过程流体机械作业

作业

P149思考题

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？

答：“级”是离心式压缩机的基本单元，从级的类型来看，一般可分为中间级: 由叶轮、扩压器、弯道、回流器组成；首级: 由吸气管和中间级组成；末级: 由叶轮、扩压器、排气蜗壳组成。级由一个叶轮与其相配合的固定元件所构成。叶轮是外界（原动机）传递给气体能量的部件。

2.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和的数值应在何范围之内？

答：连续方程是质量守恒定律在流体力学中的数学表达式，在气体作定常一元流动的情况下，流经机器任意截面的质量流量相等。

应用连续方程在叶轮出口的表达式为：qm=ρiqvi=ρ2qv2=ρ2c2rf2=const

叶轮出口的连续方程：qm=ρ2qv2=ρ(b2/D2)ψ2r(τ2/π)(60/n) ²u2 ³

0.025

对于Ψ2的选取范围，对于径向叶轮为0.24~0.40,后弯型叶轮为0.18~0.32，强后弯型叶轮为0.10~0.20

3.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。

答：能量方程用来计算气流温度(或焓)的增加和速度的变化。根据能量转换与守恒定律，外界对级内气体所做的机械功和输入的能量应转化为级内气体热焓和能量的增加，对级内1千克气体而言，其能量方程可表示为：

Hth+q=cp（T0’-T0）+（c0′²-c0 ²）/2=ho′-h0+（c0′²-c0 ²）/2

能量方程的物理意义为：

①表示由叶轮所做的机械功，转化为级内气体温度(或焓)的升高和动能的增加；

②对有粘无粘的气体都适用，因为对有粘气体所引起的能量损失也以热量形式传递给气体，从而式气体温度(焓)升高；

③可认为气体在机器内做绝热运动，q＝0；

④该方程适用于一级，也适用于多级整机或其中任一通流部件，这由所取的进出口截面决定。

4.多级压缩机为何要采用分段与中间冷却？

答：为了降低气体温度，节省功率，在离心压缩机中往往采用分段中间冷却的结构，而不采用汽缸套冷却。各段由一级或若干级组成，段与段之间在机器之外由管道连接中间冷却器。

5.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？答：多级离心压缩机所需的内功率可表示为诸级总功率之和。其表达式如下：

原动件所传递给压缩机轴端的功率成为轴功率。其表达式如下：Nz=Ni+Nm=(Ni)/(ηm)

6.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？

答：当压缩机流量减少至某一值时，叶道进口正冲角很大，致使叶片非工作面上的气流边界层严重分离，并沿叶道扩张开来。这种现象称之为“旋转脱离”。

压缩机的喘振:当压缩机的流量进一步减小时，叶道中的若干脱离团就全联在一起成为大的脱离团，占据大部分叶道，这时气流会受到严重阻塞，致使性能曲线中断与突降。叶轮虽仍旋转对气流做功，但不能提高气体的压力,于是压缩机出口压力显著下降。由于管网具有一定的容积，故管网中的气体压力不可能很快下降，于是会出现管网中的压力反大于压缩机的出口压力，从而使管网中的气体向压缩机倒流，并使压缩机中的气体冲出压缩机的进口，直到管网中的压力下降至压缩机出口的压力，倒流停止。此时气流又在旋转叶轮的作用下正向流动，提高压力，并向管网供气，随之流经压缩机的流量又增大。当管网中的压力迅速回升，流量又下降时，系统中的气流又产生倒流，如此正流、倒流反复出现，使整个系统发生周期性低频大振幅的轴向气流振荡现象，称为压缩机喘振。

由压缩机发生喘振的机理分析表明，旋转脱离是喘振的前奏，而喘振是旋转脱离进一步恶化的结果。

喘振的危害：喘振造成的后果是很严重的，它不仅使压缩机的性能恶化，压力和效率显著降低，机器出现异常的噪声、吼叫和爆音，而且使机器出现强烈的振动，致使压缩机的轴承、密封遭到损坏，甚至发生转子和固定部件的碰撞，造成机器的严重破坏。

防喘振的措施：

a.操作者应具备标注有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。为偏于运行安全，可在比喘振线的流量大出5％~10％的地方加注一条防喘振线，以提醒操作者注意。

b.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。

c.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。

d.在压缩机出口设置旁通管道，如生产中必须减少压缩机的输送流量时，让多余的气体放空或经降压后仍回进气管，宁可多消耗流量与功率，也要让压缩机通过足够的流量，以防喘振。

e.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，或与防喘振控制操作联动，以喘振时实现紧急停车。

f. 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。

7.何谓转子的临界转速？采用什么方法计算？工作转速如何校核？

答：若转子旋转的角速度与转子弯曲振动的固有圆周频率相重合，则转子发生强烈的共振导致转子的破坏，转子与此相应的转速称为转子的临界转速。

转子临界转速的计算现多采用普劳尔传递矩阵法。

为确保机器运行的安全性，要求工作转速远离第1、2阶临界转速，其校核条件是：对于刚性转子 n≤0.75nc1

对于柔性转子 1.3nc1≤ n≤0.7nc2

8.轴端密封有哪几种？试简述它们的密封原理和特点。

答：轴端密封有机械密封，液膜密封，干气密封。

机械密封：弹簧将静环端面紧贴在动环上，使其端面间隙减小到零，已达到密封的目的；

特点：线速度可达70m/s，且使用寿命较长；

液膜密封：液膜密封是在密封间隙中充注带压液体，以阻滞被封介质泄露；