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* 绪论1 *绪论2 过程流体机械 主讲：蔡克霞 专业：过程装备与控制工程 *绪论3 1绪论 内容目的与要求 重点 与难 点 解 决 办 法 学 时 教 学 方 式 作 业 1.本课程的性质和任 务，本课程的教学 内容和教学环节的 安排，本课程的特 点和学习要求。 2.过程流体机械的分 类、用途及发展趋 势。 1.了解本课程的性 质和任务； 2.掌握过程流体机 械的分类、用途 及发展趋势； 3.掌握过程、生产 过程、化工生产 过程、过程流体 机械的概念。 过程 流体 机械 的概 念、 分类 和用 途。 提 问 、 思 考 题 3多 媒 体 教 学 * 绪论5 过程流体机械课程的教学目的 给学生讲授，关于在化工生产中对所加工的 对象进行机械作用的机械。 重点介绍 各种流体机械（往复式压缩机、离心压 缩机、离心泵、离心机）的工作原理、 运行特性、基本性能以及影响效率的因 素。 分析机器的基本结构原理、主要零部件 的特点。 考核成绩组成： 期末闭卷卷面成绩占70%作业成绩占 20%考勤成绩占10% 。 *绪论6 1.1过程流体机械 * 绪论7 1.1.1过程、生产过程 过程事物状态变化 n时间上的持续 n空间上的延伸 辞海中：按预定或预计的方式连续或有规 律进行的一系列动作。 生产过程 人利用工具改变劳动对象以适应人们需要 的过程。 指劳动对象进入生产领域到制成产品的全 部过程。 化工生产过程 由多个生产环节组成。 * 绪论8 产品 硬件产品 软件产品 流程性材料产品 n以流体（气、液、粉体等）形态 为主的材料。 * 绪论9 成套 过程装置 过程机器 过程设备 管道、阀门、 控制仪表和设备 过程工业 加工制造 流程性 材料产品 * 绪论10 涉及流程性材料产品的先进制造技术的主 要发展领域： 过程原理与技术的创新 流程技术的创新 过程设备与机器的创新 过程控制技术的创新 过程装备与控制工程专业要求： 掌握流程性材料的先进制造技术。 化工机器（即流体机械） * 绪论11 1.1.2过程装备 化工生产过程中的生产工具 生产过程装备。 是生产产品的物质条件。 生产过程装备指： 过程设备 过程机器 管道、阀门、工具、测量仪器 控制仪表、电脑、调节机构 过程装备的先进性、现代化 代表产品的质量、优越性、竞争力。 * 绪论12 过程装备分为： 单元过程设备 n塔、换热器、反应器、储罐等 单元过程机器 n泵、压缩机、分离机等（即流体 机械 ） * 绪论13 1.1.3过程流体机械 流体机械 以流体（气体、液体、粉体）为工 质进行能量转换、处理与输送的机 械。 流体机械直接、间接参与产品的生产 过程。 流体机械是动设备 具有结构复杂、高速运动、与流体 直接作用的特点。 流体机械 是能量的提供者、物质流通的输送 者、生产环节的制造者。 *绪论14 1.2流体机械的分类 分类 方式 名称特点举例备注 按能 量转 换分 类 原动 机 流体能量机械 能（轴功率） 水轮机、 汽轮机、 燃气机 内燃机 1,内燃机 2发动机 工作 机 机械能（轴功率 ）流体能量 泵、压缩 机、分离 机 目的：改 变流体状 态（压力 、流体分 离）；输 送流体 分类 方式 名称特点举例备注 按流体 介质分 类 压气机 （压缩 机） 压缩、输送气体 压缩机 0.2 MPa（ 2105Pa） 鼓风机 =0.0150.2 MPa（0.15 2105Pa） 通风机 0.015 MPa（ 0.15105Pa） 真空泵负压 泵压缩、输送液体 分离机分离混合介质 分类 方式 名称特点举例备注 按流 体机 械结 构特 点分 类 往复式 结构 压比高、流量小 往复式压 缩机 往复活塞 式压缩机 往复式泵 旋转式 结构 压比低、流量高 转轮（回 转式） 罗茨鼓风 机、螺杆 式 叶轮（透 平式） 离心压缩 机、离心 泵 转鼓分离机 *绪论18 1.3气体性质和热力过程 * 绪论19 1.3.1气体状态方程 气体状态参数 n比体积v（或密度）、压力p、温度T n比内能u、比焓h、比熵s。 一.理想气体状态方程 * 绪论20 二.实际气体状态方程 * 绪论21 实际气体的压缩因子的确定 定义：对比态参数 n对比压力 n对比温度 n对比比容 v其中pc,Tc,vc由气体物性表查得。 对比态原理 任何不同性质的气体，只要有两个对比 态参数相等，另一对比态参数必相等。 * 绪论22 v两参数通用压缩性系数图:见图 适合：球形分子结构气体 例如：Ar，Ke，Xe。Zc=0.230.30。 v三参数通用压缩性系数图 适合：非极性和微极性气体 例如：H2，He，Ne。 v四参数函数 适合：极性气体 例如：HCL，NH3，H2O(g)。 * 绪论23 三.混合气体状态方程 成分表示 n质量分数wi、摩尔分数xi、体积分数i n当量状态参数：见 理想混合气体状态方程 实际混合气体状态方程 实际混合气体压缩因子 n利用混合法则求混合气体的热力参数。 n实际混合气体混合法则： nKey法则:见 nMPG法则:见 * 绪论24 1.3.2气体热力过程 一.理想气体过程方程 过程指数n n等温过程：n=1 n绝热过程：n=k，见图 n单原子气体k=1.66-1.67 n双原子气体k=1.40-1.41 n多原子气体k=1.10-1.30 n多变过程：1nk,nk 理想气体热力过程：见图 * 绪论25 二.实际气体过程方程 * 绪论26 n容积等熵指数： nkV=f（气体性质、温度、压力），变化 较大，不常用。 n温度等熵指数： nkT=f（气体性质、温度、压力），双原 子、三原子气体，变化小与理想气体的 接近。 * 绪论27 1.3.3气体其他性质 一、物理性质 粘度 热导率 溶解度 二、化学性质 闪点 燃点 爆炸性 腐蚀性 热稳定性 对环境的影响 *绪论28 1.4压缩机概述 * 绪论29 1.4.1压缩机的分类与命名 按工作原理分类 见图 按排气压力分类 分类名称排气压力(表压) 风机 通风机100MPa * 绪论30 按压缩级数分类 名称工作过程 单级压缩机气体仅通过一次工作腔或叶轮压缩 两级压缩机气体顺次通过两次工作腔或叶轮压缩 多级压缩机气体顺次通过多次工作腔或叶轮压缩，相应通过 几次便是几级压缩机 名称功率/kw一般配用电源/V 小型压缩机<5220 中型压缩机5-450380 大型压缩机4503000或6000 按功率大小分类 * 绪论31 1.4.2压缩机的用途 动力用压缩机 化工工艺用压缩机 乙烯生产：75万吨年 n压缩机： n裂解气压缩机乙烯装置的标志 n乙烯压缩机 n丙烯压缩机 统计表明: n流体机械中，工作机的能量消耗占中国能 量生产的13。 制冷和气体分离用压缩机：见动画 气体输送用压缩机 * 绪论32 1.4.3各种压缩机的特点和适用范围 * 绪论33 表1-4各种压缩机热力性能与结构特点的比较 名称往复式回转式离心式轴流式 排气压力 /MPa 0.2-32， 最高700 0.2-32 最高4.5 0.2-15 最高70 0.2-0.8 容积流量 /(m3/min) 0.1-400 最小0.01 0.1-50010-3000200-10000 调节性能（排气压 力） 稳定稳定随流量变化随流量变化 绝热效率较高一般一般较高 结构、零部件复杂较简单简单简单 可靠性一般高高高 寿命一般较长长长 制造要求一般大多很高高高 安装维修较复杂较简单较简单较简单 工作腔润滑有、无有、无无无 气体带液适应性差强不可不可 * 绪论35 1.4.4压缩机的一些术语和基本概念 表压力和绝对压力 吸、排气压力 吸、排气温度 压力比 总压比 各级压比（公称、名义） 工况 额定工况 变工况 标准状态 基准状态 *绪论36 1.5流体机械的发展趋势 * 绪论37 1.5.1创造新机型 高压力、高单压比的泵、压缩机 活塞式压缩机高达700MPa 离心压缩机高达200MPa 大流量或小流量泵、压缩机 活塞式压缩机小流量达0.01m3/m 轴流压缩机大流量高达10000m3/m 高转速离心机、压缩机 转速高达150000rpm 超音速压缩机 超音速轴流压缩机 操作自动控制的大型离心机 * 绪论38 1.5.2流体机械内部 流动规律的研究与应用 进行流场数值计算 流场： n三维流动 n粘性湍流 n可压缩流 n两相、多相流 n非牛顿流体 空间几何流道形状设计 * 绪论39 1.5.3高转速转子动力学 的研究与应用 高速转子的平衡 高速转子的弯曲振动、扭转振动 高速转子的支撑与抑振 高速转子的轴封 高速转子的使用寿命预估 * 绪论40 1.5.4新型制造 工艺技术的发展 多维数控机床加工叶轮、叶片 精密浇注和模锻复杂零件 特殊焊接 电火花加工 * 绪论41 1.5.5流体机械的自动控制 机械安全运行 调控到最佳运行工况 变工况运行 * 绪论42 1.5.6流体机械的故障诊断 定期停机大修预防性维修 采用在线实时故障诊断系统 报警、监控、联锁停机 目前故障诊断系统正向人工智能 专家诊断系统、神经网络诊断系统 发展。 * 绪论43 1.5.7实现国产化，参与国 际市场竞争 2MCL407氮气压缩机(扬子石化火炬气回收装置) * 绪论44 3MCL707离心压缩机 (吴江丝绸股份有限公司气纺布工程） * 绪论45 DMCL706+2MCL706+MCL704裂解气压缩机 (大庆石化总厂48万吨年乙烯改造扩建工程) * 绪论46 本章小结 重点掌握： 1原动机、工作机、压缩机、泵的概念，并举例 说明。 按排气压力进行压缩机的分类。 流体机械按结构分类，并举例说明。 过程、过程流体机械、过程机器、过程装备 、过程设备的概念。 压缩机按排气压力分为低、中、高、超高压 压缩机，其压力范围的划分方法。 压缩机按容积流量分为微型、小型、中型、 大型压缩机，其容积流量的范围划分方法。 压缩机按容积的利用方式的分类方法。 压缩因子的计算方法。 本章结束 制冷压缩机工作过程 多级离心压缩机组 动画 往复活塞式压缩机组 单作用动画 双作用动画 双螺杆压缩机 动画 卧式螺旋卸料过滤离心机 卧螺沉降 机动画 * 绪论52 压缩因子图 * 绪论53 体积百分数 质量百分数 摩尔百分数 分子量 气体常数 等熵指数 * 绪论54 凯法则 n条件 * 绪论55 MPG法则 n条件 压缩 膨胀 p v T s 压缩 膨胀 * 绪论58
