能源与动力装置基础 第七章 容积式压缩机和泵
轴流压缩机技术及应用
第一节压缩机械的分类 (4)第二节轴流压缩机的发展概况 (5)第三节透平压缩机的主要术语和技术参数 (7)第二章轴流压缩机的基本工作原理 (9)第一节全静叶可调轴流压缩机的典型结构与工作过程 (9)第二节轴流压缩机的基本研究方法 (11)第三节基元级叶型与叶栅主要几何参数 (11)第四节基元级增压原理 (13)第五节压缩过程、压缩功及效率 (15)第六节流量与流量系数、能量头与能量头系数、反动度与预旋 (17)第三章轴流压缩机选型 (21)第一节轴流压缩机与离心压缩机的比较 (21)第二节几种不同形式的轴流压缩机的比较 (23)第三节风机的选型参数 (25)第四节如何正确提供风机的设计参数、使用条件和要求 (26)第五节轴流压缩机与管网联合工作 (26)第四章陕鼓轴流压缩机的技术优势与特点 (28)第一节陕鼓轴流压缩机的技术优势 (28)第二节陕鼓轴流压缩机系列 (30)第三节气体动力学设计特点 (32)第四节主要零部件的结构与特点 (33)第五节转子动力学和强度设计 (37)第一节改造原理 (40)第二节几种改造方案 (41)第二节成功改造示例 (43)第六章轴流压缩机自动化控制 (46)第一节控制系统概述 (46)第二节主风流量——静叶定位串级调节系统 (47)第二节防喘振控制系统 (53)第四节主风机的逆流保护 (57)第七章轴流压缩机组的成套设计 (59)第一节陕鼓轴流压缩机组的特点 (59)第二节机组的成套范围和配套水平 (60)第三节为机组成套所做的工作 (63)第八章轴流压缩机组的安装调试 (67)第一节轴流压缩机组安装调试概述 (67)第二节施工前的准备工作 (68)第三节机组就位及找正 (73)第四节轴流压缩机的内部组装 (80)第五节辅机安装应注意的几个问题 (82)第六节轴流压缩机组的试运行 (83)第七节轴流压缩机的检验及维修 (85)第一章 概 述本章介绍压缩机的分类、轴流压缩机的发展概况及技术术语。
能源与动力装置基础——叶片式工作机 XXXX
一、叶轮
功能：将机械功传递给流体 结构：离心、轴流、斜流（混流）、横流
离心又分前弯、后弯、径向；多叶；单吸、 双吸；闭式、半开式
能源与动力装置基础
三种不同出口角βb2的叶轮比较
能源与动力装置基础
二、吸入室（集风器、进风口） ——叶轮前部件
功能：为叶轮进口组织所要求的均匀流场 （速度大小和方向）
th
“叶片的” mhv 总效率：
能源与动力装置基础
对于风机和泵
内部损失：流动损失、容积损失和机械损失中的 圆盘摩擦（轮阻）损失。
外部损失：为轴承和密封等处的机械摩擦损失。
内功率：
内效率：
Pi P Pm
圆盘（轮阻）效率：
i
Pf gqvH qvptF
机Pi 械传P动i 效率P：i
r
Pi
Pr Pi
(1 V
r )pol
整机效率、机组级效率和级效率
能源与动力装置基础
工况与变工况时机器的工作
工况——机器的工作状况
与介质进口状态（例如R、 和机器进口处的 p、T 等）和机器工作参数（qV、H( pf )、n等）有关；
（实际工况还与系统有关）
n n 1
R (T2
T1 )
1
R (T2
T1 )
c22
2
c12
略去动能差，有 n
pol
n 1Leabharlann 1 lg p2 lg T2
p1 T1
1
能量头之间的关系
h pol h tot pol h th (1 V r )pol
能源与动力装置基础
绝热效率
ad
h ad h tot
1
RT1
能源与动力装置基础综合试题整理资料
能源与动力装置基础综合试题整理资料1、已知通风机的流量qv＝20m3/s，压力p＝15000Pa和功率P＝270KW；叶轮直径d2＝0.90m，圆周速度n＝2900rpm，求压力系数、流量系数和比转速。
（10分）答：流量系数：压力系数：比转数：2、当一台正在运行的风机，通过变速装置使其转速增加，在其它条件不变的情况下，其全压、流量、功率将如何变化？试用图形表示并解释。
(5分) 答：全压、功率增加，流量不变。
3、写出叶轮机械欧拉方程的数学表达式，解释其物理意义。
（至少说出两点作用）1、方程表示单位质量流体与叶轮的功能转换关系，表示功能转换的总效果。
2、只与叶片进、出口参数有关，使用方便。
3、理论能量头与u、cu有关。
4、工作机与原动机。
5、不同型式叶轮的应用4、请画出汽轮机单个级的热力过程曲线，并在图中注明有关符号（包括各个焓降及各项损失）级的热力过程曲线5、往复活塞机械有哪三个主要运动部件？它们各有何作用？（4分）答：往复活塞机械主要有曲轴、连杆和活塞这三个主要运动部件。
活塞的作用是与气缸盖和气缸等组成内燃机的燃烧室或压缩机的压缩腔。
连杆的作用是把活塞和曲轴相连，使活塞的往复运动与曲轴的旋转运动相互转换。
曲轴的作用是通过连杆将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动。
6、什么是制冷系数？什么是热力完善度？他们各有何作用？（4分）答：制冷系数是制冷机制冷量与输入功率之比，表征了制冷机在给定工况下的技术经济性。
热力完善度是指制冷循环的制冷系数与逆卡诺循环的制冷系数之比，它表示了制冷循环与理想循环的接近程度，可以作为不同工作温度下制冷循环经济性的衡量指标。
7、请解释火电厂的蒸汽动力循环——回热循环，并说明回热循环的意义。
（5分）答：给水回热加热是指在汽轮机某些中间级抽出部分蒸汽，送入回热加热器中加热锅炉给水，与之相应的热力循环叫回热循环。
（1）回热抽汽可使汽轮机进汽量增加，而排汽量减少。
二者对提高机组效率、改善末级的设计（强度）都是有好处的；（2）由于热效率的提高，锅炉热负荷减少，可以减少锅炉的受热面，节约部分金属材料；（3）由于凝汽量的减少，可以减少凝汽器的换热面，节约大量的铜材。
泵和压缩机(复习材料)
泵和压缩机泵和压缩机是石油化工装置中最广泛使用的设备之一，也是石油化工装置流体输送的动力来源。
随着西气东输、陕京天然气管道以及长距离原油和成品油管道的建成，我国的油气管道技术得到迅速发展，并且今后一段时间仍然会持续、快速发展。
泵和压缩机是石油天然气储运工程的关键，因此，随着石油和天然气工业的发展，在油（气）田开发和长输管道建设中，使用泵与压缩机的数量正在逐年增加，泵和压缩机的发展也将步入一个新台阶。
一、分类：往复式：活塞式、隔膜式容积式回转式泵和压缩机叶片式（透平式）：离心式、混流式、轴流式速度式喷射式二、离心泵：1、基本构成及作用：1、吸入式：吸入室位于叶轮进口前，其作用是把液体从吸入管引入叶轮。
2、叶轮：叶轮是离心泵的重要部件，液体就是从叶轮中得到能量的。
3、蜗壳： 蜗壳位于叶轮出口之后，其作用是把从叶轮内流出来的液体收集起来，并把按一定的要求送入下级叶轮入口或送入排出管。
2、工作原理：起动前应先往泵里灌满水，起动后旋转的叶轮带动泵里的水高速旋转，水作离心运动，向外甩出并被压入出水管。
水被甩出后，叶轮附近的压强减小，在转轴附近就形成一个低压区。
这里的压强比大气压低得多，外面的水就在大气压的作用下，冲开底阀从进水管进入泵内。
冲进来的水在随叶轮高速旋转中又被甩出，并压入出水管。
叶轮在动力机带动下不断高速旋转，水就源源不断地从低处被抽到高处。
三、离心压缩机：1、基本构成及作用：（1）叶轮：是离心压缩机中唯一的做功部件。
（2）扩压器：是离心压缩机中的转能装置。
（3）弯道：是设置扩压器后的气流通道。
（4）回流器：它的作用是为了使气流以一定的方向均匀地进入下一级叶轮入口。
（5）吸气室：它的作用是将进气管（或中间冷却器出口）中的气体均匀地导入叶轮。
（6）蜗壳：它的主要作用是将从扩压器（或直接从叶轮）出来的气体收集起来，并引出机器。
2、工作原理：气体在流过离心式压缩机的叶轮时，高速旋转的叶轮使气体在离心力的作用下，一方面压力有所提高，另一方面速度也极大增加，即离心式压缩机通过叶轮首先将原动机的机械能转变为气体的静压能和动能。
能源与动力装置基础 能动装置1-2
《能源与动力装置基础——流体机械》
3．根据流体流动方向，观察并说明所见到机 器设备中面积（速度、压力）是如何变化？
4．观察所见到的系统装置，了解其中有几种 流体流动，每种流体经过的部件分别是哪些 机械和设备
《能源与动力装置基础——流体机械》
基地总体参观
一、实习的目的
了解流体机械和换热设备的分类、动力装 置与这些机械设备的关系。
二、 实习要求
根据参观和了解，写出第一次的报告：时间、 地点、内础——流体机械》
三、 实习思考题 1．将表1－1中的各种机械的结构简图与实物 模型对比，重点了解其中几种，建立一些实 物模型的概念，例如径流式、活塞式…… 2．将表1－2中的各种热交换器的结构简图与 实物模型对比，重点了解其中几种，建立一 些实物模型的概念，例如管式、板式……
《能源与动力装置基础——流体机械》
换热器的分类
按流动方向分：顺流式、逆流式、错流式、混流式
按传热方式分：间壁式、混合式、蓄热式
间 壁 式 混 合 式 管 式 板 式 沉浸式、喷淋式、套管式、 管壳式、翅片管式、热管式 波纹平板式、板壳式、 螺旋板式、板翅式 蓄 热 式 回热式或 再生式 如热风炉
直接接触式 如冷却塔
《能源与动力装置基础——流体机械》
第二节 能源与动力装置的分类 一、流体机械
流体（液体和气体）为工质，与外界进行能量和质 量传递的机械被称为流体机械。 分类
根据流体是液体还是气体分为水力机械和气体机械；
根据能量是输出还是输入机械功可分为动力机械 (或原动机)和工作机械；
按工作原理又常分为速度式(叶片式)、容积式(往 复、回转)和其它形式的流体机械(如射流泵等)。
《能源与动力装置基础——流体机械》
能源与动力装置基础5-2
能源动力 曲轴 : 通过连杆将活塞的往复运动转换为曲轴的旋转运动.
能源动力
作用：通过连杆将活塞的往复运动转换为曲轴 的旋转运动。 受力：气体压力、活塞连杆组的惯性力和扭力 作用。 结果：产生相应的扭矩、弯曲、压缩和拉伸应 力及变形；高速旋转的主轴颈和连杆轴颈（曲 柄销）遭受到严重的摩擦和磨损。
气缸体、气缸套和气缸盖三个主要固定件 能源动力 机体：由气缸体、曲轴箱和机座或油底壳及主 轴承盖等组成 。 气缸体和曲轴箱常铸成一体， 气缸体的上半部内腔装有活塞往复运动导向和 容纳工质的圆柱形空腔，称为气缸。 气缸体的下半部分支承曲轴的曲轴箱，其内腔 为曲轴和连杆的运动空间。 气缸体的顶部与气缸盖连接，底部与机座或油 底壳连接。 气缸体结构形式一般分为三种：平分式气缸体， 其刚度较差；龙门式气缸体，其刚度较好； 隧道式气缸体，其刚度最好。
连杆 作用：把活塞和曲 轴连接起来，使 活塞的往复运动 与曲轴的旋轴运 动相互转换，并 将活塞所受的气 体压力传给曲轴。 组成：连杆小头 （包括衬套轴 承）、杆身和大 头（包括大端盖、 连杆螺栓及连杆 瓦）等，
能源动力
能源动力
连杆小头：连杆与活塞销相连的部分。一般 为圆筒形，与杆身连成一体。为了减少磨损、 维修方便，小头都镶有铜衬套。 杆身：断面形状大多数是“工”字形，其翼 面的长轴安排在连杆摆动平面内，且断面尺 寸由小头向大头逐渐增大 。 优点：a. 抗弯断面模数大，抗弯曲能力强。 b. 抗弯强度大。 c.使连杆传力及应力均匀分布。 连杆大头：连杆与曲轴相连部分，曲柄销在 连杆大头轴承中作相对高速旋转。 整体式结构、剖分式结构
活塞环：是装在活塞环槽的开口弹性金属环， 分为气环和油环。 气环：主要起密封和散热作用，防止缸内高温 高压燃气漏入曲轴箱，并将活塞顶吸收热量 的一部分传给气缸套。2－3道 油环：起刮油和铺油的作用。 上行铺油 下行刮油
能源与动力综合
2
2
ws wp
2 2
2
2
2
2
动能：
h d gH d
pd
cp cs
2
2
pp up us
2 2
势（静压）能： 反作用度：
h p gH p
ws wp
2 2
《泵与压缩机》课件
四、离心泵的主要工作参数
2. 扬程 H
利用泵进出口参数计算：（ 下标 S 、 D ）
pD?pS
H=
c D2 ? c S 2
+ g Z SD +
2
J/kg
pD?pS
c D2 ? c S 2
H=
+ Z SD +
ρg
2g
m
式中 Z SD —— 泵进口到出口垂直距离
（ 1-2 ）
扬程 H 与压差 ? p 关系 ? p ＝ρＨ Pa （ H 单位 J/kg ） ? p ＝ρ g Pa （ H 单位 m ）
H =
=
+
+
g
2g
2g
2g
J/kg （ 1-7, 9）
m （ 1-7, 9 ）
前为理论表达式，后为实用表达式
无预旋（ 轴向吸入室液流进入流道无预旋 ， c 1 u
＝0） 简化公式
H =或H Fra bibliotek=1 （ 1-7 b ,
g
c）
二、离心泵的基本方程式
（ 欧拉方程 ）说明： 1. 适用叶轮式输送机械（ 离心、轴流压缩机，泵 ）
油气储运工程专业
泵与压缩机
浙江海洋学院石化与能源学院
石油储运工程系
2014.11
课程简介
课程目标： 油气储运工程专业技术基础课 培养对泵和压缩机合理选型、使用维护、调节控制 和技术改造的工程应用能力
预修课程： 工程力学、工程流体力学、工程热力学
基本要求： 1. 了解泵与压缩机的典型结构和技术特点 2. 掌握泵与压缩机的工作原理和基本方程 3. 熟悉泵与压缩机的性能特点和性能参数 4. 熟悉泵与压缩机的工程应用技术（ 调节和选型 ）
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解决措施是：采用两个气缸，相应的两个 偏心轴呈180°对称配置，使其扭矩变化幅度很 小，外壳表面的振动水平小于30微米。这种双 滚子压缩机特别适用于变频驱动的热泵，它在 高频高转速下的振动和噪声得到缓解。双滚动 转子压缩机与往复式相比，零部件数量减少50%， 重量减轻12%，安装空间减少40％
单螺杆压缩机的关键技术：
(1) 啮合副型线：螺杆、星轮啮合副是该机型最关键 的部件，使磨损位置分散，减少了星轮的磨损量。
(2) 研制星轮的新材料：迄今，较好的材质是英国生 产的Victrex PEEK，它是一种耐高温的工程塑料， 它在250°时抗拉强度为50MPa，耐磨、耐腐蚀。 美国麦克维尔公司的星轮由52层优良的渗碳材料复 合而成，使星轮齿片与转子齿槽啮合间隙接近零。
往复式压缩机工作过程 吸气过程
压缩过程
排气过程
膨胀过程
动画片
动画片
活塞式压缩机P-V图
特点和趋势
1. 发展历史悠久，具有丰富的设计、研究、制 造和运行经验，技术成熟，材料和制造要求 低，至今在各个领域中依然被广泛应用、发 展着。在国民经济中应用广泛，特别是在化 工、煤炭、石油、海洋工程中
㈡、滚动转子式
这种机型可用于真空泵和压缩机
滚动转子式压缩 机的工作过程
优点：
①、结构简单，零部件几何形状简单，便于 加工及流水线生产；
②、体积小，质量轻，与同工况的往复式比 较，体积可减少40％一50％，重量也减少 40％一50％；
③、因易损件少，故运转可靠； ④、效率高，因为没有吸气阀故流动阻力小，
且吸气过热小，所以在制冷量为3kW以下的 场合使用时尤为突出。
缺点：
①、因为只利用了气缸的月牙形空间，所以 气缸容积利用率低；
③、因单缸的转矩峰值很大，故需要较大的 飞轮矩；
③、滑片作往复运动，依然是易损零件； ④、还存在不平衡的旋转质量，需要平衡质
量来平衡。
卧式比立式的高度降低47%，可大幅度缩小 制冷和空调设备的外形尺寸。
双螺杆式压缩机
双螺杆式压缩机的工作过程
Double Screw Compressor
图7-11 吸气孔口
图7-12 排气孔口
6—阳转子
1—吸气端座
2—阴转子
5—排气端座 3—气缸 4—滑阀
开启式螺杆压缩机组成
双螺杆压缩机的关键技术： (1) 齿型型线 (2) 加工技术、设备
比较： 双螺杆绝热效率和容积效率比单螺杆的高。 接触线总长度：单螺杆比双螺杆长，内泄漏和 外泄漏大。 耐磨性和平衡性： 双螺杆的转子耐磨性好，可以长期工作； 双螺杆压缩机中有较大的轴向气体力，单螺杆 压缩机中，主螺杆的轴向和径向气体力互相抵 消。
动画片
结构特点：
(1) 、星轮在螺杆轴线两侧对称配置，作用 在螺杆上的径向气体力互相抵消。两排 气孔口呈径向，使螺杆两端间有可能设 置引气通道，让端面上的气体力平衡。 因此，动力平衡性好。
(2)、 螺杆旋转一周，一个基元容积完成两 次吸气、压缩、排气循环，相当于一台 六缸双作用的活塞压缩机。因此，排气 量相同时，它比其它回转式机型的结构 尺寸小。
2. 零部件多、转速受限制。 3. 间歇式吸排气，管道有气流脉动。 4. 利用先进的加工、制造和控制技术制造高精
度的压缩机，改进气阀设计等。
二、回转泵与压缩机 回转泵与压缩机是工作容积作回转运动的
容积式流体机械，它们是依靠容积的周 期性变化来实现流体的增压与输送，
特点：容积的变化是通过气缸里的一个或 几个转子作旋转运动来实现的。
若工作腔为干式运行，则称为无润滑、或无油、或干 式机器。
喷液作用：润滑、密封、降温、降噪
㈠、滑片式 Sliding Vane Compressor
滑片式结构可作为泵、压缩机、真空泵使用
喷油滑片压缩机的单级压力比可达8~10，用 于中、小型压缩空气装置、小型空调制冷装 置中，空气压缩机的排气量范围为 1~20m3/min，制冷压缩机的排气量小于 1m3/min，在石油、化学、食品、建筑行业 中，无油滑片压缩机用来输送各种气体、粉 尘或颗粒物料。
同一型式的泵与压缩机的结构基本相同， 只是回转泵无内压缩过程。
回转泵与压缩机的型式和结构种类较多，一般按元 件的特征命名，应用广泛的有：滑片式、滚动转 子式、螺杆式、涡旋式、罗茨式。
回转压缩机运行中，当气体受到压缩时，将液体喷入 工作腔，吸收气体的压缩热，降低排气温度，这类机 器称为喷液回转压缩机。所喷的液体可以是水、油、 制冷剂、其它液体。喷液机型应考虑相关零部件的防 腐、防锈措施。
螺杆式流体机械是利用相互啮合螺杆的旋转运 动，把流体封闭在啮合腔内，将流体从吸入 端沿着螺杆轴向连续推进至排出端。
螺杆式流体机械的种类主要有两种：单螺杆和 双螺杆
单螺杆型；d）CC
1-螺杆 2-星轮 3-机壳 4-主轴
1-经济器组件 2-能量调节组件 3-主转子轴 4-电动机定子 5-吸气过滤器 6-电动机转子 7-星轮 8-油池
1-排气管 2-储液器 3-吸气管 4-副轴承 5-气缸 6-套圈 7-主轴承 8-消声器罩 9-曲轴 10-电动机定子 11-电动机转子
(三)、 螺杆式 螺杆机械可以作为泵、压缩机、膨胀机使用。
它们能处理很多种工作流体，其中有液体、 气体、干蒸气、有相变发生的多相混合流。 它们的运行模式可以是干式、喷油、压缩或 者膨胀过程中喷入其它的流体。
第七章 容积式压缩机和泵
第一节 结构形式与工作原理 ★ 第二节 压缩机的排气量调节 第三节 螺杆压缩机转子的几何分析 第四节 螺杆压缩机性能参数的选择
第一节 结构形式与工作原理
容积型压缩机和泵
往复式
（按压缩机部件运动特点分）
回转式
（按结构特点分）
活塞式
滚动 转动式
滑
单螺
双螺
涡
罗
片
杆式
杆式
旋
茨
式
式
式
(3) 喷水单螺杆压缩机若用于压缩石油化工气体，单 级压力比可高达16；喷水的冷却作用使得排气温度 较低，这是其它机型无法达到的；因此国内外都在 研制水润滑轴承，其内外圈用3Cr13不锈钢，炭石 墨轴承外圆与不锈钢外圈紧配，炭石墨轴承内圆在 不锈钢内圈外圆上滑动，在间隙中通水进行润滑和 冷却，炭石墨轴承耐磨性好，热膨胀小。