气体输送和压缩设备

按照终压与压缩比 通风机： 鼓风机： 压缩机： 真空泵： 终压不大于 103表压 ) 终压为 103294 103 压缩比小于 4。 终压在 294 103 压缩比大于 4。 将低于大气压强的气体从容器或设备内抽至大气中 。 按结构与工作原理 离心式 、 往复式 、 旋转式和流体作用式 气体输送和压缩设备 通风机（ 工业上常用通风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。 轴流式通风机排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。 离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为： 低压离心通风机：出口风压小于 压） 中压离心通风机：出口风压 k 压） 高压离心通风机：出口风压 k 压） 1机壳 2叶轮 3吸入口 4排出口 结构和工作原理：与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和叶轮组成。差异在于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。 叶片有平直、前弯和后弯几种形式。平直叶片一般用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆形两种，一般低、中压通风机多为矩形。 离心通风机 （ 离心通风机的特性曲线 主要性能参数： 风量 V：气体通过体积流量（按通风机进口状态计）。 风压 称全风压）：单位体积气体所获得的能量 (N/。 轴功率和效率： N、 H TH pH T VH pV0，且（ 忽略，则： 测定通风机特性曲线的依据 以通风机进口、出口为 1、 2 截面列柏努利方程： 222121 21 2 2221 2T p 9压离心通风机 G锅炉 离心通、引风机 高温离心通风机 爆轴流通风机 罗茨鼓风机 工作原理：与齿轮泵相似。 结构：由机壳和腰形转子组成。 两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。 改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。 常用的鼓风机主要有旋转式和离心式两种 类型 。 鼓风机 罗次鼓风机的特点： (1)风量与转速成正比 ， 转速一定时 ， 出口压力提高 ， 风量可保持大体不变 。 (2)输气量范围： 2500m3/出口表压在 800 (3)流量调节一般用支路调节 ， 出口阀不能完全关闭 ， 且操作温度 80离心鼓风机 （透平鼓风机 工作原理：与离心泵相同。 单级风机的风压较低，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似。 离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过 压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直径大小也大致相同。 结构示意图 多级低速离心鼓风机 压缩机 往复式压缩机 离心式 压缩机 往复式压缩机 总体结构 工作腔部分 : 气阀 气缸 活塞 传动部分 : 连杆 曲柄 十字头 机身部分 : 辅助设备 : 润滑系统 冷却系统 特点及应用 损零件多； 引起气柱及管道的振动 立式压缩机 卧式压缩机 一般卧式 对动型 对置式 角度式压缩机 扇型 星型 其他分类方式 分类及型式 理论工作循环 理论循环的特点 气体通过进、排气阀式无压力损失，进、排气压力没有波动保持稳定； 工作腔内无余隙容积，缸内的气体被全部排出； 工作腔作为一个孤立体与外界无热交换； 气体压缩过程指数为定值； 气体无泄露。 实际工作循环 实际循环的特点 任何工作腔都存在余隙容积。 气体流经进气、排气阀和管道式必然油摩擦，由此产生压力损失。 气体与各接触壁面间存在着温差，导致不断有热量吸入和放出。 气缸容积不可能绝对密封。 阀室容积不是无限大。 实际循环的吸气量 由于实际循环和理论循环存在差异，这将影响压缩机各方面的性能。例如实际循环中，活塞每个行程所吸入的气体若折合成原始的压力 1，则比行程容积 际循环的吸气量可表示为： 0s V p l s V V 多级压缩的定义 所谓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。 多级压缩的优点 节省压缩气体的指示功 降低排气温度 提高容积系数 降低活塞力 调节方式及控制 气量的调节要求 气量的调节原理 气量调节的几种方式 转速调节 管路调节 压开进气阀调节 连通补助容积 气量的调节要求 容积流量随时和耗气量相等，即所谓连续调节，当不能连续调节时可采用分级调节，最简单的情况下压缩机只有排气和不排气两种工况，称间断调节。 调节工况经济性好，即调节时单位容积流量功耗小； 调节系统结构简单，安全可靠，并且操作维修方便。 气量调节原理 理论基础是容积流量公式： 只要改变式中任何一个量，容积流量即可改变。但是，气缸直径无法改变； 在曲柄连杆驱动的压缩机中，行程也不能变；所以，实际上只有各系数和转速可以改变，并且除温度系数因经济性差不采用外，其它都用来进行气量的调节。 v s p V t n 转速调节 适用范围： 内燃机、蒸气机以及可变转速电动机驱动的压缩机，可比较方便地实现连续的气量调节。 优点： 气量连续；调节工况比功率消耗小，压缩机各级压力比保持不变；压缩机上不需设专门的调节机构等。 缺点： 源动机本身性能的限制，且低于额定转速时，经济性低。转速低时由于压缩机进气速度降低，压缩机气阀工作可能会出现不正常。 管路调节 进气节流： 在管路方面增加适当阻力使压力系数减少，由此使气量减少。 切断进气： 这种调节利用阀门关闭进气管路，由此使容积流量为零。 进、排气管连通： 排气管经由旁通管路和旁通阀门与进气管相连接。调节时只要打开旁路阀，排出的气体便又会入进气管路中。 压开进气阀调节 利用一个压开装置，把进气阀强制地压开，使进气阀全部地或部分地丧失正常工作能力，也即使压缩机吸进的气体，因进气阀片不能自动关闭而在压缩和排气行程仍回入进气管，借以达到调节气量的目的。 往复压缩机型式选择 立式压缩机： 优点是主机直立，占地面积小；活塞重量不支承在气缸上 缺点是大型时高度大，需设置操作平台，操作不方便；管道布置困难；多级时级问设备占地面积大 卧式压缩机： 大都制成气缸置于机身两侧的结构，共优缺点恰好和立式压缩机相反； 角度式压缩机： 优点是结构紧凑，每个曲拐上装有两根以上的连杆，使曲轴结构简单、长度较短，并可能采用滚动轴承 缺点是大型时高度大。 压缩机驱动方式选择 电动机： 电动机价格最便宜，而且结构简单、操作方便，所以凡 是有电能的地方应用电动机驱动。 内燃机： 在没有电能的地方活具有天然气及可以利用可燃气体的地方应用内燃机。虽然内燃机价格昂贵，但用天然气的能源消耗费用最便宜，高的成本费用几年内便可用低的运行费用所低偿。 气轮机： 气轮机驱动，通常在化工厂中工艺流程本身需要蒸汽，因而有现成的蒸汽可用，也有很高的运行经济性。 离心式压缩机 1结构 定子与转子 转子：主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件 定子：气缸和隔板 2工作原理：气体沿轴向进入各级叶轮中心处，被旋 转的叶轮做功，受离心力的作用，以很高的速度离开叶轮， 进入扩压器。气体在扩压器内降速、增压。经扩压器减速、 增压后气体进入弯道，使流向反转 180度后进入回流器，经 过回流器后又进入下一级叶轮。显然，弯道和回流器是沟通 前一级叶轮和后一级叶轮的通道。如此，气体在多个叶轮中 被增加数次，能以很高的压力能离开。 优点： （ 1）排气量大，气体流经离心压缩机是连续的，其流通截面积较大，且叶轮转速很高，故气流速度很大，因而流量很大。 （ 2）结构紧凑、尺寸小。它比同气量的活塞式小得多； （ 3）运转平稳可靠，连续运转时间长，维护费用省，操作人员少； （ 4）不污染被压缩的气体，这对化工生产是很重要的； （ 5）转速较高，适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接驱动。 缺点： （ 1）单级压力比不高，不适用于较小的流量； （ 2）稳定工况区较窄，尽管气量调节较方便，但经济性较差 离心式压缩机的特点 喘振 喘振的机理 旋转脱离 压缩机的喘振 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 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。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。 降低运行转速，可使流量减少而不致进人喘振状态，但出口压力随之降低。 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。 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。 防喘振的措施（续） 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，一旦出现异常或端振及时报警，最好还能与防喘振控制操作联功 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，尽量使机器不致迅人喘损状态。一日进人喘振应立即加大流量退出喘振或市即停机。停机后，应经开缸检查确无隐患，方可再开动机器。 某压缩机原来进气温度为 30度，工作点在 见图 )，因生产中冷却器出了故障，使气温剧增到 70度，这时压缩机突然出现了喘振，究其原因，就是因为进气温度升高，使压缩机的性能曲线下降，由线 1下降为 l ，而管网性能曲线未变，压缩机的工作点变到 A ，此点如果落在喘振限上，就会出现喘振。 例 1 性能变化造成的喘振情况 例 2 性能变化造成的喘振情况 某压缩机原在上图所示的 来由于某种原因，进气管被异物堵塞而出现了喘振。分析其原因就是因为进气管被堵，压缩机进气压力从 。使机器性能曲线下降到 l 线，管网性能曲线无变化，于是工作点变到 A ，落入喘振限所致。 例 3 性能变化造成的喘振情况 某压缩机原在转速为 况点为 见上图 )。后因生产中高压蒸汽供应不足，作为驱动机的蒸汽轮机的转速下降到 时压缩机的工作点 A 落到喘振区，因此产生了喘振。 真空泵 1、真空泵的一般特点 真空泵就是从真空容器中抽气、一般在大气压下排气的输送机械。若将前述任何一种气体输送机械的进口与设备接通，即成为从设备抽气的真空泵。然而，专门为产生真空用的设备却有其自身的特点。 （ 1）由于吸入气体的密度很低，要求真空泵的体积必须足够大； （ 2）压缩比很高，所以余隙的影响很大。 真空泵的主要性能参数有： （ 1）极限剩余压力（或真空度）：这是真空泵所能达到最低压力； （ 2）抽气速率：单位时间内真空泵在极限剩余压力下所吸入的气体体积，亦即真空泵的生产能力。 2、往复式真空泵 与往复式压缩式的构造无显著区别，但也有其自身的特点： （ 1）在低压下操作，气缸内、外压差很小，所用的活门必须更加轻巧； （ 2）当要求达到较好的真空度时，压缩比会很大，余隙容积必须很小，否则就不能保证较大的吸气量。 （ 3）为减少余隙的影响，设有连通活塞左右两侧的平衡气道。干式往复真空泵可造成高达 96真空度；湿式则只能达到 8085% 3、水环真空泵 水环真空泵的外壳呈圆形，其中的叶轮偏心安装。启动前，泵内注入一定量的水，当叶轮旋转时，由于离心力的作用，水被甩至壳壁形成水环。此水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成许多大小不同的密封室。由于叶轮的旋转运动，密封室外由小变大形成真 空，将气体从吸入口吸入；继而密封室由大变小，气体由压出口排出。 水环真空泵结构简单、紧凑，最高真空度可达 85%。 4、液环真空泵 叶环泵外壳呈椭圆形。当叶轮旋转时液体被抛向四周形成一椭圆形液环，在其轴方向上形成两个月牙形的工作腔。由于叶轮的旋转运动，每个工作腔内密封室逐渐由小变大而从吸入口吸入气体；然后又由大变小，将气体强行排出。 5、旋片真空泵 是旋转式真空泵的一种，其工作原理见图。当带有两个旋片 7的偏心转子按箭头方向旋转时，旋片在弹簧 8的压力及自身离心力的作用下，紧贴泵体 9内壁滑动，吸气工作室不断扩大，被抽气体通过吸气口 3经吸气管 4进入吸气工作室，当旋片转至垂直位置时，吸气完毕，此时吸入的气体被隔离。 转子继续旋转，被隔离的气体逐渐被压缩，压强升高。当压强超过排气阀片 2上的压强时，则气体经排气管 5顶开阀片 2，通过油液从泵排气口 1排出。泵在工作过程中，旋片始终将泵腔分成吸气、排气两个工作室，转子每旋转一周，有两次吸气、排气过程。 旋片泵的主要部分浸没于真空油中，为的是密封个部件间隙，充填有害的余隙和得到润滑。此泵属于干式真空泵。 如需抽吸含有少量可凝性气体的组合气时，泵上设有专门设计的镇气阀（能在一定的压强下打开的单向阀），把经控制的气流（通常是湿度不大的空气）引到泵的压缩腔内，以提高混合气的压强，使其中的可凝性气体在分压尚未达到泵腔温度下的