过程流体机械课件

過程流體機械——泵

一泵的概述二離心泵的典型結構三離心泵的工作原理四離心泵的吸入特性——汽蝕五離心泵的性能及調節六相似理論在泵中的應用七其他泵概述八泵的選用主要內容一泵的概述1.泵的定義泵：將機械能轉變成液體（包括氣液、固液、氣固液等）的能量，用來增壓輸送液體的機械。2.泵的分類按工作原理：葉片式泵：離心式、軸流式、混流式、旋渦泵容積式泵：往復泵（活塞泵、柱塞泵等）、回轉泵（齒輪泵、螺杆泵、滑片泵等）其他：噴射泵、水錘泵、真空泵按流體壓力：低壓泵：低於2MPa中壓泵：2～6MPa高壓泵：高於6MPa二離心泵的典型結構1.離心泵的基本結構軸軸承箱（軸承）吸入室葉輪壓出室軸端密封泵體（泵蓋）單級離心泵多級離心泵吸入段壓出段拉緊螺栓平衡盤軸承密封體導葉回水管中段軸封軸承支架軸二離心泵的典型結構（1）過流部件：吸入室－葉輪－導葉－壓出室葉輪2.離心泵的主要組成部件二離心泵的典型結構閉式半開式開式雙吸式環形蝸殼（帶固定導葉）

吸入室

將液體從吸入管均勻吸入葉輪，以減少流動損失。通常有錐形、圓形、彎管形等。

壓出室——轉能裝置

收集、導出液體，並將液體的部分動能轉為靜壓能。截面有圓形、矩形、倒梯形等。螺旋式蝸殼二離心泵的典型結構

導葉——轉能裝置

用於多級離心泵中，以收集液體並起轉能擴壓作用。二離心泵的典型結構徑向導葉（2）軸封裝置

作用是防止泵殼內液體沿軸漏出或外界空氣進入泵殼。常用的有填料密封和機械密封。填料一般用浸油或塗有石墨的石棉繩。填料密封二離心泵的典型結構多級泵平衡軸向力的方法葉輪對稱佈置；採用平衡盤和止推軸承。（3）軸向力平衡裝置單級泵軸向力的平衡方法

採用雙吸式葉輪、開平衡孔、採用平衡葉輪或採用平衡管等。二離心泵的典型結構3.離心泵的分類按流體吸入葉輪方式：單吸式泵雙吸式泵：流量大；軸向推力平衡按級數：單級泵多級泵按泵體形式：蝸殼泵筒形泵按主軸安放形式：臥式泵立式泵斜式泵二離心泵的典型結構4.離心泵的命名例如：150S50A、150D30×5、IS80-65-160二離心泵的典型結構三離心泵的工作原理1.離心泵的性能參數（1）流量：單位時間內輸送出去的液體量，即由排出口排出的液體。容積流量qv（m3/s）品質流量qm（kg/s）（2）揚程：泵使單位重量（N）的液體獲得的有效能量頭，即泵抽送液體的液柱高度。符號H，單位為m。其中，E為單位重量液體的總機械能：（3）轉速：即泵軸的轉速，符號n，單位為r/min。（4）功率輸入功率：泵軸的軸功率，用N表示。有效功率：單位時間內液體從泵中獲得的有效能量，用Ne表示。泵的能量損失容積損失：流量洩漏所造成的能量損失Nv。水力損失：又稱流動損失，即液體流動所導致的能量損失Nhyd。機械損失：機械摩擦導致的能量損失Nm。＋Nv＋Nhyd＋NmN=Ne三離心泵的工作原理水力效率ηhyd：是衡量液體流經泵的阻力損失大小的指標。機械效率ηm：是衡量泵運動部件間機械摩擦損失大小的指標。總效率η：是衡量泵工作經濟性的指標。（5）效率

泵的效率有容積效率、水力效率、機械效率和總效率。容積效率ηv：是衡量泵洩漏量大小、即密封好壞的指標。三離心泵的工作原理2.離心泵的工作過程啟動：1、灌泵（手動或自動）；2、關閉泵出口閥門，全開進口閥門；3、啟動電機；4、調節出口閥開度至所需工況；5、檢查軸封洩漏情況和電機。停機：1、關閉出口管路閥門；2、停止電機；3、關閉進出口閥門；4、如長期停車，應將泵內液體放盡。三離心泵的工作原理3.離心泵的工作原理及基本方程

有關離心式壓縮機的葉輪的速度三角形、基本方程等，對離心泵同樣適用，不同的是：液體不可壓縮，密度不變；液體流經泵時不考慮溫度變化。（1）速度三角形（葉片安裝角βA）三離心泵的工作原理（2）基本方程——歐拉方程泵的歐拉方程：歐拉方程的第二運算式：三離心泵的工作原理Ht：即葉輪對單位重量液體所作的理論功，m；g：重力加速度，g=9.81m/s2；c1u、c2u、u1、

u2：分別為葉輪進、出口絕對速度的周向分速、圓周速度，m/s當液體無預旋地進入葉輪葉道時，c1u＝0：第一項和第二項之和——勢揚程；第三項——動揚程。四離心泵的吸入特性——汽蝕1.汽蝕的機理泵內的壓力變化，在葉片入口附近K處存在低壓區；當K處壓力低於液體相應溫度下飽和蒸汽壓時，液體汽化，產生氣泡；隨著葉輪做功壓力上升，高於飽和蒸汽壓時氣泡凝結潰滅；周圍液體瞬間衝擊空穴，形成水擊；金屬表面因衝擊疲勞而剝裂。氣蝕發生的過程2.汽蝕的危害使過流部件（主要是葉輪）表面被剝蝕破壞；使泵的性能下降；產生雜訊和振動；是水利機械向高速發展的障礙。四離心泵的吸入特性——汽蝕3.汽蝕餘量及汽蝕判別式汽蝕餘量：又叫淨正吸入壓頭，是表示汽蝕性能的主要參數，用NPSH表示，單位是m。

當液體一定時，泵發生汽蝕是由吸入裝置和泵本身兩方面決定的。氣蝕現象通過汽蝕餘量來判定。

泵發生汽蝕的條件是壓力最低點K處的壓力pk與液體的飽和蒸汽壓pv的關係：

pk≤pv四離心泵的吸入特性——汽蝕吸入裝置——有效汽蝕餘量NPSHa泵本身——必需汽蝕餘量NPSHr汽蝕餘量NPSH（1）有效汽蝕餘量：是指液體自吸液罐到達吸入口（S-S）後，高出汽化壓力pv所富餘的部分能量頭，用NPSHa表示。即：NPSHa越大，越不易發生汽蝕Ps：吸入口s-s處的壓力Cs：吸入口s-s處的液體速度Pv：液體的飽和蒸汽壓γ：γ＝ρg其中，PA為吸入裝置壓力；Hg為泵的安裝高度；ΔHA-S為吸入管的流動損失。在A-S之間由伯努利方程得：可見，NPSHa與泵的吸入裝置有關，而與泵本身無關。四離心泵的吸入特性——汽蝕（2）必需汽蝕餘量：是指泵入口（S-S）到葉輪最低壓力點K處的靜壓頭降低值，用NPSHr表示。C0，ω0：葉片進口稍前截面上液體的絕對速度和相對速度。λ1：絕對流速及流動損失引起的壓降能頭係數；λ2：液體繞流葉片的壓降能頭係數。

NPSHr越小表示泵進口壓力降越小，則要求裝置提供的NPSHa越小，抗汽蝕性能越好。

NPSHr與運動參數有關，在一定轉速和流量下，運動參數由泵吸入室與葉輪進口部分幾何形狀決定。可見，NPSHr與泵本身有關，而與吸入裝置無關。四離心泵的吸入特性——汽蝕（3）泵發生汽蝕的判別式：泵發生氣蝕的判別式二：當NPSHa大於NPSHr時，不發生汽蝕；當NPSHa等於NPSHr時，開始發生汽蝕；當NPSHa小於NPSHr時，發生嚴重汽蝕。泵開始發生汽蝕時：PK=PV，即NPSHa＝NPSHr=NPSHc泵發生汽蝕的判別式一——氣蝕基本方程：四離心泵的吸入特性——汽蝕泵的允許汽蝕餘量：[NPSH]=NPSHc+0.3吸上真空度：泵入口S-S處的真空度，用Hs表示。可通過安裝在泵入口法蘭處的真空壓力錶測量。發生氣蝕時可求得最大吸上真空度：泵是否發生汽蝕的判別式三：四離心泵的吸入特性——汽蝕

Hs越大，表示泵入口處的絕對壓力越小，越容易發生氣蝕。則泵不發生氣蝕的條件：（1）提高泵本身抗汽蝕的性能——降低NPSHr改進泵吸入口至葉片入口的結構設計；4.提高抗汽蝕性能的措施採用前置誘導輪；採用稍大的正沖角i；採用抗汽蝕材料。採用雙吸式葉輪；四離心泵的吸入特性——汽蝕（2）提高吸入裝置的汽蝕餘量——提高NPSHa提高儲液罐中的液面壓力PA；減小吸上裝置的安裝高度Hg；四離心泵的吸入特性——汽蝕將吸上裝置改為倒灌裝置；減小管路上的流動損失。五離心泵的性能及調節（1）泵的特性曲線H-qv曲線：平坦狀、陡降狀、駝峰狀；N-qv曲線：是選擇原動機和啟動泵的依據；η-qv曲線：衡量泵工作的經濟性;NPSHr-qv曲線：是否發生汽蝕的依據。1.離心泵的運行特性（2）泵的不穩定工況i不穩定工作點的判別——“小擾動”法ii不穩定工作點示例iii不穩定工作的條件泵具有駝峰狀的性能曲線；管路中有能自由升降的液面或能儲存和釋放能量的部分。五離心泵的性能及調節2.離心泵運行工況的調節（1）改變泵的特性曲線（2）改變管網的特性曲線（3）同時改變泵和管網的特性曲線調節轉速——n增大，特性曲線向右上方移動；切割葉輪外徑——特性曲線向左下方移動；改變前置導葉葉片的角度；泵的串連或並聯。閥調節；如：調節閥門A的開度，曲線由Ⅰ變為Ⅱ液位調節；如：調節閥門B使液位升高，曲線由Ⅱ

變為Ⅲ旁路分流調節。五離心泵的性能及調節六相似理論在泵中的應用1.離心泵的相似條件離心泵：兩泵流動相似應具備幾何相似和運動相似

幾何相似：是指泵過流元件的對應線性尺寸比值相等，無量綱值相同。

運動相似：是指對應點上同名速度的方向一致，比值相等，表現為進出口速度三角形相似。相似工況：兩臺幾何相似的泵，若某對應工況點的流動相似，則該兩點的工況稱為相似工況。揚程：2.離心泵的相似定律幾何相似的兩離心泵在工況相似時，其性能參數滿足相似定律，運算式為：流量：功率：其中：λl=D’/D為尺寸比例係數。六相似理論在泵中的應用工況相似時，若兩泵輸送的液體相同，且尺寸和轉速相差不大時，各對應效率基本相等，即：則離心泵的相似定律簡化為：

這三個公式稱為離心泵的相似定律，適用於幾何相似泵的相似工況。六相似理論在泵中的應用3.離心泵的比例定律

比例定律是相似定律的一個特例，它表徵同一臺泵在轉速不同而工況相似時，其性能參數與轉速的關係：

上述三個公式也適用於幾何尺寸相同、輸送液體相同、轉速不同的兩臺離心泵。六相似理論在泵中的應用4.比轉數（速）ns由相似定律得：消去D得：通常取泵最佳工況下的比轉數作為泵的比轉數，我國泵的比轉數計算式表示為：六相似理論在泵中的應用ns

定義為比轉數，它是判別離心泵是否相似的相似准數；即：若泵幾何相似，則比轉速相等的工況為相似工況由於一臺泵只有一個設計工況點（即最佳工況點），故幾何相似泵的比轉數具有唯一值；比轉速是有量綱的，計算時注意單位統一；離心泵的比轉數大小與輸送液體性質無關，而與葉輪形狀和泵的特性曲線形狀有關。故可按比轉速對泵的幾何形狀和性能曲線的趨勢進行分類。（表4－4）說明：六相似理論在泵中的應用注意：比轉數高的泵，最佳工況時的流量大，揚程小；而低比轉數的泵則相反，它適用於較小的流量和較高的揚程。

5.葉輪切割定律葉輪的切割定律：切割葉輪的原因：擴大泵的工作範圍；改變泵的使用性能。

葉輪允許的最大切割量與比轉數有關（表4-3）葉輪切割後，直徑減小，幾何不相似，故不能用相似定律計算切割後的性能，必須用切割定律。六相似理論在泵中的應用注意：葉輪外徑的切割一般不允許超過“允許切割量”。6.泵的高效工作範圍高效工作範圍：通常以最高效率下降Δη。

我國規定為Δη為5%~8%，一般取7%。注意圖中：

曲線1、2為通過切割或改變轉速獲得的兩條泵性能曲線；曲線3、4為過A、B點的相似（切割）等效率拋物線。7.泵的系列型譜（圖4－17）六相似理論在泵中的應用七其他泵概述1.軸流泵葉輪：做功部件，剖面為機翼形狀，使液體獲得動能和壓能；導葉：轉能部件，將液體的動能轉化為壓能；特點：流量大，揚程低。與離心泵性能曲線不同，存在“關死揚程”；葉輪一般浸沒在液體中，不需考慮汽蝕，啟動時不需灌泵；啟動時排液管上的閥須全開，以減小啟動功率。2.漩渦泵七其他泵概述葉輪：做功部件，使液體獲得動能和壓能；泵體：與葉輪形成流通通道；特點：高揚程，小流量。八泵的選用（1）根據所輸送流體的性質：清水、粘性液體、雜質流體等。1.泵的選用原則（2）額定流量和額定揚程必須滿足工作要求。（3）選用效率高的泵，或使泵的運行工作點長期處於高效區內。（4）防止泵發生汽蝕。（5）選用的泵需滿足特殊工質的要求（密封、防腐、汽化等）。（6）泵應結構簡單、操作和維修方便、性價比高。2.各種泵的適用範圍壓力（MPa）流量（m3/h）八泵的選用3.泵的選用分類按性能要求選用：揚程變化大：選用揚程曲線斜率大的混流泵和軸流泵；流量變化大：選用揚程曲線平緩的離心泵；考慮吸水性能：選用雙吸泵。按工作介質選用：粘性介質：容積式泵的性能優於離心泵；含氣液體：根據泵輸送介質的允許含氣量選擇；低溫液化氣：選用低溫泵或深冷泵，需要機械密封；含固體顆粒液體：選用雜質泵，要求耐磨和耐腐；不允許洩漏液體：需要軸封（填料密封或機械密封）；腐蝕性介質：金屬泵和非金屬泵。八泵的選用4.泵的兩種實際選擇方法（1）“泵型譜”選擇

將所需流量、揚程畫到泵系列圖譜上，根據交點所在位置確定泵的型號；適當情況下可通過切割葉輪直徑或降低工作轉速等措施，使泵滿足要求。（2）“泵性能表”選擇

確定泵的類型後，根據所需流量、揚程，在泵性能表中查找泵的型號。適當情況下可選擇較接近型號，通過切割葉輪直徑或降低工作轉速等措施，使泵滿足要求。八泵的選用5.泵的選用步驟（1）搜集原始數據：輸送介質、流量、揚程、管路參數等（2）泵參數的選擇及計算：考慮到裕量，合理確定運行參數（3）選型：確定所需泵的類型，選擇合適型號（4）校核：驗證所選泵是否滿足使用要求，如設計工況點是否在高效工作區、是否發生汽蝕等。八泵的選用本章小結一泵的概述（瞭解）二離心泵的典型結構瞭解離心泵的基本結構組成掌握離心泵軸向力的平衡方法；離心泵的命名方法三離心泵的工作原理掌握離心泵的能量損失及效率重點掌握離心泵的歐拉方程四離心泵的吸入特性——汽蝕（重點掌握）五離心泵的性能及調節（重點掌握）六相似理論在泵中的應用（重點掌握）七其他泵概述（掌握個別小知識點）八泵的選用

重點掌握離心泵的選用計算方法（幾個例題）過程流體機械——離心壓縮機

一離心壓縮機的典型結構1.離心壓縮機的定義離心壓縮機：通過旋轉葉輪，使氣體主要沿徑向離心力方向流動，從而提高氣體的壓力和動能，最終將機械能轉變成氣體的壓力能的機器。一離心壓縮機的典型結構

轉子部分：軸、葉輪、平衡盤、軸套、聯軸器等。定子部分：機殼、氣體流道部分（擴壓器、彎道、回流器、蝸殼）、密封、軸承等。2.離心壓縮機的基本結構級：是離心壓縮機實現氣體壓力升高的基本單元，由一個葉輪和一組與其相配合的固定元件組成。段：每一進氣口到排氣口之間的“級”組成一“段”，每個“段”通常由一個或幾個“級”組成。（1）離心壓縮機的“級”和“段”注：“段”之間設置中間冷卻器，以減少功耗。單級離心式製冷壓縮機結構示意圖一離心壓縮機的典型結構（兩段七級）離心壓縮機結構示意圖一離心壓縮機的典型結構

離心式壓縮機一級的氣體流道一離心壓縮機的典型結構

一離心壓縮機的典型結構（2）離心壓縮機”級”的組成“級”的類型：首級：吸氣室、葉輪、擴壓器、彎道、回流器中間級：葉輪、擴壓器、彎道、回流器末級：葉輪、擴壓器、排氣蝸室

首級中間級末級

一離心壓縮機的典型結構吸氣室：將氣體從進氣管均勻導入葉輪入口，以減少氣體進入葉輪時的流動損失。葉輪：是壓縮機最重要的部件，高速回轉的葉輪對氣體作功而使氣體獲得能量（動能和壓力能）。擴壓器：由兩個垂直葉輪軸的平行壁面形成的環形通道。從葉輪流出的高速氣體，通過流通截面逐漸擴大的擴壓器時，部分動能轉化為壓力能（降速增壓）。彎道：把從擴壓器出來的氣體由離心方向改變為向心方向，以便引導到下一級繼續進行壓縮。回流器：可使氣體以一定的方向均勻地進入下一級葉輪的入口。蝸殼：將氣流彙集起來引出壓縮機；對氣體有降速擴壓作用。“級”的典型結構及特點：一離心壓縮機的典型結構（3）離心葉輪的結構形式閉式葉輪：由輪盤、葉片、輪蓋組成。漏氣量小，效率高；但強度低，影響了葉輪圓周速度的提高，單級壓力比較低。半開式葉輪：由輪盤和葉片組成。葉輪強度高，可獲得高的單級壓力比；但漏氣量大，效率低。雙面進氣葉輪：流量大，葉輪軸向力可得到平衡。一離心壓縮機的典型結構

葉輪結構分類：

閉式葉輪半開式葉輪雙面進氣葉輪一離心壓縮機的典型結構

按葉片類型分類：即按葉片出口角β2A

前彎型（β2A>90）

後彎型（β2A<90）徑向型（β2A＝90）一離心壓縮機的典型結構

（4）擴壓器的結構形式

擴壓器一般分為無葉擴壓器、葉片擴壓器兩種。無葉擴壓器：

由兩個平行壁面構成的環形通道。氣體從葉輪中排出，經過該環形通道時降速增壓。是一種結構最簡單的擴壓器，造價低，變工況適應性好。葉片擴壓器：

在無葉擴壓器的環形通道上，沿圓周安裝均布的葉片，就構成葉片擴壓器。具有擴壓程度大、結構尺寸小的優點；缺點是變工況性能差。一離心壓縮機的典型結構

（5）平衡盤

軸向力產生原因：葉輪兩側間隙內氣體壓力分佈不對稱，使作用在葉輪兩側的力不平衡所產生的軸向力；氣體以一定速度沿軸向進入葉輪，而後改為徑向流入葉輪通道，其速度大小和方向的改變，對葉輪產生一個軸向動反力。軸向力一離心壓縮機的典型結構

平衡原理：

平衡盤安裝在高壓端。一側受末級葉輪出口的氣體壓力；另一側與吸氣室相接。平衡盤外緣與氣缸間設有迷宮密封，使平衡盤兩側保持壓差，產生一個與轉子的軸向力方向相反的平衡力。軸向力平衡力

一離心壓縮機的典型結構（6）離心壓縮機的其他組成部分密封件：輪蓋密封；級間密封；軸端密封。非接觸式的迷宮密封；機械密封；浮環油膜密封軸承：小型——滾動軸承其他——動壓滑動軸承：支撐軸承和止推軸承冷卻系統和潤滑系統

一離心壓縮機的典型結構優點：流量大；轉速高；結構緊湊；運轉可靠，維修方便。3.離心壓縮機的特點缺點：單級壓力比不高，高壓力比所需的級數比活塞式的多；不能適用於太小流量工況；價格高。

氣體在葉輪中的流動及速度離心壓縮機的基本方程級內的各種能量損失多級壓縮功率與效率主要內容二離心壓縮機的工作原理二離心壓縮機的工作原理（1）氣體在葉輪中的流動

假設條件：流道中任意點的氣流參數不隨時間變化，即是穩定流動；流道中與流速相垂直的任意截面上的氣流參數相同，即當作一元流動。1.氣體在葉輪中的流動及速度

在假設條件下，離心式壓縮機內的氣體流動可作為一元穩定流動，即氣體的參數（速度、壓力、溫度等）只與流道的長度有關。

離心式壓縮機內的實際氣體流動過程，是三元不穩定流動。

（a）相對速度（b）圓周速度（c）絕對速度（牽連速度）（2）氣體在葉輪中的速度——速度三角形α1和α2：絕對速度的方向角β1和β2：相對速度的方向角進出口的速度三角形C2rC2uC1rC1u二離心壓縮機的工作原理

三種類型葉輪的速度三角形（a）後彎型（b）徑向型（c）前彎型二離心壓縮機的工作原理二離心壓縮機的工作原理（1）連續方程——品質守恆定律在流體力學中的表達

在氣體作穩定一元流動的情況下，流經機器任意截面的品質流量相等。b2/D2：葉輪出口的相對寬度。D2為葉輪的外徑；b2為葉輪出口的軸向寬度ψ2r＝c2r/u2：葉輪的流量係數；u2：葉輪出口的圓周速度；n:

葉輪轉速；τ2：葉輪出口的通流係數，與葉片數、葉片厚度、安裝角度等參數有關。基本方程：

葉輪出口的連續方程反映了流量與葉輪幾何尺寸及氣流速度的相互關係。2.基本方程葉輪出口方程：

（2）歐拉方程——葉輪機械的基本方程

歐拉方程用於計算葉輪機械能與流體能量的轉換。其中，Lth：即葉輪對流經的單位品質(1kg)氣體所作的理論功，稱為歐拉功

Hth：即流過葉輪的單位品質(1kg)氣體理論上所接受的能量，稱為理論能量頭，kJ/kg歐拉方程：二離心壓縮機的工作原理歐拉第二方程：說明：第一項——氣體由於離心慣性力在葉輪中獲得的靜壓能增量。

第二項——氣體在葉輪流道中由於降速引起的靜壓能增量。

第三項——氣體經過葉輪後獲得的動能增量。

二離心壓縮機的工作原理無限多葉片葉輪的理論能量頭計算：有限葉片葉輪的理論能量頭計算（經驗公式）：因為所以故葉輪的理論能量頭：故葉輪的理論能量頭：

通常流體流入壓縮機的葉輪進口時並無旋轉，即C1u＝0，則歐拉方程簡化為：二離心壓縮機的工作原理歐拉方程遵循能量轉換與守恆定律；單位品質流體與葉輪的能量轉換大小，只與進、出口的流速有關，與內部流動情況無關；該方程適用於任何氣體或液體，即適用於葉輪式壓縮機及葉輪式泵；該方程也適用於葉輪式的原動機，如汽輪機、燃氣輪機等。對歐拉方程的幾點說明：（3）能量方程

能量方程用於計算氣流溫度的增加和速度的變化。（基本方程）二離心壓縮機的工作原理

能量守恆定律：外界對級內氣體所做的機械功和輸入的能量應全部轉化為氣體的熱焓和動能。則單位品質氣體的能量方程為：其中，Hth：即外界通過葉輪給單位品質氣體的機械功。

q：外界加給單位品質氣體的熱量；Cp：氣體的熱容；

T0、T0’:進出口的溫度；C0、C0’:進出口氣體的速度；h表示焓值。

對於離心式壓縮機，通常外界不向級中輸入熱量，且向外界傳遞的熱量可忽略不計，即q＝0，故級的能量方程普遍式為：

二離心壓縮機的工作原理能量方程表示葉輪所作的機械功轉換為氣體溫度的提高和動能的增加；該方程適用於有粘或無粘氣體；該方程適用於一級或多級整機壓縮機，也適用於壓縮機的任一流通部件。

葉輪的能量方程：靜止通道（擴壓器等）的能量方程：靜止通道的能量方程表明：在靜止通道中氣體溫度升高，則速度降低，反之亦然。說明：即：（4）伯努利方程

伯努利方程將流體所獲得的能量區分為有用能量（靜壓能和動能）和能量損失，是流體的機械能守恆的運算式。

通用的伯努利方程：二離心壓縮機的工作原理級內流體的伯努利方程：注意：表示級內的流動損失；表示級內的總能量損失。其中，第一項：氣體在進出口獲得的靜壓能增量；

第二項：氣體在進出口獲得的動能增量；

第三項：氣體的級內的流動能量損失。

二離心壓縮機的工作原理

葉輪的伯努利方程：固定部件（如擴壓器）的伯努利方程：即：伯努利方程建立了機械能與氣體壓力p、流速c和能量損失之間的關係；伯努利方程中未包括溫度參數，因此在離心壓縮機的計算中，總是將包含溫度參數的能量方程與包含壓力及能量損失的伯努利方程同時使用。該方程適用於一級或多級整機，也適用於壓縮機的任一流通部件。說明：

（5）壓縮過程與壓縮功二離心壓縮機的工作原理

在離心壓縮機中，氣體伴隨著流動的同時不斷實現著改變熱力狀態的熱力學過程。

多變壓縮過程中，每千克氣體所獲得的壓縮功，即多變能量頭為：（6）總結

將連續方程、歐拉方程、能量方程、伯努利方程等相關聯，流體在機器內的速度、壓力、溫度等的變化規律就明確了。二離心壓縮機的工作原理（1）級內的流動損失★

摩阻損失3.級內的各種能量損失計算：λ

：摩擦阻力係數，與Re、壁面粗糙度、管道內徑等有關；l：沿程長度；dhm：平均水力直徑；cm：氣流平均速度。原因：流體粘性導致的粘滯力結論：摩阻損失與流量的平方成正比。

邊界層壁面主流二離心壓縮機的工作原理★

邊界層分離損失減少分離損失的措施：設計擴張通道時，限制其擴張角θ不大於6°～8°；適當增加葉輪及葉片擴壓器的葉片數，可減小葉道的當量擴張角；其擴壓度（進出口的相對速度之比）一般為（經驗）：原因：在擴張流道中，流體的減速增壓導致邊界層分離，造成旋渦和倒流。邊界層分離的出現與通道形狀、壁面粗糙度、雷諾數等有關，但與通道形狀關係最大；葉輪中的邊界層不會產生嚴重的邊界層分離現象。說明：二離心壓縮機的工作原理★

衝擊損失（變工況下的邊界層分離損失）減少衝擊損失的措施：選擇壓縮機時，儘量使操作流量與額定流量相差不要太大；在葉輪前設置可轉動的導向葉片，以適應入口氣流角的變化。流量小於額定流量流量大於額定流量原因：當流量偏離額定流量時，葉輪或擴壓器葉片的進口沖角（i＝）不等於零，導致氣流對葉片產生衝擊造成能量損失。二離心壓縮機的工作原理★

二次流損失減少二次流損失的措施：適當增加葉片數，以減小工作表面和非工作表面的壓力梯度；避免氣流方向的急劇轉彎。二次流損失：與主流方向垂直的流動造成的能量損失。原因：流道同一截面中存在壓差引起的，主要發生在葉輪的葉道、彎道及吸氣室等氣流速度方向急劇變化處。二離心壓縮機的工作原理★

尾跡損失減少尾跡損失的措施：採用機翼型葉片；使用等厚度葉片時，將葉片尾部削薄。原因：葉片的厚度使氣體從葉輪葉道中流出時，通流面積擴大，在葉片尾部外緣形成氣流旋渦區。該區和主流區氣流的速度、壓力相差較大，在相互混合過程中產生能量損失。二離心壓縮機的工作原理（2）漏氣損失原因：轉子與固定部件之間存在間隙，間隙兩端的氣體壓力不等時，導致氣體由高壓端向低壓端洩漏，所漏氣體的膨脹與壓縮迴圈，產生能量損失。減少漏氣損失的措施：設置密封裝置（如迷宮式）輪蓋密封級間密封軸端密封平衡盤密封輪蓋處的漏氣損失係數：級間密封的漏氣損失計入固定部件的流動損失二離心壓縮機的工作原理（3）輪阻損失原因：葉輪旋轉時，其輪蓋、輪盤的外側面和葉輪的外緣和周圍的氣體發生摩擦，消耗摩擦功。輪阻功率損失——離心葉輪：輪阻損失係數：ρ2

：流體密度；u2

：圓盤外緣圓周速度；D：圓盤外徑。二離心壓縮機的工作原理（1）多級壓縮的必要性i離心壓縮機的單級壓力較低，一般為多級串聯式結構；對高增壓比或輸送輕氣體的壓縮機需要多缸串聯形成機組。ii離心壓縮機多採用分段中間冷卻的結構，段與段之間在機器外由管道連接中間冷卻器，這樣可以減少功耗。（2）分段需考慮的因素被壓縮氣體的特性；要求排出的氣體溫度；綜合考慮壓縮機的結構、冷卻器的佈置、功耗等因素；段數確定後，每段的最佳壓力比根據總功耗最小原則確定4.多級壓縮機二離心壓縮機的工作原理（1）單級離心壓縮機的功率和效率

一個葉輪對1kg氣體的總耗功為：i單級總耗功5.功率與效率ii單級總功率品質流量為qm

（kg/s）時的總功率為：葉輪的耗功氣體的理論能量頭漏氣損失和輪阻損失二離心壓縮機的工作原理級的總能量頭分配示意圖Hl：漏氣損失；Hdf：輪阻損失；Hth：氣體的理論能量頭；ΔC2/2:氣體獲得的動能；Hhyd：氣體的流動損失；Hpol：氣體的多變能量頭（靜壓能頭增量）。二離心壓縮機的工作原理

多變效率ηpol

：iii級效率iv多變能量頭係數

等熵（絕熱）效率ηs：等溫效率ηt

：v效率的比較

比較效率高低時，注意：應在運行工況、氣體壓縮熱力過程和通流部件的進出口都相同的前提下進行比較。二離心壓縮機的工作原理（2）多級壓縮機的功率和效率i多級離心壓縮機的內功率ii多級離心壓縮機的效率

內效率：各級效率的平均值。

等溫效率（中間冷卻）：

內功率：各級總功率之和。二離心壓縮機的工作原理

機械損失Nm

：在軸承、密封、聯軸器以及齒輪箱中引起的機械摩擦損失iii軸功率和機械效率iv原動機的輸出效率

軸功率NZ：原動機所傳遞給壓縮機軸端的功率。其中，ηm為機械效率

原動機的額定功率：三離心壓縮機的性能、調節與控制離心壓縮機的性能壓縮機的喘振壓縮機的堵塞工況性能曲線壓縮機與管網聯合工作相似理論在壓縮機中的應用離心壓縮機的調節方法及特點主要內容三離心壓縮機的性能、調節與控制（1）壓縮機的喘振工況——最小流量工況

★

旋轉脫離（以B葉道為例）i喘振的機理1.離心壓縮機的性能

流量減少→沖角i很大→非工作面上邊界層嚴重分離→有效通道減小→氣體向兩側分流：流向A葉道的沖角減小，邊界層分離情況緩解；流向C葉道的沖角增大，邊界層分離情況嚴重結論：分離團按葉輪旋轉的反方向作旋轉移動，其旋轉運動的角速度小於葉輪的角速度

流量進一步減少→大分離團佔據葉道的大部分→排出壓力大幅下降→壓縮機減為零流量→管網氣體倒流入壓縮機，壓力下降→壓縮機開始排氣→管網壓力升高→旋轉分離→喘振。★

喘振現象

該過程正流、倒流周而復始，這種週期性的低頻率、大振幅的氣流振盪現象，稱為喘振。ii喘振的危害壓縮機的壓力和效率顯著降低；出現異常的雜訊、爆音；引起振動，導致壓縮機的軸承和密封損壞。三離心壓縮機的性能、調節與控制iii防喘振的措施

該方法增加了壓縮機的流量，但浪費了部分壓縮功，多消耗了能量，也損失了部分氣體。

★

部分氣流放空法三離心壓縮機的性能、調節與控制

該方法適於處理有毒、易燃、易爆等不宜放空的氣體，但也浪費了部分壓縮功。

★

部分氣流回流法三離心壓縮機的性能、調節與控制

★

降低壓縮機的轉速，可使流量減少而不發生喘振現象

★

設置導葉轉動機構，避免流量減少時進氣沖角過大而引發喘振。

★

操作人員嚴格監控，及時報警處理。（2）壓縮機的堵塞工況——最大流量工況

級中流道某最小截面處氣體達到臨界狀態，此時氣體流量已達最大，不可能再增加。

流量增大使葉片工作面上發生分離，當流量達最大值時，葉輪做功全變為能量損失，壓力不再升高。三離心壓縮機的性能、調節與控制（3）壓縮機的性能曲線i壓縮機性能的主要參數qvin/(m3/min)流量（qv

或qm）壓力比ε（排氣壓力p、壓差Δp、能量頭H）效率η功率N

隨著進氣量的變化，其他各性能參數將發生相應的變化，所以常以曲線形式來表現壓縮機的性能變化關係，即壓縮機的性能曲線。

工況：性能曲線上的某一點即為壓縮機的某一運行工作狀態，簡稱工況。三離心壓縮機的性能、調節與控制

通常將曲線上效率最高的點稱為最佳工況點，一般是壓縮機設計計算的工況點。

選用壓縮機時，應儘量使其運行在最佳工況點上，以減少能耗。ii最佳工況點iii穩定工作範圍

在喘振工況（最小流量）和堵塞工況（最大流量）之間的區域稱為壓縮機的穩定工作範圍。

壓縮機變工況的穩定工作範圍越寬越好。三離心壓縮機的性能、調節與控制隨著流量的減小，壓縮機能提供的壓力比增大，在最小流量時，壓力比達最大；離心壓縮機有最大流量和最小流量兩個極限值，排出壓力也有最大值和最小值；效率曲線有最高效率點，即最佳工況點，一般也是壓縮機的設計工況點；功率曲線一般隨流量增加而向上傾斜，但當ε-qv曲線向下傾斜很快時，功率曲線也可能先向上傾斜而後逐漸向下傾斜。iv離心壓縮機性能曲線的特點三離心壓縮機的性能、調節與控制v離心壓縮機性能曲線的變化規律三離心壓縮機的性能、調節與控制

離心式壓縮機的性能曲線隨著氣體介質、進氣狀態、轉速而發生變化。vi離心壓縮機性能曲線的測試開始時調節閥全開，即達壓縮機的最大流量；將閥門逐漸關小，即依次減小流量，記錄測量數據；直到壓縮機出現不正常情況，即喘振工況，此時流量為壓縮機的最小流量。三離心壓縮機的性能、調節與控制壓縮機的性能曲線大多是由實驗獲得的。管網：一般是指壓縮機連接的進氣管路、排氣管路以及這些管路上的附件及設備（容器、閥件等）的總稱。對於離心式壓縮，管網只是指壓縮機後面的管路及全部裝置。三離心壓縮機的性能、調節與控制（4）壓縮機與管網聯合工作ppr三離心壓縮機的性能、調節與控制i管網特性曲線——管網阻力曲線管網特性曲線：管網情況一定時，通過管網的氣體流量與保證這個流量通過管網所需要的壓力之間的關係曲線，即p＝f（qv）管網終端的壓力可表示為：p＝pr＋Δp＝

pr

＋Aqv2其中pr：氣體被送入的設備的內壓力

Δp：包括管網中的摩擦損失和局部阻力損失；

A：總阻力的計算係數ii壓縮機與管網聯合工作——壓縮機的工作點三離心壓縮機的性能、調節與控制穩定工作點：壓縮機排氣量＝管網進氣量壓縮機的排壓＝管網需要的端壓1，1a，1b－不同閥門開度下的管網特性曲線；2，3－壓縮機特性曲線。

用“小擾動法”分析壓縮機平衡工況的穩定性，如果小擾動過後，工況仍回到原來的平衡工況點，則工況是穩定的；否則是不穩定的。iii平衡工況的穩定性三離心壓縮機的性能、調節與控制

壓縮機串聯工作可增大氣流的排出壓力，壓縮機並聯工作可增大氣流的輸送流量。vii壓縮機的串聯和並聯工作三離心壓縮機的性能、調節與控制vi壓縮機變工況工作下的喘振現象三離心壓縮機的性能、調節與控制（1）壓縮機出口節流調節

即調節壓縮機出口管路中的閥門開度，以改變管網特性曲線，來適應工藝流程對流量或壓力的特定要求。2.壓縮機的各種調節方法及其特點特點：（1）不改變壓縮機的特性曲線；（2）減小或增大閥門開度，可減小或增大流量；（3）該方法簡單易行，操作方便；（4）要產生閥門節流損失，使系統效率下降，經濟性差。三離心壓縮機的性能、調節與控制（2）壓縮機進口節流調節改變進氣管中的閥門開度，可改變壓縮機性能曲線的位置，從而達到改變輸送氣體的流量或壓力的調節目的。特點：（1）節省功率；（2）使壓縮機能夠在更小流量下穩定工作；（3）節流阻力帶來一定的壓力損失，導致排氣壓力降低。進氣壓力與流量的關係曲線壓縮機的性能曲線三離心壓縮機的性能、調節與控制（3）採用可轉動的進口導葉調節特點：（1）調節範圍大，經濟性好；（2）可轉動導葉的機構比較複雜。

在壓縮機葉輪入口前設置一圈可繞本身軸線轉動的導向葉片，改變導向葉片的角度，可改變進入葉輪葉道的氣流方向，產生不同程度的預旋（正預旋和負預旋），從而改變壓縮機的性能曲線，達到調節工況的目的。三離心壓縮機的性能、調節與控制（4）採用可轉動的擴壓器葉片調節採用可轉動的擴壓器葉片，可改變擴壓器葉片的進口角，從而改變壓縮機的性能曲線。特點：（1）可很好地滿足流量的調節要求，經濟性好；（2）對壓力調節的作用較小，調節機構結構複雜。三離心壓縮機的性能、調節與控制（5）改變壓縮機轉速的調節當原動機可改變轉速時，可調節轉速來改變壓縮機的性能曲線位置，以實現變工況要求。特點：具有壓力、流量調節範圍大，不產生其他附加損失的優點；當轉速減小時，喘振邊界線向小流量方向移動，擴大了穩定工況範圍；適用於汽輪機、燃氣輪機驅動的壓縮機；對電動機驅動的，則需配備變頻調速機構，設備複雜化，且價格昂貴。三離心壓縮機的性能、調節與控制（1）相似理論的應用價值3.相似理論在離心壓縮機中的應用三離心壓縮機的性能、調節與控制（2）離心壓縮機流動相似理論應具備的條件三離心壓縮機的性能、調節與控制（3）符合相似條件的性能換算四離心式壓縮機的可靠性1.

葉輪強度確保葉輪安全運行的措施：選擇優質材料；選擇優良的製造工藝；控制葉輪圓周速度;進行葉輪強度計算。2.轉子臨界轉速

臨界轉速：轉子角速度與轉子彎曲振動的固有頻率相重合，則轉子發生共振導致破壞。此時轉子的轉速稱為臨界轉速。遠離臨界轉速，可保證轉子不發生共振，運轉平穩。

方法：計算轉子臨界轉速，按要求校核。四離心式壓縮機的可靠性

3.軸向力的平衡（a）葉片對稱排列（b）設置平衡盤四離心式壓縮機的可靠性（c）選擇止推軸承（d）葉輪輪盤背面加筋四離心式壓縮機的可靠性4.軸端密封（1）機械密封（2）浮環油膜密封五離心式壓縮機的選型（1）產品應達到的技術指標1.選型的基本原則i性能指標流量：品質流量qm（kg/h）或進口容積流量qvin（m3/h）壓力比：壓縮機出口法蘭處的壓力與進口法蘭處壓力之比效率：一般採用多變效率、機械效率功率明確經常運行的工況點：使經常運行工況點的流量與壓力比處於最佳工況點（設計製造時用到餘量係數）ii安全指標主要零部件的選材、不平衡量、主要零部件的間隙、振動值等（2）產品的經濟指標產品價格供貨時間使用壽命（3）考慮性能調節方式（4）設備及儀錶的配備閥門調節、變轉速調節、導葉調節等五離心式壓縮機的選型中間冷卻器、檢測系統、控制系統等軸流式壓縮機的工作原理及特點2.選型分類五離心式壓縮機的選型

裝在轉鼓上的動葉片對氣體做功；裝在殼體上的靜葉片起導流和擴壓作用，二者構成一個基元級。i軸流式壓縮機的工作原理五離心式壓縮機的選型ii軸流式壓縮機的特點五離心式壓縮機的選型軸流式壓縮機進口截面積比離心式壓縮機葉輪進口的截面積大的多，且流速高，所以其處理的氣體量比離心式壓縮機大得多。軸流式壓縮機中氣流的方向平行於軸線，徑向分速度為零，基元級提供的理論功少，所以其不適用於壓力比較高的場合。軸流式壓縮機中氣流流經動靜葉片的流線彎曲小，路程短，機翼型葉片的流動損失小，所以其效率很高。當流量變化時，軸流式壓縮機的級內會造成很大的衝擊損失，所以其對變工況的適應能力較差。（1）按流量和壓力選型2.選型分類五離心式壓縮機的選型i按流量選型窄葉輪的離心壓縮機雙吸葉輪式壓縮機三元葉輪式壓縮機軸流式壓縮機ii按壓力選型壓縮機：0.2MPa以上鼓風機：0.115～0.2MPa通風機：0.115MPa以下五離心式壓縮機的選型（2）按工作介質選型壓縮輕氣體所需的壓縮功大，可選用較多級數的壓縮機或多缸串聯的壓縮機機組；或適當提高葉輪速度、增加葉輪的葉片數等。壓縮重氣體所需的壓縮功小，可選用較少級數的壓縮機或單級離心壓縮機。當工作介質易燃、易爆、有毒或排氣壓力很高，須選用具有嚴密軸端密封裝置的壓縮機；對排氣溫度有限制的，需選用帶有中間冷卻器的壓縮機。若氣體中含有固、液兩相介質時，應選用葉輪具有良好耐磨損、耐銹蝕的壓縮機。五離心式壓縮機的選型（3）按結構特點選型五離心式壓縮機的選型按壓縮機的結構：單級、多級、多列、多缸、多級多軸等按氣缸結構：剖分式、高壓筒型等按葉輪結構：閉式後彎型、半開式徑向直葉輪、三元葉輪、長短葉片相間的葉輪、順排或對排葉輪等按擴壓器結構：無葉片式、有葉片式3.選型方法五離心式壓縮機的選型本章小結一離心壓縮機的典型結構

瞭解：離心壓縮機的主要組成部分及結構；葉輪結構及類型。

掌握：“級”的典型結構及作用；轉子軸向力的產生及平衡盤工作原理。二離心壓縮機的工作原理

掌握：氣流在葉輪中流動的速度三角形；四個方程的含義及基本運算式；級內的能量損失及原因、級的總能量分配情況。

應用：能夠利用四個方程進行簡單計算。三離心壓縮機的性能、調節與控制

掌握：喘振的機理、危害及防止措施；壓縮機的性能曲線；壓縮機與管網聯合工作；壓縮機壓力和流量的調節方法。瞭解：離心式壓縮機的相似理論及應用。四離心壓縮機的可靠性

掌握：臨界轉速、軸向力平衡措施、機械密封及浮環油膜密封原理五離心壓縮機的選型

容積式壓縮機一往復壓縮機概述往復壓縮機的總體結構往復壓縮機的工作原理往復壓縮機的特點一往復壓縮機概述1.總體結構組成：氣缸活塞（活塞環）進、排氣閥連杆曲軸一往復壓縮機概述組成：氣缸、活塞(活塞環)、進排氣閥、活塞杆、十字頭(銷)、連杆、曲軸、一往復壓縮機概述L型空氣壓縮機組成：氣缸活塞（活塞環）進排氣閥活塞杆（填料）十字頭曲軸連杆平衡重中間冷卻器一往復壓縮機概述

工作腔部分：處理氣體

氣缸（缸蓋）活塞（活塞環、活塞杆或填料密封）氣閥（進氣閥和排氣閥）傳動部分：驅動活塞往復運動

曲軸連杆十字頭（銷）機身部分：支撐氣缸與傳動部分輔助設備

潤滑系統冷卻系統（缸套、中間冷卻器）管路系統往復壓縮機的基本結構組成：一往復壓縮機概述

機身氣缸體氣缸蓋氣缸座一往復壓縮機概述活塞與活塞杆相連與連杆相連一往復壓縮機概述活塞環和活塞杆一往復壓縮機概述氣閥一往復壓縮機概述曲軸平衡重一往復壓縮機概述連杆一往復壓縮機概述連杆的連接一往復壓縮機概述十字頭及銷填料密封一往復壓縮機概述一往復壓縮機概述2.往復壓縮機的工作原理一級（或一個迴圈）：進氣壓縮排氣往復式壓縮機——雙作用式氣缸一往復壓縮機概述左氣缸進氣壓縮(排氣)右氣缸壓縮(排氣)進氣往復式壓縮機——級差式氣缸一往復壓縮機概述一往復壓縮機概述3.往復壓縮機的特點

排氣壓力與流量的關係不大，工作穩定性較好；工作性能與氣體性質關係不大，故適應性較強；容易達到較高的壓力；熱效率較高；結構較複雜，易損壞零件較多氣體吸入和排出是間歇的，容易引起氣柱及管道的振動。各類壓縮機的適用範圍二往復壓縮機的工作過程

壓縮機的理論迴圈壓縮機的實際迴圈多級壓縮壓縮機的理論迴圈1.基本概念一級：被壓縮氣體進入工作腔完成一次氣體壓縮稱為一級，包括進氣、壓縮、排氣等過程，也稱為一個工作迴圈。進程：活塞向“外止點”運動時，稱為進程。回程：活塞向“內止點”運動時，稱為回程。行程：活塞從一個止點到另一個止點的距離稱為行程“s”。外止點內止點

氣體通過進排氣閥時無壓力損失，進、排氣壓力沒有波動，保持恒定；在排氣過程終了時，缸內的氣體被全部排出；工作腔作為一個孤立體與外界無熱交換；氣體壓縮過程指數為定值；氣體無洩漏。2.理論迴圈的特徵壓縮機的理論迴圈壓縮機的理論迴圈4123外止點內止點41：進氣過程12：壓縮過程23：排氣過程理論工作迴圈過程：壓－容圖3.理論工作迴圈過程壓縮機的理論迴圈4.理論迴圈的壓縮功（1）理論進氣量V1和行程容積VS壓縮機的理論迴圈（2）指示功（迴圈消耗的外功）Wi絕熱壓縮理論迴圈指示功：等溫壓縮理論迴圈指示功：多變壓縮理論迴圈指示功：其中，K為絕熱指數其中，m為過程指數

從壓縮機的功耗看：等溫壓縮過程的功耗最少，絕熱壓縮的功耗最多。“－”表示外界作功

任何工作腔都存在餘隙容積；壓縮機的實際迴圈1.實際迴圈的特點（容積係數）排氣閥餘隙容積氣缸蓋進氣閥活塞環氣缸P2P1

餘隙容積V0：活塞在止點時，氣缸中殘留氣體所占的壓縮腔容積餘隙容積包括：活塞與氣缸的間隙容積；氣閥片的通道容積；活塞頂部至第一活塞環間的容積氣體流經進排氣閥和管道時必然有摩擦，由此產生壓力損失；壓縮機的實際迴圈1.實際迴圈的特點（壓力係數）

進氣時，氣缸內壓力P一般低於進氣管道壓力P1;

排氣時，氣缸內排氣壓力P高於排氣管道壓力P2;

氣體與各接觸壁間存在溫差，導致不斷有熱量吸入和放出；壓縮機的實際迴圈1.實際迴圈的特點（溫度係數）

進氣時，氣體溫度低於氣缸壁，氣體吸熱;

壓縮過程中，吸熱壓縮絕熱壓縮放熱壓縮排氣時，氣體溫度高於氣缸壁，氣體放熱。

氣缸容積不可能絕對密封；

漏氣：進、排氣閥；活塞環與氣缸壁間；填料密封

閥室容積不是無限大。

進排氣系統：進氣過程壓力逐漸降低；排氣過程壓力逐漸升高（洩漏係數）壓縮機的實際迴圈實際工作迴圈過程：cd：膨脹過程da：進氣過程ab：壓縮過程bc：排氣過程2.實際工作迴圈過程實際迴圈的進氣量一定少於理論迴圈進氣量。壓縮機的實際迴圈3.實際迴圈的進、排氣量（1）容積係數λv——存在餘隙容積V0其中：α＝V0/VS；相對餘隙容積

ε＝p2/p1；名義壓力比

m：膨脹指數容積係數λv是小於1的係數，表徵了餘隙容積對氣缸吸氣能力的影響壓縮機的實際迴圈（2）壓力係數λp——進、排氣閥有壓力損失影響壓力係數的主要因素：

吸氣閥處於關閉狀態時的彈簧力進氣管道中的壓力波動（3）溫度係數λT——氣體與工作腔壁有熱交換pa：進氣結束時工作腔內的壓力

該級的壓力比；氣體的性質及氣缸的冷卻程度。影響溫度係數的主要因素：Ta：進氣結束時工作腔內的溫度壓力係數λp表示壓力降低對進氣量減小的影響程度。溫度係數λT表示進入氣缸的氣體由於吸熱膨脹而使進氣量減小的程度。壓縮機的實際迴圈（4）洩漏係數λl——氣缸並非絕對密封

有油潤滑壓縮機一般取0.90～0.98

無油潤滑壓縮機一般取0.85～0.95（5）實際迴圈進氣量VS’和排氣量Vd其中：，稱為排氣係數氣缸的活塞環；氣閥；填料密封主要的洩漏部位：其中：，稱為吸氣係數壓縮機的實際迴圈4.實際迴圈指示功Wi其中：δs,δ0：進氣相對壓力損失和總的相對壓力損失對理想氣體對實際氣體注：實際氣體的指示功也可由P-V圖直接近似計算。（查圖2-14確定）1.多級壓縮的定義

多級壓縮是將氣體的壓縮過程分若干級進行，並在每級壓縮之後導入中間冷卻器進行冷卻。P1P2多級壓縮L型氮氫氣壓縮機多級壓縮2.多級壓縮的優缺點缺點：級數過多，結構複雜；級間管路增加，阻力損失增加，功耗增加；操作與維修困難等。優點：

節省壓縮氣體的指示功；可以降低排氣溫度；

排氣溫度：可以提高容積係數λv

；可以降低活塞力。多級壓縮3.級數的選擇

大、中型壓縮機：以最省功為原則；小型壓縮機：以每級允許的排氣溫度或結構緊湊為原則；特殊氣體（易燃易爆等）：取決於每級允許的排氣溫度；往復壓縮機級數與終壓間的關係1234級數0.3～10.6～61.4～153.6～40終壓MPa5～615～100780～150多級壓縮最佳級數：從省功角度——整個機器的等溫指示效率最高參見圖（2－19）4.壓力比的分配其中，Z：壓縮機級數；pd

和ps分別為排、進氣壓力。注意：實際中，為了平衡活塞力，可適當調整等壓比原則；為增加進氣量，第一級壓力比可取小些；為方便氣量調節，最末一級也取小些。

多級壓縮過程中，常取等壓比原則分配壓力比。則各級壓力比為：

在理想條件下，對多級壓縮機，取各級壓力比相等即為省功的最佳壓力比。（證明過程參見相關參考書）多級壓縮三熱力性能三熱力性能1.吸、排氣壓力定義吸氣壓力——壓縮機第一級吸入管道處的氣體壓力；排氣壓力——壓縮機末級排出接管處的氣體壓力。注意：壓縮機銘牌上的排氣壓力指的是額定值；壓縮機的實際吸、排氣壓力可以在較大允許範圍內變化；吸氣壓力一般與工作過程無關，實際排氣壓力則由排氣系統的壓力（即“背壓”）決定；注意區別壓縮機的“排氣壓力”和“級間壓力”。2.排氣溫度定義

壓縮機的排氣溫度是指壓縮機末級排出氣體的溫度，應在末級氣缸排氣法蘭接管處測得。各級的排氣溫度應在相應級的排氣管處測得。每一級的排氣溫度計算：注意：要瞭解限制排氣溫度的必要性：保證良好的潤滑，避免“積炭”；考慮氣體自身性質。可通過加強氣缸的冷卻、降低過程指數m或壓力比ε降低排氣溫度。注意區分“排氣溫度”和“壓縮終了溫度”。三熱力性能三熱力性能3.容積流量（排氣量）定義容積流量通常是指單位時間內壓縮機最後一級排出的氣體，換算到第一級進口壓力和溫度時的氣體容積值，單位為m3/min或m3/h；通常用qv表示。注意：計算容積流量時，對於實際氣體要考慮其壓縮性係數；折算容積流量時，要將中途分離出去的氣體（水分）體積加進去，而將中途添加進的氣體體積扣除。容積流量並不真正反映壓縮機的供氣能力。壓縮機銘牌上的容積流量指的是額定工況時的容積流量。三熱力性能容積流量的計算公式1其中，qvd：末級排出的氣體量，m3/min；

下標s1

：第1級進口狀態下的壓力和溫度；

下標d：末級狀態下的壓力和溫度；

Z：壓縮性係數，對理想氣體值為1；

qvφ：分離的水分換算到第1級進口狀態的容積流量，m3/min；

qvc：中途除掉的氣體換算到第1級進口狀態的容積流量，m3/min；若為加入的氣體，則取負值。三熱力性能容積流量的計算公式2其中，VS1：第一級氣缸的行程容積，m3；：第一級氣缸的容積係數；：第一級氣缸的壓力係數；

：第一級氣缸的溫度係數；：第一級氣缸的洩漏係數；

n：壓縮機的轉速，r/min。三熱力性能4.供氣量（標準容積流量）定義將容積流量折算到標準狀態（1.013×105Pa，0℃）時的幹氣容積值，稱為供氣量或標準容積流量。供氣量與容積流量的關係：其中，qv：壓縮機的容積流量，m3/min；

P0、T0和

Ps1、Ts1

：標準狀態及進口狀態的壓力和溫度；

φ：相對濕度；

PSa1：進氣溫度下的水蒸氣的飽和蒸汽壓。5.各級工作容積的確定其中，qv：壓縮機的容積流量，m3/min；

ηv1

：第一級的容積效率；n：壓縮機轉速，r/min第一級的工作容積為：任意i級的工作容積為：其中，下標1和i分別表示壓縮機的第1級和第i級；

λc：任意i級前的抽氣係數，若無抽氣工藝時值為1；

λψ

：任意i級析水系數；

ZS：壓縮性係數，對理想氣體值為1三熱力性能三熱力性能6.功率軸功：即主軸需要的總功，是直接用於壓縮氣體的指示功和用於克服機械摩擦的摩擦功之和。功率：單位時間所消耗的功，單位為W或kW。壓縮機任意j級的指示功率——理想氣體：壓縮機任意j級的指示功率——實際氣體：指示功率：Ni＝（nWi）

/60軸功率：Nz＝Ni/ηm

（ηm為壓縮機的機械效率）

壓縮機總的指示功率：三熱力性能7.效率機械效率：指示功率與軸功率之比。即：等溫效率：包括等溫指示效率和等溫軸效率。等溫指示效率ηi-is

：壓縮機理論等溫迴圈指示功與實際迴圈指示功之比。

等溫軸效率：也稱全等溫效率，是按照第一級進氣口溫度等溫壓縮到排氣壓力時的理論等溫迴圈指示功率與實際迴圈的軸功率之比。即：三熱力性能絕熱效率：包括絕熱指示效率和絕熱軸效率。絕熱指示效率：壓縮機的理論絕熱迴圈功與實際迴圈的指示功之比。即：

絕熱軸效率：理論絕熱迴圈指示功率與實際迴圈的軸功率之比。即：比功率：排氣壓力相同的機器，單位容積流量所消耗的功率。單位為kW/（m3/min）或kW/（m3/h）常用於比較同一類型壓縮機的經濟性。YOURSITEHERE四動力性能曲軸連杆機構的運動分析往復運動：活塞組件（活塞、活塞杆、十字頭等）平面擺動：連杆旋轉運動：曲軸YOURSITEHERE1.壓縮機中的作用力（1）慣性力原因：運動件的不等速往復運動；不平衡旋轉求解：運動件的品質

加速度慣性力（2）氣體力氣缸內氣體壓力隨曲柄轉角而變化作用在活塞上的氣體力為：（3）摩擦力摩擦力大小隨曲軸轉角而變化，方向與運動方向相反摩擦力比慣性力和氣體力要小的多，可不予考慮。四動力性能YOURSITEHERE2.機構運動簡化運動件的質點簡化：活塞組件：活塞銷或十字頭銷中心點——mP

曲柄：曲柄銷中心點——mc

連杆：大頭和小頭的軸承中心——ml’＋ml’’四動力性能YOURSITEHERE品質簡化：往復運動總品質：ms=mP＋ml’

旋轉運動總品質：mr=mc+ml’’l：連杆長度r：旋轉運動半徑四動力性能YOURSITEHEREA’：外止點D：內止點β：連杆的擺角l：連杆長度r：曲軸半徑ω：曲軸的角速度θ

：曲軸的轉角x：活塞的位移曲軸連杆機構的運動示意圖四動力性能YOURSITEHERE活塞位移x：活塞速度v：活塞加速度a：（1）慣性力計算3.各作用力計算四動力性能YOURSITEHERE旋轉慣性力FIr

：往復慣性力FIs：方向

：始終作用於氣缸軸線方向，大小呈週期性變化。方向

：始終沿曲柄半徑方向向外，大小不變。注意

：在兩止點處，慣性力最大；且一階慣性力比二階大很多。壓縮機轉速改變時，應重視慣性力對壓縮機的影響。四動力性能YOURSITEHERE（2）氣體力計算注意

：ps側可能為雙作用或級差式氣缸的工作腔氣體壓力，也可能是大氣壓或平衡腔壓力。氣缸工作腔的氣體壓力隨曲軸轉角θ而變化。（3）摩擦力計算

摩擦力Ff較氣體力和慣性力小得多，可忽略不計；也可按經驗計算（見教材式2－56和2－57）。四動力性能YOURSITEHERE3.作用力的合成（1）綜合活塞力

氣體力Fg、往復慣性力FIs、往復摩擦力Ffs都沿氣缸中心軸線作用，其合力稱為綜合活塞力FP：注意

：當壓縮機在止點位置時，Fp通常被稱為最大活塞力，但不是最大綜合活塞力。分析壓縮機零部件強度時，常用最大活塞力來計算。四動力性能YOURSITEHERE連杆力

：側向力

：綜合活塞力Fp在十字頭銷中心A的作用：（2）力的分析四動力性能YOURSITEHERE連杆力Fl對曲軸：

主軸承上的力Fl：分解為水準分力FN和垂直方向分力FP

阻力矩My：側向力

FN：作用於主軸承上的離心力

FIr：作用力的進一步分析：側覆力矩MN：作用於主軸承中心，方向與曲軸旋轉方向相反作用於壓縮機機身上，方向與曲軸旋轉方向相同四動力性能YOURSITEHERE4.各力對壓縮機的作用（1）氣體力－內力（2）慣性力－自由力（3）側覆力矩－自由力矩（4）阻力矩：

氣體力只使氣缸和機身等部分、以及它們之間的連接螺栓等承受拉伸或壓縮載荷，在機器內部被平衡，稱為內力。往復慣性力和旋轉慣性力都能引起機器振動—多列、平衡重側覆力矩能造成機器振動—和驅動機構成整體或處於同一基礎

在每一轉的每一瞬間，會使主軸產生短暫的加速和減速現象——可增加飛輪平衡四動力性能YOURSITEHERE（1）旋轉慣性力的平衡——平衡重平衡重的品質：（