第三章 气体的压缩与输送

Pt = ( p 2 − p 1 ) + u
2 2
p 2 - p1
2
称为静风压
ps
2
ρ = ps + pk
u 2 ρ /2称为动风压
通风机性能表上所列出的风压为全风压。 通风机铭牌上的风压 如果操作条件与标定条件不同可用公式换算。
p t 0 是用空气测定的，
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③轴功率和效率
p轴 =
Ρtq v 1000 η
• 一、离心式通风机
第三节 离心式气体输送机械
离心式通风机是一种广泛应用的低压气体的输送设备。 风压：风机对单位体积气体所做的有效功。（全风压） 符号：pt；单位:Pa。 根据风压的不同，将离心式通风机分为三类： 低压离心式通风机：出口风压低于1KPa（表压） 中压离心式通风机 出口风压低于1~3×KPa（表压） 高压离心式通风机：出口风压低于3~15×kPa（表压） 1．离心式通风机的构造和工作原理 离心式通风机的构造和工作原理与离心泵大致相同。 图3-4所示。
设风机进口为截面1-1， 风机出口为截面2-2，
根据柏努利方程，单位体积气体通过通风机所获得的风压为：
pk P t = ( z
2
− z1 ) ρ g ρ ( p +
2
−
p
1
) + (u
2 2
− u
2 1
)ρ / 2 + ρ
∑
h
损 1− 2
假定气体的密度 ρ 为常数，通风机直接从大气吸入空气，u 1 =0 忽略流动阻力。 简化上式得： 式中
η
的关系。
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二、离心式鼓风机和压缩机 1．离心式鼓风机 离心式鼓风机又称透平鼓风机，其结构类似于多级离心泵。 一般离心式鼓风机的风量较大，但风压不太高，终压小于300kpa（表压），压缩比 不高，所以级间不需冷却装置。 2．离心式压缩机 （1）离心式压缩机的主要结构与工作原理 1 离心式压缩机又称透平压缩机，其主要构造和工作原理都与离心式鼓风机相似。只是 叶轮的级数更多，转速也高于离心鼓风机的转速，可达到3500～8000r/m，故能产生 较高的压力，其压力范围为0.4～10MPa。由于气体的压缩比较高，气体体积变化就 比较大，温度升高较为显著。因此，离心式压缩机常分成几段，每段包括若干级。 叶轮直径与宽度逐段缩小，段与段之间设冷却器，以免气体温度过高。
效率反映了风机中能量的损失程度。一般来讲，在设计风量下风机的效率最高。 通风机的效率一般在70%~90%。 （2）离心通风机的特性曲线（图3-5） 离心通风机在出厂前需用空气在压力101.3kPa， 温度20℃,密度为1.2kg/m3实验条件下测定特性曲线
、
和性能参数，即离心通风机名牌上的风量、全风压、 轴功率和效率等。 图中显示了在一定转速下，风量qv 、全风压 p t 轴功率 p 轴 和效率
q v = Asn
q v = ( 2 A - a)sn
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考虑到压缩机的各种泄漏等因素的影响，使实际吸气量比理论吸气量低，实 际生产能力为：
q v实 = λ q v
λ
三、多级压缩
——送气系数，由试验测得或取自经验数据，一般数值为0.7~0.9
多级压缩是在几个串联气缸 中进行的气体压缩过程。 采用多级压缩的理由： 1.避免压缩后气体温度过高。 2.可减少功耗。 3.提高气缸容积利用率。
图3-3三级压缩流程示意图 1、4、7-气缸； 3、6、9-油水分离器； 2、5-中间冷却器； 8-出口气体冷却器
4.使压缩机的结构更为合理。
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四、往复式压缩机的操作、运转及维护 1．往复式压缩机的正常操作及运转 操作过程中应随时注意压缩机各级气缸进、出口气体的压力和温度，检查冷却后气体 的温度和冷却水的温度，严格按工艺指标控制，经常检查各级进、出口阀门的工作情况， 检查压缩机的润滑情况，定期加润滑油，定期排放各级中间冷却器、油水分离器中的油、 水，以及所有零件接缝处的密封情况等。 2．往复式压缩机排气量的调节 （1）补充余隙调解法。 （3）顶开吸入阀调节阀。 （5）改变转速调解法。 （2）旁路回流调节法。 （4）降低吸入压力调解法。 （6）改变操作台数调解法。
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（2）离心式压缩机的特性曲线与流量调节 离心式压缩机的特性曲线由实验测得 它与离心泵的特性曲线很相像，但其最小流量不等于零， 而等于某一定值。 特性曲线上标明最小流量 qvmin 和最大流量 q v
max
它是实际操作的流量 qv 的范围，在此范围内操作效率较高，
离心压缩机流量调节方法。 是离心压缩机稳定工况区。
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第三章 气体的压缩与输送 第一节 气体压缩与输送的主要任务 气体压缩与输送在化工生产中应用十分广泛，主要用于：气体输送、产生高压气体 和产生真空。 压缩和输送气体的机械统称为气体压缩机械。 气体输送机械的特点 ： （1） 气体的密度小，输送一定质量的气体时，其流量大， 故气体输送机械的体积较大 （2） 气体输送管路的流速较大，流动阻力较大，因此输送相同的质量流量， 气体输送 要求提供的压头相应也更高 。 （3） 由于气体的可压缩性，在输送机械内部气体压强变化时，其体积和温度随之而变。 故结构设计更为复杂，选用上必须考虑的影响因素也更多。 气体输送机械的分类 ： 按工作原理可分为：往复式、离心式、旋转式和流体作用式。
第二节 往复式压缩机 一、往复式压缩机的主要构造和工作原理 1．往复式压缩机的主要构造 主要工作部件为气缸、活塞、吸入阀和排出阀。
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2．往复式压缩机的工作原理 往复式压缩机和往复泵在结构和装置上的不同之处： （1）必须有散热装置；（2）必须有润滑装置； （3）必须控制余隙的大小（4）对吸排气阀要求更高。 开始时刻 1.压缩阶段 活塞位于最右端，点1 P1,V1, 向左运动 吸排气阀关闭 P2,V2, P2不变
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气体输送机械可按照出口气体的压力（终压）或出口与进口气体绝对压力 的比值（压缩比）来分类，见表3-1。 表3-1气体输送机械按终压和压缩比分类
名称 通风机 鼓风机 压缩机 真空泵
终压（表压） ≤15kPa 15～300kPa ﹥300kPa 当时当地的大气 压
压缩比 1～1.15 ﹤4 ﹥4 由真空度决定
图3-11水环真空泵 1-外壳；2-叶片；3-水环；4-吸入 口；5-排出口
三、真空喷射泵
如图3-12所示，为单级蒸汽喷射泵。 单级蒸气喷射泵仅能达到90%的真空， 为了达到更高的真空度，就需采取将几个水蒸气喷射泵 串联起来操作，可获得更大的真空度。
当流量小于 qvmin 时,压缩机将出现不稳定的工作状态，称为“喘振”。
离心压缩机流量调节方法
①调节出口阀开度 ③调节转速 ②调节出口阀开度 ④回流支路或放空调节
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第四节 旋转式气体输送机械
旋转式气体输送机械与旋转泵相似，机壳中有一个或两个旋转的转子，没有活塞和阀门等装置。 旋转式风机的特点 结构简单、紧凑、体积小，排气连续均匀，使用于压力不大而流量较大的场合。 一、罗茨鼓风机 工作原理和旋转泵相似，结构如图3-8所示。 其特点为 ①风量与转速成正比； ②转子之间和转子与机壳之间的间隙会造成气体泄漏，从而使效率降低， 效率一般为0.87~0.94，在表压为4kPa附近效率最高； ③该风机的出口应安装稳压罐与安全阀,出口阀门不能关闭， 一般用旁路方法调节流量； ④结构简单无阀门，不用冷却和润滑，可得洁净空气， 适用于低压力场合的气体输送和加压，可以多级串联使用； ⑤使用时，温度不能超过85℃，否则会使转子受热膨胀而发生碰、卡现象。
直至点2，排气阀被顶开之前 2.排气阶段
图3-2往复压缩机 的工作过程
继续向左 排气阀打开 P2,V3,
直至最左端，点3 3. 膨胀阶段 向右运动
吸排气阀关闭 P1,V4, P1不变
直至点4，吸气阀被顶开之前 4.吸气阶段 继续向右
吸气阀打开
直至最左端，点1
P1,V1,
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二、往复式压缩机的生产能力（送气量） 送气量：单位时间内排出的气体体积折算成吸入状态下的数值。 若没有余隙容积，往复式压缩机的理论吸气量与往复泵的类似。 1．理论生产能力 单缸、单动往复式压缩机 单缸、双动往复式压缩机 2．实际生产能力 （1）由于有余隙容积，余隙气体膨胀后占据了部分气缸容积，使实际吸气量比 理论吸气量低 。 （2）吸入阀有一定的阻力，致使气缸内压强低于吸入管的压强，气体膨胀， 使实际吸气量比理论吸气量低。 （3）气缸内的温度高于吸入气体的温度，使吸入气缸内的气体立即膨胀
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离心式通风机的结构特点： ①叶轮直径较大 ——适应大风量 ②叶片数较多 ③叶片有平直、前弯、后弯 ④机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常为矩形 2．离心通风机的性能参数与特性曲线 （1）离心通风机的性能参数 ①风量：单位时间内从风机出口排出的气体体积，并以风机进口处的气体状态计。 符号：qv，单位:m3/h。 ②风压（全风压） :单位体积的气体通过风机时所获得的能量。 符号：pt；单位:Pa。 风压的大小取决于风机的结构、叶轮直径和转速，并正比于气体的密度。 风压一般由试验测定。
一、往复式真空泵 往复式真空泵的构造和原理与往复式压缩机基本相同， 只是其吸入阀、排出阀 要求更加轻巧，启闭更灵敏。
真空泵需有降低余隙影响的装置，即气缸两端设置平衡气道
图3-10平衡气道
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二、水环真空泵 水环真空泵属于旋转式真空泵，结构如图所示。 此类真空泵的结构简单、紧凑,没有阀门，易于制造与维修。 由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。 适用于抽吸含有液体的气体，尤其是有腐蚀性或爆炸性气体。 属湿式真空泵，真空度可达86kPa，但效率只有30%~50%。 86kPa 30%~50%
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二、液环压缩机（纳氏泵） 如图3-9所示, 适用于气液混合物、腐蚀性、爆炸性气体的压缩与输送。 第五节 真空泵 真空是指压力低于大气压的物理环境。真空被化为低真空、中真空、 高真空、超高真空四个区域，各区域的真空范围如表3-2所示。 真空泵可分为干式和湿式两大类 一、往复式真空泵 干式真空泵只能从容器中抽出干燥气体，其真空度可达96~99%。 湿式真空泵在抽吸气体时允许带有较多的液体，产生的真空度为85~90%。