风机、压缩机和真空泵原理

1、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1.471104Pa (表压)，压缩比 29.2104Pa (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

2、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

3、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294103Pa。,（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85C。,2.6.3 压缩机 类型：离心式

4、、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

5、) 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

6、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:,

7、(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，m3min。,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

8、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28）； 两级（压缩比850）； 多级（压缩比1001000）。 （c） 终压 ： 低压（10.133105Pa）； 中压（10.133101.33105Pa）； 高压（101.331013.3105Pa）。 （d） 生产能力：小型（10m3min以下）； 中型（1030m3min）； 大型（30m3min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

9、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1.0133105Pa，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

10、。 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m3h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