H《化工过程流体机械》第3章叶片式压缩机-总结思考公式习题

PAGEPAGE2《化工过程流体机械》总结、思考、公式、习题（第三章）2009.10.15（内容总结及思考题）第三章叶片式压缩机§3.1离心压缩机的结构类型3.1.1离心压缩机的基本结构3.1.2主要零部件3.1.3典型结构小结：1．基本结构级、段、缸、列；首级、中间级、末级；叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗壳；2．主要零部件叶轮（后弯型，相对宽度b2/D2，直径比D1/D2）；扩压器（叶片、无叶片）；3．典型结构单级、多级，水平中开型、高压筒型等。思考题：[2]3-1．何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？§3.2离心压缩机的工作原理3.2.1工作原理3.2.2基本方程3.2.3压缩过程3.2.4实际气体小结：1．工作原理离心压缩机特点（优缺点）；关键截面参数（s、0、1、2、3、4、5、0'）；2．基本方程连续性、欧拉方程，焓值方程（热焓形式）、伯努利方程（压损形式）；3．压缩过程等温压缩、绝热压缩、多变压缩过程（过程指数m、绝热指数k）；4．实际气体压缩性系数Z、混合气体（ρ、R、cp或cv、k）。思考题：[2]3-2．离心压缩机与活塞压缩机相比，它有何特点？[2]3-3．何谓连续方程？试写出叶轮出口的连续方程表达式，并说明式中b2/D2和φr2的数值应在何范围之内？[2]3-4．何谓欧拉方程？试写出它的理论表达式与实用表达式，并说明该方程的物理意义。[2]3-5．何谓能量方程？试写出级的能量方程表达式，并说明能量方程的物理意义。[2]3-6．何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。[2]3-14．如何计算确定实际气体的压缩性系数Z？[2]3-15．简述混合气体的几种混合法则及其作用。§3.3离心压缩机的工作性能3.3.1能量损失3.3.2性能参数3.3.3单级特性3.3.4多级特性3.3.5性能换算小结：1．能量损失流动（摩阻、分离、冲击、二次流、尾迹、M）、轮阻、内漏气损失；2．性能参数能头、功率、效率，级中气体状态参数（温度、压比、比容）；3．单级特性能头（压比）、功率、效率特性，喘振和堵塞工况、稳定工况区；4．多级特性特性（曲线陡、喘振限大、堵塞限小、稳定区窄）、影响（u2、μ）；5．性能换算转速变化，相似条件（、k）、完全相似和近似相似（k＝k'）换算。思考题：[2]3-7．[2]3-8．多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？[2]3-9．试分析说明级数与圆周速度和气体分子量的关系。[2]3-10．示意画出级的总能量头与有效能量头和能量损失的分配关系。[2]3-11．何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？[2]3-12．若已知级的多变压缩功和总耗功，尚须具备什么条件可求出级的能量损失和级内的流动损失？[2]3-13．何谓离心压缩机的内功率、轴功率？试写出其表达式，如何据此选取原动机的输出功率？[2]3-16．示意画出离心压缩机的性能曲线，并标注出最佳工况点和稳定工况范围。[2]3-17．简述旋转脱离与喘振现象，说明两者之间有什么关系？说明喘振的危害，为防喘振可采取哪些措施？[2]3-19．离心压缩机的流动相似应具备哪些条件？相似理论有何用处？§3.4轴流式压缩机3.4.1基本结构3.4.2工作原理3.4.3性能特点小结：1．基本结构动叶片（轴流叶轮、扭曲叶片）、静叶片（级间导流器）；基元级（环形叶栅）、叶型（扭曲叶片）；2．工作原理速度三角形（cr＝0，ca≠0），欧拉方程（u2＝u1）；3．性能特点性能参数（流量系数φ、能头系数ψ、反作用度Ω等）；优缺点（对比离心压缩机）。思考题：[2]3-27．试简要分析比较轴流式与离心式压缩机的性能特点？§3.5叶片式压缩机的运行与调节3.5.1装置特性3.5.2工况调节3.5.3不稳定工况3.5.4密封装置3.5.5高速转子特性3.5.6抑振轴承3.5.7附属系统小结：1．装置特性管网特性、工作点（稳定、不稳定）、变工况（喘振影响）；2．工况调节出口节流、进口节流，进口导叶、扩压器叶片、变速调节等；3．不稳定工况典型工况（4种）、喘振线、防喘条件和方程（简化）、调节系统；4．密封装置迷宫密封、浮环密封、干气密封；5．转子特性临界转速（临界角速度）、刚性轴、挠性轴、计算方法；6．抑振轴承可倾瓦轴承（活支五瓦块）；7．附属系统管网、变速、油路、水路、检测等。思考题：[2]3-18．试简要比较各种调节方法的优缺点。[2]3-20．离心压缩机有哪些附属系统？它们分别起什么作用？它们由哪些部分组成？[2]3-21．何谓转子的临界转速？采用什么方法汁算它？工作转速如何校核？[2]3-24．有哪几种轴端密封？试简述它们的密封原理和特点。§3.6叶片式压缩机的选型与应用3.6.1选型原则3.6.2选型方法3.6.3选型实例小结：1．选型原则技术指标（性能、安全）、经济指标、调节方式、设备仪表、其他事项等；2．选型方法产品、厂商、软件选型；流量压力、工作介质、结构特点、原动机等选型；3．选型实例思考题：[2]3-25．试简述选型的基本原则，为何要确定经常运行的工况点？[2]3-26．有哪几种选型分类？为何按流量选型？为何按结构分类？[2]3-28．试简述三种选型的方法。

（参考公式及练习题）第三章叶片式压缩机课程内容主要复习参考公式习题[1]参考教材[1]《石油化工流体机械》张湘亚等主编．石油大学出版社．1996.8参考教材[2]《过程流体机械》姜培正编．化工工业出版社．2001.81容积流量(2-2.2)(114页)(推导)(3-2)(141页)增补习题[2]3-22理论能头(2-2.9)(3-10)2-13总耗功总功率(2-2.12)(2-2.11)(3-32)(3-33)2-24能量方程(2-2.15)(3-12)2-55等温绝热多变能头(2-2.27)(2-2.28)(2-2.29)(2-4)(3-19)2-46多变效率(2-2.31)(3-35)2-37(附加)相似换算(2-5.11)(2-5.21)(2-5.23)(2-5.25)(3-54)(3-55)(符合相似条件)(3-56)(3-59)2-7（练习题参考解答）第三章叶片式压缩机（共7题）增补习题[2]（3-2）：已知某压缩机第i级进口容积流量Qs＝1.543m3/s，该级D2＝0.65m，u2＝170m/s，βA2＝30˚，δ2＝4mm，φr2＝0.l34，kv2＝1.094，z＝22片，试计算该级叶轮出口相对宽度b2/D2解：（1-2.3）＝0.9138（1-2.1推导）＝4995r/min（2-2.2或141页公式推导）＝0.0510.025＜b2/D2＝0.051＜0.065符合要求2-1已知某离心式空气压缩机的第一级叶轮直径D2＝380mm，D1＝202mm，βA2＝40°，z＝16，叶轮转速n＝13800r/min，流量系数φr2＝0.233，α1＝90°。求叶轮对单位质量气体所提供的理论能头HT及叶片无限多时的理论能头HT∞。解：（1-2.1）一级叶轮＝274.58m/s无预旋（α1＝90°，cu1＝0）（2-2.8）环流系数＝0.8253（2-2.9）理论能头＝44941.68J/kg（1-2.16）叶片无限理论能头＝54456.92J/kg2-2已知某离心式空气压缩机的有效流量G＝6.95kg/s，漏气损失系数βl＝0.013，轮阻损失系数βdf＝0.03。叶轮对单位质量气体作功HT＝45895J/kg；试计算叶轮作功时消耗的理论功率、漏气损失功率、轮阻损失功率、总功率及叶轮对单位质量有效气体的总耗功。解：理论功率＝318.97kW轮阻损失功率＝9.57kW漏气损失功率＝4.15kW（2-2.11）总功率＝332.69kW（2-2.12）总耗功＝47868.49J/kg2-3某单级离心式鼓风机的性能如下：进口压力ps＝98066.5Pa出口压力pd＝147099.7Pa进气温度ts＝20进口容积流量Qs＝200m3气体常数R＝287.64J/kg•K绝热指数k＝1.4多变效率ηpol＝0.77（一般ηpol＝0.7～0.84）多变能头系数φpol＝0.65（一般φpol＝0.6～0.7）试确定叶轮的圆周速度u2。解：（2-2.31）＝2.70，可解得m＝1.59（2-2.29）多变压缩功＝36876.5J/kg（2-2.38a），圆周速度＝238.19m/s2-4题2-3中鼓风机压缩过程若分别为等温压缩、绝热压缩和多变压缩（m＝1.59）时，试计算单位质量气体的压缩功各为多少？并分析比较。解：（2-2.27）等温压缩功＝34172.0J/kg（2-2.28）绝热压缩功＝36230.1J/kg（2-2.29）（上题结果）多变压缩功＝36876.5J/kg分析比较（略）2-5知某离心式空气压缩机进口截面s处气流参数如下ts＝30℃，cs＝13.64m/s，ps＝89240Pa，气体常数R＝287.64J/kg•K，绝热指数k＝1.4，叶轮总耗功为57297J/kg，指数系数σ叶轮进口截面c0＝87.4m/s叶轮叶道进口截面c1＝133.4m/s叶轮出口截面c2＝199.8m/s扩压器出口截面c4＝122.5m/s下级叶轮进口截面c0′＝4.05m/s试求：（1）各关健截面处气流温度和气流压力；（2）以截面符号为横坐标（从s→0′）各热力参数（c，p，T）为纵坐标，介别画出气速、压力、温度沿截面变化曲线，并分析变化原因。解：（1）（2-2.42），气流温度（2-2.43），气流压力计算结果：已知截面压缩机进口截面s-s叶轮进口截面0-0叶轮叶道进口截面1-1叶轮出口截面2-2扩压器出口截面4-4下级叶轮进口截面0'-0'气流速度13.6487.40133.40199.80122.504.05过程截面间叶轮总耗功HtotJ/kg000572975729757297计算气流温差Δti℃0.00-3.70-8.7537.1849.5557.00气流温度ti℃30.0026.3021.2567.1879.5587.00TiK303.00299.30294.25340.18352.55360.00压力比Εi1.0000.9670.9231.3721.5121.601压力piPa892408629582382122401134941142863（2）绘图分析（略）2-7已知某离心压缩机的性能曲线如图2-4.6所示。现机器的工作转速n＝3000r/min，介质及