过程流体机械复习资料
《过程流体机械》复习资料第1章绪论
1．流体机械按其能量的转换形式可分为（原动机）和（工作机）二大类。
2．按工作介质的不同，流体机械可分为（压缩机）、（泵）和（分离机）。
3．按流体机械工作原理的不同，可分为（往复式）和（旋转式）流体机械。
4．将机械能转变为（气体）的能量，用来给（气体）增压与输送的机械称为压缩机。
5．将机械能转变为（液体）的能量，用来给（液体）增压与输送的机械称为泵。
6．用机械能将（混合介质）分离开来的机械称为分离机。
7．过程是指事物状态变化在时间上的持续和空间上的延伸，它描述的是事物发生状态变化的经历。
第2章容积式压缩机
1．容积式压缩机的工作原理是依靠工作腔容积的变化来压缩气体，因为它具有容积可周期变化的工作腔。
2．容积式压缩机的主要特点：①工作腔的容积变化规律只取决于机构的尺寸，机器的压力与流量关系不大，工作的稳定性较好；②气体的吸入、排出与气体性质无关，故适应性强、易达到较高压力；③机器热效率高（因为泄漏少）；
④结构复杂，往复式的易损件较多；⑤气体脉动大，易引起气柱、管道振动。
3．容积式压缩机按结构型式的不同分为（往复式）和（回转式）压缩机。
4．往复式压缩机由（工作腔）、（传动部分）、（机身部分）和（辅助设备）四部分组成。
5．往复式压缩机的工作腔部分主要由（气缸）、（活塞）和（气阀）构成。
6．活塞通过（活塞杆）由传动部分驱动，活塞上设有（活塞环）以密封活塞与气缸的间隙。
7．（填料密封）用来密封活塞杆通过气缸的部位。
8．往复式压缩机的传动部分是把电动机的（旋转）运动转化为活塞的（往复）运动。
9．往复式压缩机的传动部分一般由（曲柄）、（连杆）和（十字头）构成。
10．汽缸的基本形式：
①单作用:活塞只有一个工作面，活塞和汽缸构成一个工作腔。
②双作用：活塞有两个工作面，活塞和汽缸构成两个工作腔（两个工作腔进行相同级次的压缩）
③级差式：活塞和汽缸构成两个或两个以上工作腔（工作腔内进行不同级别的压缩）
11．级：完成一次气体压缩称为一级。
12．平衡腔：不进行气体的压缩的容积腔，其中通入适当压力的气体，以使活塞往返行程中的活塞力比较均衡。
13．列：把一个连杆对应的一组汽缸及相应动静部件称为一列。一列可能对应一个汽缸，也可能对应串在一起的几个汽缸。根据汽缸中心线与地平面的相应位置，可分为：立式、卧式、角度式。
14．级的理论循环的特点：
①气阀无压力损失，且进、排气压力无波动。
②压缩过程为绝热或等温过程。
③所压缩气体为理想气体，压缩过程指数为定值。
④被压缩气体全部排出汽缸。
⑤无泄漏。
15．级的实际循环与理想循环的差别：
①气缸有余隙容积存在
②进、排气通道及气阀有阻力
③气体与气缸各接触壁面间存在温差
④ 气缸容积不可能绝对密封
⑤ 阀室容积不是无限大
⑥ 实际气体性质不同于理想气体 ⑦ 在特殊的条件下使用压缩机 16． 理想容积系数： 17． 实际气体容积系数：
18． 实行多级压缩的理由：节省压缩气体的指示功；降低排气温度；提高容积系数；降低活塞上的气体力。
19． 单级的最佳压力比（P23）级的等温指示效率。
20． 吸气/排气压力：往复压缩机的吸气和排气压力分别指第一级吸入管道处和末级排出接管处的气体压力，因为压缩
机采用的是自动阀，气缸内的压力取决于进、排气系统中的压力，即由“背压”决定。所以吸、排气压力是可以改变的。（压缩机铭牌上的吸、排气压力是指额定值，实际上只要机器强度、排气温度、电机功率和气阀工作许可，他们是可以在很大范围内变化的。）
21． 排气量 也称为容积流量或输气量，指在单位时间内经压缩机压缩后在压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级
进口状态的压力和温度时的气体容积值，单位是M3/min 或M3/h 。
22． 供气量 也称标准容积流量，是指压缩机单位时间内排出的气体容积折算到基准状态时的干气体容积值。
23． 压缩机的热效率：
① 等温指示效率 压缩机理论等温指示循环功与实际循环指示功之比，反映了压缩机实际耗功与最小接近程度，即经济性。
② 等温轴功率 理论等温指示功与轴功之比。
③ 绝热指示效率 理论绝热循环指示功与实际循环指示功之比。
④ 绝热轴效率 理论绝热循环指示功与轴功之比，简称绝热效率。
24． 比功率：压缩机单位排气量消耗的功率之比。（比转速是离心泵中的概念）
25． 压缩机中的惯性力可分为（旋转）惯性力和（往复）惯性力。
26． 压缩机正常运转时，产生的作用力主要有三类：（1）（气体力）；（2）（惯性力）；（3）（摩擦力）。
27． 往复惯性力可看作为（一阶往复）惯性力和（二阶往复）惯性力之和。一阶往复惯性力的变化周期为（曲轴旋转一
周的时间）；二阶往复惯性力的变化周期为（一阶之半）。
28． 往复惯性力始终作用于该气缸（轴线）的方向，仅其大小随曲轴转角周期地变化。
29． 旋转惯性力的作用方向始终沿曲柄半径方向（向外），故其方向随曲轴旋转而（变化），而大小（不变为定值）。
30． 惯性力平衡主要目的是解决和减轻压缩机与基础的振动问题。
31． 惯性力的平衡问题：
a. 旋转惯性力可以通过在曲柄反方向上加装平衡质量m0来平衡。
b. 单列往复压缩机的往复惯性力不能用平衡重的方法平衡。
c. 多列往复压缩机,可以通过合理布置压缩机的整体结构,使往复惯性力和力矩得到全部或部分平衡。（合理地配
置各列曲拐间的错角；在同一曲拐上配置几列气缸，合理配置各列气缸中心线间的夹角，使合成往复惯性力
为一个大小不变的径向力，然后用加装平衡质量的方法解决。）
32． 飞轮设计的原因：为了使压缩机的旋转不均匀度适当，必须在压缩机设计时采取相应的措施，除了合理配置多列压
缩机各列的排列外，通常还采用加装飞轮平衡重的方法，以增大机器的转动惯量。
33． 压缩机的容积流量调节（论述题）（调节依据，原理方法P57）
用气部门的耗气量可能是变化的，当耗气量与压缩机容积流量不相等时，就要对压缩机进行流量调节，以使压缩机的容积流量适应耗气量的需求。
气量调节的理论基础：qv=n*Vs*λv*λp*λt*λl 。
压缩机的容积流量调节主要包括（从驱动机构【转速】调节）、（从气体管路调节）和（压开进气阀调节）、（从气缸余隙调节)。 从驱动机构（转速）调节： 降低压缩机转速，可以减少排气量，功率也按比例降低。此方法经济方便，关键驱动机转速可调。
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从气体管路调节：在压缩机进气管上设置减荷阀，用调节减荷阀的开度来控制进气量。这种调节方法结构简单，经济性较好，主要用于中、小型压缩机的气量的间歇调整。
压开进气阀调节（从气阀进行调节）：顶开进气阀，增加气缸的外泄漏量。分为完全顶开进气阀和部分顶开进气阀两种调节方法。调节方便，功耗较小，但阀片频繁受冲击，气阀寿命下降。 从气缸余隙调节：通过增加气缸的余隙容积从而减小容积系数的方法来调节进气量。余隙容积可分为固定容积式和可变容积式。此调节方法基本不增加功耗，结构较简单，是大型压缩机气量调节经常采用的方法。
第3章 离心式压缩机
1.
速度式压缩机通常借助做高速旋转的叶轮，使气体获得很高的速度，然后让气体急剧降速，使气体的动能转变为压力能。按气体在叶轮内的流动方向不同，可分为离心式和轴流式。 2.
离心式压缩机按照零部件的运动方式可概括为（转子）和（定子）两大部分。 3.
转子包括转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、平衡盘、推力盘及联轴器等零件。 4.
定子是压缩机的固元件，由扩压器、弯道、回流器、蜗壳及机壳组成，也称固定部件。 5.
离心压缩机的级：是离心压缩机实现气体压力升高的基本单元，由一个叶轮和一组与其相配合的固定元件组成。 6.
离心压缩机的段：每一进气口到排气口之间的“级”组成一“段”，每个“段”通常由一个或几个“级”组成。（ “段”之间设置中间冷却器，以减少功耗）。 7.
离心压缩机的级分为三种型式，即（首级）、（末级 ）和（中间级）。 8.
离心压缩机的中间级由（叶轮1）、（扩压器2）、（弯道3）、（回流器）组成。 9. 离心压缩机的首级由（吸气管 ）和（中间级）组成。
10. 离心压缩机的末级由（叶轮 ）、（扩压器）和（排气蜗壳）组成。
11. 特征截面：in-吸气管进口截面，0-叶轮进口截面；?-叶轮叶道进口截面；?-叶轮出口截面；?-扩压器进口截面；
④-扩压器出口截面，也即弯道进口截面；⑤-弯道出口截面，也即回流器进口截面；⑥-回流器出口截面；0’-本级出口截面，也即下一级的进口截面；⑦-排气涡室进口截面。
12. 叶轮是外界（原动机）传递给气体能量的部件，也是使气体增压的主要部件，不是唯一是气体增压的部件，是唯一
对气体做功的部件。
13. 离心叶轮的常见型式有（ 闭式叶轮）、（半开式叶轮）和（双面进气叶轮）叶轮。
14. 叶轮结构型式按叶片弯曲型式可分为（后弯型β2A<90）叶轮、（径向型β2A ＝90）叶轮和（前弯型β2A>90）叶轮。
15. 叶轮出口速度三角形由（牵连）速度、（相对）速度和（绝对）速度构成。
16. 扩压器的作用是让气流的动能有效地转化为压力能。
17. 离心压缩机的流动属于三元、不稳定的流动。其基本方程有连续性方程（P102）、欧拉方程（P103）。
18. 压缩机级中的能量损失主要有流动损失、漏气损失和轮阻损失。
19. 离心压缩机级内的流动损失分为摩阻损失、分离损失、冲击损失、二次损失和尾迹损失。
20. 漏气损失的原因：?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存
在间隙。
21. 级的总能量头分配示意图
22. 能量头的含义是什么，总能量头包含哪几部分？1kg 气体从叶轮中获得的能量称为能量头。总能量头包含理论能量头、轮阻损失能量头和叶轮漏气损失能量头三部分。
23. 离心压缩机的工作特性可简要地表示为，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。 24. 就压力比与流量的性能曲线而言，在一定转速下，增大流量，压缩机的压力比将下降，反之则上升。
25. 通常将曲线上的效率最高点称为最佳工况点。从节能的观点出发，要求选用机器时，尽量使机器运行在（最佳工况点上）或尽量靠近（最佳工况点上），以减小能量的消耗与浪费。
26. 压缩机的踹振机理：?旋转脱离（P115）；?压缩机的踹振（P116）。旋转脱离是踹振的前奏，而踹振是旋转脱离进一
步恶化的结果。发生踹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特性曲线有关。
27. 踹振的危害：压缩机的性能恶化，压力效率显着降低，机器出现异常噪声、吼叫和爆声；使机器出现强烈振动，致
Hl ：漏气损失；
Hdf ：轮阻损失； Hth ：气体的理论能量头；
ΔC2/2:气体获得的动能； Hhyd ：气体的流动损失； Hpol ：气体的多变能量头（静压能头增量）。
使机器的轴承、密封遭到损坏，甚至发生转子和固定部件的碰撞，造成机器的严重破坏。
28. 防踹振的措施：由于踹振对机器的危害严重，应严格防止压缩机进入踹振工况，一旦发生踹振，应立即采取措施消
除或停机。
① 操作者应具备标注踹振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩机工况点处在性能曲线图上的位置。为便于运行安
全，可在比踹振线的流量大出5%—10%的地方加注一条防踹振线，已提醒操作者注意； ② 降低运行转速，可使流量减少为不致进入踹振状态，但出口压力随之降低。
③ 在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，是流量减少时的进气冲角不致太大，从而避免发生踹振。 ④ 在压缩机出口设置旁通管道。
⑤ 在压缩机进口安置温度、流量监视仪表，出口安置压力监视仪表，一旦出现异常货踹振及时报警，最好还能与防踹振控制操作联动或紧急停车联动。
⑥ 运行操作人员应了解压缩机的工作原理，随时注意机器所在的工况位置，熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致于进入踹振状态。
29.
压缩机与管网联合工作（P117):压缩机工况点：压缩机特性曲线与管网特性曲线的交点。 30. 管网特性曲线决定于管网本身的（结构）和用户的要求。 31. 流动相似的相似条件是模型与实物机之间（几何）相似、（运动）相似、（动力）相似和（热力）相似。
32. 符合流动相似的机器其相似工况的（效率）相等。
33. 转速调节时压力和流量的变化都较大，从而可显着扩大（稳定工况区），且并不引起其他附加（损失），亦不附加其
他（结构），因而它是一种经济简便的方法。
34. 通过改变管网特性曲线的位置来调节压缩机的工况（P121-P122)。
35. 油膜振荡：当转子转速升高到2倍于第1阶临界转速时，此时半速涡动的角速度恰好等于第1阶临界转速，则转子
-轴承等于发生共振性振荡。
36. 油膜振荡的危害：转子—轴承系统振动，油膜破裂，轴承温度突然升高，导致转子和轴承损坏。?
37. 防止油膜振荡的方法：①提高转子刚度。主要是提高转子第一阶临界转速。②采用抑振性能良好的轴承，改变轴承
的结构或参数，不涉及整个系统的结构，相对来说较易实现，这包括：增加轴承压比；减小轴承间隙；采用抗振性好的结构型式。
第4章 泵
1.
泵：将机械能转变成液体（包括气液、固液、气固液等）的能量，用来增压输送液体的机械。 2. 泵的分类：按工作原理：?叶片式泵：离心式、轴流式、混流式、旋涡泵；?容积式泵：往复泵（活塞泵、柱塞泵等）、
回转泵（齿轮泵、螺杆泵、滑片泵等）；?其它：喷射泵、水锤泵、真空泵。按流体压力：低压泵（低于2MPa ）；中压泵（2～6MPa ）；高压泵（高于6MPa ）。
3.
离心泵的主要部件有吸入室、叶轮、蜗壳和轴，其他的还有轴向推力平衡装置和密封装置等。 4.
离心泵的命名。IS80-65-160：吸入口直径为80mm ，压出口直径为65mm ，叶轮直径为160mm 的单级单吸清水泵。（P155） 5.
离心泵的性能参数
扬程：泵使单位重量（N ）的液体获得的有效能量头，即泵抽送液体的液柱高度。符号H ，单位为m 。
有效功率：单位时间内液体从泵中获得的有效能量，用Ne 表示。
泵的能量损失：容积损失；水力损失；机械损失。 6. 汽蚀的机理：泵内的压力变化，在叶片入口附近K 处存在低压区；当K 处压力低于液体相应温度下饱和蒸汽压时，
液体汽化，产生气泡；随着叶轮做功压力上升，高于饱和蒸汽压时气泡凝结溃灭；周围液体瞬间冲击空穴，形成水击；金属表面因冲击疲劳而剥裂。
7.
汽蚀的危害：?使过流部件（主要是叶轮）表面被剥蚀破坏；?使泵的性能下降；?产生噪声和振动；④是水利机械向高速发展的障碍。 8. 汽蚀余量：又叫净正吸入压头，是表示汽蚀性能的主要参数，用NPSH 表示，单位是m 。吸入装置——有效汽蚀余
量NPSHa ；泵本身——必需汽蚀余量NPSHr 。
S A g s S H H g c H -?++=22)
(1000
kW H q g N v e ρ=
9. 当液体一定时，泵发生汽蚀是由吸入装置和泵本身两方面决定的。
10. 有效汽蚀余量是指液体自吸液罐到达吸入口（S-S ）后，高出汽化压力pv 所富余的部分能量头，用NPSHa 表示。NPSHa
与泵的吸入装置有关，而与泵本身无关。 11. 必需汽蚀余量：是指泵入口（ S-S ）到叶轮最低压力点K 处的静压头降低值，用NPSHr 表示。
12. 泵发生气蚀的判别式二：当NPSHa 大于NPSHr 时，不发生汽蚀；当NPSHa 等于
NPSHr 时，开始发生汽蚀；当NPSHa 小于NPSHr 时，发生严重汽蚀。 13. 提高离心泵抗汽蚀性能的措施：
（1）提高离心泵本身抗汽蚀的性能：A 改进泵的吸入口至叶轮叶片入口附近的结构设计； B 采用前置诱导轮；C 采用双吸式叶轮；D 设计工况采用稍大的正冲角；E 采用抗汽蚀的材料。
（2）提高进液装置汽蚀余量的措施：A 增加泵前储液罐中液面上的压力；B 减小泵前吸上装置的安装高度；C 将吸上装置改为倒罐装置；
14. 吸上真空度：泵入口S-S 处的真空度，用Hs 表示。可通过安装在泵入口法兰处的真空压力表测量。
15. 泵的特性曲线：H-qv 曲线：平坦状、陡降状、驼峰状；N-qv 曲线：是选择原动机和启动泵的依据；η-qv 曲线：
衡量泵工作的经济性;NPSHr-qv 曲线：是否发生汽蚀的依据。（P163)
16. 离心泵运行工况的调节：
① 改变泵的特性曲线：调节转速——n 增大，特性曲线向右上方移动；切割叶轮外径——特性曲线向左下方移动；
改变前置导叶叶片的角度；泵的串连或并联。 ② 改变管网的特性曲线：阀调节；如：调节阀门A 的开度，曲线由Ⅰ变为Ⅱ液位调节；如：调节阀门B 使液位升
高，曲线由Ⅱ 变为Ⅲ；旁路分流调节。 1) 同时改变泵和管网的特性曲线：
17.
离心泵的相似条件：两泵流动相似应具备几何相似和运动相似。几何相似：是指泵过流元件的对应线性尺寸比值相等，无量纲值相同。运动相似：是指对应点上同名速度的方向一致，比值相等，表现为进出口速度三角形相似。 18. 通常取泵最佳工况下的比转数作为泵的比转数，我国泵的比转数计算式表示为：
19. 比转数高的泵，最佳工况时的流量大，扬程小；而低比转数的泵则相反，它适用于较小的流量和较高的扬程。 第5章 离心机 1. 分离形式按照分离机理的不同分为沉降和过滤两种： ① 沉降：混合物在某种装置中，由于两相在力场中所受力的大小不同而沉淀分层，轻相在上层形成澄清液，重相在下层形成沉淀物而实现分离。最简单的例子就是带有沙子的水的澄清过程。
② 过滤：混合物在多孔材料层装置中，由于受力场的作用，液体通过多孔材料层流出形成滤液，固体被留在材料层上形成滤渣而实现分离。
2. 离心机分离原理
① 沉降离心机 组成：无孔转鼓，轴和其它部件。工作过程和原理：转鼓高速回转时，物料中各相由于位置比重不同受到不同的场外力作用而分层沉淀，质量最大，颗粒最粗的在最外层，反之在最内层，澄清液则从机上溢流。适用场合：分离固体量较少，固体颗粒较细的悬浮液。
② 过滤离心机 组成：转鼓（开孔），滤网，轴。工作过程：滤液穿过转鼓上的孔流出，固体颗粒截留在滤布上形成滤渣。适用场合：固体量较多而颗粒较大的悬浮液。
③ 离心分离机：针对于乳浊液的分离。组成：无孔转鼓和碟片，轴等。工作原理和过程：液体按重度不同分为里外两层，重量大的在外层，重量小的在里层，固相沉于鼓壁，通过一定的装置分别引出。
3. 分离因数：表征离心机分离能力的主要参数。 Ps 吸入口s-s 处的压力；吸入口s-s 处的液体速度
S A g v A a H H g p p NPSH -?---=ρρg PA 为吸入装置压力； Hg 为泵的安装高度；ΔHA-S 为吸入管的流动损失。 说明：
ns 定义为比转数，它是判别离心泵是否相似的相似准数；即：若泵几何相似，则比转速相等的工况为相似工况。
由于一台泵只有一个设计工况点（即最佳工况点），故几何相似泵的比转数具有唯一值；
比转速是有量纲的，计算时注意单位统一； 离心泵的比转数大小与输送液体性质无关，而与叶轮形状和泵的特性曲线形状有关。故可按比转速对泵的几何
形状和性能曲线的趋势进行分类。（表4－4）
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