氣體輸送類型教材

第二章流體輸送機(jī)械第三節(jié)氣體輸送設(shè)備一、概述二、離心式通風(fēng)機(jī)三、鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)四、真空泵2024/6/4一、概述1、氣體輸送機(jī)械在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用①提供能量為了克服管路的阻力，需要提高氣體的壓力。【特點(diǎn)】純粹為了輸送的目的而對(duì)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(dòng)力往往相當(dāng)大。2024/6/4②產(chǎn)生高壓化學(xué)工業(yè)中一些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程需要在高壓下進(jìn)行，如合成氨反應(yīng)，乙烯的本體聚合；一些分離過(guò)程也需要在高壓下進(jìn)行，如氣體的液化與分離。這些高壓進(jìn)行的過(guò)程對(duì)相關(guān)氣體的輸送機(jī)械出口壓力提出了相當(dāng)高的要求。③形成真空相當(dāng)多的單元操作是在低于常壓的情況下進(jìn)行，這時(shí)就需要真空泵從設(shè)備中抽出氣體以產(chǎn)生真空。2024/6/42、氣體輸送機(jī)械的一般特點(diǎn)①動(dòng)力消耗大對(duì)一定的質(zhì)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(jīng)濟(jì)流速（15~25m/s）約為后者（1~3m/s）的10倍。這樣，以各自的經(jīng)濟(jì)流速輸送同樣的質(zhì)量流量，經(jīng)相同的管長(zhǎng)后氣體的阻力損失約為液體的10倍。因而氣體輸送機(jī)械的動(dòng)力消耗往往很大。2024/6/4②體積龐大由于輸送量大，氣體輸送機(jī)械體積一般都很龐大，對(duì)出口壓力高的機(jī)械更是如此。③參數(shù)改變由于氣體的可壓縮性，故在輸送機(jī)械內(nèi)部氣體壓力變化的同時(shí)，體積和溫度也將隨之發(fā)生變化。這些變化對(duì)氣體輸送機(jī)械的結(jié)構(gòu)、形狀有很大影響。因此，氣體輸送機(jī)械需要根據(jù)出口壓力來(lái)加以分類。

2024/6/43、氣體輸送機(jī)械的分類氣體輸送機(jī)械按出口壓力（終壓）和壓縮比不同分為如下幾類：

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

2024/6/4二、離心式通風(fēng)機(jī)1、離心式通風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)離心式通風(fēng)機(jī)工作原理與離心泵相同，結(jié)構(gòu)也大同小異。但由于輸送對(duì)象的不同，相對(duì)于離心泵而言，存在以下特點(diǎn)：①為適應(yīng)輸送風(fēng)量大的要求，通風(fēng)機(jī)的葉輪直徑一般是比較大的。②葉輪上葉片的數(shù)目比較多。2024/6/4③葉片有平直的、前彎的、后彎的。通風(fēng)機(jī)的主要要求是通風(fēng)量大，在不追求高效率時(shí)，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(jī)殼內(nèi)逐漸擴(kuò)大的通道及出口截面常不為圓形而為矩形。2024/6/4離心通風(fēng)機(jī)的蝸裝殼體氣體出口氣體入口蝸裝外殼2024/6/4直聯(lián)式離心通風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/4非直聯(lián)式離心通風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/4電機(jī)與離心通風(fēng)機(jī)的連接2024/6/42024/6/4多翼式葉輪【特點(diǎn)】葉片平直，且數(shù)目多。2024/6/4多翼式離心通風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/4渦輪式葉輪【特點(diǎn)】葉片彎曲，且數(shù)目少。2024/6/4渦輪式離心通風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/42、離心式通風(fēng)機(jī)的工作原理（1）氣體進(jìn)入葉輪中心后，作圓周運(yùn)動(dòng)；（2）首先得到動(dòng)能；（3）一部分在蝸裝殼體內(nèi)轉(zhuǎn)換成靜壓能。2024/6/4【定義】用以描述一臺(tái)離心式通風(fēng)機(jī)性能的一組物理量，該組參數(shù)通常標(biāo)注在銘牌上。包括：（1）流量（風(fēng)量）；（2）風(fēng)壓；（3）軸功率；（4）效率；（5）轉(zhuǎn)速。何謂離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)？3、離心式通風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)和特性曲線2024/6/42024/6/4（1）流量（風(fēng)量

)

【定義】按入口狀態(tài)計(jì)的單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)口的氣體體積。以qv表示，單位為m3/s，m3/min或m3/h

?！菊f(shuō)明】通風(fēng)機(jī)銘牌或手冊(cè)中所列的流量及各種性能參數(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)條件下（20℃、101.3kPa）用空氣（密度為1.2kg/m3）作介質(zhì)測(cè)定的。2024/6/4【流量的換算】在選用通風(fēng)機(jī)時(shí)，如果實(shí)際的操作條件與標(biāo)準(zhǔn)條件不同，應(yīng)對(duì)操作條件下的流量進(jìn)行換算，換算公式為：式中qv0—標(biāo)準(zhǔn)條件下的流量；

ρ—操作條件下氣體的密度；

ρ0—標(biāo)準(zhǔn)條件下氣體的密度，1.2kg/m3。2024/6/4（2）風(fēng)壓【定義】單位體積氣體流經(jīng)通風(fēng)機(jī)后所獲得的機(jī)械能。單位為Pa（J/m3），分為三種類型：（1）全風(fēng)壓；（2）靜風(fēng)壓；（3）動(dòng)風(fēng)壓。①全風(fēng)壓【定義】單位體積氣體流經(jīng)通風(fēng)機(jī)后所獲得的總（全部）機(jī)械能。以pt表示，單位為Pa。2024/6/4【全風(fēng)壓的確定】在通風(fēng)機(jī)的進(jìn)、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(fēng)機(jī)進(jìn)口靜壓，Pa；

ps2——通風(fēng)機(jī)出口靜壓，Pa；

u1——通風(fēng)機(jī)進(jìn)口氣速，m/s；

u2——通風(fēng)機(jī)出口氣速，m/s。2024/6/4上式各項(xiàng)分別乘以ρg，則：——全風(fēng)壓pt的計(jì)算關(guān)系式②靜風(fēng)壓（pst

）【定義】氣體流經(jīng)通風(fēng)機(jī)后的靜壓力差。以pst

表示，單位為Pa。2024/6/4③動(dòng)風(fēng)壓（pd）【定義】氣體流經(jīng)通風(fēng)機(jī)后的動(dòng)壓差。以pd表示，單位為Pa。進(jìn)口動(dòng)壓：出口動(dòng)壓：動(dòng)風(fēng)壓：【動(dòng)壓】以壓強(qiáng)的形式表示動(dòng)能。2024/6/4【兩點(diǎn)說(shuō)明】

①通風(fēng)機(jī)的全風(fēng)壓由兩部分組成，一部分是進(jìn)出口的靜壓差，習(xí)慣上稱為靜風(fēng)壓；另一部分為進(jìn)出口的動(dòng)壓差，習(xí)慣上稱為動(dòng)風(fēng)壓。②在離心泵中，泵進(jìn)、出口處的動(dòng)能差很小，可以忽略。但對(duì)離心通風(fēng)機(jī)而言，其氣體出口速度很高，動(dòng)風(fēng)壓不僅不能忽略，且由于風(fēng)機(jī)的壓縮比很低，動(dòng)風(fēng)壓在全壓中所占比例較高。2024/6/4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(biāo)準(zhǔn)條件的空氣密度ρ0＝1.2kg/m3不同，在選用通風(fēng)機(jī)之前，應(yīng)先將操作條件下所需要的全風(fēng)壓換算成標(biāo)準(zhǔn)條件下的全風(fēng)壓，其換算式為：【全風(fēng)壓的換算】2024/6/4（3）功率與效率①有效功率（Pe）單位時(shí)間內(nèi)通風(fēng)機(jī)對(duì)氣體提供的能量。Pe＝ptqv②軸功率（P）單位時(shí)間內(nèi)電動(dòng)機(jī)傳給傳動(dòng)軸的能量。③效率（η）有效功率與軸功率之比。2024/6/4（4）特性曲線

與離心泵一樣，離心通風(fēng)機(jī)的特性參數(shù)也可以用特性曲線表示。特性曲線由離心通風(fēng)機(jī)的生產(chǎn)廠家在1atm、20℃的條件用空氣測(cè)定，主要有四條曲線：①全風(fēng)壓－流量曲線pt～qv；②靜風(fēng)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。2024/6/4ηqvptpstP離心通風(fēng)機(jī)特性曲線全風(fēng)壓－流量曲線pt～qv靜風(fēng)壓－流量曲線pst～qv效率－流量曲線η～qv軸功率－流量曲線

P～qv2024/6/44、離心式通風(fēng)機(jī)的選型（1）確定風(fēng)（流）量和全風(fēng)壓。風(fēng)量根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)來(lái)定；全風(fēng)壓按柏努利方程來(lái)求。但均要按標(biāo)準(zhǔn)條件進(jìn)行校正，即：（2）根據(jù)校正后的風(fēng)量（qv0）和全風(fēng)壓（pt0）在產(chǎn)品系列表中查找合適的型號(hào)。2024/6/4離心通風(fēng)機(jī)的型號(hào)與性能表機(jī)號(hào)轉(zhuǎn)速

r/min全

壓

Pa流量

m3/h電

動(dòng)

機(jī)型號(hào)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-245-752024/6/4三、鼓風(fēng)機(jī)在工廠中常用的鼓風(fēng)機(jī)有旋轉(zhuǎn)式和離心式兩種類型。1、離心式鼓風(fēng)機(jī)

離心式鼓風(fēng)機(jī)又稱渦輪鼓風(fēng)機(jī)（turboblower）、透平鼓風(fēng)機(jī)（turbineblower），其工作原理與離心通風(fēng)機(jī)相同，其結(jié)構(gòu)與離心泵類似。主要由蝸形外殼與葉輪組成。（1）離心式鼓風(fēng)機(jī)的構(gòu)造2024/6/4離心式鼓風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/4手搖式離心式鼓風(fēng)機(jī)2024/6/4（2）離心式鼓風(fēng)機(jī)的工作原理氣體進(jìn)入葉輪中心后，作圓周運(yùn)動(dòng)。首先得到動(dòng)能，其中一部分在蝸裝殼體內(nèi)轉(zhuǎn)換成靜壓能。2024/6/4（3）離心式鼓風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)①離心式鼓風(fēng)機(jī)的蝸殼形通道亦為圓形；②葉輪上葉片數(shù)目較多；③轉(zhuǎn)速較高；④葉輪外周都裝有導(dǎo)輪。⑤由于單級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)不可能產(chǎn)生很高的風(fēng)壓（一般不超過(guò)50kPa），故壓頭較高的離心鼓風(fēng)機(jī)都是多級(jí)的。其風(fēng)壓可達(dá)0.3MPa。2024/6/4多級(jí)離心鼓風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/4離心鼓風(fēng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2024/6/42024/6/42、羅茨鼓風(fēng)機(jī)（Rootsblower

旋轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機(jī)）羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理與齒輪泵類似。

（1）羅茨鼓風(fēng)機(jī)的構(gòu)造①機(jī)殼；②轉(zhuǎn)子（8字型、漸開擺線形）2024/6/4羅茨鼓風(fēng)機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)機(jī)殼8字型轉(zhuǎn)子2024/6/4（2）羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理氣體入口氣體出口高壓區(qū)低壓區(qū)2024/6/4羅茨鼓風(fēng)機(jī)實(shí)物圖氣體入口氣體出口2024/6/4【三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)

】【結(jié)構(gòu)】三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)其工作原理與結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)二葉型相仿，主要由機(jī)殼和轉(zhuǎn)子組成，只是轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)有所不同，為三葉結(jié)構(gòu)?！咎攸c(diǎn)】三葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)比傳統(tǒng)的二葉型羅茨鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能10～23%，當(dāng)工作壓力在規(guī)定范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，其流量變化小。工作壓力選擇范圍寬，氣體脈動(dòng)變化小、噪聲低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，振動(dòng)小，使用壽命長(zhǎng)。

2024/6/4三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖氣體入口氣體出口2024/6/42024/6/4三葉羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子2024/6/4（2）羅茨鼓風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)①屬于正位移型的羅茨風(fēng)機(jī)風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，與出口壓強(qiáng)無(wú)關(guān)。該風(fēng)機(jī)的風(fēng)量范圍可自2～500m3/min，出口表壓可達(dá)80kPa，在40kPa左右效率最高。②該風(fēng)機(jī)出口應(yīng)裝穩(wěn)壓罐，并設(shè)安全閥；③流量調(diào)節(jié)采用旁路，出口閥不可完全關(guān)閉。操作時(shí)，氣體溫度不能超過(guò)85℃，否則轉(zhuǎn)子會(huì)因受熱臌脹而卡住。2024/6/4穩(wěn)壓罐羅茨鼓風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/4穩(wěn)壓罐羅茨鼓風(fēng)機(jī)實(shí)物圖2024/6/4四、壓縮機(jī)在工廠中常用的壓縮機(jī)有往復(fù)式和離心式兩種類型。1、離心式壓縮機(jī)

離心式壓縮機(jī)又稱渦輪壓縮機(jī)、透平壓縮機(jī)，其構(gòu)造與離心鼓風(fēng)機(jī)相似，由轉(zhuǎn)子和定子組成。（1）離心式壓縮機(jī)的構(gòu)造【轉(zhuǎn)子】主軸、多（單）級(jí)葉輪、軸套及平衡元件；【定子】氣缸和隔板。2024/6/4單級(jí)離心壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2024/6/4單級(jí)離心壓縮機(jī)葉輪2024/6/4單級(jí)離心壓縮機(jī)實(shí)物圖2024/6/4（2）多級(jí)離心式壓縮機(jī)的工作原理①氣體沿軸向進(jìn)入各級(jí)葉輪中心處，被旋轉(zhuǎn)的葉輪做功，受離心力的作用，以很高的速度離開葉輪，進(jìn)入擴(kuò)壓器。②氣體在擴(kuò)壓器內(nèi)降速、增壓。③經(jīng)擴(kuò)壓器減速、增壓后氣體進(jìn)入彎道，使流向反轉(zhuǎn)180度后進(jìn)入回流器，經(jīng)過(guò)回流器后又進(jìn)入下一級(jí)葉輪。彎道和回流器是溝通前一級(jí)葉輪和后一級(jí)葉輪的通道。如此，氣體在多個(gè)葉輪中被增壓數(shù)次，能以很高的壓力能離開。

2024/6/4多級(jí)離心式壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖2024/6/4離心式壓縮機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖2024/6/4氣體進(jìn)口多級(jí)葉輪彎道擴(kuò)壓器回流器氣體出口2024/6/4多級(jí)離心式壓縮機(jī)的葉輪2024/6/4多級(jí)離心式壓縮機(jī)實(shí)物圖2024/6/4（3）離心式壓縮機(jī)的特點(diǎn)與往復(fù)壓縮機(jī)相比，離心式壓縮機(jī)有如下優(yōu)點(diǎn)：①體積和重量都很小而流量很大；②供氣均勻；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；③易損部件少、維護(hù)方便。【說(shuō)明】除非壓力要求非常高，離心式壓縮機(jī)已有取代往復(fù)式壓縮機(jī)的趨勢(shì)。而且，離心式壓縮機(jī)已經(jīng)發(fā)展成為非常大型的設(shè)備，流量達(dá)幾十萬(wàn)立方米/時(shí)，出口壓力達(dá)幾十兆帕。

2024/6/42、往復(fù)式壓縮機(jī)

（1）往復(fù)式壓縮機(jī)的構(gòu)造電動(dòng)機(jī)飛輪、曲軸連桿活塞氣缸排出口吸入口皮帶2024/6/4電動(dòng)機(jī)穩(wěn)壓罐氣體入口氣缸排氣管氣體出口管往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)物圖2024/6/4（2）往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理往復(fù)式壓縮機(jī)的工作原理與往復(fù)泵相似。2024/6/4（3）往復(fù)式壓縮機(jī)的分類可分為單缸和多缸往復(fù)式壓縮機(jī)。只有一個(gè)氣缸2024/6/4雙缸往復(fù)壓縮機(jī)2024/6/4雙缸往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)圖曲軸活塞連桿活塞桿2024/6/4三缸往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)物圖2024/6/4帶發(fā)動(dòng)機(jī)的往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)物圖汽油發(fā)動(dòng)機(jī)油箱2024/6/4（4）往復(fù)式壓縮機(jī)的工作過(guò)程往復(fù)式壓縮機(jī)的工作過(guò)程由四個(gè)階段組成。①開始時(shí)刻：當(dāng)活塞位于最右端時(shí)，缸內(nèi)氣體體積為V1，壓力為p1，用圖中A點(diǎn)表示；2024/6/4當(dāng)活塞由右向左運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣缸內(nèi)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(shí)的缸內(nèi)氣體狀態(tài)如B點(diǎn)表示。②壓縮階段2024/6/4排出閥被頂開后，活塞繼續(xù)向左運(yùn)動(dòng)，缸內(nèi)氣體被排出。這一階段缸內(nèi)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(shí)的狀態(tài)為C點(diǎn)表示。③排氣階段2024/6/4活塞從最左端退回，缸內(nèi)壓力立刻由p2降到p1，狀況達(dá)到D。此時(shí)排氣閥受壓關(guān)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(diǎn)為止。④吸氣階段2024/6/4（5）往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)①因?yàn)闅怏w的密度小、可壓縮，故壓縮機(jī)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(shè)冷卻裝置。③排氣口必須連接貯氣罐，以緩沖排氣的脈動(dòng)，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。2024/6/42024/6/4五、真空泵1、何謂真空泵

【定義】利用機(jī)械、物理、化學(xué)或物理化學(xué)的方法，對(duì)容器進(jìn)行抽氣，使之獲得、改善或維持真空的機(jī)器或器械都稱為真空泵。用以獲得真空或提高真空度的設(shè)備，稱之為真空泵。2024/6/42024/6/42、真空泵的分類

（1）機(jī)械真空泵①油（水）封機(jī)械真空泵（水環(huán)真空泵）；②往復(fù)真空泵；③分子真空泵；④無(wú)油機(jī)械泵；⑤機(jī)械增壓泵（羅茨真空泵）。2024/6/4（2）蒸汽流泵①擴(kuò)散泵；②噴射泵；③擴(kuò)散噴射泵。（3）物理化學(xué)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。2024/6/43、往復(fù)（活塞式）真空泵

（1）往復(fù)真空泵的結(jié)構(gòu)及工作原理氣缸曲軸連桿活塞桿活塞容器2024/6/42024/6/4（2）往復(fù)真空泵的特點(diǎn)及用途【特點(diǎn)】①屬于低真空獲得設(shè)備，用以從內(nèi)部壓力等于或低于一個(gè)大氣壓的容器中抽除氣體；②被抽氣體的溫度一般不超過(guò)35℃；③單級(jí)的極限壓力為4×10－3～10Pa，雙級(jí)可達(dá)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(jié)晶、真空過(guò)濾等方面抽除氣體。2024/6/44、水環(huán)真空泵

（1）往復(fù)真空泵的結(jié)構(gòu)【結(jié)構(gòu)特點(diǎn)】（1）帶有多葉片的轉(zhuǎn)子；（2）偏心裝在泵殼內(nèi)。

2024/6/42024/6/42024/6/42024/6/4（2）水環(huán)真空泵的工作原理【說(shuō)明】（1）水環(huán)與工作輪構(gòu)成了月牙形空間；（2）右邊半個(gè)月牙形的容積由小變