气体输送机械

教学内容：1、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。3、往复式压缩机的结构、工作原理、主要性能参数及选型。教学目的：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。教学重点：离心通风机的选用。教学难点：往复式压缩机的结构、工作原理、主要性能参数及选型。1.10气体输送机械气体特点：1）气体输送机与液体输送机原理基本相同2）气体具有可压缩性，压力变化，气体的体积和温度随之变化。可压缩性、p、V、t变化3）气体:气体或气—固混合双相流4）气体的密度：5）经济流速范围：u气=10～25m/su液=0.5～３m/s气气、NP21.10气体输送机械1概述③产生真空。设备：真空泵；输送和压缩气体的设备统称为气体输送设备，其作用为对流体作功以提高其机械能，主要表现为静压能的提高。1、应用：①输送气体。设备：通风机、鼓风机。车间通风与空气调节、干燥所的热风②产生高压气体。设备：压缩机。气力输送、所需的动力源等。2、气体输送机械分类：①按结构和工作原理分类：轴流式、离心式、往复式、旋转式和流体作用式。1概述②按出口气体的压强（终压）或压缩比（p出/p进）分类：通风机：P出≤14.7kPa（表压）压缩比为1～1.15轴流式：产生的风压低，一般用于通风离心式：多用于气体输送鼓风机：14.7KPa～294kPa（表压）压缩比为小于4压缩机：P出＞294kPa（表压）压缩比为大于4真空泵：P出=大气压（3）与液体输送机械比较：相似点：工作原理基本相似不同点：气体的glgl1概述1.工业应用①气体输送压力不高，但量大，动力消耗大②产生高压气体终到设备压力高③生产真空上游设备负压操作1.10气体输送机械1概述2.气体输送机械的特点①动力消耗大②设备体积庞大③特殊性——气体的可压缩性多级离心压缩机1概述2轴流通风机特点：1）产生轴向风，如风扇2）排风量大、风压小3）用于通风换气，不用与气体输送常安装在需通风的墙壁孔或天花板上78轴流式3离心通风机依靠高速速旋转的叶轮使气体获得能量，从而提高气体的压强。(1)离心通风机结构特征和工作原理1．离心式通风机的结构特点（1）叶轮直径较大——适应大风量（2）叶片数较多（3）叶片有平直、前弯、后弯不求高效率时——前弯（4）机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为为矩形动画演示2．性能参数和特性曲线（1）风量：按入口状态计的单位时间内的排气体积m3/s，m3/h（2）全风压：单位体积气体通过风机时获得的能量J/m3，Pa风机进、出口之间列B.E.22212121()()()2Tfuupgzzpph21(),zzg忽略01u忽略能量损失2221()2Tskuppppp说明：①气体获能=进出口静压差(静风压)+动能差(动风压)②出口速度很高，且压缩比小，动风压占比例很高（3）轴功率和效率1000vTqpP1000vTqpP1.2()()TTTppp~qvP~qvqVpT~qvpS~qvp1atm、20℃用空气测定pT0~qv，ps0~qv，P~qv，~qv离心通风机特性曲线（2）确定风量和全风压生产任务→qv1.2()()TTTppp（3）根据流量和压头查找合适型号3．离心式通风机的选型（1）根据气体种类和风压范围，确定风机的类型实际状态的全风压pT可换算成标准状况下的pT’(2）离心通风机的性能参数主要性能参数：风量Q、风压HT、轴功率N和效率η。1）风量Q单位时间内从风机出口排出的气体体积，但以风机进口处的气体状态计。单位：m3/hHT与风机的结构、尺寸、转速和进入风机的气体的密度有关。2）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。HT值一般由实验测定。TeHW单位：Pa，习惯用mmH2O表示。HT值的实验测定方法：以通风机进口为1-1’截面，出口为2-2’截面，以1m3气体为基准，在1-1’与2-2’截面间列柏努利方程：22121122,1222efuugzpWgzph整理得：22212121,122TefuuHWzzgpph简化：,120fh0,z10,u22212TstkuHppHH全风压为：校正：''''1.2TTTHHH工作介质——20℃,1atm下的空气。（HT’——操作条件下的全风压，ρ’实际输送气体的密度）''()TTeHHW3）轴功率N（KW）与效率η有效功率为：eseeTNwWQWQH()1000TQHNkW轴功率为：离心通风机的特性曲线注：计算N时，HT和Q必须是同一状态下的数值。（2-39）(3)离心通风机的选择1）根据管路布局和工艺条件，利用柏努利方程，计算输送系统所需的实际风压H’T，将H’T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Q和实验条件下的全风压HT，选择机号。（4）当ρ’＞1.2kg/m3时，要核算轴功率。()1000TQHNkW例2-12用风机将20℃、38000kg/h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为1200Pa(按60℃，常压计)。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。解：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。（1）选择风机型号。按风机安装在加热器前考虑。查得20℃，101.3kPa下空气的密度ρ=1.205kg/m3则20℃空气的流量为：33800031535/1.205swQmh查得60℃，101.3kPa下空气的密度ρ’=1.06kg/m3将60℃下的风压换算为实验条件下的风压，即：''1.21.205120013641.06TTHHPa根据风量Q=31535m3/h和风压HT=1364Pa选择4-72-11型机号为10c的风机。在n=1000r/min下，风机的有关性能参数为：Q=32700m3/hHT=1422PaN=16.5kWη=94.3%(2)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，在风机入口气体状态为：100℃，近似常压，则：'33'3800040169/32700/0.946swQmhmh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。4离心鼓风机鼓风机的终压p24atm，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相同，叶片数目较多，结构类似多级离心泵。五级离心鼓风机示意图二、离心式鼓风机和压缩机图2-25多级离心鼓风机结构图5回转式鼓风机罗茨鼓风机工作原理齿轮泵正位移型：风量n，与出口压强无关风量：2~500m3/min，风压一般不超过80kPa气体温度85℃，否则转子会因受热臌胀而卡住图2-26罗茨鼓风机图2-27液环压缩机动画演示5罗茨鼓风机(1)结构特征和工作原理(2)特性定容式鼓风机，风量和转速成正比。风量：2～500m3/min风压：可达80kPa（表压）(3)安装操作注意事项出口安装稳压罐，并配置安全阀。流量采用旁路调节。操作温度一般小于85℃。m3/minkgf/m2例：D36×60—80/5000Q=1.25～250m3/minD5000kgf/m2SD11000kgf/m2H二、鼓风机1、罗茨风机工作原理、基本结构与罗茨泵相同特点：P↑、结构紧凑、操作方便、振动噪声↑、净化空气要求↑型号：结构形式叶轮规格流量/静压风冷水冷直径DSDcm主要用于气力输送动力源26罗茨风机罗茨鼓风机属于正位移型，其风量与转速成正比，而与出口压力无关，罗茨鼓风机的风量范围为2～500m3／min,出口表压力在80kPa以内，在表压力为40kPa附近效率较高，出口压力过高，泄漏增加，效率降低。罗茨鼓风机的出口应安装气体稳压罐与安全阀，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℃，否则引起转子受热膨胀，发生卡死现象。276往复压缩机1.往复压缩机的结构及工作原理往复式压缩机的基本结构和工作原理与往复泵相似，是通过气缸内活塞的往复运动，使气体完成吸入、压缩和排出工作循环，如图2-28（a）所示。图2-28往复压缩机工作过程①开始时刻P1,V1,②压缩阶段，活塞位于最右端，点1向左运动S关D关直至2点，D被顶开之前P2,V2,③排气阶段继续向左D开排气P2不变直至最左端，V=0点3④吸气阶段向右运动P=P10V1点1点2(2)压缩类型等温压缩；绝热压缩；多变压缩(1)工作原理(3)理想工作过程等温、绝热压缩功表达式分别为：1211lnppVpWiso1111211ppVpWad若假设膨胀为绝热过程则有：1/11/112112ppVppVVhchV(4)有余隙的压缩循环余隙——排气结束活塞左侧留有一定空隙313VVV活塞推进一次扫过体积余隙体积余隙系数活塞推进一次扫过体积实际吸气体积余隙系数31410VVVV余隙膨胀阶段——3411/1120mpp说明：余隙的存在使吸、排气量减小且，则，吸、排气量压缩比，则，吸、排气量(5)多级压缩——级间冷却原因：压缩比大时，则，吸、排气量气体温度过高机械结构不合理级数越多，越接近等温压缩，结构越复杂常用2-6级，级压缩比3~5各级压缩比相等，则总压缩功最小(6)往复式压缩机的流量调节①调节原动机转速②旁路调节③改变气缸余隙体积2.多级压缩3.往复压缩机的性能⑴压力。⑵排气量。⑶功率及效率。4.往复压缩机的选型与调节往复压缩机基本的选型步骤为：首先根据输送气体的性质，决定压缩机的类型，再根据生产任务和厂房布置情况等确定压缩机的结构形式和级数，最后根据排气量和压力从产品样本中选用合适的压缩机。往复式压缩机与的流量调节已讲7离心式压缩机：透平式压缩机2.3.3往复压缩机2.工作过程理想压缩循环主要部件：气缸、活塞、吸气阀和排气阀。1.往复式压缩机的结构工作原理：与往复泵相同1、压缩阶段2、排气阶段3、吸气阶段实际压缩循环1、压缩阶段2、排气阶段3、膨胀阶段4、吸气阶段一个理想压缩循环所需的理论功为:21ppWVdp依据不同的过程积分上式，得到:等温压缩过程：2111=lnpWpVp3.往复压缩机做功绝热压缩过程:多变压缩过程:12111W[()1]1kkpkpVkp12111W[()1]1mmpmpVmp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：4.实际压缩循环（1）若按绝热考虑，所需外功：313100%VVV121141W()[()1]1kkpkpVVkp14013VVVV（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。（3）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。相互关系：120111kpp5.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态的数值，又称压缩机的输气量或生产能力。理论吸气量：单动：双动：min;rVASnmin(2)rVAaSn实际排气量：minmindVV(2)轴功率和效率绝热压缩理论功率：实际所需的轴功率:/aaNN121min11[()1]1601000kkapkNpVkp（ηa—绝热总效率）6.多级压缩①避免排出气体温度过高。②减