化工原理1.8.3气体输送机械

一、 水环真空泵
1—水环 2—排出口 3—吸入口 4— 叶轮（偏心 安装）
● 优点：结构简单、紧凑，制造容易，维修方便； ● 缺点：效率低30－50％。 27
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二、 喷射真空泵
1—工作蒸汽入口 2—扩散管 3—压出口 4—混合室 5—吸入口
流体作用式—利用动能与静压能的相互转换来吸送流体
● 优点：结构简单、制造方便，抽吸量大，无运动部件； ● 缺点：效率低10－25％，工作流体消耗量大。
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二、性能参数和特性曲线
（1）风量Q：按入口状态计的单位时间内的排气体积。 m3/s，m3/h （2）(全)风压pT：单位体积气体通过风机时获得的能量。 J/m3，Pa 风机进、出口之间列B.E.
pT = ρg( z 2 − z1 ) + ( p2 − p1 ) +
忽略 ( z 2 − z 1 ) ρ g
Q ⋅ pT η= N ⋅ 1000
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（4）特性曲线
1atm、20℃用空气测定(ρ=1.2kg/m3) → pT~Q， ps~Q N~Q，η~Q
p pT~Q ps~Q
转速n一定
η~Q
N~Q Q
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三、选型
（1）根据气体种类和风压范围，确定风机的类型 （2）确定Q和pT0 生产任务→Q
B . E . → pT
工作原理：类似于离心泵 结构特点： 叶轮转速高；一般安装导轮；常为多级。
—— 罗茨鼓风机 — —
工作原理：类似于齿轮泵
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—— 往复压缩机 — —
其构造、工作原理与往复泵相似。 W 相对大小：等温 < 多变 < 绝热；所以等温压缩最省功 有余隙的压缩过程：增加了余隙膨胀阶段
余隙体积 余隙系数 = 活塞推进一次扫过体积
压缩阶段
p1 4
吸气阶段
1
V
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二、压缩类型
等温压缩1-2；绝热压缩1-2’；多变压缩1-2”
三、压缩功
多变压缩 ，每一循环多变压缩的功为：
m −1 ⎡ ⎤ m ⎢⎛ p 2 ⎞ m ⎥ ⎜ ⎟ W = − 1⎥ p1V1 ⎢⎜ ⎟ m −1 p ⎢⎝ 1 ⎠ ⎥ ⎣ ⎦
m——多变指数
W——1-2”-3-4所围成的面积 W 相对大小：等温 < 多变 < 绝热
（1） 级数越多，越接近等温压缩，但结构越复杂； （2）常用2∼6级，级压缩比3~5； （3）级数相同时，各级压缩比相等，则总压缩功最小 。
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三级压缩流程示意图 1、4、7—气缸; 2、5—中间冷却器; 8—出口气体冷却器; 3、6、9—油水分离器
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六、流量调节
● 旁路调节； ● 调节原动机转速 ； ● 改变气缸余隙体积。 适用场合：高压头；中、低流量。 缺点：外形尺寸大；结构复杂；易损部件多； 气流脉动大；噪音大 。
2 ρ ( u2 − u12 )
2
+ Δp f 1− 2
u1 = 0
忽略能量损失
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pT = ( p2 − p1 ) +
说明：
2 ρu2
2
= ps + pk
① 气体获能=进出口静压差(静风压)+动能差(动风压)； ② 出口速度很高，压缩比小，动风压占比例很高。 （3）轴功率和效率
Q ⋅ pT N= kW η ⋅ 1000
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1-8-3-3罗茨鼓风机
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一、结构和工移型；即 Q∝n ，与出口压力无关 ； ● 操作中，气体温度≤85℃。
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1-8-3-4 往复式压缩机
其构造、工作原理与往复泵相似
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一、理想压缩循环 —— 等温可逆
D S
p p2 3
排气阶段
2 2” 2’
① 开始时刻1（右侧） ② 压缩阶段1-2 ③ 排气阶段2-3 ④ 吸气阶段3-4-1
书P80-85
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1-8-3-1 离心式通风机
1—机壳；2—叶轮；3—吸入口；4—排出口 结构和工作原理类似离心泵
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一、结构特点
① 叶轮直径较大 ② 叶片数较多、宽、短 ③ 叶片有平直、前弯、后弯 只要求大风量、不求高效率——前弯 ④ 机壳内逐渐扩大通道及出口截面有圆形和矩形 —— 适应大风量
1-8-3 气体输送机械
（1）在工业生产中的应用
● 气体输送 ——克服流体阻力 ● 产生高压气体 ——下游设备压力高 ● 产生真空 ——上游设备负压操作
书P69-74
（2）特点
● 动力消耗大； ● 设备体积庞大； ● 特殊性——气体的可压缩性（p↑, V↓ T ↑ ）。
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（3）分类 ● 按工作原理： 离心式、往复式、旋转式、喷射式等 ● 按出口压力（终压）和压缩比 ：
ρ0 1.2 pT 0 = pT = pT ρ ρ
（3）根据Q和pT0查找合适型号
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1-8-3-2 离心鼓风机
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一、结构和工作原理：相似于多级离心泵。 二、特点
● 蜗壳形通道为圆形； ● 叶片数目较多； ● 叶轮转速较高，常装有导轮； ● 风压较高时，多级叶轮。
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1-8-3-3罗茨鼓风机
容积系数 = 实际吸气体积 活塞推进一次扫过体积
•余隙存在，吸排气量↓ •ε ↑， λ0 ↓，吸排气量↓ •压缩比↑ ，λ0 ↓，吸排气量↓
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思考题：
（1）离心通风机的全风压、动风压各有什么含义？为 什么离心泵的压头与密度无关，而通风机的全风压却与 密度有关？ （2） 用离心通风机将 G kg/h的空气送入某加热器中， 由20°C加热到 100°C。若将该通风机从加热器前移至加 热器后，则通风机的风量将 ，全风压将 。
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小结1.8.3
● 按出口压力（终压）和压缩比 ：
（1）通风机；（2）鼓风机；（3）压缩机；（4）真空泵
—— 离心通风机 — —（1）风量Q：按入口状态计；m3/h
（2）(全)风压pT：J/m3 ; Pa。 pT = ps + pk
p pT~Q ps~Q
转速n一定
η~Q
N~Q Q
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—— 离心鼓风机 — —
（3）往复压缩机，当压缩比大于8时，为什么采用多 级压缩？ （4） 对于往复压缩机，当气体压缩比一定时，若余隙 系数增大，则容积系数 ，吸气量 。
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四、有余隙的压缩循环
余隙——排气结束活塞左侧留有一定空隙 余隙膨胀阶段—— 3→4
余隙体积 余隙系数 = 活塞推进一次扫过体积
p 余隙气体膨胀阶段 p2 3 2
V3 ε= V1 − V3
实际吸气体积 容积系数 = 活塞推进一次扫过体积
p1
4
1
V1 − V4 λ0 = V1 − V3
V3
V4
V1 V
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⎡⎛ p ⎞ 1 / m ⎤ λ 0 = 1 − ε ⎢⎜ 2 ⎟ − 1⎥ ⎢⎜ p1 ⎟ ⎥ ⎝ ⎠ ⎣ ⎦
讨论： ● 余隙的存在，使吸、排气量↓； ● 当p2/p1一定， ε ↑，则 λ0 ↓，吸、排气量↓； ● 当ε一定，p2/p1↑，则λ0 ↓，吸、排气量↓。
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五、多级压缩 ——级间冷却 原因： ● 压缩比大时，则λ0 ↓，吸、排气量↓； ● 气体温度过高； ● 机械结构不合理 ；
① 通风机：终压≤15kPa(表)，压缩比1~1.15 ② 鼓风机：终压15~300kPa(表)，压缩比小于4 ③ 压缩机：终压≥300kPa(表)以上，压缩比大于4 ④ 真空泵： 造成负压，终压pa，压缩比由真空度决定
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1-8-3 气体输送机械
1-8-3-1 离心式通风机 1-8-3-2 离心鼓风机 1-8-3-3 罗茨鼓风机 1-8-3-4 往复式压缩机 1-8-3-5 离心式压缩机 1-8-3-6 真空泵
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1-8-5 离心式压缩机
其主要结构和工作原理与离心鼓风机相类似
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特点： ● p2/p1高，需要n↑↑（大于5000rpm）； ● 多级叶轮（10级以上），直径逐渐缩小； ● T 变化大，需段间冷却器。 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。
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1-8-3-6 真空泵