气体输送机械(培训课件三)

气体输送机械《化工单元操作过程》任课教师：朱继生AssistantprofessorSeniorengineer前言前言♦压缩机是输送气体并提高气体压力能的机器。在石油化工厂中，压缩机主要压缩原料气、空气或中间过程的介质气体，以满足石油化工生产工艺的需要。压缩机按其工作原理可分为速度型和容积型两种。„速度型压缩机靠气体在高速旋转的叶轮的作用下，得到巨大的动能，随后在扩压器中急剧降低，使气体的动能转变为势能动能转变为势能，也就是压力能。„容积型压缩机靠在气缸内作往复或回转运动的活塞，使容积缩小而提高气体压力。往复压缩机往复压缩机2012-5-29气体输送机械气体输送机械共性：气体和液体同为流体，输送机械工作原理基本相似。特性：气体密度远较液体小且可压缩。(1)一定质量流量下气体体积流量大，输送机械的体积较大；(2)气体输送管路的常用流速要比液体大得多(一般约10倍)。而通常流体流动阻力正比于流速的平方，因此输送相同的质量流量，气体输送要求提供的压头相应也更高；(3)由于气体的可压缩性，在输送机械内部气体压强变化时，其体积和温度随之而变。气体输送机械结构设计更为复杂，选用上必须考虑的影响因素也更多。输送机械出口压强（表压）压缩比通风机（Fan）≤11.5kPa1～1.15鼓风机（Blower）11.5kPa～0.3MPa4压缩机（Compressor）0.3MPa4真空泵（Vacuumpump）大气压减压抽吸通风机（通风机（FanFan））工业上常用通风机按其结构形式有轴流式和离心式两类。轴流式通风机排风量大而风压很小，一般仅用于通风换气，而不用于气体输送。离心式通风机的应用十分广泛，按其产生风压可分为：低压离心通风机：出口风压小于1.0kPa（表压）中压离心通风机：出口风压1.0～3.0kPa（表压）高压离心通风机：出口风压3.0～15.0kPa（表压）离心通风机离心通风机（（CentrifugalFanCentrifugalFan））1－机壳2－叶轮3－吸入口4－排出口结构和工作原理：与离心泵基本相同，主要由蜗壳形机壳和叶轮组成。差异在于离心通风机为多叶片叶轮，且因输送流体体积大（密度小），叶轮直径一般较大而叶片较短。叶片有平直、前弯和后弯几种形式。平直叶片一般用于低压通风机；前弯叶片的通风机送风量大，但效率低；高效通风机的叶片通常是后弯叶片。蜗壳的气体通道截面有矩形和圆形两种，一般低、中压通风机多为矩形。离心通风机离心通风机（（CentrifugalFanCentrifugalFan））离心通风机的特性曲线离心通风机的特性曲线主要性能参数：风量V：气体通过体积流量（按通风机进口状态计）。风压HT（也称全风压）：单位体积气体所获得的能量(N/m2)。轴功率和效率：N、ηHTHpηNVN~VHT~VHp~Vη~V空气直接由大气吸入时u1≈0，且（z2-z1）可忽略，则：测定通风机特性曲线的依据以通风机进口、出口为1、2截面列柏努利方程：()()()222121212TuuHgppzzρρ−−=++−()22212TpkuHHHppρ−=+=+离心通风机离心通风机（（CentrifugalFanCentrifugalFan））全风压（压头）由静风压Hp和动风压HK两项组成。风压与气体的密度成正比。通风机特性曲线中的两条曲线分别代表全风压、静风压与风量的关系（HT—V，Hp—V）。性能表上风压的空气条件为20℃、0.1MPa。若实际输送气体与上述条件不同时，应加以换算：1.2TTTHHHρρρ′==′轴功率与风压、风量和效率的关系为当所输送的气体条件与上述试验条件不同时，应换算为ηVHNT=1.2NNρ′=离心通风机离心通风机（（CentrifugalFanCentrifugalFan））9-19D高压离心通风机G\Y4-73型锅炉离心通、引风机DKT-2系列低噪声离心通风机B30防爆轴流通风机高温离心通风机鼓风机鼓风机（（BlowerBlower））罗茨鼓风机（容积式风机、正位移类型）罗茨鼓风机（容积式风机、正位移类型）工业上常用的鼓风机主要有旋转式和离心式两种类型。工作原理：与齿轮泵相似。结构：由机壳和腰形转子组成。两转子之间、转子与机壳之间间隙很小，无过多泄漏。改变两转子的旋转方向，则吸入与排出口互换。特点：风量与转速成正比而与出口压强无关，故出口阀不可完全关闭，流量用旁路调节。应安装稳压气罐和安全阀。工作温度不能超过85℃，以防转子因热膨胀而卡住。罗茨鼓风机的出口压强一般不超过80kPa（表压）。出口压强过高，泄漏量增加，效率降低。罗茨鼓风机罗茨鼓风机L6LD系列L10WDA系列L4LD系列3R5WD系列离心鼓风机离心鼓风机（透平鼓风机（透平鼓风机TurboblowerTurboblower））工作原理：与离心泵相同。单级风机的风压较低，风压较高的离心鼓风机采用多级，其结构也与多级离心泵类似。离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过0.3MPa（表压），即压缩比不大，因而无需冷却装置，各级叶轮的直径大小也大致相同。结构示意图多级低速离心鼓风机离心鼓风机离心鼓风机（透平鼓风机（透平鼓风机TurboblowerTurboblower））2012-5-29往复压缩机往复压缩机压缩机速度型容积型轴流式离心式混流式回转式往复式滑片式螺杆式转子式膜式活塞式♦压缩机按结构型式不同，分类如下：离心式压缩机离心式压缩机概述级内的各种流量损失3.4多级压缩3.5功率与效率3.6性能与调节3.7相似理论的应用3.8主要零部件及辅助系统3.9安全可靠性3.10选型3.1离心式压缩机概述3.1.13.1.1发展概况发展概况3.1.23.1.2工作原理工作原理3.1.33.1.3工作过程与典型结构工作过程与典型结构3.1.43.1.4级的结构与关键截面级的结构与关键截面3.1.53.1.5离心压缩机特点离心压缩机特点3.1.63.1.6适用范围适用范围3.1.23.1.2工作原理工作原理一般说来，提高气体压力的主要目标就是增加单位容积内气体分子的数量，也就是缩短气体分子与分子间的距离。达到这个目标可采用的方法有：1、用挤压元件来挤压气体的容积式压缩方法(如活塞式)；2、用气体动力学的方法，即利用机器的作功元件(高速回转的叶轮)对气体作功，使气体在离心力场中压力得到提高，同时动能也大为增加，随后在扩压流道中流动时这部分动能又转变成静压能，而使气体压力进一步提高，这就是离心式压缩机的工作原理或增压原理。3.1.33.1.3工作过程与典型结构工作过程与典型结构1－吸入室；2－轴；3－叶轮；4－固定部件；5－机壳；6－轴端密封；7－轴承；8－排气蜗室；离心压缩机转子：转轴，固定在轴上的叶轮、轴套、联轴节及平衡盘等。定子：气缸，其上的各种隔板以及轴承等零部件，如扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室。驱动机转子高速回转叶轮入口产生负压（吸气）气体在流道中扩压气体连续从排气口排出气体的流动过程是：组成离心式压缩机常用术语：级：段：缸：列：由一个叶轮与其相配合的固定元件所构成以中间冷却器作为分段的标志，如前所述，气流在第三级后被引出冷却，故它为二段压缩。一个机壳称为一缸，多机壳称为多缸（在叶轮数较多时采用）指压缩机缸的排列方式，一列可由一至几个缸组成叶轮、扩压器、弯道、回流器、蜗壳、吸气室主要部件的功用：三、叶轮的典型结构1、离心式叶轮闭式叶轮半开式叶轮双面进气叶轮2、按叶片弯曲形式后弯叶片：弯曲方向与叶轮旋转方向相反，级效率高，β2A＜90径向叶片：β2A＝90，工作稳定范围宽，常用前弯叶片：弯曲方向与叶轮旋转方向相同，β2A＞90，效率低，稳定工作范围较窄，多用于一部分通风机。3、叶轮的速度三角形在讨论其工作原理时，常常会用到叶轮进、出口处的三角形优点：（1）排气量大，气体流经离心压缩机是连续的，其流通截面积较大，且叶轮转速很高，故气流速度很大，因而流量很大。（2）结构紧凑、尺寸小。它比同气量的活塞式小得多；（3）运转平稳可靠，连续运转时间长，维护费用省，操作人员少；（4）不污染被压缩的气体，这对化工生产是很重要的；（5）转速较高，适宜用蒸汽轮机或燃气轮机直接拖动。缺点：（1）单级压力比不高，不适用于较小的流量；（2）稳定工况区较窄，尽管气量调节较方便，但经济性较差离心式压缩机的特点离心式压缩机的特点适用范围适用范围1.化工及石油化工工艺用2.动力工程用3.制冷工程和气体分离用4.气体输送用漏气损失漏气损失（1）产生漏气损失原因（2）密封件的结构形式及漏气量的计算（3）轮盖密封的漏气量及漏气损失系数（1）产生漏气损失的原因从右图中可以看出，由于叶轮出口压力大于进口压力，级出口压力大于叶轮出口压力，在叶轮两侧与固定部件之间的间隙中会产生漏气，而所漏气体又随主流流动，造成膨胀与压缩的循环，每次循环都会有能量损失。该能量损失不可逆的转化为热能为主流气体所吸收。（2）密封件的结构形式3.4多级压缩（1）采用多级串联和多缸串联的必要性（2）分段与中间冷却以减少耗功（1）采用多级串联和多缸串联的必要性离心压缩机的压力比一般都在3以上，有的高达150，甚至更高。离心压缩机的单级压力比，较活塞式的低，所以一般离心压缩机多为多级串联式的结构。考虑到结构的紧凑性与机器的安全可靠性，一般主轴不能过长。对于要求高增压比或输送轻气体的机器需要两缸或多缸离心压缩机串联起来形成机组。(2)分段与中间冷却以减少耗功为了降低气体温度，节省功率，在离心压缩机中往往采用分段中间冷却的结构，而不采用汽缸套冷却。各段由一级或若干级组成，段与段之间在机器之外由管道连接中间冷却器。应当指出，分段与中间冷却不能仅考虑省功，还要考虑下列因素：1）被压缩介质的特性属于易燃、易爆则段出口的温度低一些，对于某些化工气体，因在高温下气体发生不必要的分解或化合变化，或会产生并加速对机器材料的腐蚀，这样的压缩机冷却次数必需多一些。2）用户要求排出的气体温度高，以利于化学反应(由氮、氢化合为氮)或燃烧，则不必采用中间冷却，或尽量减少冷却次数。3）考虑压缩机的具体结构、冷却器的布置、输送冷却水的泵耗功、设备成本与环境条件等综合因素。4）段数确定后，每一段的最佳压力比，可根据总耗功最小的原则来确定。3.6性能与调节3.6.13.6.1离心压缩机的性能离心压缩机的性能3.6.23.6.2压缩机与管网联合工作压缩机与管网联合工作3.6.33.6.3压缩机的串联与并联压缩机的串联与并联3.6.43.6.4压缩机的调节方法及特点压缩机的调节方法及特点3.6.13.6.1离心压缩机的性能离心压缩机的性能3.6.1.1性能曲线3.6.1.2喘振工况3.6.1.3堵塞工况3.6.1.4性能曲线的变化规律3.6.1.1性能曲线（1）性能曲线的形成（2)性能曲线的特点（3）性能曲线的特点（4）最佳工况（5）稳定工作范围（1）性能曲线的形成（2)性能曲线的特点（3）性能曲线的特点随着流量的减小，压缩机能提供的压力比将增大。在最小流量时，压力比达到最大。离心压缩机有最大流量和最小流量两种极限流量；排除压力也有最大值和最小值。效率曲线有最高效率点，离开该点的工况效率下降的较快。功率N与Qj。大致成正比，所以功率曲线一般随Qj增加而向上倾斜，但当ε-Qj曲线向下倾斜很快时，功率曲线也可能先向上倾斜而后逐渐向下倾斜。（4）最佳工况工况的定义：性能曲线上的某一点即为压缩机的某一运行工作状态(简称工况)。最佳工况点：通常将曲线上效率最高点称为最佳工况点，一般应是该机器设计计算的工况点。如图所示，在最佳工况点左右两边的各工况点，其效率均有所降低。（5）稳定工作范围压缩机性能曲线的左边受到喘振工况的限制，右边受到堵塞工况限制，在这两个工况之间的区域称为压缩机的稳定工作范围。压缩机变工况的稳定工作范围越宽越好。3.6.1.2喘振工况（1）压缩机喘振的机理（2）喘振的危害（3）防喘振的措施（1）压缩机喘振的机理旋转脱离压缩机的喘振（2）喘振的危害喘振造成的后果是很严重的，它不仅使压缩机的性能恶化，压力和效率显著降低，机器出现异常的噪声、吼