天津大學(xué)化工原理第13講氣體輸送機(jī)械

1、第第13講講 2.3 氣體輸送和壓縮機(jī)械氣體輸送和壓縮機(jī)械教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：1、離心通風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理。、離心通風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理。 2、旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理。、旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理。 3、往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要性、往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要性 能參數(shù)及選型。能參數(shù)及選型。教學(xué)目的：教學(xué)目的：了解各種氣體輸送和壓縮機(jī)械的構(gòu)造、了解各種氣體輸送和壓縮機(jī)械的構(gòu)造、 工作原理和性能，達(dá)到合理選用的目的工作原理和性能，達(dá)到合理選用的目的教學(xué)重點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)：離心通風(fēng)機(jī)的選用。離心通風(fēng)機(jī)的選用。教學(xué)難點(diǎn)：教學(xué)難點(diǎn)：往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、

2、工作原理、主要性能往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理、主要性能 參數(shù)及選型。參數(shù)及選型。產(chǎn)生真空。產(chǎn)生真空。 設(shè)備：真空泵設(shè)備：真空泵 輸送和壓縮氣體的設(shè)備統(tǒng)稱為氣體輸送設(shè)備，其作用為輸送和壓縮氣體的設(shè)備統(tǒng)稱為氣體輸送設(shè)備，其作用為對(duì)流體作功以提高其機(jī)械能，主要表現(xiàn)為靜壓能的提高。對(duì)流體作功以提高其機(jī)械能，主要表現(xiàn)為靜壓能的提高。1 1、應(yīng)用：、應(yīng)用：輸送氣體。輸送氣體。 設(shè)備：通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)。設(shè)備：通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)。產(chǎn)生高壓氣體。設(shè)備：壓縮機(jī)。產(chǎn)生高壓氣體。設(shè)備：壓縮機(jī)。2 2、氣體輸送機(jī)械分類：、氣體輸送機(jī)械分類：按結(jié)構(gòu)和工作原理分類：按結(jié)構(gòu)和工作原理分類：離心式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。離心

3、式、往復(fù)式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。概述概述按出口氣體的壓強(qiáng)（終壓）或壓縮比（按出口氣體的壓強(qiáng)（終壓）或壓縮比（p出出/p進(jìn)進(jìn)）分類：）分類：通風(fēng)機(jī)：通風(fēng)機(jī)：P出出14.7kPa（表壓）（表壓） 壓縮比為壓縮比為11.15鼓風(fēng)機(jī)：鼓風(fēng)機(jī)：14.7KPa294kPa（表壓）（表壓） 壓縮比為小于壓縮比為小于4壓縮機(jī)：壓縮機(jī)：P出出294kPa（表壓）（表壓） 壓縮比為大于壓縮比為大于4真空泵：真空泵：P出出=大氣壓大氣壓 （3）與液體輸送機(jī)械比較：）與液體輸送機(jī)械比較：相似點(diǎn)：工作原理基本相似相似點(diǎn)：工作原理基本相似不同點(diǎn)：氣體的不同點(diǎn)：氣體的glgl2.3.1、離心式通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、離心式

4、通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)1 1、離心通風(fēng)機(jī)、離心通風(fēng)機(jī)依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使氣體獲得能量，從而提高氣體的壓強(qiáng)依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉輪使氣體獲得能量，從而提高氣體的壓強(qiáng)。1 1）、離心通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)特征和工作原理）、離心通風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)特征和工作原理2）、離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)）、離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)主要性能參數(shù)：風(fēng)量主要性能參數(shù)：風(fēng)量Q、風(fēng)壓、風(fēng)壓HT、軸功率、軸功率N和效率和效率。（1）風(fēng)量）風(fēng)量Q 單位時(shí)間內(nèi)從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積，但單位時(shí)間內(nèi)從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積，但以風(fēng)機(jī)進(jìn)口以風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的氣體狀態(tài)計(jì)處的氣體狀態(tài)計(jì)。單位：。單位：m3/hHT與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、尺寸、轉(zhuǎn)速和進(jìn)入風(fēng)機(jī)的氣體密度有關(guān)。與風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、

5、尺寸、轉(zhuǎn)速和進(jìn)入風(fēng)機(jī)的氣體密度有關(guān)。（2）風(fēng)壓）風(fēng)壓HT 單位體積氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)后所獲得的能量，也稱全風(fēng)壓。單位體積氣體通過(guò)風(fēng)機(jī)后所獲得的能量，也稱全風(fēng)壓。HT值一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。值一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。TeHW單位：?jiǎn)挝唬篜a，習(xí)慣用習(xí)慣用mmH2O表示。表示。HT值的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法：值的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法： 以通風(fēng)機(jī)進(jìn)口為以通風(fēng)機(jī)進(jìn)口為1-1截面，出口為截面，出口為2-2截面，以截面，以1m3氣體氣體為基準(zhǔn)，列伯努利方程：為基準(zhǔn)，列伯努利方程： 22121122,1 222efuugzpWgzph整理得：整理得：22212121,1 22TefuuHWzzgpph簡(jiǎn)化：簡(jiǎn)化：,1 20fh0,z 10,u

6、22212TstkuHppHH全風(fēng)壓為全風(fēng)壓為：校正：校正：1.2TTTHHH工作介質(zhì)工作介質(zhì)20，1atm下的空氣。下的空氣。（HT操作條件下的全風(fēng)壓，操作條件下的全風(fēng)壓，實(shí)際輸送氣體的密度）實(shí)際輸送氣體的密度）()TTeHHW（3）軸功率）軸功率N（KW）與效率）與效率有效功率為：有效功率為：eseeTNwWQ WQH1000TQHN軸功率為軸功率為：離心通風(fēng)機(jī)的特性曲線離心通風(fēng)機(jī)的特性曲線注：計(jì)算注：計(jì)算N時(shí)，時(shí)，HT和和Q必必須是同一狀態(tài)下的數(shù)值。須是同一狀態(tài)下的數(shù)值。3、離心通風(fēng)機(jī)的選擇、離心通風(fēng)機(jī)的選擇 （1）根據(jù)管路布局和工藝條件，利用伯努利方程，計(jì)算輸送）根據(jù)管路布局和工藝條件

7、，利用伯努利方程，計(jì)算輸送系統(tǒng)所需的實(shí)際風(fēng)壓系統(tǒng)所需的實(shí)際風(fēng)壓HT，將，將HT換算成實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓換算成實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓HT。 （ 2）根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)（如清潔空氣、易燃、易爆或）根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)（如清潔空氣、易燃、易爆或腐蝕性氣體以及含塵氣體）與風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)類型。腐蝕性氣體以及含塵氣體）與風(fēng)壓范圍，確定風(fēng)機(jī)類型。 （3）根據(jù)以風(fēng)機(jī)以進(jìn)口狀態(tài)計(jì)的實(shí)際風(fēng)量）根據(jù)以風(fēng)機(jī)以進(jìn)口狀態(tài)計(jì)的實(shí)際風(fēng)量Q和實(shí)驗(yàn)條件下的和實(shí)驗(yàn)條件下的全風(fēng)壓全風(fēng)壓HT，選擇機(jī)號(hào)。，選擇機(jī)號(hào)。 （4）當(dāng)）當(dāng)1.2kg/m3時(shí)，要核算軸功率。時(shí)，要核算軸功率。 例例2-12 用風(fēng)機(jī)將用風(fēng)機(jī)將20、 38000kg/h

8、的空氣送入加熱器加熱至的空氣送入加熱器加熱至100 ，然后經(jīng)管路送到常壓設(shè)備內(nèi)，輸送系統(tǒng)所需的全風(fēng)壓，然后經(jīng)管路送到常壓設(shè)備內(nèi)，輸送系統(tǒng)所需的全風(fēng)壓為為1200Pa (60 ，常壓計(jì)，常壓計(jì)) 。 試選擇合適風(fēng)機(jī)，若將選定的風(fēng)試選擇合適風(fēng)機(jī)，若將選定的風(fēng)機(jī)（轉(zhuǎn)速相同）置于加熱器之后，是否仍能完成輸送任務(wù)。機(jī)（轉(zhuǎn)速相同）置于加熱器之后，是否仍能完成輸送任務(wù)。 解：解：由于輸送清潔空氣，可選用一般類型的通風(fēng)機(jī)。然后由于輸送清潔空氣，可選用一般類型的通風(fēng)機(jī)。然后根據(jù)操作條件下的風(fēng)量和實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓來(lái)確定。根據(jù)操作條件下的風(fēng)量和實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓來(lái)確定。（1）選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)。按風(fēng)機(jī)安裝在加熱器前考慮。）

9、選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)。按風(fēng)機(jī)安裝在加熱器前考慮。查得查得20，101.3kPa下空氣的密度下空氣的密度=1.205kg/m3則則20空氣的流量為：空氣的流量為：33800031535/1.205swQmh查得查得60 ，101.3kPa下空氣的密度下空氣的密度=1.06kg/m3將將60 下的風(fēng)壓換算為實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓，即：下的風(fēng)壓換算為實(shí)驗(yàn)條件下的風(fēng)壓，即：1.21.205120013641.06TTHHPa 根據(jù)風(fēng)量根據(jù)風(fēng)量Q=31535m3/h和風(fēng)壓和風(fēng)壓HT=1364Pa選擇選擇4-72-11型機(jī)型機(jī)號(hào)為號(hào)為10c的風(fēng)機(jī)。在的風(fēng)機(jī)。在n=1000r/min下，風(fēng)機(jī)的有關(guān)性能參數(shù)為：下，風(fēng)機(jī)的有

10、關(guān)性能參數(shù)為：Q=32700m3/h HT=1422Pa N=16.5kW =94.3%(2) 若風(fēng)機(jī)安裝在加熱器之后，則風(fēng)量發(fā)生明顯變化。若風(fēng)機(jī)安裝在加熱器之后，則風(fēng)量發(fā)生明顯變化。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，風(fēng)機(jī)入口氣體狀態(tài)為風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不變，風(fēng)機(jī)入口氣體狀態(tài)為100 ，常壓，則：，常壓，則：33800040169/0.946swQmh 故將風(fēng)機(jī)安裝在加熱器之后，將不能滿足風(fēng)量的要求。故將風(fēng)機(jī)安裝在加熱器之后，將不能滿足風(fēng)量的要求。同時(shí)，尚需考慮風(fēng)機(jī)是否耐高溫。同時(shí)，尚需考慮風(fēng)機(jī)是否耐高溫。2、離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)1）離心鼓風(fēng)機(jī)）離心鼓風(fēng)機(jī) 鼓風(fēng)機(jī)的終壓鼓風(fēng)機(jī)的終壓p24atm，壓縮比

11、，壓縮比p2/p14。 離心鼓風(fēng)機(jī)又稱為透平式鼓風(fēng)機(jī)，工作原理與離心通風(fēng)機(jī)離心鼓風(fēng)機(jī)又稱為透平式鼓風(fēng)機(jī)，工作原理與離心通風(fēng)機(jī)相同，葉片數(shù)目較多，結(jié)構(gòu)類似多級(jí)離心泵。相同，葉片數(shù)目較多，結(jié)構(gòu)類似多級(jí)離心泵。2）離心式壓縮機(jī)：透平式壓縮機(jī)）離心式壓縮機(jī)：透平式壓縮機(jī)2.3.2 旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī)1、羅茨鼓風(fēng)機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)1）結(jié)構(gòu)特征和工作原理）結(jié)構(gòu)特征和工作原理2）特性）特性 定容式鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)量和定容式鼓風(fēng)機(jī)，風(fēng)量和轉(zhuǎn)速成正比。轉(zhuǎn)速成正比。風(fēng)量：風(fēng)量：2500m3/min風(fēng)壓：可達(dá)風(fēng)壓：可達(dá)80kPa3）安裝操作注意事項(xiàng)）安裝操作注意事項(xiàng) 出口安裝穩(wěn)壓罐，并配置出口安裝穩(wěn)壓罐，并

12、配置安全閥。流量采用旁路調(diào)節(jié)安全閥。流量采用旁路調(diào)節(jié)。操作溫度一般小于。操作溫度一般小于85。2.3.3 往復(fù)壓縮機(jī)往復(fù)壓縮機(jī)2、工作過(guò)程、工作過(guò)程理想壓縮循環(huán)理想壓縮循環(huán) 主要部件：氣缸、活塞、主要部件：氣缸、活塞、吸氣閥和排氣閥。吸氣閥和排氣閥。1、往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)、往復(fù)式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)工作原理：與往復(fù)泵相同工作原理：與往復(fù)泵相同1 1、壓縮階段、壓縮階段2 2、排氣階段、排氣階段3 3、吸氣階段、吸氣階段實(shí)際壓縮循環(huán)實(shí)際壓縮循環(huán)1 1、壓縮階段、壓縮階段 2 2、排氣階段、排氣階段3 3、膨脹階段、膨脹階段 4 4、吸氣階段、吸氣階段一個(gè)理想壓縮循環(huán)所需的理論功為一個(gè)理想壓縮循環(huán)所需的理

13、論功為: :21ppWVdp依據(jù)不同的過(guò)程積分上式，得到依據(jù)不同的過(guò)程積分上式，得到: :等溫壓縮過(guò)程：等溫壓縮過(guò)程： 21 11=lnpW pVp3、往復(fù)壓縮機(jī)做功、往復(fù)壓縮機(jī)做功絕熱壓縮過(guò)程絕熱壓縮過(guò)程: :多變壓縮過(guò)程多變壓縮過(guò)程: :121 11()11kkpkWpVkp121 11W()11mmpmpVmp等溫壓縮過(guò)程所需的外功最少，而絕熱壓縮過(guò)程消耗的外功最多。等溫壓縮過(guò)程所需的外功最少，而絕熱壓縮過(guò)程消耗的外功最多。 (pVckc絕熱壓縮指數(shù))12211()kkpTTp絕熱壓縮時(shí)，排出氣體的溫度：絕熱壓縮時(shí)，排出氣體的溫度：4、實(shí)際壓縮循環(huán)、實(shí)際壓縮循環(huán)（1 1）若按絕熱考慮，所

14、需外功：）若按絕熱考慮，所需外功：313100%VVV121141()()11kkpkWp VVkp14013VVVV（2 2）余隙系數(shù)：余隙體積占活塞推進(jìn)一次所掃過(guò)的體積百分率。）余隙系數(shù)：余隙體積占活塞推進(jìn)一次所掃過(guò)的體積百分率。（3 3）容積系數(shù)：壓縮機(jī)一次循環(huán)吸入的氣體體積和活塞一次）容積系數(shù)：壓縮機(jī)一次循環(huán)吸入的氣體體積和活塞一次掃過(guò)的體積之比。掃過(guò)的體積之比。相互關(guān)系：相互關(guān)系：120111kpp 21/ixpp多級(jí)壓縮一般采用同一壓縮比多級(jí)壓縮一般采用同一壓縮比:5、往復(fù)壓縮機(jī)的主要性能參數(shù)、往復(fù)壓縮機(jī)的主要性能參數(shù) 1）排氣量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)排出的氣體體積換算成吸入狀）排氣量：?jiǎn)挝?/p>

15、時(shí)間內(nèi)排出的氣體體積換算成吸入狀態(tài)的數(shù)值，又稱壓縮機(jī)的輸氣量或生產(chǎn)能力。態(tài)的數(shù)值，又稱壓縮機(jī)的輸氣量或生產(chǎn)能力。理論吸氣量：理論吸氣量： 單動(dòng)：?jiǎn)蝿?dòng)：雙動(dòng)：雙動(dòng)：min;rVASnmin(2)rVAa Sn實(shí)際排氣量：實(shí)際排氣量： minmindVV2）軸功率和效率）軸功率和效率絕熱壓縮理論功率：絕熱壓縮理論功率： 實(shí)際所需的軸功率實(shí)際所需的軸功率: /aaNN121min11()1160 1000kkapkNpVkp6、往復(fù)壓縮機(jī)的選用、往復(fù)壓縮機(jī)的選用1 1、首先根據(jù)氣體的性質(zhì)定類型；、首先根據(jù)氣體的性質(zhì)定類型；2 2、根據(jù)生產(chǎn)能力和出口壓強(qiáng)、根據(jù)生產(chǎn)能力和出口壓強(qiáng)( (或壓縮比或壓縮比)

16、 )選擇合適的型號(hào)。選擇合適的型號(hào)。7、往復(fù)壓縮機(jī)的安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)：、往復(fù)壓縮機(jī)的安裝與運(yùn)轉(zhuǎn)： 1 1）、安裝）、安裝 往復(fù)壓縮機(jī)的排氣量是間歇的，不均勻的。為此排出的往復(fù)壓縮機(jī)的排氣量是間歇的，不均勻的。為此排出的氣體要先經(jīng)過(guò)緩沖罐，再進(jìn)入輸氣管路，作用有二：使氣氣體要先經(jīng)過(guò)緩沖罐，再進(jìn)入輸氣管路，作用有二：使氣體輸送流量均勻；使氣體中夾帶的油沫得到沉降、分離。體輸送流量均勻；使氣體中夾帶的油沫得到沉降、分離。 2 2）、啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn)）、啟動(dòng)與運(yùn)轉(zhuǎn) 啟動(dòng)時(shí)全開正路和旁路，采用降壓?jiǎn)?dòng)，待轉(zhuǎn)速接近正啟動(dòng)時(shí)全開正路和旁路，采用降壓?jiǎn)?dòng)，待轉(zhuǎn)速接近正常時(shí)恢復(fù)正常電壓。常時(shí)恢復(fù)正常電壓。 往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：注意各部分的潤(rùn)滑和冷卻；運(yùn)往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)：注意各部分的潤(rùn)滑和冷卻；運(yùn)行時(shí)不允許關(guān)閉出口閥門。行時(shí)不允許關(guān)閉出口閥門。2.3.4 真空泵真空泵蒸汽噴射泵蒸汽噴射泵 噴射泵是利用流體流動(dòng)噴射泵是利用流體流動(dòng)時(shí)靜壓能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的時(shí)靜壓能與動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的原理來(lái)吸、送流體。原理來(lái)吸、送流體。優(yōu)點(diǎn)：噴射泵構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊，優(yōu)點(diǎn)：噴射泵構(gòu)造簡(jiǎn)單、緊湊，沒有活動(dòng)部分。沒有活動(dòng)部分。缺點(diǎn)：效率很低，蒸汽消耗量大。缺點(diǎn)：效率很低，蒸汽消耗量大。注：若將幾個(gè)真空泵串聯(lián)起來(lái)，便可得到更高的真空度。注：若將幾個(gè)真空泵串聯(lián)起來(lái)，便可得到更高的真空度。水環(huán)式真空泵水環(huán)式真空泵多級(jí)水力噴射真空泵多