流体机械总结

第一章第一章 过程流体机械的分类过程流体机械的分类 按能量转换分类按能量转换分类 原动机 工作机 按流体介质分类按流体介质分类 压缩机 泵 分离机 按结构按结构 特点分类特点分类 往复式结构 压缩机 泵 旋转式结构 压缩机 泵 分离机 压缩机的用途压缩机的用途 按功能说明用途按功能说明用途 给流体增加与输送液体 使其满足各种生产条件的工艺要求 保证连 续性的管道化生产 参与生产环节的制作 作为辅助性生产环节中的动力源 控制仪表的用气 环境 通风等 WhatWhat isis thethe principleprinciple ofof thethe compressors compressors 1 Gases and vapors are compressible 2 Compression decreases volume 3 Compression moves gas molecules close together 4 Compressed gases will resume their original shape when released 5 Compressed gases produce heat because of molecular friction 6 The smaller the volume the higher the pressure 7 Force area Pressure 8 Gas volume varies with temperature and pressure 9 Liquids and solids are not compressible WhatWhat isis thethe compressor scompressor s familyfamily 1 Dynamic 1 centrifugal compressor Single stage Multistage 2 Axial Floa Compressor 2 Positive displacement 1 Rotator Rotary Screw Sliding Vane Lobe Liquid Ring 2 Reciprecating Piston Diaphragm 3 Thermal 过程流体机械的发展趋势过程流体机械的发展趋势 创造新的机型 流体机械内部流动规律的研究与应用 高速转子动力学的 研究与应用 新型制造工艺技术的发展 流体机械的自动控制 流体机械的故障诊断 实现国产化和参与 国际竞争 第二章第二章 往复压缩机基本构成往复压缩机基本构成 工作腔部分工作腔部分 气缸 气阀 活塞 活塞环 填料函 传动部分传动部分 连杆 曲轴 十字头 活塞杆 平衡重 机身部分机身部分 支撑气缸和传动零件的部件 辅助设备辅助设备 中间冷却 润滑 气量调 节 安全阀 滤清器 缓冲罐 理论循环的特点 假设理论循环的特点 假设 1 无余隙 气体全部排出 2 气体经过进排气阀无损失 温度 压力与进排 气管相同 3 气体为理想气体 压缩过程中过程指数不变 与外界无热交换 4 气缸无泄漏 5 压缩过 程为等温或绝热 级的实际循环 级的实际循环 1 气缸有余隙容积 气体不可能排净 吸入前气体先膨胀 使吸气 量下降 2 进排气阀有阻力 3 压缩及膨胀过程热交换不稳定 有温差 m 为变值 4 气缸存在泄漏 泄漏点 活塞环 填料函 气阀起闭不及时 5 背压对吸排气压的影响 6 实际气体性质不同于理 想气体 影响排气量因素 影响排气量因素 Vs Vs s D2 4 或 s 2D2 d2 4 n v p T l 提高排气量措施提高排气量措施 1 a 下降 V0 下降 2 气缸冷却好 3 D 上升 S 上升 受强度 动力 限制 4 n 上升 效果好 N 电机 上升 易损件寿命上升 惯性力上升 振动上升 活塞对气体做功为正活塞对气体做功为正 气体对活塞做功为负气体对活塞做功为负 采用多级压缩的理由 采用多级压缩的理由 1 1 降低排气温度 2 提高气缸容积系数 3 节省功耗 多级压缩接近等温线 4 降低最大气体力 压力比的分配压力比的分配 最佳压力比最佳压力比 实际压力比分配实际压力比分配 实际压力比因压力损失 余隙影响 冷却不完善 与最佳压力比不等 级数的选择级数的选择 大中型压缩机级数的选择 一般以最省功为原则 小型移动压缩机级数选择多取决于每级 允许的排气温度排气温度 排气温度过高排气温度过高 选用选用 2 2 级压缩级压缩 排气温度受哪些因素影响排气温度受哪些因素影响 1 进气温度 2 压缩过程指数 惯性力及其力矩的平衡惯性力及其力矩的平衡 旋转惯性力的平衡旋转惯性力的平衡 加平衡重 往复惯性力平衡往复惯性力平衡 1 单列 加平衡重法 2 多列 往复惯性力往复惯性力Is Is 旋转惯性力旋转惯性力 Ir Ir 三六瓣密封原理三六瓣密封原理 它由 2 块平面填料构成一组密封元件 最典型的是朝向气缸一侧的一块由 3 瓣组成 背离气缸一侧的一块由 6 瓣组成 每一块外缘绕有螺旋弹簧 把它们缚于活塞杆上 3 瓣缚于活塞杆上 时 径向切口仍留有间隙 以便压缩机运行时高压气体从该处导入填料外周的小室 使 2 块填料都利用 高压气体抱紧在活塞杆上 安装时 3 瓣的径向切口需与 6 瓣的错开 利用 3 瓣的填料从轴向挡住 6 瓣 的径向切口 阻止气体沿轴向的泄露 6 瓣填料径向的切口由其中三个月牙形瓣盖住 阻止气体沿径向 泄露 所以 真正起密封作用的是 6 瓣填料 3 6 瓣平面填料的径向切口都具有一定的间隙值 以便内 缘磨损后能自动补偿 气阀的结构 气阀的结构 阀座 阀片 弹簧 升程限制器 气阀的作用气阀的作用是控制气缸中的气体吸入和排出 压缩机上的气阀都是自动气阀自动气阀 即气阀的启闭不是用专 门的控制机构 而是靠气阀两侧气体的压差压差来实现自动启闭的 气阀的工作原理气阀的工作原理 当余隙容积膨胀终了时 若气缸与阀腔之间的气体压力差在阀片上的作用力大于弹簧 力及阀片和一部分弹簧质量力时 阀片开启 阀片一旦离开阀座 便有气体通过此缝隙进入气缸 在流 体气体的推力作用下 阀片继续上升直至撞到升程限制器 阀片撞击升程限制器 会产生反弹力 如果 反弹力与弹簧力之和大于气体推力 则阀片会出现反弹现象 正常情况下 反弹现象比较轻微 此后气 体推力大于弹簧力 使阀片停留在升程限制器上 气量的调节要求 气量的调节要求 1 气量调节 a 连续 100 75 50 25 0 b 间断 排气 不排气 2 满足 耗气量要求 3 经济性好 功耗低 4 结构简单 操作 维修方便 安全可靠 气量调节的几种方法和特点气量调节的几种方法和特点 从驱动机构调节从驱动机构调节 1 单机停转调节 2 多机分机停转 3 变转速调节 从从 气体管路调节气体管路调节 1 进气节流调节 2 切断进气 3 进排气管连通 从气阀进行调节从气阀进行调节 1 全程顶开进气阀 2 部分行程顶开进气阀 连通汽缸余隙调节连通汽缸余隙调节 1 全行程连通固定补助余隙容积 2 全行程连通可变补 助余隙容积 3 部分程连通补助余隙容积 往复式压缩机分类往复式压缩机分类 1 1 按排气压力分按排气压力分 单位 低压 1 中压 1 10 高压 10 100 超高压 100 2 2 按容积流量分按容积流量分 单位 微型 1 小型 1 10 中型 10 100 大型 100 3 按达到排气压力所需的级数分按达到排气压力所需的级数分 单级 两级 多极 4 4 按气缸中心线位置分按气缸中心线位置分 立式 卧式 对动 对置 角度式 压缩机方案选取的一般原则压缩机方案选取的一般原则 压缩机总体结构方案包括 压缩机总体结构方案包括 压缩机型式 结构特征 主要结构参数 驱 动方式 主要结构参数 主要结构参数 活塞平均速度 转速 行程 缸径 连杆比 型式结构特征 型式结构特征 气缸轴线在空 间的位置 级数 曲拐错角 级在列中的布置 列数 运动机构构造 选择结构方案 主要结构参数选择结构方案 主要结构参数 的原则 的原则 1 满足排气量 排气压力 排气温度的要求 2 机器运转平稳可靠 动平衡性好 3 结构紧 凑 尺寸小 重量轻 4 制造工艺性好 维护 检修方便 经济性好 如比功率低 5 主要结构参数 标准化 系列化 润滑系统润滑系统 润滑的作用 润滑的作用 减少摩擦 磨损 增加密封效果 带走摩擦热及摩屑 防止摩擦副锈蚀或腐 蚀 润滑方式 飞溅润滑 润滑方式 飞溅润滑 连杆大头设一甩油杆 适于小型与单作用 润滑路线 连杆大小头油孔 活塞与气缸表面 喷雾润滑 喷雾润滑 进口处喷入一定量润滑油 油和工作介质混合在气缸表面起润滑作用 缺点是油和气体一起排出 易燃的不能用 压力润滑 压力润滑 通过注油器 大型 或齿轮泵 小型 螺杆压缩机螺杆压缩机一般都是指双螺杆压缩机 它由一对阳 阴螺杆构成 是回转压缩机中应用最广泛的一种 在化工 制冷及空气动力工程中 它所占的比例越来越大 螺杆压缩机的容积流量范围是 2 500m3 min 终了压力一般小于 1 2MPa 个别场合可达 4 5MPa 螺杆压缩机分为干式干式和湿式湿式两种 干式干式指工作腔中不喷液 压缩气体不会被感染 湿式湿式指工作腔喷入润滑油或其他液体 借以冷却被压 缩的气体 改善密封 并可润滑阴 阳转子 实现自身转动 第三章第三章 离心式压缩机工作原理离心式压缩机工作原理 利用机器的做功元件 高速回转的叶轮 对气体作功 使气体在离心场中压 力得到提高 同时动能也大为增加 随后在扩张流道中流动时 这部分动能又转变成静压能 使气体 压力进一步提高 级的结构与关键截面级的结构与关键截面 a a 为中间级 由叶轮 1 扩压器 2 弯道 3 回流器 4 组成 b 为首 级 由吸气管和中间级组成 C 为末级 由叶轮 1 扩压器 2 排气蜗室 5 组成 离心叶轮的典型结构 离心叶轮的典型结构 叶轮有轮盖 叶片 轮盘组成 闭式叶轮 闭式叶轮 漏气少 效率高 性能好 轮盖强 度影响 u2 半开式半开式 效率低 强度高 u2 大作功大 单级压力高 双面进气双面进气 流量大 轴向力小 按弯按弯 曲形式 出口角分曲形式 出口角分 后弯叶轮后弯叶轮 效率高 工作范围大 常用 径向叶轮径向叶轮 介于两者间 前弯叶轮前弯叶轮 效率小 工作范围小 常用于通风机 扩压器典型结构扩压器典型结构 扩压器作用 扩压器作用 升压 降速 无叶扩压器 无叶扩压器 结构简单 效率高 工作范围大 D4 大 叶片扩压器 叶片扩压器 D4 小 效率高 结构复杂 工作范围小 弯道作用 弯道作用 将气体引入回流器 蜗壳作用蜗壳作用 升压 降速 性能曲线性能曲线亦称特性曲线 1 增压比曲线 qvin 选压缩机 定工况点 能量核算 2 效率曲 线 qvin 是经济指标 参数计算的原始数据 3 轴功率曲线 N qvin 决定原动机功率 通 常将曲线上效率最高点最高点称为最佳工况点最佳工况点 稳定工况范围 稳定工况范围 压缩机左边受喘振工况限制 右边受堵塞工 况限制 两个工况之间为稳定工作范围 喘振的危害 喘振的危害 Pc 下降 效率下降 噪音 振动增加 轴承破坏 转子与固定件碰撞 防喘振的措施 防喘振的措施 1 标注喘振线的性能曲线 随时了解工作点位置 2 降低转速 使喘振发生流量点下降 3 设 置调节导叶机构 特别是首级 改变进气冲角 4 出口旁设置旁通管道 让多余气体放空或降压后 回进口 5 进 温度 流量 出 压力 口安置监视仪表 6 运行操作人员了解压缩机工作原理 注意机器所在工况位置 使机器不致进入喘振状态 管网特性曲线 管网特性曲线 气体在管网中流动时 需要足够的压力用来克服沿程阻力和各种局部阻力 每一种管 网都有自己的特性曲线 亦称管网阻力曲线 即 p f qv 曲线 管网特性曲线决定于管网本身的 结构和用户的要求 压缩机的调节方法 压缩机的调节方法 1 出口节流调节 2 进口节流调节 3 进口导叶调节 4 扩压器叶片调节 5 改变转速调节 6 几种调节方法的比较及联合采用两种调节 附属系统 附属系统 1 1 输送气体的管网系统 输送气体的管网系统 管道 阀门 过滤器 设计时阻力不能大 管路特性曲线应适 应设计工况及变工况运行 2 2 增 减 速设备 增 减 速设备 电机增速 汽轮机减速 3 3 油路系统 油路系统 提供一定 流量 压力 保持一定温度的循环油 起润滑 密封 支撑 吸收热量的作用 油还需冷却过滤 压 缩机起停车时 油路系统应处在运行状态 应有储油箱 以防停电时油泵停止工作 4 4 水路系统水路系统 冷却器 阀门 管道 提供中间冷却器及油冷 5 5 检测系统检测系统 监测系统 压缩机 原动机 进出 口气体压力 温度 管路中的流量 机器的转速和功率 安全检测系统 压缩机震动 转速 功率 转子轴向位移及轴承 密封部位的油温 选型的基本原则选型的基本原则 1 1 提出产品应达到的技术指标提出产品应达到的技术指标 1 性能指标 2 安全指标 2 2 提出产品的经济指标提出产品的经济指标 1 产品价格 质量与价格兼顾 2 供货时间 3 使用寿命 10 15 年 3 3 选用性能调节方式选用性能调节方式 出口调 节不经济 可变转速调节 经济性好 工况范围大 4 4 提出必须配备的仪表提出必须配备的仪表 附属系统 冷却润滑 检测系统 测压力 流量 温度 转速 振动量等 确定检测部位 选择仪器仪表 控制系统 开 停车 防喘振 连锁紧急停车 自动调节维持高效工况点 5 5 其他事项其他事项 单台 小批量厂家可满足具 体要求 转子转向 进排气位置 机器高度等 第四章第四章 离心泵的分类离心泵的分类 按吸入方式按吸入方式 单吸 双吸 按级数按级数 单级 多级 按液体流出叶轮方向按液体流出叶轮方向 离心式 轴流式 混流 式 漩涡式 按主轴方向按主轴方向 卧式 立式 斜式 按叶片安装方法按叶片安装方法 可调叶片 固定叶片 按壳体剖分方式分按壳体剖分方式分 分段式 中开式 按泵体形式分按泵体形式分 蜗壳泵 透平泵 筒式泵 动力泵动力泵 轴流泵 旋涡泵 自吸泵 磁力驱动泵 容积泵容积泵 往复泵 转子泵 螺杆泵 齿轮泵 滑片泵 侥性件 泵 离心泵的性能参数离心泵的性能参数 1 1 流量流量 泵单位时间输送的液体量 qv m3 s 2 2 扬程扬程 单位重量液体从泵进口 至泵出口处获得的能量 3 3 转速转速 泵轴单位时间的转速 n rpm 4 4 汽蚀余量汽蚀余量 泵吸入口处单位重 量液体所具有的超过汽化压力水头的富裕能量 NPSH m 5 5 功率和效率 轴功率功率和效率 轴功率 N N 原动机传到泵 轴上的功率 w 泵效率泵效率 有效功率与轴功率之比 汽蚀发生的危害汽蚀发生的危害 1 使过流部件剥蚀破坏 起初出现麻点 继而表面呈现槽沟状 蜂窝状 鱼鳞状的 裂痕 严重时造成叶片或叶轮前后盖板穿孔 甚至叶轮断裂 造成严重事故 2 气蚀使泵的性能下 降 流道堵塞 连续性 qv 下降 H 下降 下降 3 气蚀使泵产生噪音和振动 气蚀是水力机械向 高流速发展的巨大障碍 有效汽蚀余量有效汽蚀余量 有效汽蚀余量是指液流自吸液池经吸入管路到达泵吸入口后 所富余的高出汽化压力 能头的那部分能量 用符号 NPSHa 表示 有效汽蚀余量数值的大小与泵装置的操作条件 如吸液灌 内压力或吸液池液面大气压 吸入管路的几何安装高度 阻力损失 液体性质和温度等 和管路中的 流量有关 而与泵本身的结构尺寸无关 故又称为装置的汽蚀余量 同时看到 Hg 一定时 流量增 加 吸入管路阻力损失增大 有效汽蚀余量 NPSHa 也就越小 发生汽蚀的可能性就大 离心泵的特性曲线 离心泵的特性曲线 1 1 H QH Q 曲线 曲线 是选择和使用泵的主要依据 有 平坦 和 驼峰 状之分 驼峰 状易产生不稳定现象 2 2 N QN Q 曲线曲线 是合理选择原动机功率和操作起动泵的依据 按需流 量变化范围中的最大规律再加上一定的安全余量 选择原动机功率 起动泵应关闭排出管路上的调节 阀 可以减小启动电流 保护电机 3 3 效率效率 Q Q 曲线曲线 是检查泵工作经济性的依据 尽可能在高效区 工作 通常效率最高点为额定点 也是设计工况点 目前取最高效率以下 5 8 范围内所对应的工况 为高效工作区 4 NPSHr Q 4 NPSHr Q 曲线曲线 是检查泵工作是否发生气蚀的依据 通常是按最大流量下的 NPSHr 考虑安全余量及吸入装置的有关参数确定泵的安装高度 泵的相似条件 泵的相似条件 1 几何相似 2 运动相似 3 动力相似 相似定律相似定律 流量相似定律 扬程相似定律 功率 相似定律 两泵在相似工况下的性能参数符合相似定律表达式符合相似定律表达式 当尺寸不变 只变转速时称比例定律比例定律 切割定律切割定律 为了扩大其工作范围 可采用切割叶轮外径的方法 使工作范围由一条线变成一个面 切 割叶轮前后的性能参数变化关系 可近似的由切割定律来表达 切割定律的切割量不能太大 经验证 明 允许的最大相对切割量与比转数有关 比转数 比转数 用来判别离心泵工况的相似准数 比转数的计算式比转数的计算式 汽蚀比转数 汽蚀比转数 泵 在最佳工况下的汽蚀特性参数 汽蚀比转数的表达式 汽蚀比转数的表达式 轴向力的产生 轴向力的产生 1 两边压力分布不同 2 液流改变方向 轴向力的平衡设施 轴向力的平衡设施 1 单级泵轴向 力的平衡 采用双吸式叶轮 开平衡孔 采用平衡叶片 采用平衡管 2 多级泵轴向力的平衡 改变工况点的三种途径 改变工况点的三种途径 改变泵的特性曲线 改变装置的特性曲线 同时改变泵和装 置的特性曲线 离心泵的主要零件 离心泵的主要零件 叶轮 轴向力的平衡装置 密封装置 蜗壳与导叶 第五章第五章 分离物料分类分离物料分类 均一系 非均一系 均一系均一系混合物的分离基本属于传质的内容 其基本方法就是在均一 系溶液中设置第二个相 使要分离的物质转移到该相中来 其力学过程是微观的内力作用过程 非非 均一系均一系混合物的分离 一般采用机械方法机械方法 其基本原理就是将混合物置于一定的力场之中 利用混合 物的各个相在力场中受到不同的力从而到较大的 相重差 使其分离 其力学过程是宏观的 场外力 作用过程 机械分离机械分离 浮选 沉降 过滤 筛分 浮选浮选 是在悬浮液内释放出足够的空气 或其