《化工过程流体机械》总结、思考、公式、习题（第三章）2009.10.15（内容总结及思考题）第三章叶片式压缩机§ 3.1 离心压缩机的结构类型3.1.1 离心压缩机的基本结构3.1.2 主要零部件3.1.3 典型结构小结：1．基本结构级、段、缸、列；首级、中间级、末级；叶轮、扩压器、弯道、回流器、吸气室、蜗壳；2．主要零部件叶轮（后弯型，相对宽度b2/D2，直径比D1/D2）；扩压器（叶片、无叶片）；3．典型结构单级、多级，水平中开型、高压筒型等。
思考题：[2] 3-1．何谓离心压缩机的级？它由哪些部分组成？各部件有何作用？§ 3.2 离心压缩机的工作原理3.2.1 工作原理3.2.2 基本方程3.2.3 压缩过程3.2.4 实际气体小结：1．工作原理离心压缩机特点（优缺点）；关键截面参数（s、0、1、2、3、4、5、0'）；2．基本方程连续性、欧拉方程，焓值方程（热焓形式）、伯努利方程（压损形式）；3．压缩过程等温压缩、绝热压缩、多变压缩过程（过程指数m、绝热指数k）；4．实际气体压缩性系数Z、混合气体（ρ、R、c p或c v、k）。
思考题：[2] 3-2．离心压缩机与活塞压缩机相比，它有何特点？[2] 3-3．何谓连续方程？试写出叶轮出口的连续方程表达式，并说明式中b2/D2和φr2的数值应在何范围之内？[2] 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。
[2] 3-5．何谓能量方程？试写出级的能量方程表达式，并说明能量方程的物理意义。
[2] 3-6．何谓伯努利方程？试写出叶轮的伯努利方程表达式，并说明该式的物理意义。
[2] 3-14．如何计算确定实际气体的压缩性系数Z？[2] 3-15．简述混合气体的几种混合法则及其作用。
§ 3.3 离心压缩机的工作性能3.3.1 能量损失3.3.2 性能参数3.3.3 单级特性3.3.4 多级特性3.3.5 性能换算小结：1．能量损失流动（摩阻、分离、冲击、二次流、尾迹、M）、轮阻、内漏气损失；2．性能参数能头、功率、效率，级中气体状态参数（温度、压比、比容）；3．单级特性能头（压比）、功率、效率特性，喘振和堵塞工况、稳定工况区；4．多级特性特性（曲线陡、喘振限大、堵塞限小、稳定区窄）、影响（u2、μ）；M、k）、完全相似和近似相似（k＝k'）换算。
5．性能换算转速变化，相似条件（u思考题：[2] 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？[2] 3-8．多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？[2] 3-9．试分析说明级数与圆周速度和气体分子量的关系。
[2] 3-10．示意画出级的总能量头与有效能量头和能量损失的分配关系。
[2] 3-11．何谓级的多变效率？比较效率的高低应注意哪几点？[2] 3-12．若已知级的多变压缩功和总耗功，尚须具备什么条件可求出级的能量损失和级内的流动损失？[2] 3-13．何谓离心压缩机的内功率、轴功率？试写出其表达式，如何据此选取原动机的输出功率？[2] 3-16．示意画出离心压缩机的性能曲线，并标注出最佳工况点和稳定工况范围。
[2] 3-17．简述旋转脱离与喘振现象，说明两者之间有什么关系？说明喘振的危害，为防喘振可采取哪些措施？[2] 3-19．离心压缩机的流动相似应具备哪些条件？相似理论有何用处？§ 3.4 轴流式压缩机3.4.1 基本结构3.4.2 工作原理3.4.3 性能特点小结：1．基本结构动叶片（轴流叶轮、扭曲叶片）、静叶片（级间导流器）；基元级（环形叶栅）、叶型（扭曲叶片）；2．工作原理速度三角形（c r＝0，c a≠0），欧拉方程（u2＝u1）；3．性能特点性能参数（流量系数φ、能头系数ψ、反作用度Ω等）；优缺点（对比离心压缩机）。
思考题：[2] 3-27．试简要分析比较轴流式与离心式压缩机的性能特点？§ 3.5 叶片式压缩机的运行与调节3.5.1 装置特性3.5.2 工况调节3.5.3 不稳定工况3.5.4 密封装置3.5.5 高速转子特性3.5.6 抑振轴承3.5.7 附属系统小结：1．装置特性管网特性、工作点（稳定、不稳定）、变工况（喘振影响）；2．工况调节出口节流、进口节流，进口导叶、扩压器叶片、变速调节等；3．不稳定工况典型工况（4种）、喘振线、防喘条件和方程（简化）、调节系统；4．密封装置迷宫密封、浮环密封、干气密封；5．转子特性临界转速（临界角速度）、刚性轴、挠性轴、计算方法；6．抑振轴承可倾瓦轴承（活支五瓦块）；7．附属系统管网、变速、油路、水路、检测等。
思考题：[2] 3-18．试简要比较各种调节方法的优缺点。
[2] 3-20．离心压缩机有哪些附属系统？它们分别起什么作用？它们由哪些部分组成？[2] 3-21．何谓转子的临界转速？采用什么方法汁算它？工作转速如何校核？[2] 3-24．有哪几种轴端密封？试简述它们的密封原理和特点。
§ 3.6 叶片式压缩机的选型与应用3.6.1 选型原则3.6.2 选型方法3.6.3 选型实例小结：1．选型原则技术指标（性能、安全）、经济指标、调节方式、设备仪表、其他事项等；2．选型方法产品、厂商、软件选型；流量压力、工作介质、结构特点、原动机等选型；3．选型实例已知数据、方案初选、参数选取、性能计算、功率计算、叶轮计算（相对宽度b2/D2）、压缩机选型（离心、离心扭曲叶片、轴流）等。
思考题：[2] 3-25．试简述选型的基本原则，为何要确定经常运行的工况点？[2] 3-26．有哪几种选型分类？为何按流量选型？为何按结构分类？[2] 3-28．试简述三种选型的方法。
（参考公式及练习题）第三章叶片式压缩机（练习题参考解答）第三章 叶片式压缩机（共7题）增补习题[2]（3-2）：已知某压缩机第i 级进口容积流量Q s ＝1.543 m 3/s ，该级D 2＝0.65 m ，u 2＝170 m/s ，βA 2＝30˚，δ2＝4 mm ，φr 2＝0.l34，k v 2＝1.094，z ＝22片，试计算该级叶轮出口相对宽度b 2/D 2，并判断该值是否符合要求？ 解：（1-2.3）2222sin 1A D z βπδτ-=＝0.9138（1-2.1推导）2260D u n π=＝4995 r/min（2-2.2或141页公式推导）222322229.33⎪⎭⎫⎝⎛=n k u Q D b v r s τϕ＝0.0510.025＜b 2/D 2＝0.051＜0.065符合要求2-1 已知某离心式空气压缩机的第一级叶轮直径D 2＝380 mm ，D 1＝202 mm ，βA 2＝40°，z ＝16，叶轮转速n ＝13800 r/min ，流量系数φr 2＝0.233，α1＝90°。
求叶轮对单位质量气体所提供的理论能头H T 及叶片无限多时的理论能头H T ∞。
解：（1-2.1）一级叶轮6022nD u π=＝274.58 m/s无预旋（α1＝90°，c u 1＝0）（2-2.8）环流系数2222ctg 1sin 1A r A u czββπμ--=＝0.8253（2-2.9）理论能头)sin ctg 1(22222A A r T zu H βπβϕ--⋅=＝44941.68 J/kg（1-2.16）叶片无限理论能头μTT H H =∞＝54456.92 J/kg2-2 已知某离心式空气压缩机的有效流量G ＝6.95 kg/s ，漏气损失系数βl ＝0.013，轮阻损失系数βdf ＝0.03。
叶轮对单位质量气体作功H T＝45895 J/kg ；试计算叶轮作功时消耗的理论功率、漏气损失功率、轮阻损失功率、总功率及叶轮对单位质量有效气体的总耗功。
解：理论功率T T GH N =＝318.97 kW轮阻损失功率T df df GH N β=＝9.57 kW漏气损失功率T l l GH N β=＝4.15 kW（2-2.11）总功率)1(df l T tot GH N ββ++=＝332.69 kW（2-2.12）总耗功)1(df l T tot H H ββ++=＝47868.49 J/kg2-3某单级离心式鼓风机的性能如下： 进口压力 p s ＝98066.5 Pa 出口压力 p d ＝147099.7 Pa 进气温度 t s ＝20℃进口容积流量 Q s ＝200 m 3/m 气体常数 R ＝287.64 J/kg •K 绝热指数 k ＝1.4多变效率 ηpol ＝0.77 （一般 ηpol ＝0.7～0.84） 多变能头系数 φpol ＝0.65 （一般 φpol ＝0.6～0.7） 试确定叶轮的圆周速度u 2。
解：（2-2.31）pol k km m η11-=-＝2.70，可解得m ＝1.59（2-2.29）多变压缩功]1)[(11--=-m m sd s pol p p RT m mH ＝36876.5 J/kg（2-2.38a ）22u H pol pol ϕ=，圆周速度polpolH u ϕ=2＝238.19 m/s2-4 题2-3中鼓风机压缩过程若分别为等温压缩、绝热压缩和多变压缩（m ＝1.59）时，试计算单位质量气体的压缩功各为多少？并分析比较。
解：（2-2.27）等温压缩功sd s is p p RT H ln=＝34172.0 J/kg（2-2.28）绝热压缩功]1)[(11--=-k k sd s adp p RT k kH ＝36230.1 J/kg （2-2.29）（上题结果）多变压缩功]1)[(11--=-m m sd s polp p RT m mH ＝36876.5 J/kg 分析比较（略）2-5 知某离心式空气压缩机进口截面s 处气流参数如下t s ＝30℃，c s ＝13.64 m/s ，p s ＝89240 Pa ，气体常数R ＝287.64 J/kg •K ，绝热指数k＝1.4，叶轮总耗功为57297 J/kg ，指数系数ζ＝2.73，各关健截面处的气速为叶轮进口截面 c 0＝ 87.4 m/s 叶轮叶道进口截面 c 1＝133.4 m/s 叶轮出口截面 c 2＝199.8 m/s 扩压器出口截面 c 4＝122.5 m/s 下级叶轮进口截面 c 0′＝4.05 m/s 试求：（1）各关健截面处气流温度和气流压力；（2）以截面符号为横坐标（从s →0′）各热力参数（c ，p ，T ）为纵坐标，介别画出气速、压力、温度沿截面变化曲线，并分析变化原因。