气体输送机械 其结构原理与液体输送机械大体相同 但气体 故气体输送有自身的特点 气体输送机械 气体输送的特点 动力消耗大 对一定的质量流量 由于气体的密度小 其体积流量很大 因此气体输送管中的流速比液体要大得多 前经济流速 15 25m s 约为后者 1 3m s 的10倍 这样 以各自的经济流速输送同样的质量流量 经相同的管长后气体的阻力损失约为液体的10倍 因而气体输送机械的动力消耗往往很大 气体输送机械体积一般都很庞大 对出口压力高的机械更是如此 由于气体的可压缩性 故在输送机械内部气体压力变化的同时 体积和温度也将随之发生变化 这些变化对气体输送机械的结构 形状有很大影响 因此 气体输送机械需要根据出口压力来加以分类 1 通风机 工业上常用的通风机有轴心式和离心式两类 1 轴流式通风机轴流式通风机的结构与轴流泵类似 如图所示 轴流式通风机排送量大 所产生的风压甚小 一般只用来通风换气 而不用来输送气体 化工生产中 在空冷器和冷却水塔的通风方面 轴流式通风机的应用还是很广的 2 离心式通风机 离心式通风机的结构特点离心式通风机工作原理与离心泵相同 结构也大同小异 离心通风机及叶轮1 机壳 2 叶轮 3 吸入口 4 排出口 2 a 为适应输送风量大的要求 通风机的叶轮直径一般是比较大的 b 叶轮上叶片的数目比较多 c 叶片有平直的 前弯的 后弯的 通风机的主要要求是通风量大 在不追求高效率时 用前变叶片有利于提高压头 减小叶轮直径 d 机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而为矩形 离心式通风机的性能参数和特性曲线a 风量 按入口状态计的单位时间内的排气体积 m3 s m3 hb 全风压 单位体积气体通过风机时获得的能量 J m3 Pa在风机进 出口之间写柏努利方程 式中 可以忽略 当气体直接由大气进入风机时 a 从该式可以看出 通风机的全风压由两部分组成 一部分是进出口的静压差 习惯上称为静风压 另一部分为进出口的动压头差 习惯上称为动风压 说明 再忽略入口到出口的能量损失 则上式变为 b 在离心泵中 泵进出口处的动能差很小 可以忽略 但对离心通风机而 其气体出口速度很高 动风压不仅不能忽略 且由于风机的压缩比很低 动风压在全压中所占比例较高 c 轴功率和效率风机的性能表上所列的性能参数 一般都是在1atm 20 的条件下测定的 在此条件下空气的密度kg m3 相应的全风压和静风压分别记为和 d 特性曲线 与离心泵一样 离心通风机的特性参数也可以用特性曲线表示 特性曲线由离心泵的生产厂家在1atm 20 的条件用空气测定 主要有四条曲线 离心式通风机特性曲线 离心式通风机的选型a 根据气体种类和风压范围 确定风机的类型b 确定所求的风量和全风压 风量根据生产任务来定 全风压按柏努利方程来求 但要按标准状况校正 即 根据按入口状态计的风量和校正后的全风压在产品系列表中查找合适的型号 鼓风机 在工厂中常用的鼓风机有旋转式和离心式两种类型 1 罗茨鼓风机 图1 66罗茨鼓风机 鼓风机 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似 如图所示 机壳内有两个渐开摆线形的转子 两转子的旋转方向相反 可使气体从机壳一侧吸 从另一侧排出 转子与转子 转子与机壳之间的缝隙很小 使转子能自由运动而无过多泄漏 鼓风机 属于正位移型的罗茨风机风量与转速成正比 与出口压强无关 该风机的风量范围可自2至500m3 min 出口表压可达80kPa 在40kPa左右效率最高 该风机出口应装稳压罐 并设安全阀 流量调节采用旁路 出口阀不可完全关闭 操作时 气体温度不能超过85 否则转子会因受热臌胀而卡住 鼓风机 离心式鼓风机的结构特点 离心式鼓风机的外形与离心泵相象 内部结构也有许多相同之处 离心式的鼓风机 鼓风机 例如 离心式鼓风机的蜗壳形通道亦为圆形 但外壳直径与厚度之比较大 叶轮上叶片数目较多 转速较高 叶轮外周都装有导轮 单级出口表压多在30kPa以内 多级可达0 3MPa 离心式鼓风机的选型方法与离心式通风机相同 压缩机 按工作原理可分为 往复式压缩机离心式压缩机 往复式压缩机 1 单动压缩机结构简图 吸入活门S 排出活门D 其结构和工作原理与往复泵类似 开始时刻 当活塞位于最右端时 缸内气体体积为 压力为 用图中1点表示 往复式压缩机 压缩阶段 当活塞由右向左运动时 由于D活门所在管线有一定压力 所以D活门是关闭的 活门S受压也关闭 因此 在这段时间里气缸内气体体积下降而压力上升 所以是压缩阶段 直到压力上升到 活门D被顶开为止 此时的缸内气体状态如2点表示 往复式压缩机 排气阶段 活门D被顶开后 活塞继续向左运动 缸内气体被排出 这一阶段缸内气体压力不变 体积不断减小 直到气体完全排出体积减至零 这一阶段属恒压排气阶段 此时的状态为3点表示 吸气阶段 活塞从最左端退回 缸内压力立刻由降到 状况达到4 此时D活门受压关闭 S活门受压打开 气缸又开始吸入气体 体积增大 压力不变 因此为恒压吸气阶段 直到1点为止 往复式压缩机 2 压缩类型等温压缩 绝热压缩 多变压缩 等温压缩是指压缩阶段产生的热量随时从气体中完全取出 气体的温度保持不变 绝热压缩是另一种极端情况 即压缩产生的热量完全不取出 实际是压缩过程既不是等温的 也不是绝热的 而是介于两者之间 称为多变压缩 往复式压缩机 3 压缩功 实际过程为多变过程 每一循环多变压缩的功为 J 其中m称为多变指数 对于等温压缩 m 1 但压缩功另有算法 对于绝热压缩 m等于定压比热与定容比热之比 压缩功的大小可以用图中1 2 3 4所围成的面积来表示 等温压缩功最小 绝热压缩功最大 多变压缩功介于等者之间 往复式压缩机 4 有余隙的压缩循环上述压缩循环之所以称为理想的 除了假定过程皆属可逆之外 还假定了压缩阶段终了缸内气体一点不剩地排尽 实际上此时活塞与气缸盖之间必须留有一定的空隙 以免活塞杆受热臌胀后使活塞与气缸相撞 这个空隙就称为余隙 余隙系数 余隙体积 活塞推进一次扫过的体积容积系数 实际吸气体积 活塞推进一次扫过的体积 往复式压缩机 根据上述定义 余隙的存在使一个工作循环的吸 排气量减小 这不仅是因为活塞推进一次扫过的体积减小了 还因为活塞开始由左向右运动时不是马上有气体吸入 而是缸内剩余气体的膨胀减压 即从3至4 待压力减至 容 往复式压缩机 积增至时 才开始吸气 即在有余隙的工作循环中 在气体排出阶段和吸入阶段之间又多了一个余隙气体膨胀阶段 使得每一循环中吸入的气体量比理想循环为少 余隙系数与容积系数的关系为 由该式可以看出 余隙系数和压缩比越大 容积系数越小 实际吸气量越小 至于会出现一种极限情况 容积系数为零 此时余隙气体膨胀将充满整个气缸 实际吸气量为零 往复式压缩机 5 多级压缩多级压缩是指在一个气缸里压缩了一次的气体进入中间冷却器冷却之后再送入次一气缸进行压缩 经几次压缩才达到所需要的终压 讨论 1 采用多级压缩的原因 若所需要的压缩比很大 容积系数就很小 实际送气量就会很小 压缩终了气体温度过高 会引起气缸内润滑油碳化或油雾爆炸等问题 机械结构亦不合理 为了承受很高的终压 气缸要做的很厚 为了吸入初压很低的气体气缸体积又必须很大 往复式压缩机 2 级数越多 总压缩功越接近于等温压缩功 即最小值 然而 级数越多 整体构造使越复杂 因此 常用的级数为2至6 每级压缩比为3至5 3 理论上可以证明 在级数相同时 各级压缩比相等 则总压缩功最小 往复式压缩机 6 往复式压缩机的流量调节 1 调节转速 2 旁路调节 3 改变气缸余隙体积 显然 余隙体积增大 余隙内残存气体膨胀后所占容积将增大 吸入气体量必然减少 供气量随之下降 反之 供气量上升 这种调节方法在大型压缩机中采用较多 离心式压缩机 1 结构 定子与转子转子 主轴 多级叶轮 轴套及平衡元件定子 气缸和隔板2 工作原理 气体沿轴向进入各级叶轮中心处 被旋转的叶轮做功 受离心力的作用 以很高的速度离开叶轮 进入扩压器 气体在扩压器内降速 增压 经扩压器减速 增压后气体进入弯道 使流向反转180度后进入回流器 经过回流器后又进入下一级叶轮 显然 弯道和回流器是沟通前一级叶轮和后一级叶轮的通道 如此 气体在多个叶轮中被增加数次 能以很高的压力能离开 离心式压缩机 3 特性曲线离心式压缩机的H Q曲线与离心式通风机在形状上相似 在小流量时都呈现出压力随流量的增加而上升的情况 4 特点与往复压缩机相比 离心式压缩机有如下优点 体积和重量都很小而或流量很大 供气均匀 运转平稳 易损部件少 维护方便 因此 除非压力要求非常高 离心式压缩机已有取代往复式压缩机的趋势 而且 离心式压缩机已经发展成为非常大型的设备 流量达几十万立方米 时 出口压力达几十兆帕 真空泵 1 真空泵的一般特点真空泵就是从真空容器中抽气 一般在大气压下排气的输送机械 若将前述任何一种气体输送机械的进口与设备接通 即成为从设备抽气的真空泵 然而 专门为产生真空用的设备却有其获得之处 1 由于吸入气体的密度很低 要求真空泵的体积必须足够大 2 压缩比很高 所以余隙的影响很大 真空泵 真空泵的主要性能参数有 1 极限剩余压力 或真空度 这是真空泵所能达到最低压力 2 抽气速率 单位时间内真空泵在极限剩余压力下所吸入的气体体积 亦即真空泵的生产能力 真空泵 2 往复式真空泵与往复式压缩式的构造显著区别 但也有其自身的特点 1 在低压下操作 气缸内 外压差很小 所用的活门必须更加轻巧 2 当要求达到较好的真空度时 压缩比会很大 余隙容积必须很小 否则就不能保证较大的吸气量 3 为减少余隙的影响 设有连通活塞左右两侧的平衡气道 干式往复真空泵可造成高达96 99 9 的真空度 湿式则只能达到80 85 真空泵 3 水环真空泵水环真空泵的外壳呈圆形 其中的叶轮偏心安装 启动前 泵内注入一定量的水 当叶轮旋转时 由于离心力的作用 水被甩至壳壁形成水环 此水环具有密封作用 使叶片间的空隙形成许多大小不同的密封室 由于叶轮的旋转运动 密封室外由小变大形成真空 将气体从吸入口吸入 继而密封室由大变小 气体由压出口排出 水环真空泵结构简单 紧凑 最高真空度可达85 真空泵 4 液环真空泵叶环泵外壳呈椭圆形 当叶轮旋转时液体被抛向四周形成一椭圆形液环 在其轴方向上形成两个月牙形的工作腔 由于叶轮的旋转运动 每个工作腔内密封室逐渐由小变大而从吸入口吸入气体 然后又由大变小 将气体强行排出 与水环真空泵极为相似仅仅是介质不同 真空泵 5 旋片真空泵是旋转式真空泵的一种 其工作原理见图 当带有两个旋片7的偏心转子按箭头方向旋转时 旋片在弹簧8的压力及自身离心力的作用下 紧贴泵体9内壁滑动 吸气工作室不断扩大 被抽气体通过吸气口3经吸气管4进入吸气工作室 当旋片转至垂直位置时 吸气完毕 此时吸入的气体被隔离 真空泵 5 转子继续旋转 被隔离的气体逐渐被压缩 压强升高 当压强超过排气阀片2上的压强时 则气体经排气管5顶开阀片2 通过油液从泵排气口1排出 泵在工作过程中 旋片始终将泵腔分成吸气 排气两个工作室 转子每旋转一周 有两次吸气 排气过程 旋片泵的主要部分浸没于真空油中 为的是密封个部件间隙 充填有害的余隙和得到润滑 此泵属于干式真空泵 真空泵 5 如需抽吸含有少量可凝性气体的组合气时 泵上设有专门设计的镇气阀 能在一定的压强下打开的单向阀 把经控制的气流 通常是湿度不大的空气 引到泵的压缩腔内 以提高混合气的压强 使其中的可凝性气体在分压尚未达到泵腔温度下的饱和值时 即被排出泵外 旋片泵可达到较高的真空度 绝对压强约为0 67Pa 抽气速率比较小 适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸气的气体 不适宜用于抽除含尘和对润滑油起化学作用的气体 真空泵 6 喷射真空泵喷射泵是利用高速流体射流量压力能向动能转换所造成的真空 将气体吸入泵内 并在混合室通过碰撞 混合以提高吸入气体的机械能 气体和工作流体一并排出泵外 喷射泵的流体可以水 也可以是水蒸汽 分别称为水喷射泵和蒸汽喷射泵 单级蒸汽喷射泵仅能达到90 的