成產(chǎn)品的全部過程

1.1.2過程裝備

1.1.3過程流體機(jī)械

流體機(jī)械：以流體或流體與固體的混合體為對象進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換、處理，也包括提

高其壓力進(jìn)行輸送的機(jī)械

流體機(jī)械是過程裝備中的動設(shè)備

1.2.1按能量分類

原動機(jī)：將流體的能量轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，用來輸出軸功

工作機(jī)：將動力能轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w的能量，用來改變流體的狀態(tài)

1.2.2按流體介質(zhì)分類

壓縮機(jī)：將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的能量，用來給氣體增壓與輸送氣體的機(jī)械

泵：將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w的能量，用來給液體增壓與輸送液體的機(jī)械

分離機(jī)：用機(jī)械能將混合介質(zhì)分離開來的機(jī)械

1.2.3按流體機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類

往復(fù)式：壓比高、流量小

旋轉(zhuǎn)式：壓比低、流量大

2、容積式壓縮機(jī)

2.1.1基本構(gòu)成和工作原理

總體結(jié)構(gòu)和組成：（1）工作腔一一氣缸、活塞、氣閥

（2）傳動部分一一曲軸、連桿、十字頭

（3）機(jī)身部分一一曲軸箱、中體、中間接筒

工作原理：依靠工作腔容積的周期性變化實(shí)現(xiàn)氣體吸入、壓縮和排出

壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)形式：立式、臥式、角度式

容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)型式的不同可分為（往復(fù)式）和（回轉(zhuǎn)式）壓縮機(jī)

2.1.2壓縮機(jī)級的工作過程

被壓縮氣體進(jìn)入工作腔內(nèi)完成一次氣體壓縮稱為一級，每級由進(jìn)氣、壓縮、排氣

等過程組成，完成一次該過程稱為一個(gè)循環(huán)。

影響壓力系數(shù)的主要因素一是進(jìn)氣閥關(guān)閉狀態(tài)的（彈簧力），另一個(gè)是進(jìn)氣導(dǎo)管

中的（壓力波動）。

溫度系數(shù)的大小取決于進(jìn)氣過程中傳給氣體的熱量，其值與（氣體冷卻）與該級

的（壓力比）有關(guān)

泄露系數(shù)取值與（汽缸的排列方式）、（汽缸與活塞桿的直徑）、（曲軸轉(zhuǎn)速）、（氣

體壓力的高低）、（氣體性質(zhì)）有關(guān)。

理論工作循環(huán)包括（進(jìn)氣）（壓縮）（排氣）三個(gè)過程

實(shí)際工作循環(huán)包括（進(jìn)氣）（膨脹）（壓縮）（排氣）四個(gè)過程

2.1.3多級壓縮

1

過程流體機(jī)械

多級壓縮：將氣體的壓縮過程分在若干級中進(jìn)行，并在每級壓縮之后將氣體導(dǎo)入

中間冷卻器進(jìn)行冷卻

實(shí)行多級壓縮的理由：（1）節(jié)省壓縮氣體的指示功

（2）降低排氣溫度

（3）提高容積系數(shù)

（4）降低活塞上的氣體功

2.2壓縮機(jī)的熱力性能

活塞壓縮機(jī)的熱力性能是指：排氣壓力、排氣量、排氣溫度、功率和效率

排氣壓力：壓縮機(jī)銘牌上標(biāo)出的是額定排氣壓力，實(shí)際排氣壓力由“背壓”決定

排氣量：在所要求的排氣壓力下，壓縮機(jī)最后一級單位時(shí)間內(nèi)排出的氣體容積，

折算到第一級進(jìn)口壓力和溫度時(shí)的容積值，用qv表示。銘牌上標(biāo)注的排氣量是

指額定工況下的容積流量數(shù)值。

排氣溫度：在該級工作腔排氣法蘭接管處測得的氣體溫度

軸功率：單位時(shí)間消耗的軸功，用Nz表示。

機(jī)械效率：指示功與軸功率之比。指示功：直接用于壓縮氣體所消耗的功。

比功率：單位排氣量消耗的功率。

結(jié)構(gòu)相似，qv不同，則n不同

同一臺機(jī)，qv不同，則n不同

221各級泄露問題

壓縮機(jī)中的泄露分兩種類型：外泄露一一直接漏入大氣或第一級進(jìn)氣管道中的氣

體

內(nèi)泄露一一氣體僅由高壓級漏入低壓級或高壓區(qū)

漏入低壓區(qū)

2.3往復(fù)壓縮機(jī)氣閥和密封

2.3.1氣閥組件

（1）氣閥基本組成

閥座：具有能被閥片覆蓋的氣體通道，與閥片一起閉鎖氣流通道，并承受汽

缸內(nèi)外氣體壓力差

啟閉元件，也稱為閥片：交替地開啟與關(guān)閉閥座通道，控制氣體進(jìn)出工作腔

彈簧：是氣氛關(guān)閉時(shí)推動閥片落向閥座的零件，并在開啟時(shí)抑制閥片對升程

限制器的撞擊

升程限制器：限制閥片升起高度，作用是限制閥片的最大位移，并用于承載

彈簧。

2.3.2氣閥結(jié)構(gòu)

按氣閥職能分類：進(jìn)氣閥、排氣閥。區(qū)別的方法是看閥座還是升程限制器哪一個(gè)

在工作腔側(cè)。

2.3.3密封

（1）活塞環(huán)密封：活塞與汽缸環(huán)形間隙的密封靠活塞環(huán)實(shí)現(xiàn)

（2）活塞桿密封：活塞桿與缸座孔環(huán)形間隙的密封靠填料實(shí)現(xiàn)

活塞環(huán)和填料的密封原理基本相同，都是利用（阻塞）和（節(jié)流）的作用以達(dá)到

密封的目的。

2.3.4壓縮機(jī)潤滑與冷卻

汽缸潤滑：（1）飛濺潤滑

（2）噴霧潤滑

2

過程流體機(jī)械

（3）壓力潤滑

冷卻方式：（1）風(fēng)冷

（2）水冷

2.4回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)

與往復(fù)式相比，優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，操作容易，運(yùn)動件的動力平衡性

能好，機(jī)器轉(zhuǎn)速高，機(jī)組尺寸小，總量輕，機(jī)器的進(jìn)氣排氣間隙小，壓力脈動小。

缺點(diǎn)是：難達(dá)到較高的終了壓力

課后思考題

1、往復(fù)壓縮機(jī)的理論循環(huán)和實(shí)際循環(huán)的差異是什么？

答：（1）汽缸有余隙容積；（2）進(jìn)、排氣通道及氣閥有阻力；（3）氣體與汽

缸各接觸壁面間存在溫差；（4）汽缸容積不可能絕對密封；（5）閥室容積不

是無限大；（6）實(shí)際氣體不同于理想氣體。

2、寫出容積系數(shù)的表達(dá)式，并解釋各字母的意義。

3、多級壓縮的好處是什么？（上頁有總結(jié)）

4、分析活塞環(huán)的密封原理。

答：活塞環(huán)鑲嵌于活塞的環(huán)槽內(nèi)，工作時(shí)外緣緊貼汽缸鏡面，背向高壓氣體

一側(cè)的端面緊壓在環(huán)槽上，通常需要兩道或多道同時(shí)使用，使氣體每經(jīng)過一

道活塞環(huán)便產(chǎn)生一次節(jié)流作用，達(dá)到減少泄露的目的。其密封原理就是反復(fù)

節(jié)流為主，阻塞效應(yīng)為輔。

3、離心壓縮機(jī)

3.1離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

3.1.1離心壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)

（1）離心壓縮機(jī)按照零部件的運(yùn)動方式有轉(zhuǎn)子、定子兩部分組成

轉(zhuǎn)子包括轉(zhuǎn)軸，固定在軸上的葉輪、軸套、平衡盤、推力盤及聯(lián)軸器等

定子由擴(kuò)壓器、彎道、回流器、蝸殼及機(jī)殼組成

級：壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體壓力升高的基本單元，由葉輪和固定部件構(gòu)成一級

級分為三種形式：首級一一吸氣管和中間級組成

中間級一一葉輪、擴(kuò)壓器、彎道、回流器組成

末級一一葉輪、擴(kuò)壓器、排氣蝸室組成

（2）葉片結(jié)構(gòu)：后彎型，p2A<90°,徑向型02A=90°、前彎型B2A>90°

葉輪結(jié)構(gòu)：閉式葉輪、半開式葉輪、雙面進(jìn)氣葉輪

3.1.2離心壓縮機(jī)的特點(diǎn)（與活塞式相比）

優(yōu)點(diǎn)：（1）流量大

（2）轉(zhuǎn)速高

（3）結(jié)構(gòu)緊湊

（4）運(yùn)轉(zhuǎn)可靠

缺點(diǎn)：（1）單級壓縮比不高，高壓力比所需的級數(shù)比活塞式的多

（2）由于轉(zhuǎn)速高，流通截面積較大，故不能適用于太小的流量

（3）對材料、制造和裝配有較高的要求，造價(jià)高

3.1.3離心壓縮機(jī)的基本方程

（1）連續(xù)方程

流經(jīng)機(jī)器任意截面的質(zhì)量流量相等：qm=

3

過程流體機(jī)械

（2）歐拉方程

計(jì)算原動機(jī)通過軸和葉輪將機(jī)械能轉(zhuǎn)換給流體的能量

該方程的物理意義：

歐拉方程指出的是葉輪和流體之間的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，遵循能量轉(zhuǎn)換和守恒定律

只要知道葉輪進(jìn)出口的流體速度，可算出1kg流體與葉輪之間機(jī)械能轉(zhuǎn)換的大

小，而不管葉輪內(nèi)部的流動情況

該方程適用于任何氣體或液體，既適用于葉輪式的壓縮機(jī)，也適用于葉輪式的

泵

（3）能量方程

計(jì)算氣流溫度（或焰）的增加和速度的變化

該方程的物理意義：

能量方程是既含有機(jī)械能又含有熱能的能量轉(zhuǎn)化與守恒方程，表示由葉輪所做

的機(jī)械功，轉(zhuǎn)換成級內(nèi)氣體溫度（或熔）的升高和動能的增加

該方程對有黏無黏氣體都是適用的

氣體在機(jī)器內(nèi)做絕熱流動

該方程適用于一級，也可用于多級整機(jī)或其中任一流通部件

（4）伯努利方程

該方程的物理意義：

建立了機(jī)械能與氣體壓力p、流速c和能力損失之間的相互關(guān)系

適用于一級或整機(jī)多級，其中任一流通部件

3.1.4級內(nèi)的各種能力損失

壓縮機(jī)中的能量損失主要有：流動損失、漏氣損失、輪阻損失

（1）流動損失：摩阻損失一一流體的黏性是產(chǎn)生摩擦阻力損失的根本原因

分離損失一一在減壓增速通道中，近壁邊界層增厚形成分離

漩渦區(qū)和倒流，由漩渦運(yùn)動損耗能量，造成分離損失

沖擊損失

二次流損失

尾跡損失

（2）漏氣損失：葉輪出口壓力大于進(jìn)口壓力，級出口壓力大于葉輪出口壓力，

在葉輪兩側(cè)與固定部件之間的間隙中產(chǎn)生漏氣，造成能量損失

（3）葉輪損失：葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，輪盤、輪蓋的外側(cè)和輪緣要與它周圍的氣體發(fā)生

摩擦，造成能量損失

3.1.5多級壓縮機(jī)

采用多級串聯(lián)和多缸串聯(lián)

在離心壓縮機(jī)中，為了降低氣體的溫度，節(jié)省功率，采用分段中間冷卻的結(jié)構(gòu)；

各段由一級或若干級組成，段與段之間在機(jī)器外由管道連接中間冷卻器。

一般壓比在3.5-5范圍內(nèi)，采用一次中間冷卻

壓比在5-9時(shí)，采用2-3次中間冷卻

壓比在10-20時(shí)，采用3-5次中間冷卻

壓比在20-35時(shí)，采用4-7次中間冷卻

3.1.6功率與效率

旋轉(zhuǎn)葉輪所消耗的功：一是葉輪傳遞給氣體的歐拉功，即氣體所獲得的理論能量

頭

二是葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的漏氣損失和輪阻損失

4

過程流體機(jī)械

詳見112頁圖3-14總能量頭分配示意圖

3.2性能、調(diào)節(jié)與控制

3.2.1性能曲線

離心壓縮機(jī)的性能曲線（特性曲線）是全面反映壓縮機(jī)性能參數(shù)之間變化關(guān)系，

可簡要地表示為，在一定轉(zhuǎn)速和進(jìn)口條件下的（壓力比）與流量，（效率）與流

量的性能曲線。

最佳工況點(diǎn)：曲線上的效率最高點(diǎn)

在每個(gè)轉(zhuǎn)速下，每條壓力比與流量關(guān)系曲線的左端點(diǎn)為（喘振點(diǎn)），各喘振點(diǎn)連

成（喘振線），壓縮機(jī)只能在喘振線的（右側(cè)）性能曲線上正常工作。

壓縮機(jī)性能曲線的左邊受到（喘振工況）的限制，右邊受到（堵塞工況）的限制，

在這兩個(gè)工況之間的區(qū)域成為壓縮機(jī)的（穩(wěn)定工作范圍），壓縮機(jī)變工況的（穩(wěn)

定工作范圍越寬越好）。

穩(wěn)定工作范圍：在性能曲線上喘振與堵塞工況之間的范圍

3.2.2喘振與堵塞

對離心壓縮機(jī)發(fā)生喘振的機(jī)理分析表明，（旋轉(zhuǎn)脫離）是喘振的前奏，而（喘振）

是旋轉(zhuǎn)脫離進(jìn)一步惡化的結(jié)果。

預(yù)防措施：加放空閥

發(fā)生喘振的內(nèi)在因素是葉道中幾乎充滿了（氣流的脫離），而外在條件與管網(wǎng)的

（容積）和管網(wǎng)的（特性曲線）有關(guān)

堵塞：流量大到一定程度所致，離心壓縮機(jī)發(fā)生堵塞工況時(shí)，其（氣流壓力）得

不到提高，（流量）也不可能再增大，故壓縮機(jī)性能曲線（右邊）受到堵塞工況

的限制。

管網(wǎng)是壓縮機(jī)前后氣體所經(jīng)過的管道及設(shè)備的總稱。

管網(wǎng)特性曲線決定于（管網(wǎng)本身的結(jié)構(gòu)）和（用戶的要求）。

壓縮機(jī)串聯(lián)工作可增大氣流的（排出壓力），并聯(lián)工作可增大氣流的（輸送流量）。

流動相似，是指流體流經(jīng)幾何相似的通道或機(jī)器時(shí)，其任意對應(yīng)點(diǎn)上同名物理量

比值相等。

流動相似的條件是模型和實(shí)物或兩機(jī)器之間（幾何相似）、（運(yùn)動相似）、（動力相

似）、和（熱力相似）。

對離心壓縮機(jī)而言，經(jīng)簡化與公式推導(dǎo)，其流動相似應(yīng)具備的條件可歸結(jié)為（幾

何相似）、（葉輪進(jìn)口速度三角形相似）、（特征馬赫數(shù)相等）和（氣體等端指數(shù)相

等）

符合流動相似的機(jī)器其相似工況的（效率）相等。

3.2.3壓縮機(jī)的調(diào)節(jié)方法和特點(diǎn)

（1）壓縮機(jī)出口節(jié)流調(diào)節(jié)

（2）壓縮機(jī)進(jìn)口節(jié)流調(diào)節(jié)

（3）采用可轉(zhuǎn)動的進(jìn)口導(dǎo)葉調(diào)節(jié)

（4）采用可轉(zhuǎn)動的擴(kuò)壓器葉片調(diào)節(jié)

（5）改變壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)

3.2.4附屬系統(tǒng)

（1）潤滑系統(tǒng)：按照壓縮機(jī)，原動機(jī)及齒輪變速箱中的軸承、密封、齒輪等工

作的要求，需要由油路系統(tǒng)提供一定的流量，壓力并保持一定油溫的循環(huán)潤滑油，

以起（潤滑）（支撐）（密封）和（吸收熱量）的作用。

（2）冷卻系統(tǒng)

5

過程流體機(jī)械

水路冷卻系統(tǒng)包括（冷卻器）（閥門）（管道）等

3.3.3安全可靠性

1、軸向推力的平衡

流體作用在葉輪上的軸向力由兩部分組成，一是葉輪兩側(cè)的流體壓力不相等，一

部分是流經(jīng)葉輪的流體軸向分量的變化。

平衡措施：葉輪對排；葉輪背面加筋；采用平衡盤

2、抑振軸承

防止離心壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子因受重力下沉需要兩個(gè)（徑向軸承），防止轉(zhuǎn)子因受軸向

推力竄動需要（軸向止推軸承）

4、軸端密封

軸端密封嚴(yán)防漏氣的常用方法：（機(jī)械密封）、（液膜密封）、（干氣密封）

課后思考題

1、何謂離心壓縮機(jī)的級？它由哪些部分組成？各部分有何作用？

級典型結(jié)構(gòu)（圖3-2）：葉輪、擴(kuò)壓器、彎道、回流器，首級（增加吸氣管）、中

間級、末級（無彎道、回流器，增加蝸殼）；葉輪：唯一做功元件。閉式、半開

式、雙吸式（雙面進(jìn)氣）；后彎（后向）型、徑向型、前彎（前向）型；擴(kuò)壓器:

能量轉(zhuǎn)換元件（動能一壓能，氣流減速增壓），無葉（片）型、葉片（有葉）型。

2、離心壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相比，它有何特點(diǎn)？

制

流輸出轉(zhuǎn)結(jié)體積易損運(yùn)單級級價(jià)造主要

壓縮機(jī)適用

量壓力速構(gòu)重量件轉(zhuǎn)壓比數(shù)效率格要問題

求

不適

緊可較大流量用

離心式大穩(wěn)定高較小少低多高三

湊靠低中低壓小流

量

故障

復(fù)故隆較維修

往復(fù)式中小脈動低大多高少高低中小流

雜多低壓力

量

脈動

優(yōu)缺點(diǎn)離心式優(yōu)、祖線式差離心式差、往復(fù)式tt選用條件

3、何謂連續(xù)方程？試寫出葉輪出口的連續(xù)方程表達(dá)式，并說明式中b〃D2和中

2r的數(shù)值應(yīng)該在何范圍內(nèi)？

qm=piqVi=pinqVin=p2qV2=p2c2rf2=const（3-1）

式中：qm為質(zhì)量流量，kg/s；qV為容積流量，m^s；p為氣流密度；f為截面面

積；c為法向流速；

qm=p2qV2=p2T2（p2ru2=p2（p2r（3-2）

式中：D2為葉輪外徑；b2為葉輪出口軸向?qū)挾?；b2/D2為葉輪出口相對寬度

（0.025-0,065）；<p2r為流量系數(shù)（徑向葉輪0.24?0.40,后彎葉輪0.18?0.32,

6

過程流體機(jī)械

P2AW30。強(qiáng)后彎葉輪0.10?0.20）；T2為葉輪出口通流系數(shù)。

4、何謂歐拉方程？試寫出它的理論表達(dá)式與實(shí)用表達(dá)式，并說明該方程的物理

意義。

歐拉方程：（葉輪機(jī)械基本方程）理論和實(shí)用表達(dá)式

Lth=Hth=c2uu2—cluul=+4-（3-4、5）

式中：Lth為葉輪輸出歐拉功；Hth為理論能量頭（接受能量/單位重流體），kJ/kg；

物理意義：3部分能量，（離心力做功轉(zhuǎn)靜壓能）+（動能增量）+（w減速轉(zhuǎn)靜

壓能）。

5、何謂能量方程？試寫出級的能量方程表達(dá)式，并說明能量方程的物理意義。

能量方程：（熱焰方程）Hth=

cp（T2-T1）+=h2-hl+=（T2-T1）+

（3-12）

式中：cp為定壓比熱，h為焰值，k為絕熱指數(shù)，R為氣體常數(shù)；

物理意義：焙值+（動能增量）。

6、何謂伯努利方程？試寫出葉輪的伯努利方程表達(dá)式，并說明該式的物理意

義。

伯努利方程：（壓能損失方程）

葉輪功（葉片功）（含流動損失）Hth=++Hhyd0-0z（3-14）

總功（全部損失）

Htot=++Hloss0-0z=++Hhyd+HI+Hdf

（3-15）

物理意義：（三部分）壓能、動能、損失，忽略熱交換和位能。

7、試說明級內(nèi)有哪些流動損失？流量大于或小于設(shè)計(jì)流量時(shí)的沖角有何變

化？由此會產(chǎn)生什么損失？若沖角的絕對值相等，誰的損失更大？為什么？

級內(nèi)流動損失

（1）摩阻損失Hf8（平均氣速）；（2）分離損失：邊界層（c—0）分離（回

流），控制通道擴(kuò)張角（錐度、擴(kuò)壓度，圖3-8）；（3）沖擊損失（葉輪、擴(kuò)壓器）:

（葉輪為例，擴(kuò)壓器類似分析）；葉輪進(jìn)氣角B1W葉片進(jìn)口角B1A,沖擊分離損

失（相當(dāng)于擴(kuò)張角t）;

流量/設(shè)計(jì)流量（進(jìn)氣沖角）

i=B1A-P1沖擊面分離區(qū)（漩渦區(qū)）損失

（相同沖角）原因

<（小qV）正沖角i>0工作面

（前面）非工作面

（背面）較大分離區(qū)

易擴(kuò)散

7

過程流體機(jī)械

=（設(shè)計(jì)qV）零沖角i=0無無無損失I

>（大qV）負(fù)沖角iVO非工作面

（背面）工作面

（前面）較小分離區(qū)

較穩(wěn)定

（4）二次流損失：垂直環(huán)流；（5）尾跡損失：葉尖繞流;

8、多級壓縮為何采用分段與中間冷卻？

分段與中間冷卻：分段（冷卻、抽氣）、中間冷卻（耗功I等溫過程）、工藝（排

溫，防腐蝕、分解、化合）。

9、示意畫出級的總能量頭與有效能量頭和能量損失的分配關(guān)系。

圖3-14）Htot=Hth+Hl+Hdf=Hpol+（）/2+Hhyd+Hl+Hdf

說明：Htot>Hth>Hpol>Hhyd>Hdf>Hl>（）/2

10、示意畫出離心壓縮機(jī)的的性能曲線，并標(biāo)注出最佳工況點(diǎn)和穩(wěn)定工況范

圍。

性能曲線

性能參數(shù)關(guān)系，列表、曲線和方程3種表示方法，有級（機(jī)）性能曲線，圖3-15、

圖3-16o特點(diǎn)：①.曲線（主要3條）：壓比￡-qVin流量或壓力△p—qVin、

多變效率P|pol—qVin>功率N—qVin；②.形狀：￡—qVin為、形、C|pol-qVin

為/形、N—qVin為/、形（有f]max點(diǎn)）；③.最佳工況點(diǎn)：nmax設(shè)計(jì)工況；

④.極限（危險(xiǎn)）工況：最小qVin（喘振）一一最大qVin（堵塞）；⑤.穩(wěn)定工

作范圍：極限工況之間；⑥.來源：試驗(yàn)測試；⑦.要求：nmax3穩(wěn)定工作

范圍t（寬）；⑧.多級（機(jī)）特性：（與單級對比）（qVin）maxI、（qVin）mint，

穩(wěn)定工作范圍I（窄），曲線斜度f（更陡峭）。

11、簡述旋轉(zhuǎn)脫離與喘振現(xiàn)象，說明兩者之間有什么關(guān)系？說明喘振的危害，為

防喘振可采取哪些措施？

現(xiàn)象：流量I-個(gè)別葉道產(chǎn)生漩渦（邊界層分離）一“旋轉(zhuǎn)脫離”（葉道漩渦區(qū)

逆向轉(zhuǎn)動）一流量II-大部葉道堵塞（旋轉(zhuǎn)脫離漩渦團(tuán)）一出口壓力pl—管

網(wǎng)氣流倒流一出口壓力pf-管網(wǎng)正流供氣一流量I反復(fù)倒流正流一喘振工況；

危害：強(qiáng)烈振動、噪聲、性能（p、q）下降、軸承和密封損壞、轉(zhuǎn)子定子碰撞

一機(jī)器嚴(yán)重破壞；特點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)脫離頻率1、振幅I、影響葉片，管網(wǎng)影響較??；

喘振頻率葭振幅[、機(jī)組管網(wǎng)影響極大；防喘振措施：出口降壓（放空、旁路

回流），調(diào)節(jié)（變速、預(yù)旋（導(dǎo)葉）、氣量、停機(jī)），監(jiān)測、）

t（qVinp;

8

過程流體機(jī)械

12、離心壓縮機(jī)的流動相似應(yīng)具備哪些條件？相似理論有何用處？

相似條件：幾何（尺寸）相似、運(yùn)動（進(jìn)口速度△）相似、動力相似（重力、粘

滯力、壓力、彈性力、慣性力等相似、準(zhǔn)數(shù)Re、Eu、M相等）、熱力相似（熱力

過程相似，k、m、qpol相等）；離心壓縮機(jī)流動相似條件：幾何相似、葉輪進(jìn)

口速度△相似、特征馬赫數(shù)M2u=M2u、等增指數(shù)k'=k；應(yīng)用：新型設(shè)計(jì)、

?；囼?yàn)（同機(jī)性能換算）、相似換算（不同機(jī)性能換算）、產(chǎn)品系列化（通用標(biāo)

準(zhǔn)化）；性能換算：完全相似換算（比例參數(shù)轉(zhuǎn)速n、流量qV、功率N和相等參

數(shù)壓比￡、效率n、系數(shù)中，3-54?59式）；近似相似換算（特征M'WM,或

k'#k）。

4、泵

4.1.泵的分類

泵是把（機(jī)械能）轉(zhuǎn)換成液體的能量，用來（增壓）輸送流體的機(jī)械。

根據(jù)泵的工作原理和結(jié)構(gòu)形式分：葉片式泵、容積式泵、其他類型

按其形成的流體壓力分為：低壓泵（低于2MPa）、中壓泵（2-6MPa）、高壓泵（高

于6MPa）

4.2離心泵的結(jié)構(gòu)與工作原理

4.2.1離心泵的典型結(jié)構(gòu)

主要部件有（吸入室）一一把液體從吸入管吸入葉輪

（葉輪）一一旋轉(zhuǎn)葉輪吸入液體轉(zhuǎn)換能量，使液體獲得壓力能和動能

（蝸殼）一一把從葉輪流出的液體收集起來以便送入排出管

（軸）一一傳遞轉(zhuǎn)矩的主要部件

4.2.2離心泵的工作原理及基本方程

1、性能參數(shù)

流量：泵在單位時(shí)間內(nèi)輸送出去的液體流量，用qv表示體積流量，m^s

揚(yáng)程：單位重量液體從泵進(jìn)口處到泵出口處能量的增值，即泵抽送液體的液柱高

度，用H表示,m

轉(zhuǎn)速：泵軸單位時(shí)間的轉(zhuǎn)數(shù)，用n表示,r/min

汽蝕余量：單位m

功率和效率：泵的功率通常指原動機(jī)傳到泵軸上的軸功率，用N表示，單位是

W或KWo

泵的有效功率用Ne表示，是單位時(shí)間內(nèi)從泵中輸送出去的液體在

泵中獲得的有效能量。

泵的效率為有效功率和軸功率之比

泵的損失一般分為三種：容積損失

水力損失

機(jī)械損失

2、工作原理

在啟動前，應(yīng)關(guān)閉出口閥門，泵內(nèi)灌滿液體，此過程稱為灌泵，

3、泵的基本方程

泵中的流動一般用三個(gè)基本方程，即連續(xù)方程、歐拉方程和伯努利方程。

9

過程流體機(jī)械

4.3離心泵的工作特性

1、汽蝕原理

2、汽蝕的嚴(yán)重后果

使過流部件被剝蝕破壞

使泵的性能下降

使泵產(chǎn)生噪聲和振動

是水力機(jī)械向高流速發(fā)展的巨大障礙

3、汽蝕余量及汽蝕判別式

泵是否發(fā)生汽蝕是由（泵本身）和（吸入裝置）兩方面決定的

（1）有效汽蝕余量：是吸入液面上的壓力水頭在克服吸水管路裝置中的流動損

失并把水提高到Hg的高度后，所剩余的超過汽化壓頭pv的能量，用NPSHa

表示

（2）泵必需的汽蝕余量：把自泵入口截面到泵內(nèi)壓強(qiáng)最低點(diǎn)的總壓降，用

NPSHr表示

4、提高離心泵抗汽蝕性能的措施

（1）改進(jìn)泵本身的結(jié)構(gòu)參數(shù)或結(jié)構(gòu)形式，使泵具有盡可能小的必需汽蝕余量

改進(jìn)泵的吸入口至葉輪葉片入口附近的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用前置誘導(dǎo)輪

采用雙吸式葉輪

設(shè)計(jì)工況采用稍大的正沖角

采用抗汽蝕的材料

（2）提高進(jìn)液裝置汽蝕余量的措施

增加泵前儲液罐中液面上的壓力來提高NPSHa

減小泵前吸上裝置的安裝高度

將吸上裝置改為倒灌裝置

減小泵前管路上的流動損失

5、離心泵的性能及調(diào)節(jié)

（1）泵的性能曲線

泵在恒定轉(zhuǎn)速下工作時(shí)，對應(yīng)于泵的每一個(gè)流量，必相應(yīng)地有一個(gè)確定的揚(yáng)程、

效率、功率和必需汽蝕余量

（2）泵在不穩(wěn)定工況下工作

造成不穩(wěn)定工作的兩個(gè)條件是：一是泵具有駝峰狀的性能曲線，二是管路中有能

自由升降的液面或其他能儲存和釋放能量的部分。

（3）運(yùn)行工況的調(diào)節(jié)

改變工況有三種途徑：

改變泵的特性曲線一一轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

切割葉輪外徑

改變前置導(dǎo)葉葉片角度

改變半開式葉輪葉片端部間隙

泵的串聯(lián)或并聯(lián)

改變裝置的特性曲線一一閘閥調(diào)節(jié)

液位調(diào)節(jié)

10

過程流體機(jī)械

旁路分流調(diào)節(jié)

同時(shí)改變泵和裝置的特性曲線

6、相似理論在泵中的應(yīng)用

泵的相似流動條件：具備（幾何相似）（運(yùn)動相似）

課后思考題

1、離心泵有哪些性能參數(shù)？其中揚(yáng)程是如何定義的？它的單位是什么？

性能參數(shù)

體積流量

（m）s,m孫）質(zhì)量流量

（kg/s,kg/h）能量（壓力）

（m,J/kg）功率

（kW）效率

（%）轉(zhuǎn)速

（r/min）汽蝕余量

（m）

qVqm揚(yáng)程H

m=N?m/N有效Ne

軸Nn，nv,

qhyd,qmnNPSHr

揚(yáng)程HH=++（Zout-Zin）m（4-4）

說明：壓能+動能+位能，泵內(nèi)主要壓能（動能和位能-0）,單位N?m/N=m（單

位重量液體能量增值）。

2、試寫出表達(dá)離心泵理論揚(yáng)程的歐拉方程和實(shí)際應(yīng)用的半經(jīng)驗(yàn)公式。

基本方程

基本方程離心泵

歐拉方程Ht=（u2c2u—ulclu）/g=++

m（4-11.12）

歐拉方程

實(shí)用半經(jīng)驗(yàn)

Stodola公式

（有限葉片影響）

（p滑移系數(shù)）Ht=pHt°°=（1—ctgP2A—sinP2A）

m（4-13、14）

3、簡述汽蝕現(xiàn)象，并說明汽蝕的危害。

汽蝕Cavitation：空化、空蝕，（來源）空洞、空泡、氣泡；水力機(jī)械特有的，在

一定條件下因流體與氣體相互轉(zhuǎn)化引起的破壞現(xiàn)象。

汽蝕發(fā)生機(jī)理：pKI-局部pKVpV~液體汽化一氣泡逸出體積t-葉輪做功p

t-氣泡凝結(jié)潰滅體積II一空穴形成，液體合圍一撞擊、沖擊流道（高壓數(shù)百

at、高溫300℃、高頻3000Hz）一剝蝕表面、擴(kuò)展裂紋、電化學(xué)腐蝕；（液體汽

化、凝結(jié)、沖擊、破壞）。

嚴(yán)重后果：部件損壞（過流表面剝蝕、麻點(diǎn)、蜂窩、裂紋、穿孔;）性能下降（流

量qV揚(yáng)程H效率nI）；噪聲振動（氣泡潰滅、液體撞擊）；機(jī)器失效（抽空斷

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過程流體機(jī)械

流，氣泡堵塞流道）；機(jī)器破壞（葉輪損壞、共振破壞）。

易汽蝕泵：高溫泵（鍋爐給水泵）、輕油泵（夏季高溫儲運(yùn)鶴管），pVto

4、何謂有效汽蝕余量？何謂泵的必需汽蝕余量？并寫出它們的表達(dá)式。

有效汽蝕余量NPSHa（泵裝置）：液流自吸液罐（池）經(jīng)吸入管路到泵入口，高

出汽化壓力pV所富余的能量頭（4-15、4-17式等）；NPSHa=

—+=—+—HS=——△HA-S-Hgm

泵必需汽蝕余量NPSHr（泵本身）：液流自泵入口到泵葉輪內(nèi)壓力最低pK處所消

耗的能量頭（靜壓能量頭降低值）；

NPSHr=A1+A2m（4-18）

式中：入1=1.05?1.3（流速及流動損失），入2=0.2?0.4（流體繞流葉片壓降）。

5、提高離心泵抗汽蝕性能應(yīng)采取哪些措施？舉例說明。

根據(jù)汽蝕安全條件（4-17）、（4-18）式

NPSHa=-------△HA-S-Hg>A1+A2=NPSHr

抗汽蝕措施：

①.三方面措施：NPSHat、NPSHrI、改進(jìn)葉輪材料；②.pAt：吸液罐增壓

t、葉輪入口誘導(dǎo)輪（葉輪前增壓）；③.pV；：降溫tl（pV=f（t））、吸液罐冷

卻（夏季輕油品輸送）；④.△HA-S；：改善吸入特性，阻力損失I；流量qVI、

轉(zhuǎn)速nI、管徑dT、管長II、閥門彎頭管件數(shù)量I、局部阻力損失I,閥門開

度f；⑤.HgI：泵安裝位置ZSI、吸液罐位置ZAt（灌注頭）；⑥.入1、入2

I：改進(jìn)葉輪入口（圖4-9,阻力損失I,流線型，緩慢繞流），微正沖角（i=

P1A-P1）；⑦.c0、w0I:葉輪入口DOt、輪轂直徑dhI、葉輪入口寬度

blt、雙吸葉輪；⑧.葉輪材料：強(qiáng)度t、硬度t、韌性t、化學(xué)穩(wěn)定性t、表

面光潔度3抗腐蝕、抗疲勞、抗剝落；不銹鋼2Crl3、稀土合金鑄鐵、高鍥銘

NiCr合金、鋁鐵AlFe青銅9-4等。

6、示意畫出離心泵的特性曲線，并說明每種特性曲線各有什么用途。

特性曲線形狀用途類型

1揚(yáng)程H-qV\選型操作平緩、陡降、駝峰

2功率N-qV/啟動運(yùn)行選驅(qū)動機(jī)平緩、陡峭

（離心泵關(guān)閥、軸流泵開閥）

3效率n—qV/、工作范圍經(jīng)濟(jì)性峰值r]max（±7%nmax高效工

作范圍）

4吸入

特性NPSHr-qV/判斷汽蝕工況緩升[NPSHr]—qV

Hsmax-qV\緩降[Hs]—qV

7、改變泵的運(yùn)行工況，可采取哪些措施？哪種調(diào)節(jié)措施比較好？

8、兩泵流動相似，應(yīng)具備哪些條件？

12

過程流體機(jī)械

離心泵運(yùn)行調(diào)節(jié)方法：①.變泵特性；②.變裝置（管路）特性；③.同時(shí)改變

泵和管特性。

調(diào)節(jié)方法變特性原理主要特點(diǎn)主要問題經(jīng)濟(jì)性應(yīng)用

變轉(zhuǎn)速泵平移泵特性節(jié)能調(diào)速驅(qū)動機(jī)最好常用

切割葉輪外徑切割定律系列產(chǎn)品切割范圍較差

變導(dǎo)葉片角度預(yù)旋調(diào)節(jié)節(jié)能機(jī)構(gòu)復(fù)雜較好不常用

變?nèi)~輪端間隙泄漏調(diào)節(jié)簡便流量損失差

泵串聯(lián)并聯(lián)設(shè)備聯(lián)合滿足

工藝要求設(shè)計(jì)匹配并聯(lián)較好

串聯(lián)較差設(shè)計(jì)要求

閥門節(jié)流管節(jié)流增阻簡便能量損失差常用

液位調(diào)節(jié)平移管特性節(jié)能裝置復(fù)雜較好特殊情況

旁路分流平緩管特性簡便損失浪費(fèi)差備用

計(jì)算題2

5、離心機(jī)

5.1離心機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1、實(shí)際生產(chǎn)中，需要進(jìn)行分離的物料分為（均一系）和（非均一系）

對非均一系混合物的分離，一般采用（機(jī)械方法）

液體非均一系分離：沉降，混合物在某種裝置中，由于兩相在力場中所受的力的

大小不同而沉淀分層，輕相在上層形成澄清液，重相在下層形成沉淀物而實(shí)現(xiàn)分

離O

過濾，混合物在多空材料層裝置中，由于受力場的作用，液

體通過多孔材料層流出形成濾液，固體被留在材料層上形成濾渣而實(shí)現(xiàn)分離。

浮選，氣泡粘附于固體顆粒，借浮力升起，刮去顆粒。

篩分，通過多孔介質(zhì)進(jìn)行脫承，分級。

離心沉降主要是用于分離含固體量較少，固體顆粒較細(xì)的懸浮液。

分離因數(shù)：表征離心機(jī)分離能力的參數(shù)

Fr=

表示離心場的特性，代表離心機(jī)性能的因數(shù)，F(xiàn)r值越大，離心機(jī)的分離能力越高。

分離因數(shù)的極限取決于制造離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓材料的（強(qiáng)度）和（密度）。

2＞離心液壓

離心機(jī)工作時(shí)，處于轉(zhuǎn)鼓中的液體和固體物料層，在離心場的作用下，將給轉(zhuǎn)

鼓內(nèi)壁以相當(dāng)大的壓力，稱為離心液壓。

3、沉降分離原理

離心沉降由三個(gè)物理過程組成：固體的沉降；沉渣的壓實(shí)；從沉渣中排出部分

分子力所保持的液體。

固相粒子沉降