《过程流体机械》课程教学资源（作业习题）离心压缩机

(过程流体机械》习题集 二、离心式压缩机习题 2-1DA120-61空气离心式压缩机，低压级叶轮外径D,=380mm,叶片出口安装角B2=42°， 出口叶片数Z=16,叶轮转速n=13800r/min,选用流量系数p,2=0.233。 试求：(1)叶轮出口速度三角形及各分速度？ (2)对1kg气体所做的理论能量头h? 2-2DA450-121离心式压缩机，第一级叶轮外径D,=655mm,叶片出口安装角B:=45°， 叶片数Z=22,出口绝对速度C,=200m/5,气流方向角a,=21.1°，叶轮转速n=8400 r/min。试求： (1)叶轮出口速度W2,C2,Ca,Ca? (2)叶轮对每公斤气体所做的功h体？ (3)若取B,+B=0.03,叶轮对每公斤气体的总耗功h? 2-3一台离心式压缩机，一级叶轮有效气体的质量流量G=6.95kg/s,漏气损失系数 B,=0.012,轮阻损失系数B=0.03,叶片功h=45864J/kg。试求： (1)1kg有效气体下的总耗功h?泄漏损失功h,?轮阻损失功h#? (2)G公斤气体时，总功率N,各损失功率N,N？ (3)若多变指数M=1.42(k=l.4),其多变压缩功hm功率Nm? 2-4一台风机，在标准状态下工作，转速n=1450r/min,流量Q=49400m2/h,压头=3 kPa,功率=52kW,试求： (1)当转速为n'=2900r/min时，Q',H',N'各为多少？ (2)当=1450r/min,叶轮直径由D2=1m改为D’=l.2m时，则Q',H',N”各 为多少？ (3)当n=2900r/in,D2=1.2m时，Q',H,N'各为多少？ 2-5己知某离心式空气压缩机的第一级叶轮直径D=380mm,D,=202mm,Ba=40°， 1

《过程流体机械》习题集 1 二、离心式压缩机习题 2-1 DA120-61 空气离心式压缩机，低压级叶轮外径 D 2 =380 mm，叶片出口安装角β A2 =42°， 出口叶片数 Z=16，叶轮转速 n=13800 r/min，选用流量系数  r2 = 0.233。 试求：（1）叶轮出口速度三角形及各分速度？ （2）对 1kg 气体所做的理论能量头 h th ? 2-2 DA450-121 离心式压缩机，第一级叶轮外径 D 2 =655 mm，叶片出口安装角β A2 =45°, 叶片数 Z=22,出口绝对速度 C 2 = 200 m/s,气流方向角  2 = 21.1°，叶轮转速 n=8400 r/min。试求： （1）叶轮出口速度 W 2 ，CU 2 ，C r 2 ，C u2 ? （2）叶轮对每公斤气体所做的功 h th ? （3）若取  L +  df = 0.03，叶轮对每公斤气体的总耗功 h tot ? 2-3 一台离心式压缩机，一级叶轮有效气体的质量流量 G=6.95 kg/s，漏气损失系数  L =0.012，轮阻损失系数  df =0.03，叶片功 h th =45864 J/kg。试求： （1）1kg 有效气体下的总耗功 h tot ? 泄漏损失功 h L ? 轮阻损失功 h df ？ （2）G 公斤气体时，总功率 N tot ，各损失功率 N L ，N df ？ （3）若多变指数 M=1.42 (k=1.4),其多变压缩功 h pol ，功率 N pol ？ 2-4 一台风机，在标准状态下工作，转速 n=1450 r/min，流量 Q=49400 m h 3 / ，压头 H=3 kPa，功率 N=52 kW， 试求： （1）当转速为 n’=2900 r/min 时，Q’,H’,N’ 各为多少？ （2）当 N=1450 r/min,叶轮直径由 D2 =1 m 改为 D2 ’=1.2 m 时，则 Q’,H’, N’ 各 为多少？ （3）当 n=2900 r/min， D2 =1.2 m 时，Q’,H’,N’ 各为多少？ 2-5 已知某离心式空气压缩机的第一级叶轮直径 D2 = 380mm， D1 = 202mm， o  A2 = 40

《过程流体机械》习题集 2=16,叶轮转速n=13800%m,流量系数2=0233，么=90°。求叶轮对单位质量气 体所提供的理论能头H,及叶片无限多时的理论能头H。 2.6已知某离心式空气压缩机的有效流量G=695g,漏气损失系数月=0.013，轮阻损失系 数B,=003。叶轮对单位质量气体作功H,=45895人g·试计算叶轮作功是消耗的理论 功率、漏气损失功率、轮阻损失功率、总功率及叶轮对单位质量有效气体的总耗功。 2-7以知某离心式空气压缩机进口截面s处气流参数如下：，=30°C,c,=13.64以， B,=89240Pa,气体常数R=28764人g绝热指数k=14,叶轮总耗功为5729从g’指 数系数σ=2.73，各关键截面处的气速为： 叶轮进口截面：c。=874%叶轮叶道进口截面：G=13.4% 叶轮出口截面：G=19.8%扩散器出口截面：c4=12.5m% 下级叶轮进口截面：c=874% 试求：(I)各关键面处气流温度和气流压力： (2)以截面符号为横坐标（从s→0），各热力参数(c,P,T)为纵坐标，分别画出 气速、压力、温度沿截面变化曲线，并分析变化原因。 2-8查找某离心压缩机的性能曲线。现机器的工作转速m=3000%m,介质及吸入压力与性能 曲线图相同，而吸入温度了，=30.7K,若设计流量0，=2400m/,求其对应的压力比、 功率、多变效率各为多少？ 2-9某离心压缩机性能曲线如习题2-8附图所示。设工作转速、吸气压力P,和介质均与图 上一致，而吸气温度工，=332K。问流量为2400m为是压力比是多少？（要求换算时 取进、出口截面之间的中间截面流量系数相等)。 2-10题2-8的离心压缩机（见习题2-8附图），如拟在g=2440m有，pg=274590Pa工 况下工作，试确定转速应为多少？（此题可用猜算法或作图法解） 2-11有一台离心式压缩机，用气轮机驱动压缩油田气。油田气中含甲烷80%，气体常数 R=470,7人gK,绝热指数k=130。其中某级进气压力p,=29,42×10Pa,进气温

《过程流体机械》习题集 2 z =16 ，叶轮转速 min n = 13800 r ，流量系数 r2 = 0.233， o 1 = 90 。求叶轮对单位质量气 体所提供的理论能头 HT 及叶片无限多时的理论能头 HT。 2-6 已知某离心式空气压缩机的有效流量 s kg G = 6.95 ，漏气损失系数 l = 0.013 ，轮阻损失系 数  df = 0.03 。叶轮对单位质量气体作功 kg H J T = 45895 。试计算叶轮作功是消耗的理论 功率、漏气损失功率、轮阻损失功率、总功率及叶轮对单位质量有效气体的总耗功。 2-7 以知某离心式空气压缩机进口截面 s 处气流参数如下： t C o s = 30 ， s c m s = 13.64 ， ps = 89240Pa ，气体常数 kg R J = 287.64 ，绝热指数 k =1.4 ，叶轮总耗功为 kg J 5729 ，指 数系数  = 2.73 ，各关键截面处的气速为： 叶轮进口截面： s c m o = 87.4 叶轮叶道进口截面 ： s c 133.4m 1 = 叶轮出口截面： s c 199.8m 2 = 扩散器出口截面： s c 122.5m 4 = 下级叶轮进口截面： s c m o / = 87.4 试求： ⑴各关键面处气流温度和气流压力； ⑵以截面符号为横坐标（从 / s → 0 ），各热力参数（ c, p,T ）为纵坐标，分别画出 气速、压力、温度沿截面变化曲线，并分析变化原因。 2-8 查找某离心压缩机的性能曲线。现机器的工作转速 min n = 3000 r ，介质及吸入压力与性能 曲线图相同，而吸入温度 Ts = 330.7K ，若设计流量 h Q m s 3 = 2400 ，求其对应的压力比、 功率、多变效率各为多少？ 2-9 某离心压缩机性能曲线如习题 2-8 附图所示。设工作转速、吸气压力 s p 和介质均与图 上一致，而吸气温度 Ts = 332K 。问流量为 h m 3 2400 是压力比是多少？（要求换算时 取进、出口截面之间的中间截面流量系数相等）。 2-10 题 2-8 的离心压缩机（见习题 2-8 附图），如拟在 h Q m s 3 / = 2440 ， pd 274590Pa / = 工 况下工作，试确定转速 / n 应为多少？（此题可用猜算法或作图法解） 2-11 有一台离心式压缩机，用气轮机驱动压缩油田气。油田气中含甲烷 80% ，气体常数 kg K R J . = 470.7 ，绝热指数 k =1.30 。其中某级进气压力 ps Pa 4 = 29.4210 ，进气温

《(过程流体机械》习题集 度T、=363.8K。现用空气对该级试验，得性能曲线如习题2-8附图所示，并如试验时 与设计点对应的流量为2500m人。试按等比容比方法，将此曲线换算成压缩油田气的 性能曲线。 2-12有一临界转速实验装置，尺寸如习题2-11附图，轴直径10mm,材料为碳钢，圆盘质 量为0.65g,位于中央。按单自由度不计轴质量与记入轴质量两种情况计算一阶临界 转速。 2-13己知一转子轴为带有一外伸段的双支点两跨系统（刚性支座），其结构简图如习题图214 所示，外伸段上有一质量为47g的叶轮。各段直径及长度列于附表中。试用传递矩阵 法求出该转子轴的一、二阶临界转速。 段号123456789101121314 直径0.080.1080.1380.1850.1850.1851.850.1380090.090.1050.10.10.074 段长0.030.010.02480.07530.07540.07510.07540.02480.04850.0485.092Q.056Q.0560.03 214如上题之轴系统计算轴之质量，并将轴如习题2-12附图分为五段，用能量法计算一脸 界转速n。各段重力位于各段中央。 2-15有一转子如题图2-13()所示，用能量法及传递矩阵法计算其临界转速。图中(b) 是该转子的力学模型。 2-16某单级离心式鼓风机的性能如下：进口压力：p,=98065.5Pa；出口压力： p=147099.7Pa;进气温度：4，=20C:进口容积流量：0，=200m:绝热指数： k=14:气体常数：R=287.64人gK:多变效率：刀=0.77（一般刀m=0.7-08) 多变能头系数：Pm=0.65(一般pm=0.6~0.7) 试确定叶轮的圆周速度42。 2-17有一四级离心压缩机，已知参数如下：介质：空气，k=14R=2915gK: 吸气压力：P=89760Pa:流量：Q,=41400m为（进气状态为吸气温度：，=20C: 多变效率：刀=0.82：转速：n=714m级后冷却器阻力损失：9=1471Pa

《过程流体机械》习题集 3 度 TS = 363.8K 。现用空气对该级试验，得性能曲线如习题 2-8 附图所示，并如试验时 与设计点对应的流量为 h m 3 2500 。试按等比容比方法，将此曲线换算成压缩油田气的 性能曲线。 2-12 有一临界转速实验装置，尺寸如习题 2-11 附图，轴直径 10mm ，材料为碳钢，圆盘质 量为 0.65kg ，位于中央。按单自由度不计轴质量与记入轴质量两种情况计算一阶临界 转速。 2-13 已知一转子轴为带有一外伸段的双支点两跨系统（刚性支座），其结构简图如习题图 2-14 所示，外伸段上有一质量为 47kg 的叶轮。各段直径及长度列于附表中。试用传递矩阵 法求出该转子轴的一、二阶临界转速。 段号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 直径 0.08 0.108 0.138 0.185 0.185 0.185 1.85 0.138 0.09 0.09 0.105 0.1 0.1 0.074 段长 0.03 0.01 0.0248 0.0753 0.0754 0.0754 0.0754 0.0248 0.0485 0.0485 0.092 0.056 0.056 0.03 2-14 如上题之轴系统计算轴之质量，并将轴如习题 2-12 附图分为五段，用能量法计算一临 界转速 c1 n 。各段重力位于各段中央。 2-15 有一转子如题图 2-13（a）所示，用能量法及传递矩阵法计算其临界转速。图中（b） 是该转子的力学模型。 2-16 某单级离心式鼓风机的性能如下：进口压力 ： ps = 98065.5Pa ； 出口压力 ： pd =147099.7Pa ；进气温度：t C o s = 20 ；进口容积流量： min 200 3 Q m s = ；绝热指数： k =1.4 ；气体常数： kg K R J . = 287.64 ；多变效率： pol = 0.77 （一般  pol = 0.7 ~ 0.8 ） 多变能头系数： pol = 0.65 （一般  pol = 0.6 ~ 0.7 ） 试确定叶轮的圆周速度 2 u 。 2-17 有一四级离心压缩机，已知参数如下：介质：空气， kg K R J k . =1.4, = 291.5 ； 吸气压力： ps1 = 89760Pa ；流量： h Q m s 3 = 41400 （进气状态）； 吸气温度： t C o s = 20 ； 多变效率：  pol = 0.82 ；转速： min n = 7714 r 级后冷却器阻力损失： p = 1471Pa

《过程流体机械》习题集 “级的压力比、功率及第一级叶轮中1及2截面处参数(c,P,T)。第一级叶轮的几何 参数列于下表中（该级为双吸叶轮）： 序号 名称 符号 单位 数值 轮锁直径 d 195 2 叶轮进口直径 D 405 叶片进口直径 437 4 叶轮进口宽度 48.55 叶片进口角 B 度 339 叶轮外径 回 780 7 叶轮出口宽度 28.5 8 叶片出口角 Ba 度 48°40 9 叶片数 22 叶片厚度 3.5 扩散器进口直径 ③ 820 扩散器出口直径 回 mm 1060 无叶扩压器宽度 b =b. 54.8 14 轮盖密封齿数 6 15 轮盖密封直径 455.45 16 密封齿缝间隙 0.45 17 进口管道面积 E 园 0.925 18 冷却器出口面积 m 0.53475 19 冷却器进口（级出口）面积E m园 1.74225 2-18题2-16中鼓风机压缩过程若分别为等温压缩、绝热压缩和多变压缩(m=1.59)时 试计算单位质量气体的压缩功各为多少？并分析比较。 2-19画出下列轴流压缩机动叶橱入口和出口的速度三角形：(a)2=0:(6)Q@= 2-20设轴流压缩机级的轴向速度不变，试证明下列关系式： (a）ga,+cgR=cga,+cgA,=“:(b)y=cgA-cgB,): Ca (c)H(crga:-crga)(d)(cB+eB,)=-o(ctga-c. 2-21一台鼓风机输送2.38m人的空气，并增压750mmH,0,效率为65%，架设空气密度p

《过程流体机械》习题集 4 一级的压力比、功率及第一级叶轮中 1 及 2 截面处参数（ c, p,T ）。第一级叶轮的几何 参数列于下表中（该级为双吸叶轮）： 序号 名称 符号 单位 数值 1 轮毂直径 d mm 195 2 叶轮进口直径 mm 405 3 叶片进口直径 mm 437 4 叶轮进口宽度 mm 48.55 5 叶片进口角 度 6 叶轮外径 mm 780 7 叶轮出口宽度 mm 28.5 8 叶片出口角 度 9 叶片数 z 22 10 叶片厚度 mm 3.5 11 扩散器进口直径 mm 820 12 扩散器出口直径 mm 1060 13 无叶扩压器宽度 mm 54.8 14 轮盖密封齿数 6 15 轮盖密封直径 D mm 455.45 16 密封齿缝间隙 s mm 0.45 17 进口管道面积 0.925 18 冷却器出口面积 0.53475 19 冷却器进口（级出口）面积 1.74225 D1 1 b D0  A1 D2 2 b  A2  D3 D4 b = b4 / z Fs Fd / Fs 2 m 2 m 2 m o 33 / 48 40 o 2-18 题 2-16 中鼓风机压缩过程若分别为等温压缩、绝热压缩和多变压缩（ m =1.59 ）时， 试计算单位质量气体的压缩功各为多少？并分析比较。 2-19 画出下列轴流压缩机动叶橱入口和出口的速度三角形：（a）  = 0 ；（b） 2 1 ＜ ;(c) 2 1  = ;(d) 2 1 ＞ ;(e)  = 1 ; 2-20 设轴流压缩机级的轴向速度不变，试证明下列关系式： （a）      c u ctg 1 + ctg 1 = ctg 2 + ctg 2 = ；（b） ( )   1 2 = ctg −ctg ； （c） ( ) 2 1 2 HT = u ctg − ctg （d） [1 ( )] 2 1 ( ) 2 1  1  2  1  2  = ctg + ctg = − ctg − ctg 2-21 一台鼓风机输送 s m 2 2.38 的空气，并增压 750mmH2O ，效率为 65% ，架设空气密度 

《过程流体机械》习题集 为常数，求鼓风机的轴功率。 2-22一台单级轴流通风机的动叶顶部直径为60cm;动叶根部（轮毂）直径为30cm;转速 为960%mm:轴功率为k,若进口压力p=1.02bam:温度I=316K:进口气流角 a1=90°：B2=80°；流量系数p=0.245,试求通风机容积流量、质量流量、理论能 量头、效率以及进口气流角B,。 2-23轴流压缩机级的平均直径为36cm,叶片高度为6cm,转速为18000mm’反作用度为 50%,级效率为85%，若进口压力和温度分别为1.0bm和300K,轴向速度 c。=180以，动叶出口气流角B,=65°，试求流量系数、质量流量、气流角a,、a,和 B,理论能量头和能量头系数、轴功率以及进口相对马赫数M1。 2-24 轴流压缩机级入口空气状态为p,=768mmg:了=314K,圆周速度100%：级质量 流量为258，级效率为88%，气流角B=39:B,=81:a=a,=83°，试求轴 向速度、气流角α，、容积流量、理论能量头、流量系数和能量头系数以及轴功率。 2-25 一台轴流压缩机级的设计工况点c。=180；u=339.3m；a,=B2=65°，求设计 工况点的流量系数0和能量头系数w,计算0=0.2、0.4、0.6和0.8时的能量头系数 w,并绘出0一一y曲线。 2-26轴流压缩机级的动叶顶部直径为69cm,动叶根部直径为31cm,平均直径处 4m=100%,气流角an=83°、Bn=39、B,n=81、an=39.82°。假定级动叶 为等环量扭曲规律，且轴向速度c,不变，试求动叶顶部、均径和根部三个截面处的圆 周速度u;气流角a、a2、B,和B2:理论能量头H7、流量系数p、能量头系数w以 及反作用度Ω，并对结果进行分析对比

《过程流体机械》习题集 5 为常数，求鼓风机的轴功率。 2-22 一台单级轴流通风机的动叶顶部直径为 60cm ；动叶根部（轮毂）直径为 30cm ；转速 为 min 960 r ；轴功率为 1kw ，若进口压力 p 1.02bar 1 = ；温度 T1 = 316K ；进口气流角 o 1 = 90 ； o  2 = 80 ；流量系数  = 0.245 ，试求通风机容积流量、质量流量、理论能 量头、效率以及进口气流角 1。 2-23 轴流压缩机级的平均直径为 36cm ，叶片高度为 6cm ，转速为 min 18000 r ，反作用度为 50% ， 级 效率 为 85% ， 若进 口压 力和 温度 分别 为 1.0bar 和 300K ， 轴向 速 度 s c =180m  ，动叶出口气流角 o  2 = 65 ，试求流量系数、质量流量、气流角 1、 2 和 1 ，理论能量头和能量头系数、轴功率以及进口相对马赫数 M w1。 2-24 轴流压缩机级入口空气状态为 p1 = 768mmHg ； T1 = 314K ，圆周速度 s 100m ；级质量 流量为 s kg 25 ，级效率为 88% ，气流角 o 1 = 39 ； o  2 = 81 ； o 1 =  3 = 83 ，试求轴 向速度、气流角  2 、容积流量、理论能量头、流量系数和能量头系数以及轴功率。 2-25 一台轴流压缩机级的设计工况点 s c =180m  ； s u = 339.3m ； o 1 =  2 = 65 ，求设计 工况点的流量系数  和能量头系数  ，计算  = 0.2 、0.4 、0.6 和 0.8 时的能量头系数  ，并绘出  —— 曲线。 2-26 轴流压缩机级的 动叶顶部直径为 69cm ，动叶根部直径为 31cm ，平均直径处 s u m m = 100 ，气流角 o 1m = 83 、 o 1m = 39 、 o  2m = 81 、 o  2m = 39.82 。假定级动叶 为等环量扭曲规律，且轴向速度  c 不变，试求动叶顶部、均径和根部三个截面处的圆 周速度 u ；气流角 1、 2、1 和  2 ；理论能量头 HT 、流量系数  、能量头系数  以 及反作用度  ，并对结果进行分析对比