1、2023-6-25第二章第二章流体输送机械第三节第三节 气体输送设备气体输送设备一、概述一、概述二、离心式通风机二、离心式通风机三、鼓风机和压缩机三、鼓风机和压缩机四、真空泵四、真空泵2023-6-25一一 、概述、概述1、气体输送机械在工业生产中的应用、气体输送机械在工业生产中的应用提供能量提供能量 为了克服管路的阻力，需要提高气体的压力。【特点特点】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输送量很大，需要的动力往往相当大动力往往相当大。2023-6-25产生高压产生高压 化学工业中一些化学反应化学反应过程需要在高高压下压下进行，如合成氨反应，乙烯的本体聚合；
2、一些分离过程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。形成真空形成真空 相当多的单元操作是在低于常压低于常压的情况下进行，这时就需要真空泵真空泵从设备中抽出气体以产生真空。2023-6-252、气体输送机械的一般特点、气体输送机械的一般特点动力消耗大动力消耗大 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流速比液体要大得多液体要大得多，前者的经济流速（1525m/s）约为后者（13m/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阻力损失约为液体的损失约为液
3、体的10倍倍。因而气体输送机械的动力消耗往往很大。2023-6-25体积庞大体积庞大 由于输送量大，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。参数改变参数改变 由于气体的可压缩性可压缩性，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体积和温度也将随之发生变化变化。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气体输送机械需要根据出口压力来加以分类加以分类。2023-6-253、气体输送机械的分类、气体输送机械的分类 气体输送机械按出口压力出口压力（终压）和压缩比压缩比不同分为如下几类：通风机通风机：终压（表压，下同）不大于15k
4、Pa（约1500mmH2O）,压缩比1至1.15；鼓风机鼓风机：终压15300kPa，压缩比小于4；压缩机压缩机：终压在300kPa以上，压缩比大于4；真空泵真空泵：在设备内造成负压负压，终压为大气压，压缩比由真空度决定。2023-6-25二二 、离心式通风机、离心式通风机1、离心式通风机的结构特点、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工作原理与离心泵相同，结构也大同小异。但由于输送对象的不同，相对于离心泵而言，存在以下特点：为适应输送风量大的要求，通风机的叶轮直径叶轮直径一般是比较大比较大的。叶轮上叶片的数目比较多数目比较多。2023-6-25叶片有平直的、前弯的、后弯的
5、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，用前弯叶片前弯叶片有利于提高压头，减小叶轮直径。（离心泵的叶片离心泵的叶片通常为后弯通常为后弯）机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而通道及出口截面常不为圆形而为矩形为矩形。2023-6-25离心通风机的蜗装壳体离心通风机的蜗装壳体气体出口气体出口气体入口气体入口蜗装外壳蜗装外壳2023-6-25直联式离心通风机实物图直联式离心通风机实物图2023-6-25非直联式离心通风机实物图非直联式离心通风机实物图2023-6-25电机与离心通风机的连接电机与离心通风机的连接2023-6-252023-6-25多翼式叶轮多翼
6、式叶轮【特点特点】叶片平直，且数目多。2023-6-25多翼式离心通风机实物图多翼式离心通风机实物图2023-6-25涡轮式叶轮涡轮式叶轮【特点特点】叶叶片弯曲，且片弯曲，且数目少。数目少。2023-6-25涡轮式离心通风机实物图涡轮式离心通风机实物图2023-6-252、离心式通风机的工作原理、离心式通风机的工作原理（1）气体进入叶轮中心后，作圆周运动；（2）首先得到动能动能；（3）一部分在蜗装壳体内转换成静压能静压能。2023-6-25【定义定义】用以描述一台离心式通风机性能的一组物一组物理量理量，该组参数通常标注在铭牌铭牌上。包括：（1）流量（风量）；（2）风压；（3）轴功率；（4）效率
7、；（5）转速。何谓离心式通风机的性能参数？何谓离心式通风机的性能参数？3、离心式通风机的性能参数和特性曲线、离心式通风机的性能参数和特性曲线2023-6-252023-6-25（1）流量流量（风量风量 )【定义定义】按入口状态入口状态计的单位时间内流过风机进口单位时间内流过风机进口的气体体积的气体体积。以qv表示，单位为m3/s，m3/min或m3/h。【说明说明】通风机铭牌或手册铭牌或手册中所列的流量及各种性能参数是在标准条件标准条件下（20、101.3 kPa）用空气（密度为密度为1.2kg/m3）作介质测定的。2023-6-25【流量的换算流量的换算】在选用选用通风机时，如果实际的操作条
8、件操作条件与标准条标准条件件不同，应对操作条件下的流量进行换算，换算公式为：vvqq00式中 qv0标准条件下的流量；操作条件下气体的密度；0标准条件下气体的密度，1.2kg/m3。2023-6-25（2）风压风压【定义定义】单位体积气体流经通风机后所获得的机械单位体积气体流经通风机后所获得的机械能能。单位为Pa（J/m3），分为三种类型：（1）全风压；（2）静风压；（3）动风压。全风压全风压【定义定义】单位体积气体单位体积气体流经通风机后所获得的总（总（全部全部）机械能）机械能。以 pt 表示，单位为Pa。2023-6-25【全风压的确定全风压的确定】在通风机的进、出口截面之间列柏努利方程，
9、忽忽略两截面的位差和阻力损失略两截面的位差和阻力损失，则：guugppHss2212212式中 ps1通风机进口静压，Pa；ps2通风机出口静压，Pa；u1通风机进口气速，m/s；u2通风机出口气速，m/s。2023-6-25上式各项分别乘以g，则：)22()(212212uuppgHpsst全风压全风压pt的计算关系式的计算关系式静风压静风压（pst）【定义定义】气体流经通风机后的静压力差静压力差。以 pst 表示，单位为Pa。12sstsppp2023-6-252211upd动风压动风压（pd）2222upd【定义定义】气体流经通风机后的动压差动压差。以pd表示，单位为Pa。222122u
10、upd进口动压：出口动压：动风压：【动压动压】以压强的形式表示动能。2023-6-25【两点说明两点说明】通风机的全风压由两部分组成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；另一部分为进出口的动压差，习惯上称为动风压。在离心泵中，泵进、出口处的动能差很小，可以忽略。但对离心通风机而言，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动风压在全压中所占比例较高。dsttppp2023-6-25 若操作条件下（温度T、压力p）气体（空气或其他气体）密度与标准条件的空气密度01.2kg/m3不同，在选用通风机选用通风机之前，应先将操作条件
11、操作条件下所需要的全风压换算成标准条件标准条件下的全风压，其换算式为：tttppp2.100【全风压的换算全风压的换算】2023-6-25（3）功率与效率功率与效率有效功率有效功率（Pe）单位时间内通风机对气体提供的能量。Pept qv轴功率轴功率（P）单位时间内电动机传给传动轴的能量。效率效率（）有效功率与轴功率之比。理实vveqqPP2023-6-25（4）特性曲线特性曲线 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。特性曲线由离心通风机的生产厂家在离心通风机的生产厂家在1atm、20的条件用空气测定的条件用空气测定，主要有四条曲线：全风压流量曲线全风压流量曲线 ptqv；静风
12、压流量曲线静风压流量曲线 pstqv；轴功率流量曲线轴功率流量曲线 Pqv；效率流量曲线效率流量曲线 qv。2023-6-25qvptpstP离心通风机特性曲线离心通风机特性曲线全风压流量全风压流量曲线曲线 ptqv静风压流量静风压流量曲线曲线 pstqv效率流量曲效率流量曲线线 qv轴功率流量轴功率流量曲线曲线 Pqv2023-6-254、离心式通风机的选型、离心式通风机的选型（1）确定风（流）量和全风压风（流）量和全风压。风量根据生产任务风量根据生产任务来定；全风压按柏努利方程来求。来定；全风压按柏努利方程来求。但均要按标准条件进行校正，即：ttpp2.10（2）根据校正后的风量（qv0）
13、和全风压（pt0）在产品系列表中查找合适的型号合适的型号。vvqq2.10)22()(212212uuppgHpsst2023-6-25离心通风机的型号与性能表离心通风机的型号与性能表机号机号转速转速r/min全全 压压Pa流量流量m3/h电电 动动 机机型号功率kW4A29003893345221984122Y112MY132S2-24-7.54.5A29004933437431305868Y132S2-2Y160M2-27.5-115A29006090539442938050Y160M2-2Y 160L-215-18.56.3A290096708571858816103Y225M-2Y28
14、0S-245-752023-6-25三、鼓风机三、鼓风机 在工厂中常用的鼓风机有旋转式旋转式和离心式离心式两种类型。1、离心式鼓风机离心式鼓风机 离心式鼓风机 又称涡轮鼓风机涡轮鼓风机（turbo blower）、透平鼓风机透平鼓风机（turbine blower），其工作原理与离心工作原理与离心通风机相同，其结构与离心泵类似通风机相同，其结构与离心泵类似。主要由蜗形外蜗形外壳壳与叶轮叶轮组成。（1）离心式鼓风机的构造）离心式鼓风机的构造2023-6-25离心式鼓风机实物图离心式鼓风机实物图2023-6-25手摇式离心式鼓风机手摇式离心式鼓风机2023-6-25（2）离心式鼓风机的工作原理）离
15、心式鼓风机的工作原理 气体进入叶轮中心后，作圆周运动。首先得到动动能能，其中一部分在蜗装壳体内转换成静压能静压能。2023-6-25（3）离心式鼓风机的特点）离心式鼓风机的特点 离心式鼓风机的蜗壳形通道亦为圆形圆形；叶轮上叶片数目较多叶片数目较多；转速较高转速较高；叶轮外周都装有导轮导轮。由于单级离心鼓风机不可能产生很高的风压（一般不超过50kPa），故压头较高的离心鼓风机都是多多级级的。其风压可达0.3MPa。2023-6-25多级离心鼓风机实物图多级离心鼓风机实物图2023-6-25离心鼓风机内部结构离心鼓风机内部结构2023-6-252023-6-252、罗茨鼓风机、罗茨鼓风机（Root
16、s blower 旋转式鼓风机旋转式鼓风机）罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似。（1）罗茨鼓风机的构造）罗茨鼓风机的构造机壳机壳；转子转子（8字型、渐开摆线形）2023-6-25罗茨鼓风机的内部结构罗茨鼓风机的内部结构机壳机壳8字型转子字型转子2023-6-25（2）罗茨鼓风机的工作原理）罗茨鼓风机的工作原理气体入口气体入口气体出口气体出口高压区高压区低压区低压区2023-6-25罗茨鼓风机实物图罗茨鼓风机实物图气体入口气体入口气体出口气体出口2023-6-25【三叶罗茨鼓风机三叶罗茨鼓风机】【结构结构】三叶型罗茨鼓风机其工作原理与结构和传统二叶型相仿，主要由机壳和转子组成，只是转子转子的结构有
17、所不同，为三叶结构的结构有所不同，为三叶结构。【特点特点】三叶型罗茨鼓风机比传统的二叶型罗茨鼓风机节能节能1023%，当工作压力在规定范围内变动时，其流量变化小流量变化小。工作压力选择范围宽，气体脉动变化小、噪声低、结构简单，维修方便，振动小，使用寿命长。2023-6-25三叶罗茨鼓风机结构示意图三叶罗茨鼓风机结构示意图气体入口气体入口气体出口气体出口2023-6-252023-6-25三叶罗茨鼓风机转子三叶罗茨鼓风机转子2023-6-25（2）罗茨鼓风机的特点）罗茨鼓风机的特点 属于正位移型正位移型的罗茨风机风量与转速成正比，与风量与转速成正比，与出口压强无关出口压强无关。该风机的风量范围可
18、自2500m3/min，出口表压可达80kPa，在40kPa左右效率最高。该风机出口应装稳压罐稳压罐，并设安全阀安全阀；流量调节采用旁路旁路，出口阀不可完全关闭。操作时，气体温度不能超过85，否则转子会因受热臌胀而卡住。2023-6-25稳压罐稳压罐罗茨鼓风机实物图罗茨鼓风机实物图2023-6-25稳压罐稳压罐罗茨鼓风机实物图罗茨鼓风机实物图2023-6-25四、压缩机四、压缩机 在工厂中常用的压缩机有往复式往复式和离心式离心式两种类型。1、离心式压缩机离心式压缩机 离心式压缩机 又称涡轮压缩机、透平压缩机，其构造与离心鼓风机相似离心鼓风机相似，由转子和定子组成。（1）离心式压缩机的构造）离心
19、式压缩机的构造【转子转子】主轴、多（单）级叶轮、轴套及平衡元件；【定子定子】气缸和隔板。2023-6-25单级离心压缩机内部结构单级离心压缩机内部结构2023-6-25单级离心压缩机叶轮单级离心压缩机叶轮2023-6-25单级离心压缩机实物图单级离心压缩机实物图2023-6-25（2）多级离心式压缩机的工作原理）多级离心式压缩机的工作原理气体沿轴向进入各级叶轮中心处，被旋转的叶轮做功，受离心力的作用，以很高的速度离开叶轮，进入扩压器扩压器。气体在扩压器内降速、增压降速、增压。经扩压器减速、增压后气体进入弯道弯道，使流向反转180度后进入回流器回流器，经过回流器后又进入下一级叶轮。弯道和回流器是
20、沟通前一级叶轮和后一级叶轮的通道。如此，气体在多个叶轮中被增压数次气体在多个叶轮中被增压数次，能以很高的压力能离开。2023-6-25多级离心式压缩机结构示意图多级离心式压缩机结构示意图2023-6-25离心式压缩机整体结构图离心式压缩机整体结构图2023-6-25气体进口气体进口多级叶轮多级叶轮弯道弯道扩压器扩压器回流器回流器气体出口气体出口2023-6-25多级离心式压缩机的叶轮多级离心式压缩机的叶轮2023-6-25多级离心式压缩机实物图多级离心式压缩机实物图2023-6-25（3）离心式压缩机的特点）离心式压缩机的特点 与往复压缩机相比，离心式压缩机有如下优点如下优点：体积和重量都很小
21、而流量很大；供气均匀；运转平稳；易损部件少、维护方便。【说明说明】除非压力要求非常高，离心式压缩机已有离心式压缩机已有取代往复式压缩机的趋势取代往复式压缩机的趋势。而且，离心式压缩机已经发展成为非常大型的设备，流量流量达几十万立方米/时，出口压力出口压力达几十兆帕。2023-6-252、往复式压缩机往复式压缩机（1）往复式压缩机的构造）往复式压缩机的构造电动机电动机飞轮、曲轴飞轮、曲轴连杆连杆活塞活塞气缸气缸排出口排出口吸入口吸入口皮带皮带2023-6-25电动机电动机稳压罐稳压罐气体入口气体入口气缸气缸排气管排气管气体出口管气体出口管往复压缩机实物图往复压缩机实物图2023-6-25（2）往
22、复式压缩机的工作原理）往复式压缩机的工作原理 往复式压缩机的工作原理与往复泵相似与往复泵相似。2023-6-25（3）往复式压缩机的分类）往复式压缩机的分类 可分为单缸和多缸单缸和多缸往复式压缩机。只有一个气缸只有一个气缸2023-6-25双缸往复压缩机双缸往复压缩机2023-6-25双缸往复压缩机结构图双缸往复压缩机结构图曲轴曲轴活塞活塞连杆连杆活塞杆活塞杆2023-6-25三缸往复压缩机实物图三缸往复压缩机实物图2023-6-25带发动机的往复压缩机实物图带发动机的往复压缩机实物图汽油发动机汽油发动机油箱油箱2023-6-25（4）往复式压缩机的工作过程）往复式压缩机的工作过程 往复式压缩
23、机的工作过程由四个阶段组成。开始时刻开始时刻：当活塞位于最右端时，缸内气体体积为V1，压力为p1，用图中A点表示；2023-6-25 当活塞由右向左运动时，气缸内气体体积减小体积减小而压力上升而压力上升。直到压力上升到p2，排气阀被顶开为止。此时的缸内气体状态如B点表示。压缩阶段压缩阶段2023-6-25 排出阀被顶开后，活塞继续向左运动，缸内气体被排出。这一阶段缸内气体压力压力不变，体积不断减小不变，体积不断减小，直到气体完全排出体积减至零。这一阶段属恒压排气阶段恒压排气阶段。此时的状态为C点表示。排气阶段排气阶段2023-6-25 活塞从最左端退回，缸内压力立刻由p2降到p1，状况达到D。
24、此时排气排气阀阀受压关闭，吸气吸气阀阀受压打开，气缸又开始吸入气体，体积增大，压力不变，因此为恒压吸恒压吸气阶段气阶段，直到A点为止。吸气阶段吸气阶段2023-6-25（5）往复式压缩机的特点）往复式压缩机的特点因为气体的密度小、可压缩，故压缩机的吸入和吸入和排出阀门必须更加灵巧精密排出阀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，必须附设冷却装置附设冷却装置。排气口必须连接贮气罐贮气罐，以缓冲排气的脉动脉动，使气体输出均匀稳定。气罐上必须有可靠的压力表和压力表和安全阀安全阀。2023-6-252023-6-25五、真空泵五、真空泵1、何谓真空泵何谓真空泵【定义定义】利用机械、物
25、理、化学或物理化学的方法，对容器进行抽气，使之获得、改善或维持真空的机器或器械都称为真空泵。用以获得真空或提高真空度的设备，称之为真空泵。2023-6-252023-6-252、真空泵的分类真空泵的分类（1）机械真空泵）机械真空泵油（水）封机械真空泵（水环真空泵）；往复真空泵；分子真空泵；无油机械泵；机械增压泵（罗茨真空泵）。2023-6-25（2）蒸汽流泵）蒸汽流泵扩散泵；喷射泵；扩散喷射泵。（3）物理化学泵）物理化学泵吸附泵；钛升华泵；容积吸气剂泵；吸气离子泵；低温泵。2023-6-253、往复（活塞式）真空泵、往复（活塞式）真空泵（1）往复真空泵的结构及工作原理）往复真空泵的结构及工作原
26、理气缸气缸曲轴曲轴连杆连杆活塞杆活塞杆活塞活塞容器容器2023-6-252023-6-25（2）往复真空泵的特点及用途）往复真空泵的特点及用途【特点特点】属于低真空获得设备，用以从内部压力等于或低于一个大气压的容器中抽除气体；被抽气体的温度一般不超过35；单级的极限压力为410310Pa，双级可达1Pa；排气量较大，抽速范围155500L/S。【用途用途】多用于真空浸渍、钢水真空处理、真空蒸馏、真空结晶、真空过滤等方面抽除气体。2023-6-254、水环真空泵、水环真空泵（1）往复真空泵的结构）往复真空泵的结构【结构特点结构特点】（1）带有多叶片的转子；（2）偏心装在泵壳内。2023-6-25
27、2023-6-252023-6-252023-6-25（2）水环真空泵的工作原理）水环真空泵的工作原理【说明说明】（1）水环与工作轮构成了月牙形空间；（2）右边半个月牙形的容积由小变大，形成吸气室；（3）左边的半个月牙形的容积由大变小，构成排气室。2023-6-25（3）水环真空泵的特点）水环真空泵的特点（1）结构简单易维修，压缩气体的温度低，排气温度仅比进气温度高1015，正因为具有这个特点，因而极易适合抽吸、压送易燃易爆的气体。（2）适用范围广，主要应用于煤矿（抽瓦斯），化工，制药，矿山，造纸，食品，啤酒，建材，塑料，冶金，电器等行业。(3)配置灵活，可与分离器，换热器，管线，阀门，仪表，
28、电控装置组装在一起共同放在一个底盘上作为成套设备使用。2023-6-254、喷射真空泵喷射真空泵（1）喷射真空泵的结构）喷射真空泵的结构拉瓦尔喷嘴拉瓦尔喷嘴吸气室吸气室2023-6-25喷射泵实物图喷射泵实物图2023-6-25【说明说明】（1）工作蒸汽（水）以很高的速度从喷嘴喷出；（2）在喷射过程中，蒸汽（水）的静压能转变为动能，产生低压，而将气体吸入；（3）吸入的气体与蒸汽（水）混合后进入扩散管，而后从压出口排出。（2）喷射真空泵的工作原理）喷射真空泵的工作原理2023-6-25【说明说明】压力为p0、速度为w 0的工作蒸汽（水）流经拉瓦尔（瑞典工程师）喷嘴，在喷嘴出口处射流的速度上升到超音速w1，而压力下降为p1，因而将被抽气体吸入，与高速蒸汽（水）流碰撞、混合和交换能量、并流向扩散器。2023-6-25容器容器循环水箱循环水箱循环水泵循环水泵喷射泵喷射泵2023-6-25（3）喷射真空泵的特点）喷射真空泵的特点启动快，工作压力范围宽，抽气量大，能直接排入大气；结构简单，因无运动构件而运行可靠，使用时间长；适于抽除含尘、可凝性、腐蚀性和易燃易爆的气体；蒸汽和水耗量较大，利用率较低，因而适用于有廉价的副产蒸汽或可利用的余汽、废汽的场合。2023-6-25喷射泵已广泛用于真空冶炼、真空脱气、真空浓缩、真空干燥、真空蒸馏、真空制冷和真空运输等方面。
