福州大學(xué)化工原理教案流體輸送機械

2.流體輸送機械2.1概述（1）管路特性曲線方程——描述管路中流量與所需補加能量的關(guān)系式列以單位重量流體為衡算基準(zhǔn)的機械能衡算式（實際流體柏努利方程式）（m）管路特性曲線方程，注意：題指南p177，式（11-9）等于上式②若指定解題時，所求H仍為（m）。K=？③閥門關(guān)小，，管路特性曲線變陡，在同樣流量下所需補加能量。（1）流體輸送機械的壓頭和流量（風(fēng)機的全風(fēng)壓和風(fēng)量）泵的流量指泵的單位時間內(nèi)送出的液體體積，也等于管路中的流量，這是輸送任務(wù)所規(guī)定必須達(dá)到的輸送量。泵的壓頭（又稱揚程）（解題指南用H表示，m）是指泵向單位重量流體提供的能量。泵與的關(guān)系是本章的主要內(nèi)容。（2）流體輸送機械的分類①動力式（葉輪式）：包括離心式、軸流式；②容積式（正位移式）：包括往復(fù)式，旋轉(zhuǎn)式；③其他類型：如噴射式等。2.2離心泵2.2.1離心泵的工作原理（1）離心泵的主要構(gòu)件——葉輪和蝸殼（2）離心泵的理論壓頭假設(shè)：①葉片的數(shù)目無限多，葉片的厚度無限薄，從而可以認(rèn)為液體完全沿著葉片的彎曲表面流動，無任何環(huán)流現(xiàn)象；②液體是理想流體，無摩擦阻力損失。在葉輪的進(jìn)、出口截面到機械能衡算式，從而導(dǎo)出離心泵理論壓頭為（2-15）（3）流量對理論壓頭的影響（2-18）（4）葉片形狀對理論壓頭的影響當(dāng)泵轉(zhuǎn)速n、葉輪直徑、葉輪出口處葉片寬度、流量一定時，隨葉片形狀而變。①徑向葉片，=，=0，=與無關(guān)。②后彎葉片，③前彎葉片，由此可見，前彎葉片產(chǎn)生的最大，似乎前彎葉片最有利，實際情況是否果真如此呢？我們分析如下：=位頭（）+靜壓頭（）+動壓頭（）而的前彎葉片流體出口的絕對速度很大，此時增加的壓頭主要是動壓頭，靜壓頭反而比后彎葉片小。動壓頭雖然可以通過蝸殼部分地轉(zhuǎn)化為靜壓頭，但由于大，液體在泵殼內(nèi)產(chǎn)生的沖擊劇烈得多，轉(zhuǎn)換時的能量損失大為增加，效率低。故為獲得較多的能量利用率，離心泵總是采用后彎葉片（）。（5）液體密度對理論壓頭的影響從式（2-15）或（2-18）均可看出與無關(guān)，也就是說被輸送液體變，在其他條件不變時不變?？梢赃@樣解釋：氣縛現(xiàn)象（前一節(jié)已解釋）2.2.2離心泵的特性曲線（1）泵的有效功率和效率液體從泵中實際得到的功率稱為有效功率電動機給予泵軸的功率稱為軸功率。泵在運轉(zhuǎn)過程中由于存在種種原因?qū)е聶C械能損失，使得，之比稱為泵的效率軸功率解題指南及大多數(shù)教材軸功率用N、有效功率用表示，解題指南P174或式（11-2）及下方一段內(nèi)容，考慮各種損失后實際壓頭與實際流量的關(guān)系見圖1。關(guān)系影響因素眾多，只能靠實驗測定。（2）離心泵的特性曲線由于離心泵的種類很多，前述各種泵內(nèi)損失難以估計，使得離心泵的實際特性曲線關(guān)系、、只能靠實驗測定，在泵出廠時列于產(chǎn)品樣本中以供參考。實驗測出的特性曲線如圖所示，圖中有三條曲線，在圖左上角應(yīng)標(biāo)明泵的型號（如4B20）及轉(zhuǎn)速，說明該圖特性曲線是指該型號泵在指定轉(zhuǎn)速下的特性曲線，若泵的型號或轉(zhuǎn)速不同，則特性曲線將不同。借助離心泵的特性曲線可以較完整地了解一臺離心泵的性能，供合理選用和指導(dǎo)操作。由圖可見：①一般離心泵揚程隨流量的增大而下降（很小時可能例外）。當(dāng)=0時，由圖可知也只能達(dá)到一定數(shù)值，這是離心泵的一個重要特性；②軸功率隨流量增大而增加，當(dāng)時，最小。這要求離心泵在啟動時，應(yīng)關(guān)閉泵的出口閥門，以減小啟動功率，保護(hù)電動機免因超載而受損；③曲線有極值點（最大值），在此點下操作效率最高，能量損失最小。與此點對應(yīng)的流量稱為額定流量。泵的銘牌上即標(biāo)注額定值，泵在管路上操作時，應(yīng)在此點附近操作，一般不應(yīng)低于92%。（3）液體密度對特性曲線的影響理論與無關(guān)，實際與也無關(guān)，但有關(guān)理論與無關(guān)，實際也與無關(guān)。P392泵性能表上列出軸功率指輸送清水時的，所選泵用于輸送比水大的液體應(yīng)先核算，若表中的電機功率，應(yīng)更換功率大的電機，否則電機會燒壞。（4）液體粘度對特性曲線的影響（的幅度超過的幅度，）。泵廠家提供的特性曲線是用清水測定的，若實際輸送液體比清水大得較多。特性曲線將有所變化，應(yīng)校正后再用，其他書有介紹校正方法。（5）轉(zhuǎn)速n對特性曲線的影響泵的特性曲線是在一定轉(zhuǎn)速下測得，實際使用時會遇到n改變的情況，若n變化<20%，可認(rèn)為液體離開葉輪時的速度三角形相似，不變,泵的效率不變(等效率)，則，，，，上式稱為離心泵的比例定律，n變化<20%，相等時成立。（6）葉輪直徑對特性曲線的影響泵的特性曲線是針對某一型號的泵（一定），一個過大的泵，若將其葉輪略加切削而使直徑變小，可以減低和而節(jié)省。若變化，可認(rèn)為不變，不變，則，得上式稱為離心泵的切割定律，變化，相等時成立。2.2.3離心泵的流量調(diào)節(jié)和組合操作（1）離心泵的工作點管路特性曲線方程泵特性曲線方程泵的工作點即為兩條曲線的交點。2.2.4離心泵的安裝高度（1）汽蝕現(xiàn)象液面較低的液體，能被吸入泵的進(jìn)口，是由于葉輪將液體從其中甩向外圍，而在葉輪中心進(jìn)口處形成負(fù)壓（真空）。泵內(nèi)壓強最低處是葉輪中心進(jìn)口處面。在面與面之間到機械能衡算式并以面為基準(zhǔn)水平面，得若液面壓強，吸入管路流量及管路一定（即、一定）。安裝高度，當(dāng)至等于操作溫度下被輸送液體的飽和蒸汽壓時（即），液體將發(fā)生沸騰部分汽化，所生成的大量蒸汽壓泡在隨液體從葉輪進(jìn)口向葉輪外圍流動時，又因壓強升高，氣泡立即凝聚，氣泡的消失產(chǎn)生局部真空，周圍的液體以極大的速度沖向氣泡原來所在的空間，在沖擊點處產(chǎn)生很高的局部壓強（高達(dá)幾百個大氣壓），沖擊頻率高達(dá)每秒幾萬次之多。尤其當(dāng)氣泡的凝結(jié)發(fā)生在葉輪表面時眾多的液體質(zhì)點如細(xì)小的高頻水錘撞擊著葉片，另外氣泡中可能帶有氧氣等對金屬材料發(fā)生化學(xué)腐蝕作用。泵在這種狀態(tài)下長期運轉(zhuǎn)，將導(dǎo)致葉片過早損壞。這種現(xiàn)象稱為泵的汽蝕現(xiàn)象。汽蝕現(xiàn)象發(fā)生時，泵體振動，發(fā)出噪音，泵的，嚴(yán)重時甚至吸不上液體。汽蝕現(xiàn)象是有害的，必須加以避免。從上面的分析可知，泵的安裝高度不能太高，以保證葉輪中各處壓強高于被輸送液體的飽和蒸汽壓。我國的離心泵規(guī)格中采用下述兩種指標(biāo)來表示泵的吸上性能，下面簡述其意義，并說明如何利用該指標(biāo)來確定泵的不致與發(fā)生汽蝕現(xiàn)象。（2）最大安裝高度、最大允許安裝高度與實際要安裝的高度時發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，此時的安裝高度最大=由泵的廠家提供，故可以計算。為安全起見，通常是將減去一定量作為安裝高度的上限，稱為最大允許安裝高度稱為必需汽蝕余量，>，<。對照解題指南P182式（11-18）可知：<，=，（稱為允許汽蝕余量）。為安全，實際安裝高度注意：①允許汽蝕余量的校正。泵性能表上列出的值也是按輸送20oC的清水測定出來的，當(dāng)輸送其它液體時，值應(yīng)按下式校正。（11-19）式中——輸送其它液體時的允許汽蝕余量，m；——校正系數(shù)，為輸送溫度下液體的密度與飽和蒸汽壓的函數(shù)，其值小于1。值可由有關(guān)手冊查得，但通常＜1，＜，則按計算的允許安裝高度＞,故為簡便起見，也可不校正，而把它作為外加的安全因數(shù)②與有關(guān)，，因此在確定時必須使用過程可能達(dá)到的最大流量進(jìn)行計算。③，應(yīng)盡可能使。措施：a．吸入管路應(yīng)短（靠近液源）而直（少拐彎）；b．吸入管路應(yīng)省去不必要的管件，調(diào)節(jié)閥應(yīng)裝在排出管路上；c．吸入管徑大于排出管徑。（3）臨界汽蝕余量與必需汽蝕余量可通過實驗測定，不是改變發(fā)生汽蝕，而是設(shè)法在泵的不變的條件下逐次降低（例如關(guān)小吸入管路中的閥），當(dāng)泵內(nèi)剛好發(fā)生汽蝕（以泵較正常值下降3%作為發(fā)生汽蝕的標(biāo)志）時測取，由上式計算，+安全余量，列在泵的性能表上。（4）由允許吸上高度（真空度）求安裝高度2.2.5離心泵的類型與選用（1）離心泵的類型①清水泵舊型號：B型新型號：IS型IS型泵是根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2858規(guī)定的性能和尺寸設(shè)計的，其效率比B型泵平均提高3.67%。IS80-65-16080——泵入口直徑，mm；65——泵出口直徑，mm；160——泵葉輪名義直徑，mm。如果要求的壓頭（揚程）較高，可采用多級離心泵，其系列代號為“D”，其結(jié)構(gòu)如圖所示。如要求的流量很大，可采用雙吸收式離心泵，其系列代號“Sh”。腐蝕泵，“F”系列，非“F”系列；油泵，單吸“Y”系列，雙吸式“YS”系列；下泵，“FY”系列；屏蔽泵；雜質(zhì)泵“P”系列；（2）離心泵的選用①根據(jù)被輸送液體的性質(zhì)確定泵的類型②確定輸送系統(tǒng)的流量和所需壓頭。流量由生產(chǎn)任務(wù)來定，所需壓頭由管路的特性方程來定。③根據(jù)所需流量和壓頭確定泵的型號A、查性能表或特性曲線，要求流量和壓頭與管路所需相適應(yīng)。B、若生產(chǎn)中流量有變動，以最大流量為準(zhǔn)來查找，H也應(yīng)以最大流量對應(yīng)值查找。C、若H和Q與所需要不符，則應(yīng)在鄰近型號中找H和Q都稍大一點的。D、若幾個型號都滿足，應(yīng)選一個在操作條件下效率最好的E、為保險，所選泵可以稍大；但若太大，工作點離最高效率點太遠(yuǎn)，則能量利用程度低。F、若被輸送液體的性質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)流體相差較大，則應(yīng)對所選泵的特性曲線和參數(shù)進(jìn)行校正，看是否能滿足要求。2.3往復(fù)泵2.3.1往復(fù)泵的作用原理和類型（1）作用原理如圖所示為曲柄連桿機構(gòu)帶動的往復(fù)泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）和活門組成?；钪谕饬ν苿酉伦魍鶑?fù)運動，由此改變泵缸內(nèi)的容積和壓強，交替地打開和關(guān)閉吸入、壓出活門，達(dá)到輸送液體的目的。由此可見，往復(fù)泵是通過活柱的往復(fù)運動直接以壓強能的形式向液體提供能量的。（2）往復(fù)泵的類型按照往復(fù)泵的動力來源可分類如下：①電動往復(fù)泵電動往復(fù)泵由電動機驅(qū)動，是往復(fù)泵中最常見的一種。電動機通過減速箱和曲柄連桿機構(gòu)與泵相連，把旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橥鶑?fù)運動。②汽動往復(fù)泵汽動往復(fù)泵直接由蒸汽機驅(qū)動，泵的活塞和蒸汽機的活塞共同連在一根活塞桿上，構(gòu)成一個總的機組。按照作用方式可將往復(fù)泵分類如下：①單動往復(fù)泵活柱往復(fù)一次只吸液一次和排液一次。②雙動往復(fù)泵活柱兩邊都在工作，每個行程均在吸液和排液。2.3.2往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)（1）往復(fù)泵的特性曲線與工作點由知僅與活塞每次掃過的體積AS及活塞往復(fù)次數(shù)n有關(guān)，而與管路的特性無關(guān)。實際，H不太高時隨H的變化很小，H大時，減小。而往復(fù)泵的壓頭則只決定于管路特性曲線與泵的特性曲線的交點（工作點確定）。（2）流量調(diào)節(jié)①用旁路閥調(diào)節(jié)流量。泵的送液量不變，只是讓部分被壓出的液體返回貯池，使主管中的流量發(fā)生變化。顯然這種調(diào)節(jié)方法很不經(jīng)濟，只適用于流量變化幅度較小的經(jīng)常性調(diào)節(jié)。②改變曲柄轉(zhuǎn)速：因電動機是通過減速裝置與往復(fù)泵相連的，所以改變減速裝置的傳動比可以很方便地改變曲柄轉(zhuǎn)速，從而改變活塞自往復(fù)運動的頻率，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。2.4其他化工用泵2.4.1非正位移泵2.4.1.1旋渦泵旋渦泵是一種特殊類型的離心泵。它的葉輪是一個圓盤，四周銑有凹槽，成輻射狀排列。葉輪在泵殼內(nèi)轉(zhuǎn)動，其間有引水道。泵內(nèi)液體在隨葉輪旋轉(zhuǎn)的同時，又在引水道與各葉片之間，因而被葉片拍擊多次，獲得較多能量。液體中旋渦泵中獲得的能量與液體在流動過程中進(jìn)入葉輪的次數(shù)有關(guān)。當(dāng)流量減小時，流道內(nèi)認(rèn)體的運動速度減小，液體流入葉輪的平均次數(shù)增多，泵的壓頭必然增大；流量增大時，則情況相反。因此，其H~Q曲線呈陡降形。旋渦泵的特點如下：（1）壓頭和功率隨流量增加下降較快。因此啟動時應(yīng)打開出口閥，改變流量時，旁路調(diào)節(jié)比安裝調(diào)節(jié)閥經(jīng)濟。（2）在葉輪直徑和轉(zhuǎn)速相同的條件下，旋渦泵的壓頭比離心泵高出2~4倍，適用于高壓頭、小流量的場合。（3）結(jié)構(gòu)簡單、加工容易，且可采用各種耐腐蝕的材料制造。（4）輸送液體的粘度不宜過大，否則泵的壓頭和效率都將大幅度下降。（5）輸送液體不能含有固體顆粒。2.4.1.2軸流泵適用于大流量、低壓頭的流體輸送。自學(xué)掌握。2.4.2正位移泵（1）隔膜泵（2）計量泵（3）齒輪泵（4）螺桿泵2.4.3各種化工用泵的比較各類泵的性能特點項目離心式正位移式往復(fù)式旋轉(zhuǎn)式離心泵旋渦泵往復(fù)泵計量泵隔膜泵齒輪泵螺桿泵流量①④⑥①④⑦②⑤⑧②⑤⑦②⑤⑧③⑤⑦③⑤⑦壓頭①②③③③②②效率①②③③③④④流量調(diào)節(jié)①②③②③④④②③③③自吸作用②②①①①①①啟動①②②②②②②流體①②⑦③④⑥⑤④⑤結(jié)構(gòu)造價①②①③⑤⑥⑦⑤⑥⑤⑥③④③④流量：①均勻；②不均勻；③尚可；④隨管路特性而變；⑤恒定；⑥范圍廣、易達(dá)大流量；⑦小流量；⑧較小流量； 壓頭高低：①不易達(dá)到高壓頭；②壓頭較高；③壓頭高。效率：①稍低、愈偏離額定越小；②低；③高；④較高；流量調(diào)節(jié)：①出口閥；②轉(zhuǎn)速；③旁路；④沖程自吸操作：①有；②沒有； 啟動：①關(guān)閉出口閥；②出口閥全開；被輸送流體：①各種物料（高粘度除外）；②不含固體顆粒，腐蝕性也可；③精確計量；④可輸送懸浮液；⑤高粘度液體；⑥腐蝕性液體；⑦不能輸送腐蝕性或含固體顆粒的液體結(jié)構(gòu)與造價：①結(jié)構(gòu)簡單；②造價低謙；③結(jié)構(gòu)緊湊；④加工要求高；⑤結(jié)構(gòu)復(fù)雜；⑥造價高；⑦體積大2.5氣體輸送機械其結(jié)構(gòu)原理與液體輸送機械大體相同。但氣體，故氣體輸送有自身的特點。氣體輸送的特點：①動力消耗大：對一定的質(zhì)量流量，由于氣體的密度小，其體積流量很大。因此氣體輸送管中的流速比液體要大得多，前經(jīng)濟流速（15~25m/s）約為后者（1~3m②氣體輸送機械體積一般都很龐大，對出口壓力高的機械更是如此。③由于氣體的可壓縮性，故在輸送機械內(nèi)部氣體壓力變化的同時，體積和溫度也將隨之發(fā)生變化。這些變化對氣體輸送機械的結(jié)構(gòu)、形狀有很大影響。因此，氣體輸送機械需要根據(jù)出口壓力來加以分類。2.5.1通風(fēng)機工業(yè)上常用的通風(fēng)機有軸心式和離心式兩類：（1）軸流式通風(fēng)機軸流式通風(fēng)機的結(jié)構(gòu)與軸流泵類似，如圖所示。軸流式通風(fēng)機排送量大，所產(chǎn)生的風(fēng)壓甚小，一般只用來通風(fēng)換氣，而不用來輸送氣體?；どa(chǎn)中，在空冷器和冷卻水塔的通風(fēng)方面，軸流式通風(fēng)機的應(yīng)用還是很廣的。（2）離心式通風(fēng)機離心通風(fēng)機及葉輪1—離心通風(fēng)機及葉輪1—機殼;2—葉輪;3—吸入口;4—排出口2離心式通風(fēng)機工作原理與離心泵相同，結(jié)構(gòu)也大同小異。a、為適應(yīng)輸送風(fēng)量大的要求，通風(fēng)機的葉輪直徑一般是比較大的。b、葉輪上葉片的數(shù)目比較多。c、葉片有平直的、前彎的、后彎的。通風(fēng)機的主要要求是通風(fēng)量大，在不追求高效率時，用前變?nèi)~片有利于提高壓頭，減小葉輪直徑。d、機殼內(nèi)逐漸擴大的通道及出口截面常不為圓形而為矩形。②離心式通風(fēng)機的性能參數(shù)和特性曲線a、風(fēng)量：按入口狀態(tài)計的單位時間內(nèi)的排氣體積。m3/s，m3/hb、全風(fēng)壓：單位體積氣體通過風(fēng)機時獲得的能量，J/m3，Pa在風(fēng)機進(jìn)、出口之間寫柏努利方程：式中，可以忽略；當(dāng)氣體直接由大氣進(jìn)入風(fēng)機時，，再忽略入口到出口的能量損失，則上式變?yōu)椋赫f明：a、從該式可以看出，通風(fēng)機的全風(fēng)壓由兩部分組成，一部分是進(jìn)出口的靜壓差，習(xí)慣上稱為靜風(fēng)壓；另一部分為進(jìn)出口的動壓頭差，習(xí)慣上稱為動風(fēng)壓。b、在離心泵中，泵進(jìn)出口處的動能差很小，可以忽略。但對離心通風(fēng)機而，其氣體出口速度很高，動風(fēng)壓不僅不能忽略，且由于風(fēng)機的壓縮比很低，動風(fēng)壓在全壓中所占比例較高。c、軸功率和效率；離心式通風(fēng)機特性曲線風(fēng)機的性能表上所列的性能參數(shù)，一般都是在1atm、20℃的條件下測定的，在此條件下空氣的密度kg/m3,相應(yīng)的全風(fēng)壓和靜風(fēng)壓分別記為和離心式通風(fēng)機特性曲線d、特性曲線：與離心泵一樣，離心通風(fēng)機的特性參數(shù)也可以用特性曲線表示。特性曲線由離心泵的生產(chǎn)廠家在1atm、20℃的條件用空氣測定，主要有四條曲線。③離心式通風(fēng)機的選型a、根據(jù)氣體種類和風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機的類型b、確定所求的風(fēng)量和全風(fēng)壓。風(fēng)量根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)來定；全風(fēng)壓按柏努利方程來求，但要按標(biāo)準(zhǔn)狀況校正，即；根據(jù)按入口狀態(tài)計的風(fēng)量和校正后的全風(fēng)壓在產(chǎn)品系列表中查找合適的型號。2.5.2鼓風(fēng)機在工廠中常用的鼓風(fēng)機有旋轉(zhuǎn)式和離心式兩種類型。圖1-66羅茨鼓風(fēng)機（1）羅茨鼓風(fēng)機圖1-66羅茨鼓風(fēng)機羅茨鼓風(fēng)機的工作原理與齒輪泵類似。如圖所示，機殼內(nèi)有兩個漸開擺線形的轉(zhuǎn)子，兩轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，可使氣體從機殼一側(cè)吸，從另一側(cè)排出。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與機殼之間的縫隙很小，使轉(zhuǎn)子能自由運動而無過多泄漏。屬于正位移型的羅茨風(fēng)機風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，與出口壓強無關(guān)。該風(fēng)機的風(fēng)量范圍可自2至500m3/min，出口表壓可達(dá)80kPa，在40kPa左右效率最高。該風(fēng)機出口應(yīng)裝穩(wěn)壓罐，并設(shè)安全閥。流量調(diào)節(jié)采用旁路，出口閥不可完全關(guān)閉。操作時，氣體溫度不能超過85℃（2）離心式的鼓風(fēng)機離心式鼓風(fēng)機的結(jié)構(gòu)特點：離心式鼓風(fēng)機的外形與離心泵相象，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有許多相同之處。例如，離心式鼓風(fēng)機的蝸殼形通道亦為圓形；但外殼直徑與厚度之比較大；葉輪上葉片數(shù)目較多；轉(zhuǎn)速較高；葉輪外周都裝有導(dǎo)輪。單級出口表壓多在30kPa以內(nèi)；多級可達(dá)0.3MPa。離心式鼓風(fēng)機的選型方法與離心式通風(fēng)機相同。2.5.3壓縮機化工廠所用的壓縮機主要有往復(fù)式和離心式兩大類。2.5.3.1往復(fù)式壓縮機1．操作原理與理想壓縮循環(huán)單動壓縮機結(jié)構(gòu)簡圖。吸入活門S、排出活門D。其結(jié)構(gòu)和工作原理與往復(fù)泵類似。①開始時刻：當(dāng)活塞位于最右端時，缸內(nèi)氣體體積為，壓力為，用圖中1點表示；②壓縮階段：當(dāng)活塞由右向左運動時，由于D活門所在管線有一定壓力，所以D活門是關(guān)閉的，活門S受壓也關(guān)閉。因此，在這段時間里氣缸內(nèi)氣體體積下降而壓力上升，所以是壓縮階段。直到壓力上升到，活門D被頂開為止。此時的缸內(nèi)氣體狀態(tài)如2點表示。③排氣階段：活門D被頂開后，活塞繼續(xù)向左運動，缸內(nèi)氣體被排出。這一階段缸內(nèi)氣體壓力不變，體積不斷減小，直到氣體完全排出體積減至零。這一階段屬恒壓排氣階段。此時的狀態(tài)為3點表示。④吸氣階段：活塞從最左端退回，缸內(nèi)壓力立刻由降到，狀況達(dá)到4。此時D活門受壓關(guān)閉，S活門受壓打開，氣缸又開始吸入氣體，體積增大，壓力不變，因此為恒壓吸氣階段，直到1點為止。2．壓縮類型等溫壓縮；絕熱壓縮；多變壓縮。等溫壓縮是指壓縮階段產(chǎn)生的熱量隨時從氣體中完全取出，氣體的溫度保持不變。絕熱壓縮是另一種極端情況，即壓縮產(chǎn)生的熱量完全不取出。實際是壓縮過程既不是等溫的，也不是絕熱的，而是介于兩者之間，稱為多變壓縮。3．壓縮功實際過程為多變過程，每一循環(huán)多變壓縮的功為（J）：其中m稱為多變指數(shù)，對于等溫壓縮，m=1，但壓縮功另有算法。對于絕熱壓縮，m等于定壓比熱與定容比熱之比。壓縮功的大小可以用圖中1-2-3-4所圍成的面積來表示。等溫壓縮功最小，絕熱壓縮功最大，多變壓縮功介于等者之間4．有余隙的壓縮循環(huán)上述壓縮循環(huán)之所以稱為理想的，除了假定過程皆屬可逆之外，還假定了壓縮階段終了缸內(nèi)氣體一點不剩地排盡。實際上此時活塞與氣缸蓋之間必須留有一定的空隙，以免活塞桿受熱臌脹后使活塞與氣缸相撞。這個空隙就稱為余隙。余隙系數(shù)=余隙體積/活塞推進(jìn)一次掃過的體積容積系數(shù)=實際吸氣體積/活塞推進(jìn)一次掃過的體積根據(jù)上述定義：；余隙的存在使一個工作循環(huán)的吸、排氣量減小，這不僅是因為活塞推進(jìn)一次掃過的體積減小了，還因為活塞開始由左向右運動時不是馬上有氣體吸入，而是缸內(nèi)剩余氣體的膨脹減壓，即從3至4，待壓力減至，容積增至?xí)r，才開始吸氣。即在有余隙的工作循環(huán)中，在氣體排出階段和吸入階段之間又多了一個余隙氣體膨脹階段，使得每一循環(huán)中吸入的氣體量比理想循環(huán)為少。余隙系數(shù)與容積系數(shù)的關(guān)系為：。由該式可以看出，余隙系數(shù)和壓縮比越大，容積系數(shù)越小，實際吸氣量越小，至于會出現(xiàn)一種極限情況：容積系數(shù)為零，，此時余隙氣體膨脹將充滿整個氣缸，實際吸氣量為零。5．多級壓縮多級壓縮是指在一個氣缸里壓縮了一次的氣體進(jìn)入中間冷卻器冷卻之后再送入次一氣缸進(jìn)行壓縮，經(jīng)幾次壓縮才達(dá)到所需要的終壓。討論：（1）采用多級壓縮的原因①若所需要的壓縮比很大，容積系數(shù)就很小，實際送氣量就會很小；②壓縮終了氣體溫度過高，會引起氣缸內(nèi)潤滑油碳化或油霧爆炸等問題；③機械結(jié)構(gòu)亦不合理：為了承受很高的終壓，氣缸要做的很厚，為了吸入初壓很低的氣體氣缸體積又必須很大。（2）級數(shù)越多，總壓縮功越接近于等溫壓縮功，即最小值。然而，級數(shù)越多，整體構(gòu)造使越復(fù)雜。因此，常用的級數(shù)為2至6，每級壓縮比為3至5。（3）理論上可以證明，在級數(shù)相同時，各級壓縮比相等，則總壓縮功最小。6．往復(fù)式壓縮機的流量調(diào)節(jié)（1）調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；（2）旁路調(diào)節(jié)；（3）改變氣缸余隙體積：顯然，余隙體積增大，余隙內(nèi)殘存氣體膨脹后所占容積將增大，吸入氣體量必然減少，供氣量隨之下降。反之，供氣量上升。這種調(diào)節(jié)方法在大型壓縮機中采用較多。2.5.3.2離心式壓縮機1．結(jié)構(gòu)——定子與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子：主軸、多級葉輪、軸套及平衡元件定子：氣缸和隔板2．工作原理：氣體沿軸向進(jìn)入各級葉輪中心處，被旋轉(zhuǎn)的葉輪做功，受離心力的作用，以很高的速度離開葉輪，進(jìn)入擴壓器。氣體在擴壓器內(nèi)降速、增壓。經(jīng)擴壓器減速、增壓后氣體進(jìn)入彎道，使流向反轉(zhuǎn)180度后進(jìn)入回流器，經(jīng)過回流器后又進(jìn)入下一級葉輪。顯然，彎道和回流器是溝通前一級葉輪和后一級葉輪的通道。如此，氣體在多個葉輪中被增加數(shù)次，能以很高的壓力能離開。3．特性曲線離心式壓縮機的H~Q曲線與離心式通風(fēng)機在形狀上相似。在小流量時都呈現(xiàn)出壓力隨流量的增加而上升的情況。4．特點與往復(fù)壓縮機相比，離心式壓縮機有如下優(yōu)點：體積和重量都很小而或流量很大；供氣均勻；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)；易損部件少、維護(hù)方便。因此，除非壓力要求非常高，離心式壓縮機已有取代往復(fù)式壓縮機的趨勢。而且，離心式壓縮機已經(jīng)發(fā)展成為非常大型的設(shè)備，流量達(dá)幾十萬立方米/時，出口壓力達(dá)幾十兆帕。2.5.4真空泵1、真空泵的一般特點真空泵就是從真空容器中抽氣、一般在大氣壓下排氣的輸送機械。若將前述任何一種氣體輸送機械的進(jìn)口與設(shè)備接通，即成為從設(shè)備抽氣的真空泵。然而，專門為產(chǎn)生真空用的設(shè)備卻有其獲得之處（1）由于吸入氣體的密度很低，要求真空泵的體積必須足夠大；（2）壓縮比很高，所以余隙的影響很大。真空泵的主要性能參數(shù)有：（1）極限剩余壓力（或真空度）：這是真空泵所能達(dá)到最低壓力；（2）抽氣速率：單位時間內(nèi)真空泵在極限剩余壓力下所吸入的氣體體積，亦即真空泵的生產(chǎn)能力。2、往復(fù)式真空泵與往復(fù)式壓縮式的構(gòu)造顯著區(qū)別，但也有其自身的特點：（1）在低壓下操作，氣缸內(nèi)、外壓差很小，所用的活門必須更加輕巧；（2）當(dāng)要求達(dá)到較好的真空度時，壓縮比會很大，余隙容積必須很小，否則就不能保證較大的吸氣量。（3）