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本文介绍了几款气力输送机械设备的特点,工作原理及构造。并比较详细的介绍了气力输送设备的分类与用途。

气体输送的特点

( 1 ) 气体密度小 (约为液体密度的 1/1000 左右),对一定的质量流量, 体积流量很大气体输送管路中的流速要比液体输送管路的流速大得多液体在管道中的经济流速为 1 ~ 3 m/s :而气体为 15 ~ 25 m/s ,约为液体的 10 倍。若利用各自经济流速输送同样的质量流量,经相同管长后气体的阻力损失约为液体阻力损失的 10 倍。

( 2 )气体因具有可压缩性,故在输送机械内部气体压强发生变化的同时,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。对润滑油的工作有影响,严重时会损坏机械;另外单机压缩比不能太大,否则要增大冷却装置。

 

气体输送机械的分类

( 1 )根据它所能产生的 进、出口压强差(如进口压强为大气压,则压差即为表压计的出口压强)或压强比(称为压缩比

a 、通风机:出口压强(表压)不大于 £ 15 kPa ,压缩比为 1 ~ 1.15 ;

b 、鼓风机:出口压强(表压)为 15 ~ 300 kPa ,压缩比 ≤ 4 ;

c 、压缩机:出口压强(表压)为 300 kPa 以上,压缩比 >4 ;

d 、真空泵:用于减压,出口压强(表压)为 0.1MPa (大气压),主要使容器或设备内造成真空(将其中气体抽出),其压缩比由真空度决定。

( 2 )根据工作原理:

a 、离心式:如通风机;

b 、正位移式:如Y型往复压缩机;

c 、真空泵。

( 3 )根据应用:

•  输送气体:流量大,压头小(如通风机、鼓风机);

b 、产生高压气体:如合成氨、甲醇反应(如压缩机,分离心式和往复式);

c 、产生真空:吸入负压,常压排出(如真空泵)

 

5.2 离心式通风机

 

        图2-22     离心通风机

1 、工作原理

离心式通风机在工业生产中常用于输送气体,其工作原理与离心泵完全相同,即依靠叶轮的旋转运动产生离心力以提高气体的压力。

 

2 、构造

与离心泵也大同小异,但蜗壳形机壳内逐渐扩大的气体通道及出口的截面有方形(矩形)和圆形两种。一般中、低压通风机多是方形,高压为圆形。与离心泵相比,离心式通风机的叶轮直径比较大(为适应输送量大和压头高的要求),叶轮上叶片数目比较多而且长度较短,叶片有平直(低压风机)、后弯或前弯叶片(中、高压风机)。通风机的叶片形状并不一定是后弯的,为产生较高压头也有径向或前弯叶片。前弯叶片可使结构紧凑,但效率低,功率曲线陡升,易造成原动机过载。因此,**高效风机则都是后弯叶片。

 

3 、离心式通风机的主要性能参数与特性曲线:

离心式通风机的主要性能参数和离心泵相似,主要包括流量(风量)、全压(风压)、功率和效率。

( 1 )风量:单位时间通过进风口的气体体积流量。注意气体的体积按进口状况计。

( 2 ) 全压(又称风压)pT:单位体积气体所获得的机械能。其因次为 [M L-1T-2 ] , SI 单位为 N/m2,与压强相同。此参数相当于离心泵的扬程。根据所产生的全压大小,离心式通风机又可分为低压(pT ≤ 1 k Pa )、中压(pT = 1~3 k Pa )、高压(pT = 3~15 k Pa )离心式通风机。

通风机的风压与气体密度成正比。以单位体积( 1m3 )气体为计算基准,对通风机进、出口截面(分别以下标 1 、 2 表示)作机械能衡算,可得通风机的全压:                                ( 2-26)

因式中(Z2 - Z1ρg可以忽略,当空气直接由大气进入通风机时,u1也可以忽略,则上式简化为:

                                              ( 2-27)

通风机的压头由两部分组成:压差(p2 - p1)为风机提供的静压头,习惯上称为静风压ps;而ρu22 / 2 称为动风压pK。对离心泵而言,扬程主要来自于泵出口和泵入口之间的压强差,其他项所占分量都很小,泵进、出口处的动能差很小,可以忽略。但对通风机,静压能这一项并不是很大,而气体出口速度很大,故出口气体的动能却不能忽略。因此,与离心泵相比,通风机的性能参数多了一个动风压pK

通风机的风压与气体密度成正比(而离心泵的扬程不随流体的密度变化)。而通风机性能表上所列风压,一般是在试验介质为压强为0.1 M Pa 、温度为 20 ° C 的空气( ρ'= 1.205 kg/m3)测定的。因此,在选用通风机,如所输送气体的密度与试验介质相差较大,应先将实际所需全压pT换算成试验状况下的全压pT',然后根据产品样本中的数据确定风机的型号。由全压公式可知,全压换算可按下式进行:

                                               ( 2-28)

( 3 )离心式通风机的轴功率为:

                                               ( 2-29)

图2-23离心通风机的特性曲线

η 为全压效率(因按全风压定出)。 PT 与 qv应为同一状态下的数值。离心式通风机在设计流量下的 η 约 70~90 % 。

 

( 4 )离心通风机的特性曲线:

四条:pT ~ qVps ~ qVPa ~ qVη ~ qV

 

 

5.3 往复式压缩机

1 、结构与工作原理

与往复泵相似。但因为气体的密度小、可压缩。故压缩机的吸入和排除活门必须更加灵巧精密;为移除压缩放出的热量以降低气体的温度,必须附冷却装置。

 

图2-24  往复泵压缩机的工作过程

2 、工作过程

右图为单作用往复式压缩机的工作过程。

当活塞运动至气缸的*左端(图中 A 点),压出行程结束。但因为机械结构上的原因,虽则活塞已达行程的*左端,气缸左侧还有一些容积,称为 余隙容积。 由于余隙的存在,吸入行程开始阶段为余隙内压强为 p2的高压气体膨胀过程,直至气压降至吸入气压p1(图中 B 点)吸入活门才开启,压强为 p1的气体被吸入缸内。在整个吸气过程中,压强p1基本保持不变,直至活塞移至*右端(图中 C 点),吸入行程结束。当压缩行程开始,吸入活门关闭,缸内气体被压缩。当缸内气体的压强增大至稍高于 p2(图中 D 点),排出活门开启,气体从缸体排出,直至活塞移至*左端,排出过程结束。

压缩机的一个工作循环是由膨胀、吸入、压缩和排出四个阶段组成。 四边形 ABCD 所包围的面积,为活塞在一个工作循环中对气体所做的功。

 

3 、过程分析:

根据气体和外界的换热情况,压缩过程可分为等温( CD'' )、绝热( CD' )和多变( CD )种情况。由图可见,等温压缩消耗的功*小,因此压缩过程中希望能较好冷却,使其接近等温压缩。

实际上,等温和绝热条件都很难做到,所以压缩过程都是介于两者之间的多变过程。如不考虑余隙的影响,则多变压缩后的气体温度T2和一个工作循环所消耗的外功 W 分别为:

                                               ( 2-30)

式中k称为多变指数,为一实验常数;VC为吸入容积。

上式说明,影响排气温度T2和压缩功W的主要因素是:

( 1 )压缩比愈大, T2W也愈大;

( 2 )压缩功 W与吸入气体量(即式中的p1VC)成正比;

( 3 )多变指数 k愈大则T2W也愈大。压缩过程的换热情况影响k值,热量及时全部移除,则为等温过程,相当于k=1;完全没有热交换,则为绝热过程,k= γ (气体绝热指数);部分换热则 1 < k < γ。值得注意的是 γ大的气体 k也较大。空气、氢气等 γ= 1.4 ,而石油气则 γ = 1.2 左右,因此在石油气压缩机用空气试车或用氮气置换石油气时,必须注意超负荷及超温问题。

压缩机在工作时,余隙内气体无益地进行着压缩膨胀循环,且使吸入气量减少。余隙的这一影响在压缩比p2/p1大时更为显著。当压缩比增大至某一极限值时,活塞扫过的全部容积恰好使余隙内的气体由p2膨胀至p1,此时压缩机已不能吸入气体,即流量为零。这是压缩机的极限压缩比。此外,压缩比增高,气体温升很高,甚至可能导致润滑油变质,机件损坏。因此,当生产过程的压缩比大于 8 时,尽管离压缩极限尚远,也应采用多级压缩。

下图为两级压缩机示意图。在**级中气体沿多变线 ab 被压缩至中间压强 p,以后进入中间冷却器等压冷却到原始温度,体积缩小,图中以 bc 线表示。在第二级压缩中,从中间压强开始,图中以 cd 线表示。这样,由一级压缩变为两级压缩后,其总的压缩过程较接近于等温压缩,所节省的功为阴影面积 bcdd' 所代表。

图2-25     两级压缩机

在多级压缩中,每级压缩比减小,余隙的不良影响减弱。

往复压缩机的产品有多种,除空气压缩机外,还有氨气压缩机、氢气压缩机、石油气压缩机等,以适应各种特殊需要。

往复式压缩机的选用主要依据生产能力和排出压强(或压缩比)两个指标。生产能力用 m3 /min 表示,以吸入常压空气来测定。在实际选用时,首先根据所输送气体的特殊性质,决定压缩机的类型,然后再根据生产能力和排出压强,从产品样本中选用适用的压缩机。

与往复泵一样,往复式压缩机的排气量也是脉动的。为使管路内流量稳定,压缩机出口应连接气柜。气柜兼起沉降器作用,气体中夹带的油沫和水沫在气柜中沉降,定期排放。为安全起见,气柜要安装压力表和安全阀。压缩机的吸入口需装过滤器,以免吸入灰尘杂物,造成机件的磨损。

(2014-08-27发布,点击:)
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