天津大学化工原理第13讲气体输送机械

1、第第13讲讲 2.3 气体输送和压缩机械气体输送和压缩机械教学内容：教学内容：1、离心通风机与压缩机的结构、工作原理。、离心通风机与压缩机的结构、工作原理。 2、旋转鼓风机与压缩机的结构、工作原理。、旋转鼓风机与压缩机的结构、工作原理。 3、往复式压缩机的结构、工作原理、主要性、往复式压缩机的结构、工作原理、主要性 能参数及选型。能参数及选型。教学目的：教学目的：了解各种气体输送和压缩机械的构造、了解各种气体输送和压缩机械的构造、 工作原理和性能，达到合理选用的目的工作原理和性能，达到合理选用的目的教学重点：教学重点：离心通风机的选用。离心通风机的选用。教学难点：教学难点：往复式压缩机的结构、

2、工作原理、主要性能往复式压缩机的结构、工作原理、主要性能 参数及选型。参数及选型。产生真空。产生真空。 设备：真空泵设备：真空泵 输送和压缩气体的设备统称为气体输送设备，其作用为输送和压缩气体的设备统称为气体输送设备，其作用为对流体作功以提高其机械能，主要表现为静压能的提高。对流体作功以提高其机械能，主要表现为静压能的提高。1 1、应用：、应用：输送气体。输送气体。 设备：通风机、鼓风机。设备：通风机、鼓风机。产生高压气体。设备：压缩机。产生高压气体。设备：压缩机。2 2、气体输送机械分类：、气体输送机械分类：按结构和工作原理分类：按结构和工作原理分类：离心式、往复式、旋转式和流体作用式。离心

3、式、往复式、旋转式和流体作用式。概述概述按出口气体的压强（终压）或压缩比（按出口气体的压强（终压）或压缩比（p出出/p进进）分类：）分类：通风机：通风机：P出出14.7kPa（表压）（表压） 压缩比为压缩比为11.15鼓风机：鼓风机：14.7KPa294kPa（表压）（表压） 压缩比为小于压缩比为小于4压缩机：压缩机：P出出294kPa（表压）（表压） 压缩比为大于压缩比为大于4真空泵：真空泵：P出出=大气压大气压 （3）与液体输送机械比较：）与液体输送机械比较：相似点：工作原理基本相似相似点：工作原理基本相似不同点：气体的不同点：气体的glgl2.3.1、离心式通风机、鼓风机、压缩机、离心式

4、通风机、鼓风机、压缩机1 1、离心通风机、离心通风机依靠高速旋转的叶轮使气体获得能量，从而提高气体的压强依靠高速旋转的叶轮使气体获得能量，从而提高气体的压强。1 1）、离心通风机结构特征和工作原理）、离心通风机结构特征和工作原理2）、离心通风机的性能参数）、离心通风机的性能参数主要性能参数：风量主要性能参数：风量Q、风压、风压HT、轴功率、轴功率N和效率和效率。（1）风量）风量Q 单位时间内从风机出口排出的气体体积，但单位时间内从风机出口排出的气体体积，但以风机进口以风机进口处的气体状态计处的气体状态计。单位：。单位：m3/hHT与风机的结构、尺寸、转速和进入风机的气体密度有关。与风机的结构、

5、尺寸、转速和进入风机的气体密度有关。（2）风压）风压HT 单位体积气体通过风机后所获得的能量，也称全风压。单位体积气体通过风机后所获得的能量，也称全风压。HT值一般由实验测定。值一般由实验测定。TeHW单位：单位：Pa，习惯用习惯用mmH2O表示。表示。HT值的实验测定方法：值的实验测定方法： 以通风机进口为以通风机进口为1-1截面，出口为截面，出口为2-2截面，以截面，以1m3气体气体为基准，列伯努利方程：为基准，列伯努利方程： 22121122,1 222efuugzpWgzph整理得：整理得：22212121,1 22TefuuHWzzgpph简化：简化：,1 20fh0,z 10,u

6、22212TstkuHppHH全风压为全风压为：校正：校正：1.2TTTHHH工作介质工作介质20，1atm下的空气。下的空气。（HT操作条件下的全风压，操作条件下的全风压，实际输送气体的密度）实际输送气体的密度）()TTeHHW（3）轴功率）轴功率N（KW）与效率）与效率有效功率为：有效功率为：eseeTNwWQ WQH1000TQHN轴功率为轴功率为：离心通风机的特性曲线离心通风机的特性曲线注：计算注：计算N时，时，HT和和Q必必须是同一状态下的数值。须是同一状态下的数值。3、离心通风机的选择、离心通风机的选择 （1）根据管路布局和工艺条件，利用伯努利方程，计算输送）根据管路布局和工艺条件

7、，利用伯努利方程，计算输送系统所需的实际风压系统所需的实际风压HT，将，将HT换算成实验条件下的风压换算成实验条件下的风压HT。 （ 2）根据所输送气体的性质（如清洁空气、易燃、易爆或）根据所输送气体的性质（如清洁空气、易燃、易爆或腐蚀性气体以及含尘气体）与风压范围，确定风机类型。腐蚀性气体以及含尘气体）与风压范围，确定风机类型。 （3）根据以风机以进口状态计的实际风量）根据以风机以进口状态计的实际风量Q和实验条件下的和实验条件下的全风压全风压HT，选择机号。，选择机号。 （4）当）当1.2kg/m3时，要核算轴功率。时，要核算轴功率。 例例2-12 用风机将用风机将20、 38000kg/h

8、的空气送入加热器加热至的空气送入加热器加热至100 ，然后经管路送到常压设备内，输送系统所需的全风压，然后经管路送到常压设备内，输送系统所需的全风压为为1200Pa (60 ，常压计，常压计) 。 试选择合适风机，若将选定的风试选择合适风机，若将选定的风机（转速相同）置于加热器之后，是否仍能完成输送任务。机（转速相同）置于加热器之后，是否仍能完成输送任务。 解：解：由于输送清洁空气，可选用一般类型的通风机。然后由于输送清洁空气，可选用一般类型的通风机。然后根据操作条件下的风量和实验条件下的风压来确定。根据操作条件下的风量和实验条件下的风压来确定。（1）选择风机型号。按风机安装在加热器前考虑。）

9、选择风机型号。按风机安装在加热器前考虑。查得查得20，101.3kPa下空气的密度下空气的密度=1.205kg/m3则则20空气的流量为：空气的流量为：33800031535/1.205swQmh查得查得60 ，101.3kPa下空气的密度下空气的密度=1.06kg/m3将将60 下的风压换算为实验条件下的风压，即：下的风压换算为实验条件下的风压，即：1.21.205120013641.06TTHHPa 根据风量根据风量Q=31535m3/h和风压和风压HT=1364Pa选择选择4-72-11型机型机号为号为10c的风机。在的风机。在n=1000r/min下，风机的有关性能参数为：下，风机的有

10、关性能参数为：Q=32700m3/h HT=1422Pa N=16.5kW =94.3%(2) 若风机安装在加热器之后，则风量发生明显变化。若风机安装在加热器之后，则风量发生明显变化。风机的转速不变，风机入口气体状态为风机的转速不变，风机入口气体状态为100 ，常压，则：，常压，则：33800040169/0.946swQmh 故将风机安装在加热器之后，将不能满足风量的要求。故将风机安装在加热器之后，将不能满足风量的要求。同时，尚需考虑风机是否耐高温。同时，尚需考虑风机是否耐高温。2、离心鼓风机与压缩机、离心鼓风机与压缩机1）离心鼓风机）离心鼓风机 鼓风机的终压鼓风机的终压p24atm，压缩比

11、，压缩比p2/p14。 离心鼓风机又称为透平式鼓风机，工作原理与离心通风机离心鼓风机又称为透平式鼓风机，工作原理与离心通风机相同，叶片数目较多，结构类似多级离心泵。相同，叶片数目较多，结构类似多级离心泵。2）离心式压缩机：透平式压缩机）离心式压缩机：透平式压缩机2.3.2 旋转鼓风机与压缩机旋转鼓风机与压缩机1、罗茨鼓风机、罗茨鼓风机1）结构特征和工作原理）结构特征和工作原理2）特性）特性 定容式鼓风机，风量和定容式鼓风机，风量和转速成正比。转速成正比。风量：风量：2500m3/min风压：可达风压：可达80kPa3）安装操作注意事项）安装操作注意事项 出口安装稳压罐，并配置出口安装稳压罐，并

12、配置安全阀。流量采用旁路调节安全阀。流量采用旁路调节。操作温度一般小于。操作温度一般小于85。2.3.3 往复压缩机往复压缩机2、工作过程、工作过程理想压缩循环理想压缩循环 主要部件：气缸、活塞、主要部件：气缸、活塞、吸气阀和排气阀。吸气阀和排气阀。1、往复式压缩机的结构、往复式压缩机的结构工作原理：与往复泵相同工作原理：与往复泵相同1 1、压缩阶段、压缩阶段2 2、排气阶段、排气阶段3 3、吸气阶段、吸气阶段实际压缩循环实际压缩循环1 1、压缩阶段、压缩阶段 2 2、排气阶段、排气阶段3 3、膨胀阶段、膨胀阶段 4 4、吸气阶段、吸气阶段一个理想压缩循环所需的理论功为一个理想压缩循环所需的理

13、论功为: :21ppWVdp依据不同的过程积分上式，得到依据不同的过程积分上式，得到: :等温压缩过程：等温压缩过程： 21 11=lnpW pVp3、往复压缩机做功、往复压缩机做功绝热压缩过程绝热压缩过程: :多变压缩过程多变压缩过程: :121 11()11kkpkWpVkp121 11W()11mmpmpVmp等温压缩过程所需的外功最少，而绝热压缩过程消耗的外功最多。等温压缩过程所需的外功最少，而绝热压缩过程消耗的外功最多。 (pVckc绝热压缩指数)12211()kkpTTp绝热压缩时，排出气体的温度：绝热压缩时，排出气体的温度：4、实际压缩循环、实际压缩循环（1 1）若按绝热考虑，所

14、需外功：）若按绝热考虑，所需外功：313100%VVV121141()()11kkpkWp VVkp14013VVVV（2 2）余隙系数：余隙体积占活塞推进一次所扫过的体积百分率。）余隙系数：余隙体积占活塞推进一次所扫过的体积百分率。（3 3）容积系数：压缩机一次循环吸入的气体体积和活塞一次）容积系数：压缩机一次循环吸入的气体体积和活塞一次扫过的体积之比。扫过的体积之比。相互关系：相互关系：120111kpp 21/ixpp多级压缩一般采用同一压缩比多级压缩一般采用同一压缩比:5、往复压缩机的主要性能参数、往复压缩机的主要性能参数 1）排气量：单位时间内排出的气体体积换算成吸入状）排气量：单位

15、时间内排出的气体体积换算成吸入状态的数值，又称压缩机的输气量或生产能力。态的数值，又称压缩机的输气量或生产能力。理论吸气量：理论吸气量： 单动：单动：双动：双动：min;rVASnmin(2)rVAa Sn实际排气量：实际排气量： minmindVV2）轴功率和效率）轴功率和效率绝热压缩理论功率：绝热压缩理论功率： 实际所需的轴功率实际所需的轴功率: /aaNN121min11()1160 1000kkapkNpVkp6、往复压缩机的选用、往复压缩机的选用1 1、首先根据气体的性质定类型；、首先根据气体的性质定类型；2 2、根据生产能力和出口压强、根据生产能力和出口压强( (或压缩比或压缩比)

16、 )选择合适的型号。选择合适的型号。7、往复压缩机的安装与运转：、往复压缩机的安装与运转： 1 1）、安装）、安装 往复压缩机的排气量是间歇的，不均匀的。为此排出的往复压缩机的排气量是间歇的，不均匀的。为此排出的气体要先经过缓冲罐，再进入输气管路，作用有二：使气气体要先经过缓冲罐，再进入输气管路，作用有二：使气体输送流量均匀；使气体中夹带的油沫得到沉降、分离。体输送流量均匀；使气体中夹带的油沫得到沉降、分离。 2 2）、启动与运转）、启动与运转 启动时全开正路和旁路，采用降压启动，待转速接近正启动时全开正路和旁路，采用降压启动，待转速接近正常时恢复正常电压。常时恢复正常电压。 往复压缩机运转时：注意各部分的润滑和冷却；运往复压缩机运转时：注意各部分的润滑和冷却；运行时不允许关闭出口阀门。行时不允许关闭出口阀门。2.3.4 真空泵真空泵蒸汽喷射泵蒸汽喷射泵 喷射泵是利用流体流动喷射泵是利用流体流动时静压能与动能相互转换的时静压能与动能相互转换的原理来吸、送流体。原理来吸、送流体。优点：喷射泵构造简单、紧凑，优点：喷射泵构造简单、紧凑，没有活动部分。没有活动部分。缺点：效率很低，蒸汽消耗量大。缺点：效率很低，蒸汽消耗量大。注：若将几个真空泵串联起来，便可得到更高的真空度。注：若将几个真空泵串联起来，便可得到更高的真空度。水环式真空泵水环式真空泵多级水力喷射真空泵多