天津大学化工原理第13讲气体输送机械

第13讲2.3气体输送和压缩机械教学内容：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。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。②产生高压气体。设备：压缩机。2、气体输送机械分类：①按结构和工作原理分类：离心式、往复式、旋转式和流体作用式。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2.3.1、离心式通风机、鼓风机、压缩机1、离心通风机依靠高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，列伯努利方程：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1000TQHN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。3、离心通风机的选择（1）根据管路布局和工艺条件，利用伯努利方程，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。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(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，风机入口气体状态为100℃，常压，则：'3'3800040169/0.946swQmh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。2、离心鼓风机与压缩机1）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。2）离心式压缩机：透平式压缩机2.3.2旋转鼓风机与压缩机1、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80kPa3）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℃。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:12111[()1]1kkpkWpVkp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121141()[()1]1kkpkWpVVkp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21/ixpp多级压缩一般采用同一压缩比: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6、往复压缩机的选用1、首先根据气体的性质定类型；2、根据生产能力和出口压强(或压缩比)选择合适的型号。7、往复压缩机的安装与运转：1）、安装往复压缩机的排气量是间歇的，不均匀的。为此排出的气体要先经过缓冲罐，再进入输气管路，作用有二：①使气体输送流量均匀；②使气体中夹带的油沫得到沉降、分离。2）、启动与运转启动时全开正路和旁路，采用降压启动，待转速接近正常时恢复正常电压。往复压缩机运转时：①注意各部分的润滑和冷却；②运行时不允许关闭出口阀门。2.3.4真空泵蒸汽喷射泵喷射泵是利用流体流动时静压能与动能相互转换的原理来吸、送流体。优点：喷射泵构造简单、紧凑，没有活动部分。缺点：效率很低，蒸汽消耗量大。注：若将几个真空泵串联起来，便可得到更高的真空度。水环式真空泵多级水力喷射真空泵作业：教材Pg139第10题.本章重点掌握的内容结构及工作原理、性能参数与特性曲线、工作点与流量调节、安装（防止汽蚀）与操作（防止气缚）、类型与选型正位移泵：气体输送设备：结构及工作原理、性能参数与特性曲线、正位移特性离心泵：种类、结构及工作原理、性能参数、选型