通风机、鼓风机、压缩机和真空泵原理

2 6通风机 鼓风机 压缩机和真空泵属于气体输送设备 1 分类 按出口压力分类 往复式 通风机 终压不大于1 471 104Pa 表压 压缩比29 2 104Pa 表压 压缩比 4 真空泵 终压接近于0 压缩比由真空度决定 从设备中抽出气体 使设备中产生负压 按结构分类 离心式 能量衡算基准不同 液体1kg扬程 m气体1m3风压 N m2 气体压缩时 产生热效应 需设冷却装置 3 气 液体输送设备区别 风机主要用于 气体输送 压缩机主要用于 压缩气体 说明 2 6 1离心式通风机型式 离心式 多用于气体输送 轴流式 一般用于通风换气 离心式和轴流式通风机示意图 1 离心式通风机结构及工作原理 结构 主要部件 叶轮 蜗壳 叶片形式 低压风机 叶片平直 中 高压风机 叶片弯曲 工作原理 同离心泵 1 机壳2 叶轮3 吸入口4 排除口 2 离心通风机的性能参数与特性曲线 风量qV 以进气口体积流量计 m3 s m3 h 全风压HT 单位体积的气体流过风机时所获得的能量 Pa 风机内压力变化小 气体可视为不可压缩流体 对风机进 出口截面作能量衡算 静风压 动风压 轴功率 说明 HT与流体密度 有关 离心通风机特性曲线 效率 3 离心通风机的选用 由流体性质 选择风机类型 由管路所需风压 流量 确定具体型号 例 输送400C空气 管路需要HT qV 选型 风机特性曲线由厂家提供 列于风机样本中 标定条件 注意 按HT和qV 从样本中选择风机 计算风机效率 使其在高效区工作 2 6 2鼓风机 类型 离心式 罗茨式 1 离心式鼓风机 透平鼓风机 主要结构和工作原理与离心通风机类似 为产生较高的风压 采用多级 出口表压力一般不超过294 103Pa 2 罗茨鼓风机 结构 工作原理同齿轮泵 说明 为正位移型 风量与转速成正比 而与出口压力无关 流量采用旁路调节 出口阀不能完全关闭 操作温度不超过85 C 2 6 3压缩机类型 离心式 往复式 1 离心式压缩机 透平压缩机 作用原理与离心鼓风机相同 为达到较高的出口压力 采用多级数 大叶轮直径 高转数 一般在5000rpm以上 压缩比高 温升过高 故压缩机分为几段 段间设冷却器 各段温度大致相等 叶轮直径逐段减小 叶轮宽度逐级略有减小 说明 优点 与往复压缩机相比 离心压缩机具有机体体积较小 流量大 供气均匀 运动平稳 易损部件少和维修较方便等 缺点 离心式压缩机的制造精度要求极高 否则 在高转速情况下将会产生很大的噪音和振动 注意 当离心式压缩机进气量减小到允许的最小值 压缩机会发生喘振 因此 压缩机必须在比喘振流量大5 10 的范围内操作 2 往复式压缩机 结构和工作原理与往复泵相似吸入和排出阀更加灵巧 无余隙压缩循环 整个循环活塞对气体所作的功 等温压缩循环 绝热压缩循环 r 绝热指数 出口温度 k 多变指数 1 r 多变压缩循环 影响压缩所需轴功Ws和排气温度T2的主要因素 1 压缩比p1 p2愈大 Ws和T2也愈大 2 压缩所需的轴功Ws与吸入气体量 V1一V4 成正比 3 多变指数k愈大 则Ws和T2也愈大 注意 对于石油气压缩机用空气试车或用氮气置换石油气时 务须注意超负荷和超温的问题 出口温度 有余隙压缩循环 余隙体积 V3 余隙系数 新鲜气体 V1 V4 容积系数 无余隙时 大 中型压缩机的低压气缸 8 高压气缸 12 多变压缩过程 讨论 压缩比一定时 0 一定 压缩机达到的最高压力是有限制的 余隙系数一定 0 0 0 压缩极限 主要性能参数 a 排气量 生产能力或吸气量 将压缩机在单位时间内排出的气体体积换算成吸入状态下的数值 无余隙时的理论吸气量 实际吸气量 理论吸气量 实际排气量 由于泄露 实际排气量 实际吸气量 原因 1 实际吸气量比实际排气量大 凡吸入的气体都经过压缩 多消耗了能量 2 气体在气缸内脉动及通过阀门等的流动阻力 也要消耗能量 压缩机的运动部件的摩擦 还要消耗能量 所以压缩机的轴功率为 b 轴功率若以多变过程为例 压缩机的理论轴功率为 式中 PT 按多变压缩考虑的压缩机的轴功率 kw qVmin 压缩机的排气量 m3 min 实际所需的轴功率 理论轴功率大 多级压缩 三级压缩机流程图 存在压缩极限 温度过高 机械结构不合理 一般地 压缩比 8时 应采用多级压缩 原因 增加气缸 减小压缩比 减少余隙的影响 中间冷却器 降低气体温度 降低压缩机功耗 a 多级压缩与单级压缩所需轴功的比较 三级压缩所需外功 常用的级数 2 6级 分三级绝热压缩所需的轴功 一级绝热压缩所需轴功 b 多级压缩级间压力的确定 若每级按无余隙循环可逆多变过程考虑 且各级气体入口温度相同 经推导得 最小轴功 说明 每级压缩比相等 每级所需轴功也相等 此时 所需总功最小 压缩机的分类和构造 分类方法 a 吸 排气体方式 单动 复动 b 压缩级数 单级 压缩比2 8 两级 压缩比8 50 多级 压缩比100 1000 c 终压 低压 10 133 105Pa 中压 10 133 101 33 105Pa 高压 101 33 1013 3 105Pa d 生产能力 小型 10m3 min以下 中型 10 30m3 min 大型 30m3 min以上 e 压缩气体的种类 空气压缩机 氨气压缩机 石油气压缩机等 f 气缸在空间的位置 立式 气缸垂直放置 卧式 气缸水平放置 角式 气缸互相配置成V型 W型 L型 选用与操作a 选定压缩机的种类 依据 所处理的气体b 选定结构形式 依据 操作环境c 定出压缩机的规格 依据 生产中所要求的排气量与排气压力 2 6 4真空泵 将气体由大气压以下的低压气体经过压缩而排向大气的设备 实际上 也是一种压缩机 1 与一般压缩机的区别 进气压力与排气压力之差最多也只是1 0133 105Pa 但随着进气压力逐渐趋于真空 压缩比将要变得很高 随着真空度的提高 设备中的液体及其蒸气也将越来越容易地与气体同时被抽吸进来 其结果是使可以达到的真空度下降 因为所处理的气体的密度很小 所以气缸容积和功率对比就要大一些 在一般的多级压缩中 是越到高压级气缸直径就越小 但在多级真空泵中 则通常是做成同一尺寸的气缸 2 真空泵的主要性能参数 极限真空度或残余压力 真空泵所能达到的最高真空度 抽气速率 单位时间内真空泵在残余压力和温度条件下所能吸入的气体体积 即真空泵的生产能力 以m3 h或l s计量 3 真空泵的型式化工厂中常用的几种有 往复真空泵 旋转真空泵 喷射泵 往复真空泵 构造和作用原理虽与往复压缩机的基本相同 吸入和排出阀门必须更加轻巧而灵活 气缸左右两端之间设有平衡气道 属于于式真空泵 旋转真空泵 a 液环真空泵 常用的有水环真空泵 纳西泵 特点 属于湿式真空泵 最高真空度可达85 结构简单 紧凑 没有活门 经久耐用 为了维护泵内液封以及冷却泵体 运转时常需要不断向泵内充水 水环真空泵 纳西泵 液环真空泵的特点 抽出的气体不与泵壳直接接触 因此 在抽吸腐蚀性气体时只要叶轮采用耐腐蚀材料制造即可 泵内所注入的液体必须不与气体起化学反应 b 滑片真空泵 喷射泵原理 利用流体流动时 静压能与动压能相互转换的原理来吸送流体的它可用于吸送气体 也可