优选过程流体机械容积式压缩机节
《过程流体机械第二版》思考题答案 完整版要点
《过程流体机械第二版》思考题答案完整版要点----0c875fde-6ea6-11ec-88e7-7cb59b590d7d 《过程流体机械第二版》思考题答案-完整版要点工艺流体机械中思维问题的参考解决方案2容积式压缩机☆ 思考问题2.1往复式压缩机的理论循环和实际循环有什么区别？过程工作腔内工作过程进排气过程进气过程工作过程工作过程工作介质☆ 思考问题2.2写出体积系数λv理论循环（假设条件）无（剩余）间隙，进气、压缩和排气三个过程中无压力损失，压力稳定，与外界无热交换，无气体泄漏损失，压缩过程指数恒定，理想气体（状态方程（2-6））和实际循环（工作过程）之间有间隙，进气、压缩、排气和膨胀四个过程中有压力损失，压力脉动与外部（气缸壁）发生热交换，气体泄漏损失，压缩和膨胀过程呈指数变化，实际气体（状态方程（2-7））理论参数（阀套、头端和环端）V0α、λvλpλtλLM和NZ的表达式，并解释每个字母的含义。
λ＝1－α（？－1）＝1－v0？N警察局？1n体积系数λV（最重要系数）v?（2-12）?????1?vs??p?s?????1式中：α――相对余隙容积，α＝v0（余隙容积）/vs（行程容积）；α＝0.07～0.12（低压），0.09～0.14（中压），0.11～0.16（高压），＞0.2(超高压)。
ε――名义压力比（进排气管口可测点参数），ε＝pd/ps＝p2/p1，一般单级ε＝3～4；n――膨胀过程指数，一般n≤m（压缩过程指数）。
☆ 思考问题2.3比较飞溅润滑和压力润滑的优缺点。
飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机；压力润滑（喷油器润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加整个供油系统的油站，如油泵、电源、冷却、过滤、控制和显示报警）。
它可以控制气缸的注油量和注油点，以及运动部件的压力、润滑油压和润滑油量。
适用于大中型固定功率或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。
容积式压缩机PPT课件
( 2 )当 1800 时 惯 性 力 最 小 ，Imin msr 2 1
第12页/共32页
往复惯性力图：
I1 I11
I
第13页/共32页
（b）旋转惯性力 Ir 旋转惯性力：Ir=旋转质量×向心加速度
Ir mr r 2
力方向与加速度相反
当ω一定时，旋转惯性力大小一定。
惯性力方向沿曲柄半径向外，即始终为拉力作用。
由于旋转质量都集中在曲轴上，
旋转惯性力只发生在曲轴上。
旋转惯性力可以用曲轴配重来平衡。
Ir
mr
ω
第14页/共32页
(3) 摩擦力
摩擦力又分为：往复摩擦力和旋转摩擦力。
（a）往复摩擦力 RS 往复摩擦力所消耗的功率占总摩擦功率Nm的（60%~70%）
总摩擦功率：Nm
1
功率：N
' m
1 2 sin 2
侧向力：FN Fptg Fp
sin 1 2 sin2
第17页/共32页
(ｂ) 工作力矩（阻力矩）
MY FL h FL r sin( ) Fp sin( ) r cos
阻力矩与驱动力矩平衡（理论上）
MY = Md ( Md：驱动力矩） 实际中： MY 阻力矩随气体压力变化而变化，即： Md ≠ MY 差值： Md - MY = J.ε
平衡重的质量：
m0
mr
r r0
第23页/共32页
• 往复惯性力的平衡
往复惯性力：
I msr2 cos msr2 cos 2 I I
I msr2 cos I msr2 cos 2
一阶往复惯性力 二阶往复惯性力
平衡方法：采用多列第气24页缸/共或32页对称布置气缸来平衡
容积式压缩机原理
容积式压缩机原理容积式压缩机是一种将气体从低压缩变为高压的压缩机。
它基于容积变化原理和列车活塞式压缩机的同样工作原理。
这种压缩机的优点是结构简单，可靠耐用。
这篇文章将详细介绍容积式压缩机的原理，包括工作原理、结构特点等方面。
一、容积式压缩机的基本原理容积式压缩机通过活塞往复运动来改变压缩腔的容积，从而将气体压缩。
在压缩过程中，气体被挤压缩小，同时增加了它的压强。
当气体达到一定压力时，就可以将其输出到需要的地方。
这种压缩机可以通过多种能源进行驱动，包括电力、燃气、液压等。
容积式压缩机的优点是结构简单、体积小、维护方便。
其中最重要的特点是能够保持相对恒定的压缩比。
这对于许多工业应用来说是至关重要的，例如气体化学反应或气体驱动设备。
二、容积式压缩机的结构特征容积式压缩机主要由以下部分组成：1. 缸体：在压缩过程中，气体被挤压缩小，对缸体的承受力有一定的要求。
通常, 缸体采用铸铁或钢板焊接制成。
为了防止气体泄露，一般在缸体上采用密封装置。
还可以在缸盖上安装阀门和传感器，以便对压缩过程进行监控和控制。
2. 活塞和活塞杆：活塞是容积式压缩机的核心部件，负责压缩气体。
活塞杆连接活塞和曲轴，它转换了活塞的往复运动成为旋转运动。
3. 曲轴和支撑轴承：曲轴连接了活塞杆，并将活塞的往复运动转化为旋转运动。
支撑轴承支撑着曲轴并减少摩擦。
4. 进气口和出气口：进气口将气体引入压缩机的压缩室。
出气口则将压缩好的气体引出压缩机。
在进气口和出气口上通常要安装阀门来控制气体通道。
三、容积式压缩机的工作过程容积式压缩机的工作过程可以分为两个阶段：吸气阶段和压缩阶段。
1. 吸气阶段在吸气阶段，活塞从缸体底部运动到缸体顶部，使压缩室的体积增加，形成一个低压区域。
同时进气口的阀门打开，将外部气体吸入压缩机。
由于压缩室体积的扩大，气体的密度变得很小，而压力也随之下降。
当活塞到达顶部时，进气阀关闭，接着活塞往下运动，减小压缩室体积，将外部气体推向出气口方向。
容积式压缩机原理与结构设计
容积式压缩机原理与结构设计容积式压缩机，这个名字听上去有点高大上，但其实它就像我们日常生活中那个默默无闻的好帮手。
想想看，咱们的冰箱、空调，甚至汽车里的空调系统，都是离不开它的。
说到这里，有没有想过这些设备是怎么工作的呢？就让咱们一起来扒一扒容积式压缩机的原理和结构设计吧。
容积式压缩机的工作原理就像是你在挤牙膏。
挤牙膏的时候，想象一下，你用力挤的时候，牙膏就被压缩在管子里，然后咕噜咕噜地冒出来。
容积式压缩机也是类似的道理。
它通过一个叫“气缸”的地方，把气体吸进来，再用活塞或者转子把这些气体压缩到更小的空间里，最后再把它推出去。
这种方式就像是把气体捏得紧紧的，嘿，真是个聪明的设计。
说到结构设计，那就有趣多了。
容积式压缩机的心脏部分就是那个气缸，里面的活塞像个调皮的孩子，来回上下运动。
每当活塞往下移动，气体就被吸进来；而当它往上运动时，气体又被压缩得紧紧的。
这里有个小秘密，活塞的运动可不是随心所欲，它得靠一个叫“曲轴”的东西来驱动。
曲轴就像是指挥家，指挥着活塞舞动，哇，想想都觉得厉害。
容积式压缩机还有不同的类型。
比如说，往复式压缩机就像是咱们的活塞兄弟，适合高压和小流量的场合。
而螺杆式压缩机则像是两个温柔的舞者，慢慢地转动，把气体压缩得又快又稳。
这些不同的类型各有千秋，就像各家餐馆都有自己的拿手菜，任君挑选。
再说说它的优缺点吧。
优点方面，容积式压缩机在小流量的情况下效率特别高，简直就是“节约”的代表。
它的结构相对简单，维护也方便。
可别小看这一点，咱们可不想为了修理一台机器而花费大把的时间和金钱。
不过，坏处也是有的，像是噪音和震动，有时候让人觉得像是在“打战”，要是你在家里用，可能会影响到邻居的安宁。
说到这里，不得不提的是，容积式压缩机的应用可广泛了。
从工业生产到家用电器，都是它的舞台。
想象一下，没有它，咱们的食物可怎么保存？冰淇淋又怎么会变得这么美味？甚至连汽车的动力系统里，容积式压缩机也扮演着重要的角色。
过程流体机械 第二版 (李云 姜培正 著) 化学工业出版社_khdaw
∫
0′ 0
d p ＋ c 0′ − c 0 2 ρ
0′ 0 2
2
2
＋Hhyd 0-0′
（3-14）
Htot＝
∫
0′ 0
d p ＋ c 0′ − c 0 2 ρ
2
2
＋Hloss 0-0′＝
∫
d p ＋ c 0′ − c 0 2 ρ
2
＋Hhyd＋Hl＋H df （3-15）
物理意义： （三部分）压能、动能、损失，忽略热交换和位能。 1/4
.k h
式中： D2 为叶轮外径；b2 为叶轮出口轴向宽度； b2 / D2 为叶轮出口相对 宽度（0.025～0.065） ；φ2r 为流量系数（径向叶轮 0.24～0.40，后弯叶轮 0.18～ ；τ2 为叶轮出口通流系数。 0.32，β2A ≤30º强后弯叶轮 0.10～0.20） ☆思考题 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。 欧拉方程： （叶轮机械基本方程）理论和实用表达式
☆思考题 3.7 试说明级内有哪些流动损失？流量大于或小于设计流量时冲角 有何变化？由此会产生什么损失？若冲角的绝对值相等，谁的 损失更大？为什么？ 级内流动损失 （1）摩阻损失 Hf ∝ q 2 （ c 2 平均气速） ； （2）分离损失：边界层（ c→0）
V m
分离（回流） ，控制通道扩张角（锥度、扩压度，图 3-8） ； （3）冲击损失（叶 轮、扩压器） ： （叶轮为例，扩压器类似分析） ；叶轮进气角 β1≠叶片进口角 β1A， 冲击分离损失（相当于扩张角 ↑） ； 损失 (进气冲角) 冲击面 分离区 (漩涡区) 原因 流量/设计流量 i＝β1A－β1 (相同冲角) 工作面 非工作面 分离区 较大 ＜（小 qV） 正冲角 i＞0 （前面） （背面） 易扩散 ＝（设计 qV ） 零冲角 i＝0 无 无 无 损失 ↓ 非工作面 工作面 分离区 较小 ＞（大 qV） 负冲角 i＜0 （背面） （前面） 较稳定 （4）二次流损失：垂直环流； （5）尾迹损失：叶尖绕流； ☆思考题 3.8 多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？ 分段与中间冷却： 分段（冷却、抽气） 、中间冷却（耗功 ↓→等温过程） 、工 艺（排温，防腐蚀、分解、化合） 。 ☆思考题 3.9 试分析说明级数与圆周速度和气体分子量的关系。 级数与叶轮圆周速度 u2 和气体分子量μ的关系 u2↑，单级 Lth↑→级数 ↓，但叶轮材料强度、气流马赫数 Mw1 和 Mc2、叶轮 。 相对宽度 b2 / D2（范围 0.025～0.065）限制 u2（＜320～300 m/s） 圆周 机器（特征） Mμ2 气体 (同压比下所需) 表 3-1 气体分子量 材料 速度 µ 常数 多变压缩功 级数 μ [J/(kg•K)] 介质 强度 u2[m/s u 2 R Hpol [kJ/kg] 8315 kT in ] 影响小 重 F-11 136.3↑ ↓ 16.97↓ 1 ↓ 186 限制 u2 轻 H2 2↓ ↑ 1319.45↑ 32↑ 280 影响小 限制 u2
第二章 容积式压缩机_4
2.2.2 压缩机的动力性能
分析各种作用力及力矩， 目的：分析各种作用力及力矩，指导压缩机的结 构设计，及压缩机基础和减震设计, 构设计，及压缩机基础和减震设计, 保证压缩机 安全平稳运行
压缩机工作时，作用力有哪几种？ 压缩机工作时，作用力有哪几种？
（ （ （
1 2 3
压缩气体的作用力； ）压缩气体的作用力；
气体力的计算（ 气体力的计算（Fg）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Fg = pi ⋅ Ap pi — —汽缸内活塞两侧气体 压力差。（pa ) 压力差。 Ap — —活塞承压面积。（m 2 ) 活塞承压面积。
Fg
实际压缩过程：
Pd
p p'2 c p2 3 Wi p1 p'1 0
V0 △V1
b
2
△p2
p p'2 c p2 3
b
2
△p2
pi
Vs"
1
Wi p1 p'1 0
V0 △V1
pi
Vs"
1
4
a d Vs' Vh=Vs v
△p1
4
a d Vs' Vh=Vs v
△p1
1. 吸气过程 PS 3. 排气过程 Pd
2. 压缩过程 4.
Pi
PS
膨胀过程 Pi
气体力受力图：（以活塞杆受拉力为正）
Fg
180° ° 360° °
θ
Fg= piAp
排气量（容积流量） (３）排气量（容积流量）
排气量： 排气量：容积流量指单位时间内末级排出气体 qvd 换算到第一级进口状态的压力、温度时气体 换算到第一级进口状态的压力、 的容积值。 的容积值。 p T Z
泵与压缩机——容积式压缩机
2 1 V
• （一）理论进气量
气缸直径 D，冲程长度（活塞行程）S S=2r
活塞行程容积：Vh , 进气容积：V1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
一个理论循环的进气量：
D
m2
V1= Vh = Ap·S
V式
L式
W式
卧式双缸双作用往复活塞压缩机
立式双缸往复活塞压缩机
Π式往复活塞压缩机
V形容积式压缩机
W形往复活塞压缩机
(2) 按排气压力分： ① 低压： p< 1 MPa ② 中压： p = 1~10 MPa ③ 高压： p = 10~100 MPa ④ 超高压： p > 100 MPa
（3）按容积流量分：
满足上面四条的为：理论压缩循环
理论压缩循环经过三个压缩过程：
① 进气过程：4-1线，
P
吸气压力不变 p1 , 最大进气量V1 。
3
P2
② 压缩过程：1-2 线，
压力升高，容积减少，最高压力 p2
4
③ 排气过程：2-3 线，
P1
排气压力不变 p2 ，缸内气体排出。
吸气—压缩—排气 为一个循环，或一个冲程。 曲轴旋转一周，活塞一个往复， 完成一个理论压缩循环。
曲拐轴
曲柄轴
• 曲轴材料：
铸铁、球墨铸铁、优质碳素钢、合金钢、铸钢等
热处理：调质、表面淬火、氮化
曲轴力学计算：静强度计算，疲劳强度计算，刚度计算
（7）壳体
（8）润滑系统 功用：减磨损，延寿命，降耗功，防锈蚀,降温升,防锈
① 飞溅润滑：曲柄连杆旋转飞溅润滑油。 ② 喷雾润滑 ：喷嘴雾化喷淋润滑。 ③ 压力润滑 ：泵压润滑。 润滑油种类：机械油；压缩机油；制冷机油；油脂；
《过程流体机械第二版》)
《过程流体机械》思考题参考解答2 容积式压缩机☆思考题2.2 写出容积系数λV 的表达式，并解释各字母的意义。
容积系数λV （最重要系数）λV ＝1－α（1ε－1）＝1－⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛110n s d S p p V V （2-12）式中：α ——相对余隙容积，α ＝V 0（余隙容积）/ V s （行程容积）；α ＝0.07～0.12（低压），0.09～0.14（中压），0.11～0.16（高压），＞0.2(超高压)。
ε ——名义压力比（进排气管口可测点参数），ε ＝p d / p s ＝p 2 / p 1 ，一般单级ε ＝3～4；n ——膨胀过程指数，一般n ≤m （压缩过程指数）。
☆思考题2.3 比较飞溅润滑与压力润滑的优缺点。
飞溅润滑（曲轴或油环甩油飞溅至缸壁和润滑表面），结构简单，耗油量不稳定，供油量难控制，用于小型单作用压缩机； 压力润滑（注油器注油润滑气缸，油泵强制输送润滑运动部件），结构复杂（增加油泵、动力、冷却、过滤、控制和显示报警等整套供油系统油站），可控制气缸注油量和注油点以及运动部件压力润滑油压力和润滑油量，适用大中型固定式动力或工艺压缩机，注意润滑油压和润滑油量的设定和设计计算。
☆思考题2.4 多级压缩的好处是什么？多级压缩 优点：①.节省功耗（有冷却压缩机的多级压缩过程接近等温过程）；②.降低排气温度（单级压力比小）；③.增加容积流量（排气量，吸气量）（单级压力比ε降低，一级容积系数λV 提高）；④.降低活塞力（单级活塞面积减少，活塞表面压力降低）。
缺点：需要冷却设备（否则无法省功）、结构复杂（增加气缸和传动部件以及级间连接管道等）。
☆思考题2.5 分析活塞环的密封原理。
活塞环原理：阻塞和节流作用，密封面为活塞环外环面和侧端面（内环面受压预紧）；关键技术：材料（耐磨、强度）、环数量（密封要求）、形状（尺寸、切口）、加工质量等。
☆思考题2.6 动力空气用压缩机常采用切断进气的调节方法，以两级压缩机为例，分析一级切断进气，对机器排气温度，压力比等的影响。
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§2.2.1压缩机的热力性能和计算
②供气量 qVN（标准容积流量）
•定义：单位时间内，压缩机整个装置排出气 体体积换算为标准状态（1atm，0℃） 时的干气体容积。
•注释：供气量是用户从整个压缩机系统中真 正获得的干气体量，包括中间加入和 抽出的，不包含分离掉的冷凝水和洗 涤掉的组分。
③理论容积流量 qVh
§2.2往复压缩机热力性能和动力性能
§2.2.2压缩机的动力性能和计算
内容：
• 作用力的分析 • 惯性力、惯性力矩的平衡 • 驱动力矩、阻力矩的平衡（即飞轮矩的确定）
一. 所受力：
• 惯性力：往复质量、不平衡旋转质量造成的； • 气体力：气体压力造成的； • 摩擦力：接触面相对运动造成的； • 重力：重量造成的（忽略不计）。
n 1
Td Ta n
（2-26）
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
2.2.1.3 排气量和供气量（ m3 / min 或m3 / s ）一、 几个概念 ①排气量 qV（容积流量或输气量）
• 定义：单位时间内，压缩机最后一级排出气体 体积换算为第1级进口状态时的容积。
• 注释：排气量是压缩机的吸入量减掉各级泄漏 到压缩机之外的剩余气量，包括分离掉 的冷凝水、洗涤掉的组分和抽气容积， 如中途有气体添加进压缩机，计算时应 扣除该部分气体容积。
qVh n VS
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
二、排气量计算：
1. 通过测量最后一级流量计算
qV
qVd
pd Ts1 ps1 Td
Z s1 Zd
qV
qVc
（2-27）
qVd —末级排出气体量；
qVφ—分离水分，折算为第一级进口状态
qV
m w psa1
s1 ps1
（2-28）
qVc—中间清除掉的气体，折算为第一级进口
定义：压缩机第i级吸入的析出水分后的湿饱和 气体体积折算至第一级状态下的数值，与 第一级实际吸入的容积之比。
注释：表示某级前因水蒸气凝析造成的气体体积
损失的程度。
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
空气相对湿度φ:
1m3 空气中所含的水蒸汽量 同温度下1m3 空气中所含的饱和水蒸汽量
水蒸汽分压 同温度下饱和水蒸汽压
③抽气系数λc
定义：压缩机第i级吸入的经抽气或补气的气体体 积折算至第一级进口状态的数值，与第一 级实际吸入容积之比。
注释：表示某级前因抽、加气造成对气体体积影 响的程度。
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
各关系见图2-23：
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
④工作容积 第1级：
第i级：
Vsi
qV n
状态。若是中间加入气体，应带入负值。
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
2. 通过吸入量减去泄漏量计算
qV 实际吸入量 泄漏量
n VS V1 p1 t1 l1 n VS V1
（2-29）
其中 ：V1 -容积效率
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
2.2.1.4 压缩机热力分析和计算 ①析水系数λφ
i
psi psai ps1
当压力较高时，psai psi
ps1 psa1
i
ps1
（2-34）
（2-35）
psi 1 psi psai
（2-36）
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
②泄漏系数λl
定义：压缩机末级排出的气体体积折算至第i级状 态下的数值，与第i级实际吸入的容积之比。
注释：反映第i级及第i级之后的泄漏量。理论难以 精确计算，工程中多根据经验选取。
③额定吸、排气压力—铭牌上压力
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
2.2.1.2 排气温度和压缩终了温度
– 压缩机的排气温度
末级工作腔排气法兰接管处所测得的气体温度
– 某级的排气温度Td
该级工作腔排气法兰接管处所测得的气体温度
n 1
Td Ts n
（2-25）
– 压缩终了温度Td`
完成压缩过程，开始排气时的温度
p1 Tsi ici Zsi psi T1 Vi Zs1
（2-38）
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
2.2.1.5 功率和效率
一. 功率
• 轴功—压缩机消耗功，包括：
指示功（压缩功）— —压缩气体 摩擦功— —克服机械摩擦
• 指示功率Ni
Ni
n 60
z
Wij
j 1
• 轴功率Nz
• 比功率—单位排气量消耗的功率
§2.2.2压缩机的动力性能和计算 1．惯性力
ps2 psa2 Ts1
（2-33）
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
V2折算到第一级进口状态
ps1 psa1
ps2 psa2
ps2 ps1
与第一级进口的湿气体体积（1m 3）之比为第二级的析水系数 2
2
ps1 psa1
ps2 psa2
ps2 ps1
任意第i级的析水系数：
ps1 psa1 psi
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
二. 机械效率
m
Ni NZ
▪计算、实测得到。
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
三．热效率 ①等温指示效率：理论等温循环指示功与 实际循环指示功之比。 ②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。 ③等温轴效率：理论等温循环指示功与轴 功之比。 ④绝热轴效率：理论绝热循环指示功与轴 功之比。
第一级排气冷却后有水分析出的条件：
psa1
ps 2 ps1
psa 2
（2-30）
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
假设第一级吸入1m3相对湿度为φ的湿空气，则
第一级进口干气体体积：
V1
ps1 psa1 1
ps1
第二级进口干气体体积：
V2
V1
ps1 ps 2
Ts 2 Ts1
第二级进口干气体分压 第二级进口干气体体积 第二级进口总压 第二级进口总体积
ps2 psa2 V2 V1 ps1Ts2第二级进口总体积：
（2-31）
V2
V1
ps1 ps 2
Ts2 Ts1
ps 2 ps2 psa2
ps1 psa1
ps1
ps1 Ts2 ps2 Ts1
ps 2 ps2 psa2
ps1 psa1 Ts2
优选过程流体机械容积式压缩 机节
§2.2往复压缩机热力性能和动力性能
§2.2.1压缩机的热力性能和计算
• 热力性能：排气压力、排气温度、排气量、
功率和效率
2.2.1.1 排气压力、进排气系统
①吸气压力—第1级吸入管道处。 ②排气压力—末级排出管道处。
自动阀
由进排气系统决定ｐｓ、ｐｄ
进排气系统见 图2-21