过程流体机械教学课件2
《过程流体机械》复习
《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）
陕西科技大学过程流体机械.(DOC)
泵的分类及工作原理
一、泵的分类
1．按工作原理分
2．按产生的压力分
泵按产生的压力分为：低压泵：压力在2MPa 以下；中压泵：压力在2～6MPa；高压泵：压力在6MPa 以上。
二、泵的工作原理
1．离心式泵工作原理
离心式泵的工作原理是，叶轮内的液体受到叶片的推动而与叶片共同旋转。由旋转而产生的离心力﹐使液体由中心向外运动﹐并获得动能增量。在叶轮外周﹐液体被甩出至蜗卷形流道中。由于液体速度的减低﹐部分动能被转换成压力能﹐从而克服排出管道的阻力不断外流。叶轮吸入口处的液体因向外甩出而使吸入口处形成低压(或真空)﹐与吸入池液面形成压差，因而吸入池中的液体在液面压力(通常为大气压力)作用下源源不断地压入叶轮的吸入口﹐形成连续的抽送作用。
离心泵的结构：
双吸泵结构图：
2．轴流式泵工作原理．
轴流式泵的工作原理是，旋转叶片的挤压推进力使流体获得能量，升高其压能和动能，其结构如图所示。叶轮1 安装在圆筒形泵壳3 内，当叶轮旋转时，流体轴向流人，在叶片叶道内获得能量后，沿轴向流出。轴流式泵适用于大流量、低压力，电厂中常用作循环水泵。
3．往复泵工作原理
现以活塞式为例来说明其工作原理，如图所示。
活塞泵主要由活塞1在泵缸2内作往复运动来吸人和排除液体。当活塞l 开始
自极左端位置向右移动时，工作室3 的容积逐渐扩大，室内压力降低，流体顶开吸水阀4，进入活塞1 所让出的空间，直至活塞1 移动到极右端为止，此过程为泵的吸水过程。当活塞1 从右端开始向左端移动时，充满泵的流体受挤压，将吸水阀4 关闭，并打开压水阀5 而排出，此过程称为泵的压水过程。活塞不断往复运动，泵的吸水与压水过程就连续不断地交替进行。此泵适用于小流量、高压力，工厂中常用作加药泵。
4．齿轮泵工作原理
齿轮泵具有一对互相啮合的齿轮，主动齿轮固定在主动轴上，轴的一端伸出壳外由原动机驱动，另一个齿轮(从动轮)装在另一个轴上，齿轮旋转时，液体沿吸油管进入到吸人空间，沿上下壳壁被两个齿轮分别挤压到排出空间汇合(齿与齿啮合前)，然后进入压油管排出。
过程流体机械复习要点
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1 绪论
1、流体机械的分类。
按能量转换分为原动机和工作机
按流体介质分为压缩机 泵 分离机
按流体机械结构分为往复式结构的流体机械和旋转式结构的流体机械
2 容积式压缩机
1、 往复压缩机机构学原理。
1曲柄2连杆3十字头4活塞杆5填料6工作腔7活塞8活塞环9气缸10进气阀11排气阀
2、 往复压缩机级的理论循环和实际循环，区别，能够绘制示功图。
1气缸有余隙容积2进 排气通道及气阀有阻力3气体与气缸各接触壁面存在温度差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在特殊条件下使用压缩机
3、 多级压缩，定义，优点。
所谓多级压缩是将气体的压缩过程分在若干级中进行并在每级压缩之后将气体导入中间冷却器进行冷却的过程。优点：1节省压缩气体的指示功2降低排气温度3提高容积系数4降低活塞上的气体力
4、 压力比的分配。P25
5、 往复压缩机的功率和效率。P31
6、 往复压缩机的气阀和密封，颤振和滞后关闭的害处，马赫数；气阀的种类，密封的原理和方式。
颤振害处：导致气阀时间截面减小阻力损失增加、阀片的反复撞击导致气阀和弹簧寿命缩短。滞后关闭害处：因为活塞已开始进入压缩行程故使一部分吸入的气体又从进气阀回窜回去造成排气量减少、阀片将在弹簧力和窜出气流推力的共同作用下撞向阀座造成严重的敲击致使阀片应力增加阀片和阀座的磨损加剧导致气阀提前损坏、强烈的敲击还会产生更大的噪声。马赫数：定义为流场中某点的速度与该点的当地声速之比，即该处的声速倍数。M=V/a 气阀种类：按气阀职能气阀分为进气阀和排气阀、按启闭原件形状分环状阀 网状阀 碟状阀 菌状阀。
密闭的原理：利用节流和堵塞效应。方式：1活塞部位的密封 a活塞环密封 b精品文档
。 2欢迎下载 迷宫密封 2活塞杆部位的密封 a填料结构 b填料函结构
7、 往复压缩机容积流量调节的方式和特点，附属系统有哪些？
4L-20丨8活塞式压缩机过程流体机械课程设计说明书
目录
第一章 概述…………………………………………………2
1.1压缩机简介………………………………………………………………2
1.2压缩机分类………………………………………………………………2
1.3活塞式压缩机特点………………………………………………………2
第二章 总体结构方案………………………………………3
2.1设计基本原则……………………………………………………………3
2.2气缸排列型式……………………………………………………………3
2.3运动机构…………………………………………………………………3
第三章 设计计算……………………………………………4
3.1 设计题目及设计参数…………………………………………………4
3.2 计算任务………………………………………………………………4
3.3 设计计算………………………………………………………………4
3.3.1 压缩机设计计算………………………………………………………………4
3.3.2 皮带传动设计计算……………………………………………………………8
第四章压缩机结构设计……………………………………11
4.1气缸……………………………………………………………………11
4.2气阀……………………………………………………………………12
4.3活塞……………………………………………………………………12
4.4活塞环…………………………………………………………………13
4.5填料……………………………………………………………………13
4.6曲轴……………………………………………………………………13
4.7中间冷却器……………………………………………………………13
参考文献……………………………………………………14
第一章 概述
1.1压缩机简介
压缩机（compressor），是将低压气体提升为高压气体的一种从动的流体机械，是制冷系统的心脏。它从吸气管吸入低温低压的制冷剂气体，通过电机运转带动活塞对其进行压缩后，向排气管排出高温高压的制冷剂气体，为制冷循环提供动力，从而实现压缩→冷凝（放热）→膨胀→蒸发 ( 吸热 ) 的制冷循环。作为一种工业装备，压缩机广泛应用于石油、化工、天然气管线、冶炼、制冷和矿山通风等诸多重要部门；作为燃气涡轮发动机的基本组成元件，在航空、水、陆交通运输和发电等领域随处可见；作为增压器，已成为当代内燃机不可缺少的组成部件。在诸如大型化肥、大型乙烯等工艺装置中，它所需投资可观，耗能比重大，其性能的高低直接影响装置经济效益，安全运行与整个装置的可靠性紧密相关，因而成为备受关注的心脏设备。
过程流体机械主要知识点
离心压缩机工作原理:
利用离心力对气体作功，由扩压通道对气体扩压，以提高气体压力。
离心叶轮的欧拉方程：Lth=Hth=C2uU2—C1uU1
欧拉方程的物理意义：方程说明气体获得的理论能量头只与叶轮叶道进、出口流体的速度积有关，而与流体的性质无关。
由于气体本身所具有的惯性作用,在叶轮叶道中将产生与叶轮旋转方向相反的附加的相对运动, 即轴向旋涡
伯努利方程物理意义：表明外加能头(机械功), 一部分作压缩功,提高气体的静压能，一部分增加动能,一部分克服各种能量损失,即:外加能头=压缩功+动能+克服损失
压缩机的最小流量工况--喘振工况
当级中流量减小到某最小值时,会产生喘振现象, 这时级或机不能正常工作,如不及时采取措施解决,将会造成恶性事故。
喘振产生的原因是:
内因: 流量达到最小流量，气流的边界层严重分离；
外因: 管路中存在储存能量的空间,即供气管网。
流动相似, 就是指流体流经几何相似的通道或机器时, 其任意对应点上同名物理量如压力、速度等比值相等。
流动相似的相似条件：模型与实物或两机器之间几何相似、运动相似、动力相似和热力相似。
对于离心压缩机而言, 其流动相似应具备的条件：几何相似、叶轮进口速度三角形相似、特征马赫数相等,即M’2u＝M2u 和气体等熵指数相等,即k’=k。
压缩机的调节方法：压缩机出口调节流量、压缩机进口调节流量、采用可转动的进口导叶调节(又称进气预旋调节)、改变压缩机转速的调节。
理论压缩循环:由进气→压缩→排气三个热力过程组成
实际工作循环由吸气—压缩—排气—膨胀四个过程组成。
实际工作循环的特点
■存在余隙容积
■进气、排气过程存在压力损失
■气体与汽缸壁面间存在温差,压缩和膨胀指数不是定值
■汽缸存在泄漏
■实际气体性质不同于理想气体
压缩机排出的气体容积流量换算到压缩机进气状态下的气体容积流量，称为单级压缩机的排气量。
容积系数λv:---反映气缸行程容积的有效利用程度
流体输送机械讲义(离心泵)
1合肥学院化学与材料工程系 化工原理电子教案
1/24 第二章 流体输送机械
第一节 概述（略）
第二节 离心泵
一、离心泵的基本结构和工作原理
1、离心泵的基本结构
2、离心泵的工作原理
例：一杯热水为使之冷却，用筷子在水中旋转，水也产生速度，跟着筷子一块转动（本质上是筷子的附着力大于水之间的内聚力，内摩擦力使水旋转）靠近筷子的水转的快而远离筷子的水转的慢。另外中心凹，四周水沿壁上升高于中间。为什么呢？离心泵工作原理
离心力 RmRmF22
nT22 [弧度/秒]
角速度 R半径（叶轮半径） m质量（流体质量kg）
rnTr22=r 线速度,T—周期,n--转速,nT1(周期是物体做圆周运动旋转一周所需要的时间,单位是秒；转速n是物体单位时间所转的周数,单位是1/秒)。
R 或 则 F
手转动筷子，水产生动能，水旋转碰到管壁动能转化为静压能，静压能又转化为位能使水沿壁面上升。边上水上升后，中心能减少，形成空隙，产生真空度，故在同一个大气压下，中心凹下去。
(1) 泵轴带动叶轮旋转，充满叶片之间的液体也跟在旋转，在离心力作用下，液体从叶轮中心被抛向叶轮边缘，使液体静压能、动能均提高。（类似我们旋转雨伞,伞上面的雨滴飞出去）。 2合肥学院化学与材料工程系 化工原理电子教案
2/24 (2) 液体从叶轮外缘进入泵壳后，由于泵壳中流道逐步加宽，液体流速变慢，又将部分动能转化为静压能，使泵出口处液体的压强进一步提高，于是液体以较高的压强从泵的排出口进入排出管路输送到所需场所。
《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2.1 往复压缩机的理论循环与实际循环的差异是什么？
过程 理论循环（假设条件） 实际循环（工作过程） 理论
参数
工作腔内 无(剩)余(间)隙 有余隙
（阀窝、盖端、环端3部分） V0、α、λV
工作过程 进气、压缩、排气
三个过程 进气、压缩、排气、膨胀
四个过程
进排气过程 无压力损失，压力稳定 有压力损失，压力脉动 λp
进气过程 与外界无热交换 与外界（气缸壁）有热交换 λT
工作过程 无气体泄漏损失 有气体泄漏损失 λl
工作过程 压缩过程指数恒定 压缩和膨胀过程指数变化 m、n
工作介质 理想气体
（状态方程（2-6）式） 实际气体
（状态方程（2-7）式） Z
☆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（n1－1）＝1－110nsdSppVV （2-12）
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。
过程流体机械
1.过程工业：以流体型材料（气、液、粉）为处理原料的工业，叫过程工业。
2.过程工业特点：大型化、管道化、连续化、自动化、智能化。生产效率高、成本低、节能环保、安全可靠、控制先进、人员少。
3.过程设备（静设备）：压力容器、塔、反应釜、换热器、储罐、加热炉、管道 等。也称为：化工设备；压力容器。
4.过程机械（动设备）：压缩机、泵、分离机（二机一泵）；电机、风机、制冷机、蒸汽轮机、废气轮机 等。也称为化工机器；流体机械；动力设备；泵与压缩机。
5.流体(Fluid)： ①：液体和气体的总称叫流体。②：具有流动性，又有相似运动规律的介质叫流体③：受任何微小剪切力都能连续变形的物质叫流体。
6.原动机：将流体的能量转化为机械动力能的机械为原动机。
7.工作机：将机械能转化为流体的能量的机械为工作机
8.压缩机：将机械能转变为气体的能量，给气体增压与输送气体的称为压缩机。
9.泵：将机械能转变为液体的能量，给液体增压与输送液体的称为泵。
10.分离机：用机械能将混合介质分离开来的机械为分离机.
1.容积式压缩机分类：（1）按结构分：① 往复式：活塞式、柱塞式、隔膜式②回转式(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：① 微型压缩机：② 小型压缩机：③ 中型压缩机： ④ 大型压缩机：（4）按输送介质类型分：① 输送气体—压缩机②输送液体—泵 ③ 输送粉体—风机
2.容积式流体机械的特点：优点：① 压力范围宽。有真空；低压；中压；高压；超高压。② 效率高。热效率达80%以上。③ 适应性强，可输送各种介质。④ 品种多样，适应各种工况及用途。 缺点：① 结构较复杂，易损件多。② 排出不连续，产生脉动，往复惯性力。③ 转速低，排量小。④ 介质易受油污染。
《过程流体机械》教学大纲
《过程流体机械》教学大纲
一、课程基本信息
课程名称 过程流体机械 课程编码 008
英文名称 Process Liquid Machine
课程类别 专业必修课 学分数 2 开课学期 6
总学时及其分配 总学时 讲课 实验 上机 其它 机动
32 32 0 0 0 0
适用专业 过程装备与控制工程专业
二、课程目的和任务
本课程是过程装备与控制工程专业的主要专业课程之一。设置本课程的目的在于培养学生综合应用基本理论知识，解决过程机械主要部件的设计和改造问题；要求学生必须掌握过程机械的基本结构、工作原理、主要零部件的设计改造中主要问题；使学生学会针对具体的装置运行情况进行相关的参数计算和机械的正确选型。通过本课程的学习，学生将掌握过程流体机械中涉及到的相关原理、一般结构，为日后的实践工作奠定理论基础。
三、本课程与其它课程的关系
本课程的先修课程为：化工原理、物理化学、工程材料等。通过以上学科基础课的学习，为进一步学习本课程奠定基础。本课程为过程装备与控制工程专业本科生的一门主要专业课，与过程设备设计、化工机械制造等课程共同构成该专业完整的知识体系。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配
（一）概论 (2学时)
1、主要内容
过程流体机械；流体机械的分类、用途；流体机械的发展趋势。
2、重点
流体机械的分类、用途。
3、教学要求
通过本章的学习，了解过程流体机械的在生产过程中的地位、流体机械的分类、流体机械的用途、流体机械的发展趋势以及流体机械的控制和故障诊断方法等。
（二）容积式压缩机 (8学时)
1、主要内容
往复压缩机的工作原理；回转式压缩机；压缩机的分类、选型。
2、重点
往复压缩机的工作原理、级的压缩功、组成及辅助设备。
3、教学要求
掌握活塞式压缩机的工作原理、主要工作部件的基本结构和相关计算，理解活塞式压缩机的热力特性、动力特性和调解方法，了解活塞式压缩机的选型、热力计算和动力计算方法。本章难点为活塞式压缩机的选型、热力计算和动力计算。 （三）离心式压缩机(10学时)
过程流体机械 2
概念
1 过程流体机械：流体机械是以流体或流体与固体混合物为对象进行能量转换、处理也包括提高其压力进行输送的机械。它是过程装备的重要组成部分。
2 压缩机：将机械能转变为气体的能量，用来给气体增压与输送气体的机械。
泵：将机械能转变为液体的能量，用来给液体增压与输送液体的机械。
3 排气温度：压缩机级的排气温度是在该级工作腔的排气法兰接管处测得的气体温度。
4 排气量：是指在所要求的排气压力下，压缩机最后一级单位时间内排出的气体容积，折算到第一级进口压力和温度时的容积值。
5 供气量：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。
6 理论容积流量：是单位时间内所形成的压缩机工作容积之和。即等于每转总工作容积或排量乘以转速。
7 凝析现象：用于压缩湿气体的压缩机，中间各级或末级经冷却后，气体的含湿量会增大，如果其中水蒸气的分压达到相应的温度下的饱和蒸汽压，就会有水分从气体中析出的现象。
8析水系数：压缩机第i级的吸入的析出水分后的湿饱和气体体积，折算至一级进口压力和温度状态下的数值，与一级实际吸入容积之比。
9抽气系数：压缩机第i级吸入的经抽气或补气的气体体积折算至一级进口压力和温度状态的数值，与一级实际吸入容积之比。
10 等温指示效率：压缩机理论等温循环指示功与实际循环指示功之比。
11 等温轴效率：理论等温循环指示功与轴功之比。
12 绝热轴效率：理论绝热循环指示功与轴功之比。
13 比功率：单位排气量消耗的功率。
14 离心压缩机的级：级是离心压缩机的使气体增压的基本单元。
15 多变能头系数：表示叶轮圆周速度用来提高气体压力比的能量利用程度。
16 级的多变效率：多变效率ηpol级中的气体由Po 升高到Po*所需的多变压缩功与实际总耗功之比。
17 机械损失：不是在压缩机通流部件内，而是在轴承、密封、联轴器以及齿轮箱中所引起的机械摩擦损失。
18 最佳工况点：通常将曲线上效率最高点称为最佳工况点。