气体输送机械

第四节气体输送机械

一概述

1．气体输送机械在工业生产中的应用

①气体输送：为了克服管路的阻力，需要提高气体的压力。纯粹为了输送的目的而对气体加压，压力一般都不高。但气体输送往往输送量很大，需要的动力往往相当大。

②产生高压气体：化学工业中一些化学反应过程需要在高压下进行，如合成氨反应，乙烯的本体聚合；一些分离过程也需要在高压下进行，如气体的液化与分离。这些高压进行的过程对相关气体的输送机械出口压力提出了相当高的要求。

③生产真空：相当多的单元操作是在低于常压的情况下进行，这时就需要真空泵从设备中抽出气体以产生真空。

2．气体输送机械的一般特点

①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。

②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。

③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。

3．气体输送机械的分类

气体输送机械也可以按工作原理分为离心式、旋转式、往复式以及喷射式等。按出口压力（终压）和压缩比不同分为如下几类：

①通风机：终压（表压，下同）不大于15kPa（约1500mmH2O）,压缩比1至1.15

②鼓风机：终压15~300kPa，压缩比小于4。

③压缩机：终压在300kPa以上，压缩比大于4。

④真空泵：在设备内造成负压，终压为大气压，压缩比由真空度决定。

二离心式通风机

1．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。

①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。

②叶轮上叶片的数目比较多。

③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。

离心通风机及叶轮

1—机壳; 2—叶轮; 3—吸入口; 4—排出口

2

④机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而为矩形。 2．离心式通风机的性能参数和特性曲线

（1）风量：按入口状态计的单位时间内的排气体积。m 3

/s ，m 3

/h （2）全风压t p ：单位体积气体通过风机时获得的能量，J/m 3

，Pa 在风机进、出口之间写柏努利方程：f

t

h

u u p p z z g p ∑+-+

-+-=2

)

()()(2

1221212ρρ

式中，g

z z ρ)(12

-可以忽略；当气体直接由大气进入风机时，0

1

=u ，再忽略入口到出口的

能量损失，则上式变为：

k

st t p p u p p p +=+

-=2

)(2

2

12ρ

说明①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st p ；另一部分为进出口的动压头差，习惯上称为动风压k p 。

②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。

（3）轴功率和效率

1000

⋅⋅=

ηt

p Q N ；1000

⋅⋅=

N p Q t η

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20

.10

=ρkg/m 3

,相应的全风压和

静风压分别记为0t p 和0st p

（4）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0t p ~Q 、0st p ~Q 、N ~Q 和Q

~η四条曲线。

3．离心式通风机的选型

（1）根据气体种类和风压范围，确定风机的类型

（2）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

0..t t p p E B →→；ρ

ρ

ρ2

.100=

=t

t p p

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。

例题2 气体密度对风机流量的影响。用离心通风机将空气送至表压为490.5Pa 的锅炉燃烧室，通风机的特性曲线如图所示。已知在夏季（气温为20︒C ，大气压为101.3Kpa ）管路中的气体流量为2.4kg/s ，且流动已进入阻力平方区。试求在冬季气功温降为-20︒C 、大气压不变的情况下，管路中的气体质量流量为多少？

离心式通风机特性曲线

解：由给定条件可知，在夏季气体状态与风机特性曲线测定条件相同，空气密度为

3

/2.1m

kg =ρ。于是通风机在夏季的体积流量为

s

m

G

Q /22

.14.23

==

=

ρ

由通风机的特性曲线查得，此时风机产生的风压为kPa

p T 5.2=。于是夏季通风机的工作点

为（2，2.5）。该点应该落在管路特性曲线上。管路特性曲线可通过在风机入口和锅炉燃烧

室之间写柏努利方程得到：

()2

2

12

5.4902

Q

K u

d l p p p T ρρζλ+=⎪

⎭⎫ ⎝⎛∑++-=

其中K 值按下式定义：4

2

8d

d l K

πζλ⎪

⎭⎫

⎝⎛∑+=

将工点数据代入至p T 表达式中，可得K 值为418.6。

在冬季，空气密度为3

/4.120

273273

4.2229

'm

kg =-=

ρ。管内流动已进入阻力平方区，因此

K 值不变。在冬季管路所需要的风压与流量的关系为

()2

2

12

'6.4185.4902

'Q

u

d l p p p T ρρζλ+=⎪

⎭⎫ ⎝⎛∑++-=

将上式换算成风机测定状况下的风压：

2

'6.4185.490''Q

p p T

T ρρ

ρ+==

于是：

2

2

2

3.502

4.4202.16.4184

.12.15.4906.418'

5

.490Q

Q Q

p T +=⨯+=+=ρρρ

这是冬季工作条件下的管路特性曲线，它与风机特性曲线的交点A 即为风机在冬季的工作点，由A 点可知时，冬季送风体积流量为2.03m 3/s ，相应的质量流量为2.84kg/s 。 点评（1）当气体的压缩性可以忽略时，气体输送路的计算与液体输送管路计算相似，所不同的是风机本身及其管路特性曲线与空气的密度有关。因此当输送的不是常温、常压空气时，管路特性曲线应事先加以换算。

（2）用同样的管路输送气体，气体的温度降低，密度增大，质量流量可能有明显的增加。