过程流体机械考试题

一、填空（本大题15分，每空0.5分）
1、按工作介质的不同，流体机械可分为（压缩机）、（泵）和（分离机）。

2、平面填料的典型结构是三六瓣结构，即朝向气缸的一侧由（三瓣）组成，
背离气缸的一侧由（六瓣）组成，每一块平面填料外缘绕有螺旋弹簧，起（预紧）作用。

3、往复活塞泵由（液力端）和（动力端）组成。

4、防止离心压缩机的转子因受其重力下沉需要两个（径向）轴承，防止转子因受轴向推力窜动需要（轴向止推）轴承。

5、压缩机中的惯性力可分为（往复）惯性力和（旋转）惯性力。

6、往复式压缩机的工作腔部分主要由（气阀）、（气缸）和（活塞）构成。

7、离心泵的过流部件是（吸入室）、（叶轮）和（蜗壳）。

8、泵的运行工况点是（泵特性曲线）和（装置特性曲线）的交点。

9、离心压缩机级内的能量损失主要包括：（流动）损失、（漏气）损失和（轮阻）损失。

10、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。

11、由比转数的定义式可知，比转数大反映泵的流量（大）、扬程（低）。

12、离心压缩机中，在每个转速下，每条压力比与流量关系曲线的左端点为（喘振点）。

各喘振点联成（喘振线），压缩机只能在喘振线的（右面）性能曲线上正常工作。

二、（本大题10分，每小题1分）判断
1、（×）采用多级压缩可以节省功的主要原因是进行中间冷却。

2、（×）压缩机的冷却方式主要分为（风冷）和（水冷）。

3、（×）管网特性曲线决定于（管网本身的结构）和用户的要求。

4、（×）按级数可将离心泵分为（单级泵）和（多级泵）。

5、（×）活塞与气缸之间需采用（活塞环）密封，活塞杆与气缸之间需采用（填料）密封。

6、（×）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直线运动。

7、（×）气阀中弹簧的作用是帮助阀片关闭和减轻阀片开启时与（升程限制器）的撞击。

8、（×）在双作用气缸中，为利于填料密封，在曲轴一侧配置（较低）压力级。

9、（×）压缩机串联工作可增大气流的排出压力，压缩机并联工作可增大气流
的输送流量。

10、（×）如果泵几何相似，则（比转数）相等下的工况为相似工况。

三、（本大题20分，每小题2分
名词解释
1、过程流体机械：是以流体为工质进行能量转换、处理与输送的机械，是过程装控的重要组成部分。

2、理论工作循环：压缩机完成一次进气、压缩、排气过程称为一个工作循环。

3、余隙容积：是由气缸盖端面与活塞端面所留必要的间隙而形成的容积，气缸至进气、排气阀之间通道所形成的容积，以及活塞与气缸径向间隙在第一道活塞环之前形成的容积等三部分构成。

4、多级压缩：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。

5、灌泵：离心泵在启动之前，应关闭出口阀门，泵内应灌满液体，此过程称为灌泵。

6、有效汽蚀余量：有效汽蚀余量是指液流自吸液罐（池）经吸入管路到达泵
p所富余的那部分能量头，用NPSH a表示。

吸入口后，高出汽化压力
V
7、一元流动：指气流参数（如速度、压力等）仅沿主流方向有变化，而垂直于主流方向的截面上无变化。

8、侧覆力矩：侧向力和主轴颈作用于轴承上的垂直分力大小相等方向相反，在机器内部构成了一个力矩。

该力矩在立式压缩机中，有使机器顺着旋转方向倾倒的趋势，所以习惯上称此力矩为侧覆力矩。

9、容积流量：通常是指单位时间内压缩机最后一级排出的气体，换算到第一级进口状态的压力和温度时的气体容积值，单位是m3/min或m3/h。

10、行程：活塞从一个止点到另一个止点的距离为“行程”。

四、解答题（本大题30分，每小题3分）
1、活塞压缩机的实际工作循环有哪些特征？
答：（1）任何工作腔都存在余隙容积。

因此，实际工作循环比理论工作循环多了一个膨胀过程。

（2）气体流经进气、排气阀和管道时必然有摩擦，由此产生压力
损失，整个进气过程气缸内的压力一般都低于进气管道中的名义进气压力，排气压力也高于排气管内的压力。

（3）气体与各接触壁面间始终存在着温差，这导致不断有热量吸入和放出。

过程指数不为常数。

（4）气缸容积不可能绝对密封，存在泄漏的影响。

（5）阀室容积不是无限大，吸、排气过程产生压力脉动。

（6）对于进、排气系统是一固定的封闭容积，且相对于工作腔容积并不太大，进气过程中压力能明显地逐渐降低，排气过程中压力能明显地升高。

2、采用多级压缩的原因是什么？
答：主要有如下原因：
（1）可以节省压缩气体的指示功；
（2）可以降低排气温度；
（3）提高容积系数；
（4）降低活塞力。

3、活塞式压缩机往复运动部分质量与旋转部分质量各由哪几部分组成?
答：往复运动部分质量m
s
包括由作往复运动的活塞、活塞杆和十字头部件的质
量，用m
p 表示，及连杆转化作往复运动的质量'
l
m；
旋转运动部分质量m
r 包括由作旋转运动的曲拐部件的质量，用m
c
表示，及连
杆转化作旋转运动的质量''
l
m。

4、离心泵发生不稳定工作原因是什么？如何判别稳定工作点和不稳定工作点？
答：（1）发生不稳定工作的原因主要有两点：
①泵的H-Q特性曲线呈驼峰形；
②管路装置中要有能自由升降的液面或其它贮存和放出能量的
部分。

（2）稳定工作点和不稳定工作点的方法是：当交点处管路特性的斜率大于泵性能曲线的斜率时是稳定工作点；反之，如交点处管路特性的斜率小于泵性能曲线的斜率，则是不稳定工作点。

5、离心泵的过流部件主要有哪些？它们各自的作用是什么？
答：离心泵的过流部件主要有吸入室、叶轮和蜗壳，其作用如下：
（1）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，要求液体流过吸入室的流动损失较小，并使液体流入叶轮时速度分布较均匀；
（2）叶轮：是离心泵中的作功部件，对叶轮的要求是在损失最小的情况下使单位重量的液体获得较高的能量；
（3）蜗壳：位于叶轮出口之后，其功用是把从叶轮内流出的液体收集起来，并把它按一定要求送入下级叶轮或送入排出管。

6、写出欧拉方程和第二欧拉方程，并简述其物理意义。

答：欧拉方程为：1122u c u c H L u u th th -==
第二欧拉方程为：2
22222121222122w w c c u u H L th th -+-+-== 该方程的物理意义是：
（1） 欧拉方程指出的是叶轮与流体之间的能量转换关系，它遵循
能量转换与守恒定律；
（2） 只要知道叶轮进出口的流体速度，即可计算出单位质量流体与
叶轮之间机械能转换的大小，而不管叶轮内部的流动力情况；
（3） 该方程适用于任何气体或液体，既适用于叶轮式的压缩机，也
适用于叶轮式的泵；
（4） 推而广之，只需将等式右边各项的进出中符号调换一下，亦适
用于叶轮式的原动机。

7、离心压缩机防喘振的主要措施有哪些？
答：由于喘振对机器危害严重，应严格防止压缩机进入喘振工况，一旦发生喘振，应立即采取措施消除或停机。

防喘振主要有如下几条措施：
（1） 操作者应具备标注喘振线的压缩机性能曲线，随时了解压缩
机工况点处在性能曲线图上的位置。

（2） 降低运行转速，可使流量减少而不致进入喘振状态，但出口
压力随之降低。

（3） 在首级或各级设置导叶转动机构以调节导叶角度，使流量减
少时的进气冲角不致太大，从而避免发生喘振。

（4）在压缩机出口设置旁通管道，宁肯多消耗流量与功率，也要让压缩机通过足够的流量，以防进入喘振状态。

（5）在压缩机进口安置温度、流量监视仪表，出口安置压力监视仪表，一旦出
现异常或喘振及时报警，最好还能与防喘振控制操作联动或与紧急停车联动。

（6）运行操作人员应了解压缩机的工作原理，随时注意机器所在的工况位置，熟悉各种监测系统和调节控制系统的操作，尽量使机器不致进入喘振状态。

一旦进入喘振应立即加大流量退出喘振或立即停机。

停机后，应经开缸检查确无隐患，方可再开动机器。

8、分析V2.2D-0.25/7型空气压缩机和2VY－6/7型空气压缩机名称中各代号的意义?
答：（1）V2.2D-0.25/7型空气压缩机：2列、V型（本身是2列），原配电动机额定功率2.2Kw，低噪声罩式，额定排气量0.25m3/min，额定排气表压力7×105Pa。

（2）2VY－6/7型空气压缩机：4列，双重V型，移动式，额定排气量6m3/min，额定排气表压力7×105Pa。

9、简述离心泵汽蚀的机理及危害？
答：（1）汽蚀的机理
在离心泵叶片入口附近的非工作面上存在着某些局部低压区，当处于低压区的液流压力降低到对应液体温度的饮饱和蒸汽压时，液体便开始汽化而形成气泡；气泡随液流在流道中流动到压力较高之处时又瞬时溃灭。

在气泡溃灭的瞬间，气泡周围的液体迅速冲入气泡溃灭形成的空穴，并伴有局部的高温、高压水击现象，这就是汽蚀产生的机理。

（2）汽蚀的危害：
a. 汽蚀使过流部件被剥蚀破坏;
b. 汽蚀使泵的性能下降;
c. 汽蚀使泵产生噪音和振动；
d. 汽蚀也是水力机械向高流速发展的巨大障碍。

10、活塞式压缩机气量调节的常用方法及要求？
答：
（1）常用方法：①转速调节 ②管路调节③压开进气阀调节
（2）要求：①容积流量随时和耗气量相等，即所谓连续调节，事实上不是任何情况下都能实现连续调节的，当不能连续调节事可采用分级调节②调节工况经济性好，即调节时单位流量耗功小；③调节系统结构简单，安全可靠，并且操作维修方便。

五、（本大题12分）
1、A ：H t o t -级的总能量头；B ：H l -级的漏气损失；C ：H d f -级的轮阻
损失；D ：H t h -级的理论能量头；
E ：2
2020c c -'-级的动能增量；F ：H h y d -级的流动损失；G ：H p o l -级的多变压缩功。

（7分，每空1分）
2、1 阀座 ，2 阀片 ，3 弹簧 ，4 升程限止器 ，是 进 气阀。

（6） （5分，每空1分）
六、（本大题13分）
1、 （共5分）
解：
（1）单级等熵压缩功：
121111 1.411.43111.40.80.10130.11011.410.13.0610/min m m i P m W PV m P KJ --⎡⎤⎛⎫⎢⎥=-- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎢⎥⎣⎦
⎡⎤+⎛⎫⎢⎥=-⨯⨯⨯- ⎪⎢⎥-⎝⎭⎣⎦
≈-⨯
2分
（2）单级等熵压缩功：
压力比
3ε==≈ 1211 1.411.432111.420.110311.412.5810/min m
m i m W PV m KJ ε--⎛⎫=-- ⎪-⎝⎭
⎡⎤=-⨯⨯⨯⨯-⎢⎥-⎣⎦
≈-⨯ 2分
（3）由于W 1i >W 2i ，所以两级压缩省功。

1分
2．已知某化工厂所选的离心泵的性能为
120 87 3.8
200 80 4.2
240 72 5.0 为它设计的吸入装置是储水池至泵的高度4m ，吸水管径250mm ，管长12m ，管路沿程阻力系数λ=0.018其中有带滤网底阀一个，ζ1=7.5；闸板阀一个，ζ
2=0.1；900弯头3个，每个弯头的局部损失系数ζ3=0.9；锥形渐缩过度接管一
个，ζ4=0.04；。

该泵的使用流量范围在200~220h m /3，试问该泵在使用时是
否发生汽蚀？如果发生汽蚀，建议用户对吸入装置的设计应作什么改进，方可使其避免发生汽蚀？（当地的大气压头为9.33O mH 2，15℃清水的饱和蒸汽压为1.7kPa ）。

（8分）
解：
选择最大流量220h m /3工况作计算，因为最大流量工况下的a NPSH 最小，而r NPSH 最大。

如果该工况下不发生汽蚀，则在比它小的流量下工况更不会发生汽蚀。

1分
s m d q v v /245.125.036002204422=⨯⨯⨯==ππ 1分
（7） 由管路沿程阻力系数λ=0.018，局部阻力系数如下：带滤网底阀ξ=7.5，
闸板阀ξ=0.9，锥形渐缩过度接管ξ
m H H r p r p NPSH m g v d l H g v a a 27.4885.049810
170033.9885.081.92245.1)04.039.01.05.725.012018.0(2)(2
2=---=∆---==⨯+⨯+++=+=∆∑ξλ 2
分
由已知条件线性插值知在h m q v /2203=工况下的r NPSH =4.6m ，则r a NPSH NPSH <，泵在h m q v /2203=时发生汽蚀。

2分
建议将由储水池至泵的高度由4m 改为3m 。

则： m NPSH NPSH r a 6.427.5=>=，这样泵在运行时就不会发生汽蚀了。

2分。