化工原理第二章第二节讲稿

（1）调节转速；（2）旁路调节；（3）改变气缸余隙体积
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。
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四、真空泵
从设备中或系统中抽出气体，使其处于绝对压强低于外 界大气压的状态，所用的输送机械称为真空泵。实质上真空 泵也是气体压缩机械，只是它入口压强低，出口为常压。化 工厂中较常用的型式有：
到所需要的终压。 往复式压缩机的排气是脉
2 2 3 2
动的，可在出口处安装贮
气罐，既可使气体平稳输 出，又可使压缩机气缸带 出的油沫和水分离。
1 1
3 3
1
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讨论：
（1）采用多级压缩的原因：
①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；
②压缩终了气体温度过高，会引起气缸内润滑油碳化或油雾
在40kPa附近效率较高。
(3)流量调节一般用支路调节，出口阀不能完全关闭，且 操作温度≯80-85oC
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2、液环压缩机
液环压缩机也称纳氏泵，由略呈椭圆性的外壳和旋转叶轮所 组成，叶轮在存有适量液体的壳体内旋转，由叶片带动，液 体在离心力作用下抛向壳体周边形成椭圆形液环。椭圆形长 轴处则形成两个月牙形空隙，供气体吸入和排出。当叶轮旋 转一周时，在液环和叶片间所形成的密闭空间逐渐变大和变 小各两次，气体从两个吸气口进入机内，从两个排气口排出 。 液环压缩机使气体只与叶轮接触而不与壳体接触，可用
3）离心通风机的选用
选择离心通风机的主要步骤为： （1）根据气体的种类（清洁空气、易燃气体、腐蚀性气体 、含尘气体、高温气体等）与风压范围，确定风机的类型, 按其用途分为排尘通风(C)、防腐蚀(F)、工业炉吹风(L)、耐高 温(W)、防爆炸(B)、冷却塔通风(LF)，一般通风换气(T)等。 （2）计算输送系统所需风量Q和风压HT风量根据生产任务规 定值换算为进口状态计的气体流量；所需实际风压HT′按柏努 利方程进行计算，然后换为实验条件下的HT；
种，一般低、中压通风机多为矩形。
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1－机壳；2－叶轮 3－吸入口；4－排出口
2）离心通风机的性能参数与特性曲线

（1）风量： 指气体通过进风口的体积流率，以Q表示，单 位为m3/h或m3/s，气体的体积按进口状态计。
（2）风压： 指单位体积的气体（以进口处气体状况计）通过
通风机时所获得的能量，单位为Pa 。 全风压以
于输送腐蚀性气体。
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三、往复式压缩机 （Reciprocating Compressor） 结构：主要部件有气缸、活塞、吸入和压出活门。
工作原理：与往复泵相似，依靠活塞往复运动和活门的交替
动作将气体吸入和压出。 气体在压缩过程中体积缩小、密度增大、温度升高。 1、往复压缩机的工作过程 理想压缩循环： 吸气、压缩、排气三个过程。
第二章 流体输送机械
第二节 气体输送和压缩机械
一、离心通风机、鼓风机 与压缩机
二、旋转鼓风机、压缩机
三、往复压缩机
四、真空泵
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共性：气体和液体同为流体，输送机械工作原理基本相似。 特性：由于气体密度远较液体小且可压缩。 (1) 一定质量流量下气体体积流量大，输送机械的体积较大；
(2) 气体输送管路的常用流速要比液体大得多(一般约10倍)，
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一、离心式通风机、鼓风机与压缩机
1、离心式通风机
离心式通风机仅对气体有输送作用，按所产生的风压不 同可分为： 低压离心通风机：出口风压低于0.9807kPa (表压)； 中压离心通风机：出口风压为：0.9807~2.942kPa (表压) 高压离心通风机 ：出口风压为：2.942~14.7kPa (表压) 1）离心式通风机的结构
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（3）据所要求的风量与全压，从产品样本或规格目录中的 特性曲线或性能表格中查得适宜的类型与机号。 （4）核算风机的轴功率，特别当气体密度与实验条件下密
度相差大时。
例2-1 用风机将20℃，38000kg/h的空气送入加热器加热到 100℃ ， 然 后 送 入 常 压 设 备 内 ， 输 送 系 统 所 需 全 风 压 为
1）水环真空泵
水环真空泵的外形呈圆形，外壳内有一个偏心安装的叶轮，
上有辐射状叶片，水环真空泵的壳内注入一定量的水，当叶
轮旋转时，在离心力的作用下将水甩至壳壁形成水环。
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水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成大小不同的密封室。 当小室增大时，气体从吸入口吸入，当小室从大变小时，气体 由压出口排出。 水环真空泵属湿式真空泵， 结构简单。由于旋转部分没 有机械摩擦，使用寿命长，
。
若实际操作条件与上述试验条件不同，应将操作条件下
的风压HT’换算为试验条件下的风压HT，然后按HT的数值来选 择风机。
1.2 HT HT ' HT ' ' '
HT Q 1000
（3）功率和效率 离心通风机的轴功率为： N
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（4）特性曲线
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并且有一固定的导轮。图为一台五级离心鼓风机的示意图。 气体由吸入口进入后，经过第一级的叶轮和导轮，然后转入
第二级叶轮入口，再依次逐级通过以后的叶轮
和导轮，最后由排气口排出。
离心通风机的送气量大，但所产生的风压仍不太高，出口
表压强一般不超过294×103Pa。由于在离心鼓风机中，气体 的压缩比不高，所以无需设置冷却装置，各级叶轮的直径也 大致上相等。
风压为HＴ＝ＨT′ρ/ρ′ ＝1200×1.2/0.946=1522Ｐa>1422Pa，可见
原风机在同样转速下已不能满足要求。 2、离心鼓风机和压缩机 1）离心鼓风机 离心鼓风机外形与离心泵相象。蜗壳形的通道为圆形，但 其外壳直径与宽度之比较大，叶轮上数目较多，转速较高。
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爆炸等问题； ③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。
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（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。 4、往复式压缩机的流量调节
2 2
简化为
H T ( p2 p1 )
u2 2
2
（p 2－p1）称为静风压，以HSt表示;
u 2
2
2
称为动风压。
离心通风机的风压为静风压和动风压之和，称为全风压。
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风压与被输送气体的密度ρ成正比，风机性能表上列出风
压是按“标准状态”下(20℃，1.01×105Pa)的空气密度测定的
HT表示。取决于风机的结构，叶轮尺寸，转速与 进入风机的气体的密度。 目前，还不能用理论方法精确计算离心通风机的风压， 而是由试验测定。
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在通风机的进口截面1-1’和出口截面2-2’间列柏努力方程：
H t ( z2 z1 ) g ( p2 p1 ) (u2 u1 ) / 2 h f 12
1200Pa(以60℃，常压计)，选择一台合适的风机。若将已选
的风机置于加热器之后，核算是否仍能完成输送任务。
解：①因输送的气体为空气，故选用一般通风机T4-72型。
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风机进口为常压，20℃，空气密度为1.2kg／m3，故风量：
Q＝38000/1.2＝31670m3／h
60℃，常压下空气密度ρ′＝１.06kg/m3，故实验条件下风压为： HＴ＝ＨT′ρ/ρ′＝1200×1.2/1.06＝1359Ｐa 按照Q＝31670m3／h， HＴ＝1359Ｐa 查附录二十六(一)得4-72-11№10C型离心通风机可满足要求；其
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，
V1 V4 此时余隙气体膨胀将充满整个气缸，实际吸气量为零。
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，
3．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
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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。

V3 V1 V3
0
V1 V4 V1 V3
余隙系数与容积系数的关系为：
p 1 / m 0 1 2 1 p 1
性能为：
n=1000r/min,Q=32700m3／h， HT＝1422Ｐa, N＝16.5kＷ 核算轴功率：实际需轴功率 N′＝Ｎρ′/ρ＝16.5×1.06/1.2＝14.6kＷ 故满足要求。
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②风机置于加热器后，100℃，常压时ρ′＝0.946kg/m3，故风量
为：Q＝38000/0.946＝40170m3／h
优点：流量大而均匀，体积小，运转平稳，容易调节，维护
方便。 2013-10-16
二、旋转鼓风机、压缩机
旋转鼓风机、压缩机与旋转泵相似，机壳内有一个或
两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。
特点：构造简单、紧凑、体积小、排气连续而均匀，
适用于所需压强不高且流量大的情况。
1、罗茨鼓风机
罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵相似，机壳内有两个渐开
操作可靠。适用于抽吸夹带