第三章-氣體的壓縮與輸送2

(2)氣體輸送管路的流速較大，流動阻力較大，因此輸送相同的質(zhì)量流量，

第三章第一節(jié)氣體壓縮與輸送的主要任務(wù)

氣體壓縮與輸送在化工生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，主要用于：氣體輸送、產(chǎn)生高壓氣體和產(chǎn)生真空。

壓縮和輸送氣體的機(jī)械統(tǒng)稱為氣體壓縮機(jī)械。

氣體輸送機(jī)械的特點(diǎn)：(1)氣體的密度小，輸送一定質(zhì)量的氣體時，其流量大，

故氣體輸送機(jī)械的體積較大

氣體輸送

要求提供的壓頭相應(yīng)也更高。(3)由于氣體的可壓縮性，在輸送機(jī)械內(nèi)部氣體壓強(qiáng)變化時，其體積和溫度隨之而變。

故結(jié)構(gòu)設(shè)計更為復(fù)雜，選用上必須考慮的影響因素也更多。

氣體輸送機(jī)械的分類：

按工作原理可分為：往復(fù)式、離心式、旋轉(zhuǎn)式和流體作用式。氣體輸送技術(shù)

1氣體輸送機(jī)械可按照出口氣體的壓力（終壓）或出口與進(jìn)口氣體絕對壓力的比值（壓縮比）來分類，見表3-1

表3-1氣體輸送機(jī)械按終壓和壓縮比分類名稱終壓（表壓）壓縮比通風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī)壓縮機(jī)真空泵≤15kPa15～300kPa﹥300kPa當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?～1.15﹤4﹥4由真空度決定第二節(jié)往復(fù)式壓縮機(jī)一、往復(fù)式壓縮機(jī)的主要構(gòu)造和工作原理1．往復(fù)式壓縮機(jī)的主要構(gòu)造主要工作部件為氣缸、活塞、吸入閥和排出閥。22．往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理往復(fù)式壓縮機(jī)和往復(fù)泵在結(jié)構(gòu)和裝置上的不同之處：

（1）必須有散熱裝置；（2）必須有潤滑裝置；（3）必須控制余隙的大?。?）對吸排氣閥要求更高。圖3-2往復(fù)壓縮機(jī)的工作過程開始時刻活塞位于最右端，點(diǎn)1P1,V1,1.壓縮階段

向左運(yùn)動吸排氣閥關(guān)閉直至點(diǎn)2，排氣閥被頂開之前P2,V2,2.排氣階段

繼續(xù)向左排氣閥打開P2不變直至最左端，點(diǎn)3P2,V3,3.膨脹階段

向右運(yùn)動吸排氣閥關(guān)閉直至點(diǎn)4，吸氣閥被頂開之前P1,V4,4.吸氣階段

繼續(xù)向右吸氣閥打開P1不變直至最左端，點(diǎn)1P1,V1,3二、往復(fù)式壓縮機(jī)的生產(chǎn)能力（送氣量）

送氣量：單位時間內(nèi)排出的氣體體積折算成吸入狀態(tài)下的數(shù)值。若沒有余隙容積，往復(fù)式壓縮機(jī)的理論吸氣量與往復(fù)泵的類似。1．理論生產(chǎn)能力單缸、單動往復(fù)式壓縮機(jī)

單缸、雙動往復(fù)式壓縮機(jī)

2．實(shí)際生產(chǎn)能力

（1）由于有余隙容積，余隙氣體膨脹后占據(jù)了部分氣缸容積，使實(shí)際吸氣量比理論吸氣量低。（2）吸入閥有一定的阻力，致使氣缸內(nèi)壓強(qiáng)低于吸入管的壓強(qiáng)，氣體膨脹，

使實(shí)際吸氣量比理論吸氣量低。（3）氣缸內(nèi)的溫度高于吸入氣體的溫度，使吸入氣缸內(nèi)的氣體立即膨脹

4考慮到壓縮機(jī)的各種泄漏等因素的影響，使實(shí)際吸氣量比理論吸氣量低，實(shí)際生產(chǎn)能力為：

——送氣系數(shù)，由試驗(yàn)測得或取自經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，一般數(shù)值為0.7~0.9

圖3-3三級壓縮流程示意圖1、4、7-氣缸；3、6、9-油水分離器；2、5-中間冷卻器；8-出口氣體冷卻器三、多級壓縮多級壓縮是在幾個串聯(lián)氣缸

中進(jìn)行的氣體壓縮過程。

采用多級壓縮的理由：1.避免壓縮后氣體溫度過高。

2.可減少功耗。3.提高氣缸容積利用率。

4.使壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)更為合理。

5四、往復(fù)式壓縮機(jī)的操作、運(yùn)轉(zhuǎn)及維護(hù)1．往復(fù)式壓縮機(jī)的正常操作及運(yùn)轉(zhuǎn)操作過程中應(yīng)隨時注意壓縮機(jī)各級氣缸進(jìn)、出口氣體的壓力和溫度，檢查冷卻后氣體的溫度和冷卻水的溫度，嚴(yán)格按工藝指標(biāo)控制，經(jīng)常檢查各級進(jìn)、出口閥門的工作情況，檢查壓縮機(jī)的潤滑情況，定期加潤滑油，定期排放各級中間冷卻器、油水分離器中的油、水，以及所有零件接縫處的密封情況等。

2．往復(fù)式壓縮機(jī)排氣量的調(diào)節(jié)

（1）補(bǔ)充余隙調(diào)解法。

（2）旁路回流調(diào)節(jié)法。

（3）頂開吸入閥調(diào)節(jié)閥。

（4）降低吸入壓力調(diào)解法。（5）改變轉(zhuǎn)速調(diào)解法。（6）改變操作臺數(shù)調(diào)解法。6第三節(jié)離心式氣體輸送機(jī)械一、離心式通風(fēng)機(jī)離心式通風(fēng)機(jī)是一種廣泛應(yīng)用的低壓氣體的輸送設(shè)備。

風(fēng)壓：風(fēng)機(jī)對單位體積氣體所做的有效功。（全風(fēng)壓）

符號：pt；單位:Pa。

根據(jù)風(fēng)壓的不同，將離心式通風(fēng)機(jī)分為三類：低壓離心式通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓低于1KPa(表壓)中壓離心式通風(fēng)機(jī)出口風(fēng)壓低于1~3×KPa(表壓)

高壓離心式通風(fēng)機(jī)：出口風(fēng)壓低于3~15×kPa(表壓)

1．離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理離心式通風(fēng)機(jī)的構(gòu)造和工作原理與離心泵大致相同。

圖3-4所示。

7離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

①葉輪直徑較大——適應(yīng)大風(fēng)量②葉片數(shù)較多

③葉片有平直、前彎、后彎④機(jī)殼內(nèi)逐漸擴(kuò)大的通道及出口截面常為矩形

2．離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)與特性曲線

(1)離心通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)

①風(fēng)量：單位時間內(nèi)從風(fēng)機(jī)出口排出的氣體體積，并以風(fēng)機(jī)進(jìn)口處的氣體狀態(tài)計。

符號：qv，單位:m3/h。

②風(fēng)壓（全風(fēng)壓）:單位體積的氣體通過風(fēng)機(jī)時所獲得的能量。

符號：pt；單位:Pa。

風(fēng)壓的大小取決于風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、葉輪直徑和轉(zhuǎn)速，并正比于氣體的密度。風(fēng)壓一般由試驗(yàn)測定。

8設(shè)風(fēng)機(jī)進(jìn)口為截面1-1，

風(fēng)機(jī)出口為截面2-2，

根據(jù)柏努利方程，單位體積氣體通過通風(fēng)機(jī)所獲得的風(fēng)壓為：

假定氣體的密度為常數(shù)，通風(fēng)機(jī)直接從大氣吸入空氣，

=0忽略流動阻力。簡化上式得：

式中

-稱為靜風(fēng)壓

/2稱為動風(fēng)壓

通風(fēng)機(jī)性能表上所列出的風(fēng)壓為全風(fēng)壓。

通風(fēng)機(jī)銘牌上的風(fēng)壓

是用空氣測定的，

如果操作條件與標(biāo)定條件不同可用公式換算。

9③軸功率和效率效率反映了風(fēng)機(jī)中能量的損失程度。一般來講，在設(shè)計風(fēng)量下風(fēng)機(jī)的效率最高。通風(fēng)機(jī)的效率一般在70%~90%。

(2)離心通風(fēng)機(jī)的特性曲線（圖3-5）離心通風(fēng)機(jī)在出廠前需用空氣在壓力101.3kPa，

溫度20℃,密度為1.2kg/m3實(shí)驗(yàn)條件下測定特性曲線

和性能參數(shù)，即離心通風(fēng)機(jī)名牌上的風(fēng)量、全風(fēng)壓、

軸功率和效率等。圖中顯示了在一定轉(zhuǎn)速下，風(fēng)量、全風(fēng)壓、

軸功率和效率的關(guān)系。

10二、離心式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)1．離心式鼓風(fēng)機(jī)

離心式鼓風(fēng)機(jī)又稱透平鼓風(fēng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)類似于多級離心泵。

一般離心式鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量較大，但風(fēng)壓不太高，終壓小于300kpa（表壓），壓縮比不高，所以級間不需冷卻裝置。

2．離心式壓縮機(jī)（1）離心式壓縮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與工作原理

離心式壓縮機(jī)又稱透平壓縮機(jī)，其主要構(gòu)造和工作原理都與離心式鼓風(fēng)機(jī)相似。只是

葉輪的級數(shù)更多，轉(zhuǎn)速也高于離心鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，可達(dá)到3500～8000r/m，故能產(chǎn)生

較高的壓力，其壓力范圍為0.4～10MPa。由于氣體的壓縮比較高，氣體體積變化就比較大，溫度升高較為顯著。因此，離心式壓縮機(jī)常分成幾段，每段包括若干級。

葉輪直徑與寬度逐段縮小，段與段之間設(shè)冷卻器，以免氣體溫度過高。11（2）離心式壓縮機(jī)的特性曲線與流量調(diào)節(jié)離心式壓縮機(jī)的特性曲線由實(shí)驗(yàn)測得

它與離心泵的特性曲線很相像，但其最小流量不等于零，

而等于某一定值。

特性曲線上標(biāo)明最小流量

和最大流量

它是實(shí)際操作的流量

的范圍，在此范圍內(nèi)操作效率較高，

是離心壓縮機(jī)穩(wěn)定工況區(qū)。

當(dāng)流量小于

時,壓縮機(jī)將出現(xiàn)不穩(wěn)定的工作狀態(tài)，稱為“喘振”。

離心壓縮機(jī)流量調(diào)節(jié)方法。離心壓縮機(jī)流量調(diào)節(jié)方法。離心壓縮機(jī)流量調(diào)節(jié)方法①調(diào)節(jié)出口閥開度

②調(diào)節(jié)出口閥開度

③調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速

④回流支路或放空調(diào)節(jié)

12第四節(jié)旋轉(zhuǎn)式氣體輸送機(jī)械旋轉(zhuǎn)式氣體輸送機(jī)械與旋轉(zhuǎn)泵相似，機(jī)殼中有一個或兩個旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子，沒有活塞和閥門等裝置。

旋轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、體積小，排氣連續(xù)均勻，使用于壓力不大而流量較大的場合。

一、羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作原理和旋轉(zhuǎn)泵相似，結(jié)構(gòu)如圖3-8所示。其特點(diǎn)為

①風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比；

②轉(zhuǎn)子之間和轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的間隙會造成氣體泄漏，從而使效率降低，

效率一般為0.87~0.94，在表壓為4kPa附近效率最高；

③該風(fēng)機(jī)的出口應(yīng)安裝穩(wěn)壓罐與安全閥,出口閥門不能關(guān)閉，

一般用旁路方法調(diào)節(jié)流量；

④結(jié)構(gòu)簡單無閥門，不用冷卻和潤滑，可得潔凈空氣，

適用于低壓力場合的氣體輸送和加壓，可以多級串聯(lián)使用；

⑤使用時，溫度不能超過85℃，否則會使轉(zhuǎn)子受熱膨脹而發(fā)生碰、卡現(xiàn)象。13二、液環(huán)壓縮機(jī)（納氏泵）如圖3-9所示,適用于氣液混合物、腐蝕性、爆炸性氣體的壓縮與輸送。

第五節(jié)真空泵真空是指壓力低于大氣壓的物理環(huán)境。真空被化為低真空、中真空、高真空、超高真空四個區(qū)域，各區(qū)域的真空范圍如表3-2所示。

真空泵可分為干式和濕式兩大類

干式真空泵只能從容器中抽出干燥氣體，其真空度可達(dá)96~99%。

濕式真空泵在抽吸氣體時允許帶有較多的液體，產(chǎn)生的真空度為85~90%。

一、往復(fù)式真空泵

一、往復(fù)式真空泵

一、往復(fù)式真空泵圖3-10平衡氣道往復(fù)式真空泵的構(gòu)造和原理與往復(fù)式壓縮機(jī)基本相同，

只是其吸入閥、排出閥要求更加輕巧，啟閉更靈敏。

真空泵需有降低余隙影響的裝置，即氣缸兩端設(shè)置平衡氣道

14二、水環(huán)真空泵水環(huán)真空泵屬于旋轉(zhuǎn)式真空泵，結(jié)構(gòu)如圖所示。

圖3-11水環(huán)真空泵1-外殼；2-葉片；3-水環(huán)；4-吸入口；5-排出口此類真空泵