风机、压缩机和真空泵原理

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1.471×104Pa(表压)，压缩比1.15；鼓风机：终压不大于1.471~29.2×104Pa(表压)，压缩比4；压缩机：终压29.2×104Pa(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①能量衡算基准不同，液体1kg扬程，m气体1m3风压，N/m2②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。12pp前级出口气体绝压后级出口气体绝压压缩比说明：2.6.1离心式通风机型式：离心式——多用于气体输送；轴流式——一般用于通风换气。离心式和轴流式通风机示意图(a)离心式(b)轴流式(1)离心式通风机结构及工作原理①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。②工作原理：同离心泵1－机壳2－叶轮3－吸入口4－排除口fepupgzWupgz222222111112121kpTHHuuppH)(2)(2122123/mJ(2)离心通风机的性能参数与特性曲线①风量qV：以进气口体积流量计，m3/s、m3/h；②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gHWHeTTH④轴功率PPe)(1000kWqHPPVTeP说明：HT与流体密度ρ有关⑤离心通风机特性曲线③效率(3)离心通风机的选用①由流体性质，选择风机类型；②由管路所需风压、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：)/2.1(20130mkgCatm的空气、2.1PP轴功率：2.1TTHH风压：注意：按HT和qV′，从样本中选择风机③计算风机效率，使其在高效区工作。,TTHHVVqq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294×103Pa。（2）罗茨鼓风机①结构②工作原理同齿轮泵说明：①为正位移型，风量与转速成正比，而与出口压力无关；②流量采用旁路调节；③出口阀不能完全关闭；④操作温度不超过85ºC。2.6.3压缩机类型：离心式、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)往复式压缩机①结构和工作原理与往复泵相似吸入和排出阀更加灵巧12340V2V1VP1P2无余隙压缩循环56②无余隙压缩循环21VVpdV压缩：22220VpVp）（排气：1111)0(VpVp吸气：112221VpVppdVWVVs21ppsVdpWconstkVpVpii1121ppsdppkW121112lnlnppVpppkWs整个循环活塞对气体所作的功：等温压缩循环：12340V2V1VP1P2无余隙压缩循环5612340V2V1VP1P2无余隙压缩循环2'56绝热压缩循环：rrrpVVpVp22111111211rrsppVprrWrrppTT11212r——绝热指数出口温度：1111211kksppVpkkWkkppTT11212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：12340V2V1VP1P2P有余隙压缩循环V4V3③有余隙压缩循环余隙体积：V3余隙系数：313VVV新鲜气体：V1-V4容积系数：31410VVVV010无余隙时：大、中型压缩机的低压气缸ε8%高压气缸ε≈12%12340V2V1VP1P2P有余隙压缩循环V4V3111120kpp多变压缩过程：讨论：◇压缩比一定时,ε↑，λ0↓◇ε一定，压缩机达到的最高压力是有限制的。◇余隙系数一定，↑λ0↓λ0=0，压缩极限12pp12pp④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：rFVsnAqmin，单缸单动泵：rfFVsnAAq）（单缸双动泵：，2min实际吸气量理论吸气量实际排气量：min,min,VdVqq由于泄露，实际排气量实际吸气量09.0~8.0）排气系数，其值约为（d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；(3)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:PTPP(b)轴功率若以多变过程为例，压缩机的理论轴功率为：1000601]1)[(1112min1kkVTppkkqpP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，m3／min。实际所需的轴功率理论轴功率大⑤多级压缩三级压缩机流程图1级2级3级1234567891，4，7-气缸；2，5-中间冷却器；8-出口气体冷却器；3，6，9-油水分离器◇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，且各级气体入口温度相同，经推导得：nniniiiiiipppppppppp12)1(,,2,3,1,2,11,1111211min,nkksppVpknkW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。⑥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2～8）；两级（压缩比8～50）；多级（压缩比100～1000）。（c）终压：低压（10.133×105Pa）；中压（10.133~101.33×105Pa）；高压（101.33~1013.3×105Pa）。（d）生产能力：小型（10m3／min以下）；中型（10～30m3／min）；大型（30m3／min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）。⑦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①进气压力与排气压力之差最多也只是1.0133×105Pa，但随着进气压力逐渐趋于真空，压缩比将要变得很高。②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。③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①极限真空度或残余压力：真空泵所能达到的最高真空度；②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m3／h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。①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。②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。吸入口1（b）滑片真空泵③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体，也可吸送液体。工作流体：蒸气（蒸气喷射泵）、水（水喷射泵）或其它流体。1－吸入口；2－排除口优点：构造简单，制造容易，可用各种耐腐材料制成，不需传动设备。缺点：产生的压头小，效率低而外，其所输送的流体还与工作流体混合，口而使其应用范围受到限制。用途：一般多用作抽真空，而不作输送用。蒸气喷射泵也常用于小型锅炉的注水操作。154231-工作蒸气；2-扩大管；3-压出口4-混合室；5-气体吸入口单级蒸气喷射泵