第五章设计与选型(2)

1、第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 531 机器选型的基本原则 任何一种过程工业的生产装置中都包含着各种不同型式的机器。压缩机、泵、分离机械、干燥机械和它们的原动机是最常见的机器。各种机器都有不同型式、规格。 机器的选型首先要分析工艺要求。其次在机器的选型首先要分析工艺要求。其次在基本能满足工艺要求的机型中选择运行可靠性基本能满足工艺要求的机型中选择运行可靠性好、结构简单、维修方便、价格便宜的机型。好、结构简单、维修方便、价格便宜的机型。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 531 机器选型的基本原则 (1)工艺要求 过程装置的最基本任务是实现预定的过程。因此，仔细研究、分

2、析工艺对装备的要求是至关重要的，分析工艺要求的主要方面如表51。 表表51 分析工艺要求的主要内容分析工艺要求的主要内容 介质特性 工艺过程涉及的原料、中间产品、最终产品、副产品的物理化学性质 生产能力 生产规模对选择机器规格、型式关系很大。如活塞式压缩机适用于中小型气量各种压力，离心式压缩机适用于大气量低压力 运转中工艺参数化情况要考虑到可能出现的极限温度、压力、流量、液位等。所迭机器应具有适应工艺参数变化的能力。离心式压缩机减小排气量的调节能力有限，气量调节容易引起机组喘振。泵输送高温液体要特别注意吸入特性以避免发生气蚀选材 生产的工艺参数如温度、压力，物料有无腐蚀性；产品对杂质污染有无特

3、殊要求，如食品、药物： 运转控制方式 运转控制方式由流量、温度、压力、液位等参数变化对生产影响而定。一般情况，自动、手动，都可以。但有些场合手动达不到调节精度，必须采用自动控制结构要求 防泄漏、防潮、防爆等特殊结构要求第五章 过程装备的设计与选型 可靠性 在现代化生产装置中，常采用单机单系统，一台机器发生故障就意味着生产停顿，因此，这类机器的可靠性要求很高。需要对可选机型的在用机器进行调查 性能 对生产中发生参数变化要有很好的适应能力、效率高、能耗低 运行维修 装拆方便，操作、运行稳定，一旦发生故障要能及时显示，以便尽快排除，以免造成重大损失 结构 优先考虑摩擦件少、无动力不平衡或动力平衡性能

4、较好、无周期性性能变化的机型。尽可能减少因摩擦磨损、振动影响机器的使用寿命 价格 价格低表表52 52 机器选型一般规则机器选型一般规则 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 532 压缩机选型 工业用压缩机因具体工艺参数和工作环境不同，应该选用最适合实际运行环境的式。常见气体压缩机型式的特点及其适用范围。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 532 压缩机选型 往复式压缩机 1压力范围广，在各种流量下均可高达300MPa以上2单机调节范围大。可在由0到该机可能达到的最大排气量范围内的任何流量下工作3热效率较高4一般压力范围内对材料要求低，多用普通钢铁5单机难以做到大流量，运

5、行时因往复运动惯性力作用有较大振动，气体排出时有脉动，是相连管道的主要振源。易损件多、维修工作量大。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 532 压缩机选型 回转式压缩机 1结构简单、维修方便、气流稳定、 比功率稍大；2回转式压缩机种类较多，往往用在较为特殊的场合。第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 532 压缩机选型 离心式压缩机 1结构简单紧凑、振动小，气体压缩部分无易损件，被压缩气体较干净，基本不受润滑油污染；2气量调节范围较小，气量下降较多时可能引起压缩机喘振；3高压比、小气量压缩机制造难度大；4效率较低 。第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 532 压缩

6、机选型 轴流式压缩机 l流量特别大，排气压力不高；2对结垢、腐蚀和冲蚀比离心式压缩机敏感。用于空气和洁净气体；3效率比离心式压缩机高。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 532 压缩机选型 工艺压缩机一般均按所压缩介质和特定条件设计，与介质的物性关系极大。如果选用某种现有压缩机，需按前面所述机器选性原则进行周密的分析、研究，有时还需作复算性计算，以免造成不必要的损失。 往复式压缩机1压力范围广，在各种流量下均可高达300MPa以上2单机调节范围大。可在由0到该机可能达到的最大排气量范围内的任何流量下工作3热效率较高4一般压力范围内对材料要求低，多用普通钢铁5单机难以做到大流量，运行

7、时因往复运动惯性力作用有较大振动，气体排出时有脉动，是相连管道的主要振源。易损件多、维修工作量大。 离心式压缩机1结构简单紧凑、振动小，气体压缩部分无易损件，被压缩气体较干净，基本不受润滑油污染2气量调节范围较小，气量下降较多时可能引起压缩机喘振3高压比、小气量压缩机制造难度大4效率较低 回转式压缩机1结构简单、维修方便、气流稳定、比功率稍大2回转式压缩机种类较多，往往用在较为特殊的场合不知 表5-4列举了几种回转容积式压缩机的适用范围及总效率 轴流式压缩机1. 流量特别大，排气压力不高2对结垢、腐蚀和冲蚀比离心式压缩机敏感。用于空气和洁 净气体3效率比离心式压缩机高表表5-3 常见气体压缩机

8、型式的特点及其适用范围 螺杆式 轴向螺旋 直叶式 滑片式液环式结构特征 4X62X4 2X2 8叶片16链轮最大吸气容积 (m3s) 600 400 900 200 400最大直径（mm） 600 400 700 800 1200最小直径（mm） 100 150 250 125 300最大气体速度限制Ma O.3 0.12 0.05 0.05 0.06 额定最高速限制Ma 0.24 0.09 0.04 0.04 0.05低压时最大Ld 1.62 2.50 2.50 3.00 1.1高压时正常值Ld 1.00 1.50 1.50 2.00 1.0正常额定总效率() 75 70 68 72 507

9、5kW内机械效率() 90 93 95 94 90正常额定压比 3 5正常极限压比 6 5 5 7 9表54 回转容积式压缩机性能参数第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 532 压缩机选型 压缩机一般均按所压缩介质和特定条件设计，与介质的物性关系极大如果选用某装置中使用的泵有离心泵、往复泵及旋转泵等多种型式。离心泵和往复泵使用尤为广泛。为合理选用泵就必须仔细分析泵的特性和结构特点；研究，有时还需作复算性计算，以免造成不必要的损失。第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 533 泵的选型 装置中使用的泵有离心泵、往复泵及旋转泵等多种型式。离心泵和往复泵使用尤为广泛。为合理选用泵就

10、必须仔细分析泵的特性和结构特点。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 533 泵的选型 (1)选用参数的确定 a介质物性参数 密度、粘度、化学组成、化学腐蚀性、气体或固体(粒度)含量、蒸气压等。 b工艺参数 泵的流量、扬程、功率、必需汽蚀余量、结构、材料、操作和使用等第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 533 泵的选型 (2)选用要点 选泵应结构简单、操作方便，运转可靠、使用寿命长，性能良好、效率高、并符合装置的运转特性，零部件互换性好、容易更换、维修方便，价格低廉。第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 533 泵的选型 耐液体腐蚀、磨蚀，使用寿命长 密封性能可靠，

11、尤其对于易燃、易爆、有毒和贵重的介质更要求控制其泄漏量; 要求操作性能稳定，低噪音，小振动，运转周期不低于8000h； 适合于低温或高温介质的输送 要求高吸入性能，第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 533 泵的选型 (3)各种泵的特性 c容积式泵 往复式(柱塞式) ； 柱塞式计量泵; 隔膜计量泵； 齿轮泵和 三螺杆泵， 转子泵 双螺杆泵。第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 533 泵的选型 (5)泵的性能换算 样本提供的性能参数是以清水在标准试验条件下得到的，往往与实际生产情况有差别，所以，正确选用泵就要进行必要的性能换算. 对切割叶轮利用切割定律进行能换算。 改变转速。

12、叶片泵的流量当转速在20%范围内变化时仍保持相似，可近似地按比例定律进行性能计算。 齿轮泵和螺杆泵的流量随转速而变化，液体粘度和排出压力不变而转速，nl降为n2时，将会引起流量qvl和功率Nl的减少，可近似地按下式计算: n1、n2 齿轮泵、螺杆泵转速变化前后的转速，rmin；qv1、qv2 转速为nl、n2时的流量，m3hV 转速为n1时的容积效率，； vvvvnnqqq112212 如性能曲线中未表示出v时，可按排出压力为p时的流量qv1，与排出压力为零时的流量qv1之比估算，即 1212121nnnnPPvvP1、P2齿轮泵、螺杆泵转速变化前后的轴功率，kW；v、转速为n1和排出压力为P

13、时的容积效率和总效率，。 相对密度变化输送液体的相对密度与20清水不同时，对泵的流量、扬程和效率不产生影响，只有泵的轴功率随之变化，其关联式为 ： P = Pw w式中 Pw 、p 常温清水和输送液体的轴功率，kW； w 、常温清水和输送液体的相对密度。 粘度变化叶片泵输送液体的粘度变大，并大于25mm2s时，泵的特性将产生较大的变化，会使流量减少，扬程降低，轴功率增加，效率下降，泵的必需汽蚀余量增大。 齿轮泵和螺杆泵的转速、排出压力不变，而液体粘度由l增至卢2时，流量和轴功率将随着粘度的变化而变化，可近似的按下式计算 ：211211vvvvqq12121vvpp图5-3 输送不同粘度液体时，

14、往复泵活塞速度的修正曲线 往复泵的活塞速度随液体粘度的增高而降低；泵的流量减少。图5-3为粘度变化时往复泵活塞速度的修正曲线，可按此图对泵的活塞速度进行校正。第五章 过程装备的设计与选型第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 (6)泵型号的确定 a泵类型的选择 b泵系列和材料的选择 c泵的型号确定 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 533 泵的选型 离心泵型号的确定 查该型号的性能曲线查该型号的性能曲线 : 校核泵的额定工作点是否落在泵的高效工作区内 校核泵的汽蚀余量校核泵的汽蚀余量 :当不能满足时，可采取降低泵的安装高度或减小吸入管路的阻力. 对启动频繁或灌泵不便的场合，应

15、选用具有自吸性能的泵，如自吸式离心泵、自吸式旋涡泵、容积式泵。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 5 53 34 4 分离机械选型分离机械选型 在过程工业中经常遇到液在过程工业中经常遇到液固两相构成的固两相构成的悬浮液的固悬浮液的固- -液分离，不同密度液体构成的乳浊液分离，不同密度液体构成的乳浊液的液液的液- -液分离。液分离。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 离心机以离心力为推动力的分离机械，分过滤式和沉降式。 过滤机以重力和压力差为推动力的固液分离机械。 过滤式分离机和过滤机都需要用过滤介质拦截固相。 沉降式离心机是不同密度的物质在离心力场作用下实现分离。第五章

16、 过程装备的设计与选型 53 机器选型 (2)离心机选型 a乳浊液的分离 由两种不同密度的液体构成的乳浊液，可选用沉降式离心机进行分离，管式分离机、室式分离机和碟式分离机均可以考虑使用。 b. 悬浮液的分离 含固量高的悬浮液都选用过滤式离心机。第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 (2)离心机选型 离心机的结构形式很多，在具体选型时还要考虑悬浮液的性质、状态及对产品的要求。 按产品要求选型。按被分离悬浮液的性质、状态选型 第五章 过程装备的设计与选型 (3)过滤机选型 过滤机选型要考虑滤浆特性、滤浆物性和生产规模等因素。 a. 滤浆按过滤性能分为良好、中等、差、稀薄和极稀薄五类。与滤饼

17、的过滤速度、滤饼孔隙率、固体颗粒沉降速度和固相浓度等因素有关。 b. 滤浆物性主要是指粘度、蒸汽压、腐蚀性、溶解度和颗粒直径等。滤浆粘度高、过滤阻力大，要选加压过滤机。温度高时蒸汽压高，宜选用加压过滤机，不宜用真空过滤机。当物料易燃、有毒或挥发性强时，要选密封性好的加压过滤机，以确保安全 c生产规模 大规模生产时选用连续式过滤机。小规模生产选间歇式过滤机第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 5 53 35 5 干燥机械选型干燥机械选型 干燥是工业生产中的一项重要单元操干燥是工业生产中的一项重要单元操作，在化工、医药、轻工、农产品加工等作，在化工、医药、轻工、农产品加工等方面均有广泛的运

18、用方面均有广泛的运用 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 5 53 35 5 干燥机械选型干燥机械选型 （1 1）干燥机械的分类）干燥机械的分类 按操作方式按操作方式: : 连续式连续式 间歇式间歇式 按加热方式按加热方式: : 对流、对流、 传导、传导、 辐射辐射 高频高频 微波等微波等 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 5 53 35 5 干燥机械选型干燥机械选型 （1 1）干燥机械的分类）干燥机械的分类 按结构或运行形式按结构或运行形式 管式、塔式、箱式、管式、塔式、箱式、 隧道式隧道式( (带式带式) )、回转圆筒式、滚筒式、回转圆筒式、滚筒式、气流式、气流式、

19、喷雾、沸腾、真空及冷冻干燥等喷雾、沸腾、真空及冷冻干燥等 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 5 53 35 5 干燥机械选型干燥机械选型 (2)(2)干燥机械的选型干燥机械的选型 干燥机械的操作性能必须适应被干燥物料的特性，干燥机械的操作性能必须适应被干燥物料的特性，满足干燥产品质量要求，符合安全、环境保护和节能满足干燥产品质量要求，符合安全、环境保护和节能的要求。因此，干燥机械的选型要综合考虑上述因素。的要求。因此，干燥机械的选型要综合考虑上述因素。 a a物料特性物料特性 物料形态物料形态 物料的物理性能物料的物理性能 物料的热敏性能物料的热敏性能 物料与水分结合状态物料与水分

20、结合状态 第五章 过程装备的设计与选型 535 干燥机械选型干燥机械选型(2)(2)干燥机械的选型干燥机械的选型 b b对产品品质的要求对产品品质的要求 产品外观形态产品外观形态 产品终点水分的含量和干燥均匀性。产品终点水分的含量和干燥均匀性。 产品品质及卫生规格产品品质及卫生规格 c使用地环境及能源状况使用地环境及能源状况 地理环境及建设场地地理环境及建设场地 能源状况能源状况 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 5 53 35 5 干燥机械选型干燥机械选型 3)3)干燥机械选型表干燥机械选型表 教材中表教材中表5-9列出了被干燥物料的形态与选择干燥列出了被干燥物料的形态与选择干燥

21、机械类型的推荐意见。表中将被干燥物料分成机械类型的推荐意见。表中将被干燥物料分成10类：类：液体、浆状物、膏糊状物、粉粒状物、块状物、短纤液体、浆状物、膏糊状物、粉粒状物、块状物、短纤维物、片状物、具有一定形状物、长幅状物、冷冻物。维物、片状物、具有一定形状物、长幅状物、冷冻物。 其中前其中前4 4类和最后类和最后1 1类物料干燥后呈粉粒状，其余物类物料干燥后呈粉粒状，其余物料干燥后形态不变。料干燥后形态不变。第五章 过程装备的设计与选型 54 驱动机的选型驱动机的选型 泵、压缩机、离心机等机器的驱动机的形泵、压缩机、离心机等机器的驱动机的形式有多种，电动机应用最广，其次是蒸汽透平、式有多种，

22、电动机应用最广，其次是蒸汽透平、柴油机、燃气轮机、动力回收透平、涡轮、膨柴油机、燃气轮机、动力回收透平、涡轮、膨胀机等。胀机等。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 54 驱动机的选型 541 电机的选型 (1)电机的分类及应用 按功用分 发电机、电动机、特殊用途电机 按电流类型分 直流电机 交流电机 交流电机分 同步电机和异步电机 按电机相数分 单相电机及多相电机。 按电机的容量或尺寸，可分为大、中、小、微型电机。 1.流电动机 同步电动机 驱动功率较大或转速较低的机械设备，用 于大型船舶的推进器异步电动机 用于驱动一般机械设备笼型异步电动机绕线转子异步电动机 用于要求启动转矩高、

23、启动电流小或 小范围调速的机械设备交流换向器电动机 三向换向器电动机用于驱动调速的机械 单相换向器用于电动工具和吸尘器中2.直流电动机 用于冶金、矿山、交通运输、纺织、印 染、造纸、印刷以及化工和机床，主要 驱动需要调速的机械设备 3.交直流两用电动机 用于电动工具等表5-11 电机主要类型及用途 名 称 主要用途第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 54 驱动机的选型 541 电机的选型 (2)电机的运行条件 电机的运行条件包括对海拔、环境温度、冷却介质和相对湿度的要求，电气条件，运行期间电压和频率的变化，电机的中点接地等规定。 第五章 过程装备的设计与选型 53 机器选型 54 驱

24、动机的选型 541 电机的选型 (3)小功率三相异步电动机的选择原则 电动机的机械特性与负载特性相吻合转矩或功率转速特性曲线相吻合 电动机的启动(堵转)转矩和最大转矩要大于负载所要求的启动转矩和最大转矩 第五章 过程装备的设计与选型 54 驱动机的选型 541 电机的选型 (3)小功率三相异步电动机的选择原则 电动机额定转速应与负载最高转速相适应 电动机的工作制要与负载的工作制相符合 电动机的功率要满足负载要求 第五章 过程装备的设计与选型 电动及所需功率以下式为基础 FL F Mn P= = 或 P = (kw) 102t 102 9555式中 P功率，kW； F力，N； t时间,s L 沿

25、受力方向位移，m 速度，m/s; M 转矩，Nm; N 转速，rmin。第五章 过程装备的设计与选型 54 驱动机的选型5 54 42 2 蒸汽透平蒸汽透平主要部件 喷嘴喷嘴 喷嘴是在高温状态下、承受高压差的苛刻条件中使用，同旋转叶片一起都是决定能量转换效率的重要部件。 旋转叶片及叶轮旋转叶片及叶轮 在高温状态下受到蒸汽冲击力的叶片因受各种频率的激振力而振动。因此，事前需研究激振力和叶片固有频率的共振以及叶片承受交变应力的疲劳强度。 轴封轴封 轴封有碳精垫圈密封(用于小型机)和迷宫式密封。第五章 过程装备的设计与选型 54 驱动机的选型有关转动机械的节能措施主要有： 选定最高效率点 离心泵的流

26、量调节采用改变转速的方法； 通过控制离心式压缩机导向叶片的角度，可以 使最高效率点在很宽的流量范围内移动； 采用动力回收透平、燃气膨胀机把生产过程中未利用的焓降作为动力回收 采用联合循环、以燃气轮机的排气来发生蒸气，驱动蒸汽透平，提高综合热效率。第五章 过程装备的设计与选型 5 55 5 变压器选型变压器选型 551 变压器的型号和额定数据变压器的型号和额定数据 变压器型号示例 SL100010 SL 基本型号(S三相，L-铝线) 1000 额定容量(kVA) 10 次绕组电压等级(kV)，第五章 过程装备的设计与选型 5 55 5 变压器选型变压器选型 变压器的额定数据 额定容量Sn (kVA或VA) 额定电压U1nU2n (V或kV)： 额定线电流I1nI2n(A) 频率f (Hz)：中国标准频率规定为50Hz 漏阻抗标识值或短路电压uk() 相数；接线图与连接组别；运行方式；冷却方式 第五章 过程装备的设计与选型 5 55 5 变压器选型变压器选型 552 变压器的运行特征(1)电压调整率(电压变化率)设变压器外加电压为额定电压，其电压调整率 U20 - U2 =100 U20 式中 U20 二次绕组开路时的端电压，V； U2 二次绕组带负载时的端电压，V。第五章 过程装备的设计与