流体动力过程10

离心压缩机离心压缩机的工作原理与离心泵相同，它们都是利用高速旋转的叶轮使流体得到动能，而后在蜗形的通道中使动能转变成静压能。但是，一个单级离心压缩机的压缩比（即出口气体压力与进口气体压力之比）很有限，约1.1～1.3。这是因为气体经过一次压缩后，压头可以增加很多，但是由于气体的密度很小，所以气体的压力不会增加很大。因此要使出口气体具有一定压力，一般都采取多级离心压缩机，在第一级中由切线方向排出的压缩气体，再从轴向进入下一级离心压缩。目前，高压离心压缩机一般都在十级以上。离心压缩机与离心泵的不同之处是，气体被压缩以后，体积变小，密度增加，有放热的现象，出口气体温度升高。因此，在多级离心压缩机中，气体经过几级压缩后，要经中间冷却器使其温度降下来，然后再继续进行压缩。5-2其他常用流体输送设备简介

往复泵和往复压缩机

往复式流体输送机械就是利用活塞的往复运动对流体直接施加压力。图1-36是往复式流体输送机械的工作原理图。图1-36中，活塞由一端移至另一端的距离称为冲程。活塞往复运动至两端时，都不能与气缸盖直接相撞，留有一定的空隙，称之为余隙。每一个工作循环包括吸入和排出两个冲程。由于液体的可压缩性很小，所以输送液体的往复泵，只要设备能耐住高压，具有足够的动力，是可以一次将液体压到很高压力的。对于输送气体的往复式压缩机，若将气体一次压缩就压到很高的压力（即所谓“压缩比”很高的时候），会产生下面一系列的问题：（1）“余隙”中的高压气体在下一个吸入冲程中会在气缸内膨胀，占据气缸一定的体积，影响吸入气体的量。压缩比越大，这个影响就越严重。压缩比超过一定限度，甚至会使气体的吸入量为零，此时压缩机的生产能力也就是零。例如在图1-37所示的一个吸入冲程中，若余隙体积V2为气缸体积V1的1/10，在吸入压力为P1的气体时，余隙中的高压气体积膨胀至，则压缩比越高，在吸入气体时语系中高压气体膨胀后所占的体积越大。因此对上述的气缸，若压缩比为10，则此时余隙中气体膨胀后充满气缸，压缩机吸入的气体为零，所以压缩比不能太大。（2）由于气体的压缩过程进行地很快，实际上可以把它认为是一个绝热过程，由气体的热力学可以知道，在绝热压缩时，气体的温度要升高，而且需要外界做的功要比等温过程大的多。例如，把20[℃]、1.05[大气压]（绝压）的石油裂解气一次压缩至36[大气压]（绝压），即压缩比为36/1.05，裂解气的出口温度将是293[℃]。这样高的温度，裂解气要发生化学反应，而且设备材料和润滑油等也很难符合这样的要求；同时，这个绝热压缩过程需要外界做的功也要比等温过程增加40％。因此，在往复式的气体压缩机中，单级的压缩比不能过高，一般在2～3左右。若要将气体压缩至很高的压力，都是采取多级（段）压缩的办法，即经第一级压缩的气体再进入下一级压缩，级与级之间有中间冷却器，使气体的温度降低，整个压缩过程接近等温过程。燃气轮机基本工作原理：

燃气轮机是以空气为介质，靠高温燃气推动涡轮机械连续做功的大功率、高性能动力机械。它主要是由压气机、燃烧室和涡轮三大部件组成，再配以进气、排气、控制、传动和其他辅助系统。当燃气轮机机组起动成功后，燃气轮机就会开始进入稳定的热力学循环过程。压气机连续不断地从外界大气中吸入空气并增压，这个过程可以认为是压气机动能向空气热能和势能的转换，被压缩后的空气温度升高有利于与燃料进行更猛烈的化学反应（化学反应速度和程度与温度成正比），更大的膨胀比也有利于压缩空气燃烧后释放更大的能量。压缩空气从压气机出来后即进入燃烧室，首先会在燃烧室进口被喷入燃料进行掺混，然后就会点火燃烧。这个过程可以认为是燃料化学能向空气热能和势能的转换，在短短几十厘米的距离内空气的温度上升数百甚至上千度，压力也会激增。高温高压的燃气从燃烧室出口喷出，就开始膨胀，在膨胀的同时推动涡轮叶片做功。这个过程就是燃气热能和势能向动能的转化。涡轮将燃气的能量转化为动能后，一方面用于压气机压缩空气持续进行热力学循环，另外一方面由主轴将转子的扭矩输出，经过减速器减速以后用于推动军舰。整个热力学循环完成使得燃气轮机实现了燃料化学能向机械能转换的最终目的。旋涡泵旋涡泵是一种特殊类型的离心泵（见图1-39）。泵壳成圆形，吸入口不在泵的轴向，而在泵顶部与排出口并列，它的叶轮是一个圆盘，四周铣出凹槽，叶片成辐射状排列，如图1-39(a)所示，泵内部的情况如图-39(b)所示，叶轮1上有叶片2，叶轮在泵壳3内转动，其间有环形通道4，吸入口和排出口之间有间隔隔开，间壁和叶轮之间只有很小的间隙，以防液体倒流。旋涡泵的叶轮在充满液体的泵壳内高速旋转时产生离心力，将凹槽内的液体向切线方向抛出，在凹槽近轴的一方造成低压，使通道4内的高压液体又一次进入凹槽，再度受叶轮旋转的离心作用。泵内液体在随叶轮旋转的同时，在通道4与叶片2间反复做旋涡状运动。因为多次进行了动能和静压能的转换，所以有较高的扬程。旋涡泵的特点：(1)在小流量时可以有较高的扬程。同样的流量条件下，旋涡泵的扬程可以比离心泵高2～4倍；(2)流量减小时消耗的功率增加得很快。所以旋涡泵不能像离心泵那样，在出口管上直接安装阀门来调节流量，而要在出口管路上安装支路阀门，泵的排液量总是一定的，由控制“放空”的量来调节管路上的流量（见图1-40）。旋涡泵的这些特点很像一个正位移式的泵（例如往复泵），但是它的结构却比往复泵简单的多。齿轮泵齿轮泵如图1-41所示。它是由两个相向旋转又相互啮合的齿轮所组成，其中一个齿轮与电动机相连，是主动轮，另一个是被动轮。当两齿轮转动时，齿与齿分来的一侧可以吸入液体。被吸入的液体分两路在齿轮与泵壳的空隙中被齿轮推着前进。当齿与齿重新啮合时，液体被挤出，由排液口排出。齿轮泵的特点是流量小，压头大，可以输送高粘度的液体（如润滑油、石蜡等等）。由于齿轮间相互啮合及齿轮与泵壳将的缝隙很小，齿轮泵不适于输送含固体颗粒的液体。齿轮泵的流量的调节应与正位移式的泵相同，由支路阀门调节。螺杆泵螺杆泵是靠旋转着的螺纹斜面直接对液体施加压力，是一种“正位移式”的泵。螺杆泵的结构如图1-42所示，主动螺杆伸出泵壳与电机相连。主动螺杆（转子）与从动螺杆具有不同型式的螺纹，如果前者具有右螺纹，则后者具有左螺纹。从动螺杆是通过齿轮由主动螺杆带动。

当螺杆旋转时，液体被挤压在两个螺杆的螺纹啮合所形成的空隙里，并且沿着螺纹斜面向前推进，直至排出口。这种泵适用于输送粘度极高的液体，随着高分子工业的发展，这种类型的泵使用地越来越多。螺杆泵与齿轮泵相比，螺杆泵的压头可以更高，可以达到175[大气压]，但流量可以比齿轮泵大得多。另外，螺杆泵的效率比齿轮泵