氣體輸送類型課件

第二章流體輸送機械第三節(jié)氣體輸送設備一、概述二、離心式通風機三、鼓風機和壓縮機四、真空泵2023/10/2一、概述1、氣體輸送機械在工業(yè)生產中的應用①提供能量為了克服管路的阻力，需要提高氣體的壓力?！咎攸c】純粹為了輸送的目的而對氣體加壓，壓力一般都不高。但氣體輸送往往輸送量很大，需要的動力往往相當大。2023/10/2②產生高壓化學工業(yè)中一些化學反應過程需要在高壓下進行，如合成氨反應，乙烯的本體聚合；一些分離過程也需要在高壓下進行，如氣體的液化與分離。這些高壓進行的過程對相關氣體的輸送機械出口壓力提出了相當高的要求。③形成真空相當多的單元操作是在低于常壓的情況下進行，這時就需要真空泵從設備中抽出氣體以產生真空。2023/10/22、氣體輸送機械的一般特點①動力消耗大對一定的質量流量，由于氣體的密度小，其體積流量很大。因此氣體輸送管中的流速比液體要大得多，前者的經濟流速（15~25m/s）約為后者（1~3m/s）的10倍。這樣，以各自的經濟流速輸送同樣的質量流量，經相同的管長后氣體的阻力損失約為液體的10倍。因而氣體輸送機械的動力消耗往往很大。2023/10/2②體積龐大由于輸送量大，氣體輸送機械體積一般都很龐大，對出口壓力高的機械更是如此。③參數改變由于氣體的可壓縮性，故在輸送機械內部氣體壓力變化的同時，體積和溫度也將隨之發(fā)生變化。這些變化對氣體輸送機械的結構、形狀有很大影響。因此，氣體輸送機械需要根據出口壓力來加以分類。

2023/10/23、氣體輸送機械的分類氣體輸送機械按出口壓力（終壓）和壓縮比不同分為如下幾類：

①通風機：終壓（表壓，下同）不大于15kPa（約1500mmH2O）,壓縮比1至1.15；②鼓風機：終壓15~300kPa，壓縮比小于4；③壓縮機：終壓在300kPa以上，壓縮比大于4；④真空泵：在設備內造成負壓，終壓為大氣壓，壓縮比由真空度決定。

2023/10/2二、離心式通風機1、離心式通風機的結構特點離心式通風機工作原理與離心泵相同，結構也大同小異。但由于輸送對象的不同，相對于離心泵而言，存在以下特點：①為適應輸送風量大的要求，通風機的葉輪直徑一般是比較大的。②葉輪上葉片的數目比較多。2023/10/2③葉片有平直的、前彎的、后彎的。通風機的主要要求是通風量大，在不追求高效率時，用前彎葉片有利于提高壓頭，減小葉輪直徑。（離心泵的葉片通常為后彎）④機殼內逐漸擴大的通道及出口截面常不為圓形而為矩形。2023/10/2離心通風機的蝸裝殼體氣體出口氣體入口蝸裝外殼2023/10/2直聯(lián)式離心通風機實物圖2023/10/2非直聯(lián)式離心通風機實物圖2023/10/2電機與離心通風機的連接2023/10/22023/10/2多翼式葉輪【特點】葉片平直，且數目多。2023/10/2多翼式離心通風機實物圖2023/10/2渦輪式葉輪【特點】葉片彎曲，且數目少。2023/10/2渦輪式離心通風機實物圖2023/10/22、離心式通風機的工作原理（1）氣體進入葉輪中心后，作圓周運動；（2）首先得到動能；（3）一部分在蝸裝殼體內轉換成靜壓能。2023/10/2【定義】用以描述一臺離心式通風機性能的一組物理量，該組參數通常標注在銘牌上。包括：（1）流量（風量）；（2）風壓；（3）軸功率；（4）效率；（5）轉速。何謂離心式通風機的性能參數？3、離心式通風機的性能參數和特性曲線2023/10/22023/10/2（1）流量（風量

)

【定義】按入口狀態(tài)計的單位時間內流過風機進口的氣體體積。以qv表示，單位為m3/s，m3/min或m3/h

?！菊f明】通風機銘牌或手冊中所列的流量及各種性能參數是在標準條件下（20℃、101.3kPa）用空氣（密度為1.2kg/m3）作介質測定的。2023/10/2【流量的換算】在選用通風機時，如果實際的操作條件與標準條件不同，應對操作條件下的流量進行換算，換算公式為：式中qv0—標準條件下的流量；

ρ—操作條件下氣體的密度；

ρ0—標準條件下氣體的密度，1.2kg/m3。2023/10/2（2）風壓【定義】單位體積氣體流經通風機后所獲得的機械能。單位為Pa（J/m3），分為三種類型：（1）全風壓；（2）靜風壓；（3）動風壓。①全風壓【定義】單位體積氣體流經通風機后所獲得的總（全部）機械能。以pt表示，單位為Pa。2023/10/2【全風壓的確定】在通風機的進、出口截面之間列柏努利方程，忽略兩截面的位差和阻力損失，則：式中ps1——通風機進口靜壓，Pa；

ps2——通風機出口靜壓，Pa；

u1——通風機進口氣速，m/s；

u2——通風機出口氣速，m/s。2023/10/2上式各項分別乘以ρg，則：——全風壓pt的計算關系式②靜風壓（pst

）【定義】氣體流經通風機后的靜壓力差。以pst

表示，單位為Pa。2023/10/2③動風壓（pd）【定義】氣體流經通風機后的動壓差。以pd表示，單位為Pa。進口動壓：出口動壓：動風壓：【動壓】以壓強的形式表示動能。2023/10/2【兩點說明】

①通風機的全風壓由兩部分組成，一部分是進出口的靜壓差，習慣上稱為靜風壓；另一部分為進出口的動壓差，習慣上稱為動風壓。②在離心泵中，泵進、出口處的動能差很小，可以忽略。但對離心通風機而言，其氣體出口速度很高，動風壓不僅不能忽略，且由于風機的壓縮比很低，動風壓在全壓中所占比例較高。2023/10/2若操作條件下（溫度T、壓力p）氣體（空氣或其他氣體）密度ρ與標準條件的空氣密度ρ0＝1.2kg/m3不同，在選用通風機之前，應先將操作條件下所需要的全風壓換算成標準條件下的全風壓，其換算式為：【全風壓的換算】2023/10/2（3）功率與效率①有效功率（Pe）單位時間內通風機對氣體提供的能量。Pe＝ptqv②軸功率（P）單位時間內電動機傳給傳動軸的能量。③效率（η）有效功率與軸功率之比。2023/10/2（4）特性曲線

與離心泵一樣，離心通風機的特性參數也可以用特性曲線表示。特性曲線由離心通風機的生產廠家在1atm、20℃的條件用空氣測定，主要有四條曲線：①全風壓－流量曲線pt～qv；②靜風壓－流量曲線pst～qv；③軸功率－流量曲線

P～qv；④效率－流量曲線η～qv。2023/10/2ηqvptpstP離心通風機特性曲線全風壓－流量曲線pt～qv靜風壓－流量曲線pst～qv效率－流量曲線η～qv軸功率－流量曲線

P～qv2023/10/24、離心式通風機的選型（1）確定風（流）量和全風壓。風量根據生產任務來定；全風壓按柏努利方程來求。但均要按標準條件進行校正，即：（2）根據校正后的風量（qv0）和全風壓（pt0）在產品系列表中查找合適的型號。2023/10/2離心通風機的型號與性能表機號轉速

r/min全

壓

Pa流量

m3/h電

動

機型號功率kW4A29003893～34522198～4122Y112M

Y132S2-24-7.54.5A29004933～43743130～5868Y132S2-2

Y160M2-27.5-115A29006090～53944293～8050Y160M2-2

Y160L-215-18.56.3A29009670～85718588～16103Y225M-2

Y280S-245-752023/10/2三、鼓風機在工廠中常用的鼓風機有旋轉式和離心式兩種類型。1、離心式鼓風機

離心式鼓風機又稱渦輪鼓風機（turboblower）、透平鼓風機（turbineblower），其工作原理與離心通風機相同，其結構與離心泵類似。主要由蝸形外殼與葉輪組成。（1）離心式鼓風機的構造2023/10/2離心式鼓風機實物圖2023/10/2手搖式離心式鼓風機2023/10/2（2）離心式鼓風機的工作原理氣體進入葉輪中心后，作圓周運動。首先得到動能，其中一部分在蝸裝殼體內轉換成靜壓能。2023/10/2（3）離心式鼓風機的特點①離心式鼓風機的蝸殼形通道亦為圓形；②葉輪上葉片數目較多；③轉速較高；④葉輪外周都裝有導輪。⑤由于單級離心鼓風機不可能產生很高的風壓（一般不超過50kPa），故壓頭較高的離心鼓風機都是多級的。其風壓可達0.3MPa。2023/10/2多級離心鼓風機實物圖2023/10/2離心鼓風機內部結構2023/10/22023/10/22、羅茨鼓風機（Rootsblower

旋轉式鼓風機）羅茨鼓風機的工作原理與齒輪泵類似。

（1）羅茨鼓風機的構造①機殼；②轉子（8字型、漸開擺線形）2023/10/2羅茨鼓風機的內部結構機殼8字型轉子2023/10/2（2）羅茨鼓風機的工作原理氣體入口氣體出口高壓區(qū)低壓區(qū)2023/10/2羅茨鼓風機實物圖氣體入口氣體出口2023/10/2【三葉羅茨鼓風機

】【結構】三葉型羅茨鼓風機其工作原理與結構和傳統(tǒng)二葉型相仿，主要由機殼和轉子組成，只是轉子的結構有所不同，為三葉結構?！咎攸c】三葉型羅茨鼓風機比傳統(tǒng)的二葉型羅茨鼓風機節(jié)能10～23%，當工作壓力在規(guī)定范圍內變動時，其流量變化小。工作壓力選擇范圍寬，氣體脈動變化小、噪聲低、結構簡單，維修方便，振動小，使用壽命長。

2023/10/2三葉羅茨鼓風機結構示意圖氣體入口氣體出口2023/10/22023/10/2三葉羅茨鼓風機轉子2023/10/2（2）羅茨鼓風機的特點①屬于正位移型的羅茨風機風量與轉速成正比，與出口壓強無關。該風機的風量范圍可自2～500m3/min，出口表壓可達80kPa，在40kPa左右效率最高。②該風機出口應裝穩(wěn)壓罐，并設安全閥；③流量調節(jié)采用旁路，出口閥不可完全關閉。操作時，氣體溫度不能超過85℃，否則轉子會因受熱臌脹而卡住。2023/10/2穩(wěn)壓罐羅茨鼓風機實物圖2023/10/2穩(wěn)壓罐羅茨鼓風機實物圖2023/10/2四、壓縮機在工廠中常用的壓縮機有往復式和離心式兩種類型。1、離心式壓縮機

離心式壓縮機又稱渦輪壓縮機、透平壓縮機，其構造與離心鼓風機相似，由轉子和定子組成。（1）離心式壓縮機的構造【轉子】主軸、多（單）級葉輪、軸套及平衡元件；【定子】氣缸和隔板。2023/10/2單級離心壓縮機內部結構2023/10/2單級離心壓縮機葉輪2023/10/2單級離心壓縮機實物圖2023/10/2（2）多級離心式壓縮機的工作原理①氣體沿軸向進入各級葉輪中心處，被旋轉的葉輪做功，受離心力的作用，以很高的速度離開葉輪，進入擴壓器。②氣體在擴壓器內降速、增壓。③經擴壓器減速、增壓后氣體進入彎道，使流向反轉180度后進入回流器，經過回流器后又進入下一級葉輪。彎道和回流器是溝通前一級葉輪和后一級葉輪的通道。如此，氣體在多個葉輪中被增壓數次，能以很高的壓力能離開。

2023/10/2多級離心式壓縮機結構示意圖2023/10/2離心式壓縮機整體結構圖2023/10/2氣體進口多級葉輪彎道擴壓器回流器氣體出口2023/10/2多級離心式壓縮機的葉輪2023/10/2多級離心式壓縮機實物圖2023/10/2（3）離心式壓縮機的特點與往復壓縮機相比，離心式壓縮機有如下優(yōu)點：①體積和重量都很小而流量很大；②供氣均勻；運轉平穩(wěn)；③易損部件少、維護方便?！菊f明】除非壓力要求非常高，離心式壓縮機已有取代往復式壓縮機的趨勢。而且，離心式壓縮機已經發(fā)展成為非常大型的設備，流量達幾十萬立方米/時，出口壓力達幾十兆帕。

2023/10/22、往復式壓縮機

（1）往復式壓縮機的構造電動機飛輪、曲軸連桿活塞氣缸排出口吸入口皮帶2023/10/2電動機穩(wěn)壓罐氣體入口氣缸排氣管氣體出口管往復壓縮機實物圖2023/10/2（2）往復式壓縮機的工作原理往復式壓縮機的工作原理與往復泵相似。2023/10/2（3）往復式壓縮機的分類可分為單缸和多缸往復式壓縮機。只有一個氣缸2023/10/2雙缸往復壓縮機2023/10/2雙缸往復壓縮機結構圖曲軸活塞連桿活塞桿2023/10/2三缸往復壓縮機實物圖2023/10/2帶發(fā)動機的往復壓縮機實物圖汽油發(fā)動機油箱2023/10/2（4）往復式壓縮機的工作過程往復式壓縮機的工作過程由四個階段組成。①開始時刻：當活塞位于最右端時，缸內氣體體積為V1，壓力為p1，用圖中A點表示；2023/10/2當活塞由右向左運動時，氣缸內氣體體積減小而壓力上升。直到壓力上升到p2，排氣閥被頂開為止。此時的缸內氣體狀態(tài)如B點表示。②壓縮階段2023/10/2排出閥被頂開后，活塞繼續(xù)向左運動，缸內氣體被排出。這一階段缸內氣體壓力不變，體積不斷減小，直到氣體完全排出體積減至零。這一階段屬恒壓排氣階段。此時的狀態(tài)為C點表示。③排氣階段2023/10/2活塞從最左端退回，缸內壓力立刻由p2降到p1，狀況達到D。此時排氣閥受壓關閉，吸氣閥受壓打開，氣缸又開始吸入氣體，體積增大，壓力不變，因此為恒壓吸氣階段，直到A點為止。④吸氣階段2023/10/2（5）往復式壓縮機的特點①因為氣體的密度小、可壓縮，故壓縮機的吸入和排出閥門必須更加靈巧精密；②為移除壓縮放出的熱量以降低氣體的溫度，必須附設冷卻裝置。③排氣口必須連接貯氣罐，以緩沖排氣的脈動，使氣體輸出均勻穩(wěn)定。氣罐上必須有可靠的壓力表和安全閥。2023/10/22023/10/2五、真空泵1、何謂真空泵

【定義】利用機械、物理、化學或物理化學的方法，對容器進行抽氣，使之獲得、改善或維持真空的機器或器械都稱為真空泵。用以獲得真空或提高真空度的設備，稱之為真空泵。2023/10/22023/10/22、真空泵的分類

（1）機械真空泵①油（水）封機械真空泵（水環(huán)真空泵）；②往復真空泵；③分子真空泵；④無油機械泵；⑤機械增壓泵（羅茨真空泵）。2023/10/2（2）蒸汽流泵①擴散泵；②噴射泵；③擴散噴射泵。（3）物理化學泵①吸附泵；②鈦升華泵；③容積吸氣劑泵；④吸氣離子泵；⑤低溫泵。2023/10/23、往復（活塞式）真空泵

（1）往復真空泵的結構及工作原理氣缸曲軸連桿活塞桿活塞容器2023/10/22023/10/2（2）往復真空泵的特點及用途【特點】①屬于低真空獲得設備，用以從內部壓力等于或低于一個大氣壓的容器中抽除氣體；②被抽氣體的溫度一般不超過35℃；③單級的極限壓力為4×10－3～10Pa，雙級可達1Pa；④排氣量較大，抽速范圍15～5500L/S?！居猛尽慷嘤糜谡婵战n、鋼水真空處理、真空蒸餾、真空結晶、真空過濾等方面抽除氣體。2023/10/24、水環(huán)真空泵

（1）往復真空泵的結構【結構特點】（1）帶有多葉片的轉子；（2）偏心裝在泵殼內。

2023/10/22023/10/22023/10/22023/10/2（2）水環(huán)真空泵的工作原理【說明】（1）水環(huán)與工作輪構成了月牙形空間；（2）右邊半個月牙形的容積由小變