化工原理 2章流体输送机械——总结ppt课件.ppt

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1、化工原理principles of chemical engineering,第二章 流体输送机械 总结,延安大学化学与化工学院,第二章 流体输送机械,第一节 概述第二节 离心泵第三节 往复泵第四节 其他化工用泵第五节 气体输送机械,第一节 概 述,一、化工生产中为什么要流体输送机械？,为输送流体而提供能量的设备,（1）管路特性曲线方程 描述管路中流量qv与所需补加能量H的关系式,二、输送流体所需的能量, 管路特性曲线方程,管路特性方程：管路需要补加的机械能与流量的关系。,*流体输送机械的作用：对流体做功，使流体E。,H输送机械向单位重量流体提供的能量，称该机械的压头或扬程,由图得：需向流体提

2、供的能量高于提高流体势能和克服 管道的阻力损失，其中阻力损失跟流体流量有 关。,1低阻管路系统2高阻管路系统,扬程能量概念；非升举高度升举高度泵将流体从低位升至高位 时，两液面间的高度差。,扬程和升举高度是否相同？,升举高度仅为扬程的一部分，泵工作时，其扬程大于升举高度。H h,扬程和升举高度关系？,问题,（2）流体输送机械的压头（扬程）和流量,液体输送机械：泵（Pumps），如离心泵、往复泵。气体输送机械：压缩机或风机（Compressors and blowers）,三、流体输送机械分类,吸入口,排出口,轴封装置,电动机,第二节 离心泵,蜗壳,离心泵是工业生产中应用最为广泛的液体输送机械，

3、使用占化工用泵的80%-90%。输送的工质范围很广，包括腐蚀性液体和含固体悬浮物的液体。其突出特点是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。,泵轴,吸入口,蜗壳,叶轮,排出口,灌满液体,叶轮旋转,离心力甩出液体,蜗壳内进行能量的转换,流体被压出,叶轮中心形成真空,在压力差的作用下流体被压入泵内,2.2.1 离心泵的工作原理,液体未灌满,气液,离心力甩不出气体,叶轮中心的真空度不够,吸不上液体,泵无法正常工作,离心泵在启动前必须灌泵。,部件,叶轮泵壳轴封装置导轮,（1）离心泵的主要构件叶轮和蜗壳,a、离心泵的叶轮,

4、图2-2离心泵的叶轮,将机械能直接传给液体，以提高液体的 静压能与动能。,单吸式双吸式,图2-3 离心泵的吸液方式,吸液方式,泵体也称为蜗壳，一般用铸铁制成，多作成蜗牛壳的形状。叶轮四周甩出的液体汇集到叶轮与蜗壳间的通道后，沿此通道螺旋式地转至排出口并排出泵外。泵壳内壁应光滑，以减少液体的摩擦损失。,b、离心泵的蜗壳,蜗壳的主要作用：,能量转换装置,汇集液体，并导出液体,A ,p,u,c、 轴封装置,旋转的泵轴与固定的泵壳之间的密封。,防止高压液体沿轴漏出或外界空气漏入。,作用：,填料密封,机械密封,d、离心泵的导轮,导轮,泵壳,叶轮,导轮的作用：减少液体进入窝壳时的碰撞，使高速液体流过时 能

5、均匀而缓慢地将动能转化为静压能,使能量损失 降到最低程度,后盖板与泵壳之间空腔液体的压强较吸入口侧高,叶轮轴向力问题,闭式或半闭式叶轮,轴向推力,磨损,如何解决？,平衡孔,平衡孔可以有效地减小轴向推力,但同时也降低了泵的效率。,e、平衡孔,泵内造成功率损失的原因：阻力损失（水力损失）产生的摩擦阻力和局部阻力导致的损失。流量损失（容积损失）泵内有部分高压液体泄漏到低压区，使排出液体的流量小于流经叶轮的流量导致的损失。机械损失泵轴与轴承之间的摩擦，以及泵轴密封处的摩擦等造成的损失。,2.2.2 离心泵的特性曲线,(1)离心泵的主要性能参数,(体积)流量qV,m3/h，叶轮结构、尺寸和转速,扬程（压

6、头）H,1N流体通过泵获得的机械能。,J/N, m,与qV、叶轮结构、尺寸和n有关。,轴功率Pa,W，单位时间原动机输入泵轴的能量,有效功率Pe,W，单位时间液体获得的能量,效率,100%,容积损失，水力损失，机械损失,(叶轮)转速n,10003000rpm；2900rpm常见,(2)离心泵的特性曲线,HqV,PaqV,qV,厂家实验测定产品说明书,测定条件：常压下、20C、清水,离心泵特性曲线,n一定,（1） qv-He曲线：（2） qv-Pa曲线： 当流量qV=0时，泵轴消耗的功率最小。因此离心泵启动时应关闭出口阀门，使启动功率最小，以保护电机。（3） qv -曲线： 最高效率点称为离心泵

7、的设计点。对应于该点的各性能参数qV 、H 和Pa称为最佳工况参数，即离心泵铭牌上标注的性能参数。 根据生产任务选用离心泵时应尽可能使泵在最高效率点附近工作。,流体的性质：,密度：, , (Pa、Pe) ,（H，qV，）与无关；,粘度：, ，（H，qV，）;,Pa ,工作流体与20水差别大,参数和曲线变化,转速比例定律,(3)离心泵性能的影响因素, n 的改变：20%以内，比例定律适用。,叶轮直径切割定律,直径D 在原有基础改变5%以内，适用。,1、工作点,离心泵在特定的管路系统中运转时所提供的压头和流量恰好等同于管路所需的压头和流量。,如何理解？,理想工作点,泵安装在特定的管路中，其特性曲线

8、He-qv与管路特性曲线H-qv的交点P称为离心泵的工作点。,泵特性曲线：,管路特性曲线：,2.2.3离心泵的流量调节和组合操作,2、流量调节,老式水龙头,现代水龙头,改变管路的特性曲线,改变泵的特性曲线,化工生产流量调节方式,（1）改变管路特性曲线,调节泵出口管路上的阀门,缺点：流体阻力加大，需额外消耗能量，不经济。,改变管路特性曲线调节:,优点：调节迅速方便，灵活，可连续调节。,（2）改变泵特性曲线,切削叶轮,改变叶轮的转速,通过改变泵的转速或直径 改变泵的性能。,改变泵的转速:优点：流量随转速的下降而减小，动力消耗相应 降低，较经济。缺点：需变速装置，或价格昂贵的变速电机，难以 做到流量

9、连续调节,3、离心泵的并联,两台型号相同的泵并联于管路系统中，且各自吸入管路相同，则: qv并 = 2qv单 H并 H单,需要大流量时，用并联,两台型号相同的泵串联操作时，每台泵的流量和压头也各自相同。特点: H串 = 2H单 qv串qv单,4、离心泵的串联,需要大扬程时，用串联,安装高度:,问题：,液面到泵入口处的垂直距离(Hg),安装高度有无限制？引出汽蚀概念：,2.2.4离心泵的安装高度,一、汽蚀现象,当p1pv，,叶轮中心汽化气泡,随液体流向高压区,周围液体高速冲向原气泡所占空间, 撞击叶片(水锤),伴随现象:,泵体振动并发出噪音；,泵的性能下降H , qv, 严重时不送液；, 引起震

10、动,Pv液体的饱和蒸气压, 使泵体和叶轮受到破坏,汽蚀,气泡凝结或破裂,汽蚀现象,叶片的处理,斑痕和裂纹,（1）汽蚀现象产生的原因：,安装高度太高,被输送流体的温度太高，液体蒸气压过高,吸入管路阻力或压头损失太高,1 p饱,需要注意的是，不光是离心泵，任何泵都存在汽蚀的可能。,讨论：,损坏泵的出叶轮泵壳等；泵的性能下降（q、H、均降低）；泵体产生震动和噪音；由于液体大量汽化而造成的严重汽蚀可能使泵吸 液中断，造成其他生产事故。,(2) 汽蚀的危害,(3) 汽蚀的判断标志 离心泵不存在其它故障的情况下，通常以泵的扬程较正常值下降3%作为判断离心泵汽蚀的标志。,（4）如何防止汽蚀：,调整安装高度,

11、泵在安装时。应选用管径较大的吸 入管路，管路尽可能地短。,降低输送流体温度。,设法减小吸入管路的阻力。减少吸入管路的弯头、 阀门等管件。,令：,(NPSH)c离心泵的临界汽蚀余量。表示在泵内刚发生汽蚀的临界条件下，泵入口处机械能 超出汽化点的势能 的值为 。,NPSH-实际汽蚀余量,但是，为使泵正常运转，p1必须高于p1,min，即,二、汽蚀余量,(NPSH)r离心泵必须汽蚀余量,NPSH = (NPSH)r + 0.5,为确保离心泵工作正常，临界汽蚀余量需加上一定的安全量，即离心泵的必须汽蚀余量。,(NPSH)r = (NPSH)c + 安全量（0.3）,标准规定，离心泵实际汽蚀余量要比必须

12、汽蚀余量大0.5m以上。,三、允许安装高度Hg,最大允许安装高度为：,一、离心泵的类型,按叶轮数目分类:单级、多级；按吸液方式分类：单吸、双吸；按输送液体性质分类:清水泵、耐腐蚀泵、油泵、杂质泵；1) 清水泵-化工生产中最常用的泵型 (IS型、D型、Sh型) IS型单级、单吸；,以IS100-80-125为例：IS国际标准单级单吸清水离心泵；100吸入管内径，mm；80排出管内径,mm；125叶轮直径,mm,2.2.5离心泵的类型与选用,图2-17 IS型离心泵结构图1-泵体；2-叶轮螺母；3-止动垫圈；4-密封环；5-叶轮；6-泵盖；7-轴盖；8-填料环；9-填料；10-填料压盖；11-悬架

13、轴承部分；12-泵轴,D型多级；Sh型双吸,2) 耐腐蚀泵(F型)-输送酸、碱、浓氨水等腐蚀性液体,3)油泵(Y型)-油品易燃易爆，要求泵有良好密封性,当输送200以上的热油时,还需有冷却装置,一般在热油泵的轴封装置和轴承处均装有冷却水夹套，运转时通冷水冷却。,4) 液下泵(FY型)-泵体置于储槽液面以下,液下泵1-安装平板；2-轴套管；3-泵体；4-压出导管,（5）杂质泵（P型）-输送悬浮液及稠厚的浆液要求：不易被杂质堵塞、耐磨、容易拆洗（6）磁力泵（C型）-特别适用于输送易燃易爆液体,永磁联轴驱动，无轴封，无漏液，运转时无摩擦，高效节能,二、 离心泵的选用,（1）根据液体的性质和操作条件确

14、定泵类型；,（2）确定管路流量和所需外加压头确定泵的型号 ； qV生产任务，He 管路的特性方程,（3）校核。,三、离心泵的安装与操作,安装,安装高度应小于允许安装高度,尽量减少吸入管路阻力，短、直、粗、管件少； 调节阀应装于出口管路。,操作,启动前应灌泵，并排气,应在出口阀关闭的情况下启动泵,停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮,经常检查轴封情况,2.3 往复泵,2.3.1往复泵的作用原理和类型2.3.2往复泵的特性曲线与工作点,容积式泵，属正位移泵,利用活塞的往复运动，将能量传递给液体以达到吸入和排出液体的目的。,（1）作用原理 如图所示为曲柄连杆机构带动的往复泵，它主要由泵缸、活柱（或活塞）

15、和活门组成。活柱在外力推动下作往复运动，由此改变泵缸内的容积和压强，交替地打开和关闭吸入、压出活门，达到输送液体的目的。由此可见，往复泵是通过活柱的往复运动直接以压强能的形式向液体提供能量的。,2.3.1往复泵的作用原理和类型,工作原理：,结构:往复泵的结构如图所示,其主要由泵缸、 活塞、单向吸入阀、单向排出阀等组成。,曲柄连杆机构将电机的回转运动,活塞杆直线往复运动,死点：活塞在泵缸内移动至左右两端的顶点,冲程：两死点之间的活塞行程,（2）往复泵的类型 按照往复泵的动力来源可分类如下： 电动往复泵 电动往复泵由电动机驱动，是往复泵中最常见的一种。电动机通过减速箱和曲柄连杆机构与泵相连，把旋转

16、运动变为往复运动。 汽动往复泵 汽动往复泵直接由蒸汽机驱动，泵的活塞和蒸汽机的活塞共同连在一根活塞杆上，构成一个总的机组。,按照作用方式可将往复泵分类如下： 单动往复泵 活柱往复一次只吸液一次和排液一次。 双动往复泵 活柱两边都在工作，每个行程均在吸液和排液。,单动往复泵流量曲线,(1)单动往复泵,往复泵按照作用方式：单动往复泵；双动往复泵；三联泵,(2)双动往复泵,双动往复泵流量曲线,(3)三联泵,用三台单动泵连接在同一根曲轴的三个曲柄上，各台泵活塞运动的相位差为2/3，分别推动三个缸的活塞。,三联泵流量曲线,曲轴每转一周，三个泵缸分别进行一次吸液和排液，联合起来就有三次排液，改善流量的均匀

17、程度。,往复泵缺点：a.流量不均匀b.增加了能量损失c. 造成水锤现象d. 机构复杂；资金用量大；不易维修,管路中的液体处于变速运动状态,水锤现象：由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲 打一样。,2.3.2往复泵的流量调节,由qVT=ASn知qVT仅与活塞每次扫过的体积AS及活塞往复次数n关，而与管路的特性无关。 实际qV=qVTV ，V 1, qV qVT , H不太高时,V随H的变化很小，H大时，V减小。 而往复泵的压头则只决定于管路特性曲线与泵的特性曲线的交点（工作点确定）。,（1）往复泵的特性曲线与工作点,往复泵的扬程和特性曲线,往复泵主要用于小流量、高扬程的场合，尤其适合于

18、输送高粘度液体，但不适于腐蚀性液体和含颗粒混悬液的输送。,a.往复泵的扬程与泵的几何尺寸无关，只 决定于管路的情况。,b.往复泵的理论流量是由活塞所扫过的体 积所决定,而与管路特性无关。,往复泵的特性曲线,实际上往复泵的流量随压头升高而略微减小 原因：容积损失（阀门不能及时开关，活塞与泵体间存在间隙）,用旁路阀调节流量。泵的送液量不变，只是让部分被压 出的液体返回贮池，使主管中的流量发生变化。显然这 种调节方法很不经济，只适用于流量变化幅度较小的经 常性调节。 改变曲柄转速：因电动机是通过减速装置与往复泵相连 的，所以改变减速装置的传动比可以很方便地改变曲柄 转速，从而改变活塞自往复运动的频率

19、，达到调节流量 的目的。,（2）流量调节,原则上应等于单位时间内活塞在泵缸中扫过的体积，它与活塞面积、往复频率、行程及泵缸数有关。,流量,单缸、双动往复泵,单缸、单动往复泵,m3/min,注意：,n-活塞每分钟的往复次数，1/min,往复泵理论流量，m3/mim； 活塞截面积，m2； 活塞杆截面积，m2； 活塞的冲程，m；,双动往复泵,往复泵的流量调节方法：,用旁路阀调节流量,改变曲柄转速和活塞行程,b.对于流量变化幅度较小的经常性调节非常方便，生产上常采用。,特点：a.造成了功率的损失，很不经济,电动机是通过减速装置与往复泵相连接的,所以改变减速装置的传动比可以更方便地改变曲柄转速。,往复泵

20、与离心泵相比，结构较复杂、体积大、成本高、流量不连续。当输送压力较高的液体或高粘度液体时效率较高，一般在72%93%之间。但不能输送有固体粒子的混悬液。往复泵在小流量、高扬程方面的优势远远超过离心泵。,往复泵与离心泵比较：,1.企业单位废水排放,往复泵用途：,2.城市污水处理厂排放系统。,3.地铁、地下室、人防系排污泵统排水站。,4.医院、宾馆、高层建筑污水排放。,5.排污泵刻用于住宅区的污水排水站。,6.市政工程，建筑工地中稀泥浆的排放。,7.自来水厂的给水装置。,8.养殖场污水排放及农村农田灌溉。,9.勘探矿山及水处理设备配套。,10.排污泵可以代替肩挑人担，吸送河泥。,2.4 其他化工用

21、泵,2.4.1 非正位移泵2.4.2 正位移泵2.4.3 各种泵的比较,2.4.1非正位移泵,（1）轴流泵,PaqV,HeqV,qV,图2-31 轴流泵特性曲线（P84）,qV,（2）旋涡泵 旋涡泵是一种特殊类型的离心泵。它的叶轮是一个圆盘，四周铣有凹槽，成辐射状排列。叶轮在泵壳内转动，其间有引水道。泵内液体在随叶轮旋转的同时，又在引水道与各叶片之间，因而被叶片拍击多次，获得较多能量。,依靠叶轮的旋转产生惯性离心力，由于离心力的作用，液体在各叶片和引水道之间反复作旋涡形运动，并被叶片多次拍击，从而积蓄了较高的能量，最后达到出口压力而排出。,旋涡泵示意图：,液体中旋涡泵中获得的能量与液体在流动过

22、程中进入叶轮的次数有关。当流量减小时，流道内认体的运动速度减小，液体流入叶轮的平均次数增多，泵的压头必然增大；流量增大时，则情况反。因此，其HQ曲线呈陡降形。旋涡泵的特点如下： 压头和功率随流量增加下降较快。因此启动时应打开出口 阀，改变流量时，旁路调节比安装调节阀经济。 在叶轮直径和转速相同的条件下，旋涡泵的压头比离心泵高 出24倍，适用于高压头、小流量的场合。 结构简单、加工容易，且可采用各种耐腐蚀的材料制造。 输送液体的粘度不宜过大，否则泵的压头和效率都将大幅度 下降。 输送液体不能含有固体颗粒。 (2)轴流泵 适用于大流量、低压头的流体输送。自学掌握。,特点：在叶轮直径和转速相同的条件

23、下，漩涡泵比离心泵的压头 高24倍，所以此泵适用于高扬程、小流量和低黏度的液 体输送。但不能输送含固体颗粒的液体。,操作要求：a.旋涡泵的扬程和功率随流量的下降增大较快，流量为零时，轴 功率最大，这是与普通离心泵不同的，因此在启动时，应先打 开出口阀，以免因功率过大产生瞬时高负荷而致电机烧毁；b.启动前仍须灌泵，避免发生气缚现象。c.此泵流量调节应采用旁路调节法，由于泵内液体的漩涡流作 用，液体摩擦阻力增大，所以漩涡泵的效率较低，一般为 30%40%。,(1) 隔膜泵,外观,2.4.1 正位移泵, 工作原理:,往复泵的一种, 流量调节:,调整活柱往复频率或旁路, 应用场合:,腐蚀性的液体、固体

24、悬浮液,(2) 计量泵, 外观,JJM 系列计量泵,J 系列计量泵,JKM 系列计量泵（液压驱动）,工作原理:,往复泵的一种, 流量调节:,调整偏心度柱塞冲程变化 流量调节。, 应用场合:,输送量或配比要求非常精确,原动机偏心轮转动柱塞的往复运动,(3) 齿轮泵,外观,特点：a.齿轮泵制造简单、运行可靠、有自吸能力; b.虽流量较小但扬程较高，流量比往复泵均匀。,用途：常用于输送黏稠液体和膏状物料，但不能用于输送含颗 粒的混悬液。,工作原理:,流量调节:,应用场合:,旋转泵的一种,转速或旁路,高压头、小流量。粘稠以至膏状物。,(4) 螺杆泵,外观,组成：泵壳、一根或多根螺杆。,分类：单螺杆泵；

25、双螺杆泵；三螺杆泵。,单螺杆泵,螺杆在具有内螺旋的泵壳内偏心转动，将液体沿轴间推进，最后从排出口推出。,转子,定子,工作原理与齿轮泵十分相似,单螺杆泵,(a) 单螺杆泵,双螺杆泵,（b）双螺杆泵,双螺杆泵通过两根螺杆的相互啮合来达到输送液体的目的。当需要较高压头时可采用较长的螺杆或多螺杆泵。,三螺杆泵,螺杆泵有良好的自吸能力，启动时不用灌泵，运行平稳、效率高、压头高，适用于高黏度液体的输送。缺点是加工困难。, 工作原理:, 流量调节:,应用场合:,旋转泵的一种，螺纹在旋转时有推进作用,转速或旁路,高压头、小流量。粘稠以至膏状物。固体悬浮液。,2.4.3各种化工用泵的比较,流量：均匀；不均匀；尚

26、可；随管路特性而变； 恒定；范围广、易达大流量；小流量；较小流压头高低：不易达到高压头；压头较高；压头高。效率：稍低、愈偏离额定越小；低；高；较高；流量调节：出口阀；转速；旁路；冲程自吸操作：有；没有；启动：关闭出口阀；出口阀全开；被输送流体：各种物料（高粘度除外）；不含固体颗 粒，腐蚀性也可；精确计量；可输送悬浮 液；高粘度液体；腐蚀性液体；不能输送 腐蚀性或含固体颗粒的液体结构与造价：结构简单；造价低谦；结构紧凑；加 工要求高；结构复杂；造价高；体积大,2.5 气体输送机械,其结构原理与液体输送机械大体相同。但,故气体输送有自身的特点。,动力消耗大： 对一定的质量流量，由于气体的密度小，其

27、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（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。,气体输送的特点 :,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。 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。,2.5.1 通风机,轴流式通风机的结构与轴流泵类似，如图所示。轴流式通风机排送量大，所产生的风压甚小，一

28、般只用来通风换气，而不用来输送气体。化工生产中，在空冷器和冷却水塔的通风方面，轴流式通风机的应用还是很广的。,工业上常用的通风机有轴心式和离心式两类。,（1）轴流式通风机,（2）离心式通风机,离心式通风机工作原理与离心泵相同，结构也大同小异。,离心式通风机的结构特点,a、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。b、叶轮上叶片的数目比较多。c、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。d、机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而为矩形。,a、风量：按入口状态计的单位时间内的排气体积。m3/s, m3/hb

29、、全风压：单位体积气体通过风机时获得的能量，J/m3，Pa在风机进、出口之间写柏努利方程：,离心式通风机的性能参数和特性曲线,式中,（z2-z1)g可以忽略；当气体直接由大气进入风机时，u1=0,a、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pst；另一部分为进出口的动压头差，习惯上称为动风压pk。,说明：,再忽略入口到出口的能量损失，则上式变为：,b、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。,风机的性能表上所列的性能参数，一般都是

30、在1atm、20的条件下测定的，在此条件下空气的0=1.20kg/m3,相应的全风压和静风压分别记为t0和st0 。,c、轴功率和效率,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pt0Q、 pst0Q 、NQ和Q四条曲线。,离心式通风机特性曲线,d、特性曲线：,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。,离心式通风机的选型,a、根据气体种类和风压范围，确定风机的类型b、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,2.5.2 鼓风机,在工厂

31、中常用的鼓风机有旋转式和离心式两种类型。 （1）罗茨鼓风机,图1-66 罗茨鼓风机,罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似。如图所示，机壳内有两个渐开摆线形的转子，两转子的旋转方向相反，可使气体从机壳一侧吸，从另一侧排出。转子与转子、转子与机壳之间的缝隙很小，使转子能自由运动而无过多泄漏。,属于正位移型的罗茨风机风量与转速成正比，与出口压强无关。该风机的风量范围可自2至500m3/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，并设安全阀。流量调节采用旁路，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。,离心式鼓风机的外形与离心泵相

32、象，内部结构也有许多相同之处。,（2）离心式的鼓风机,离心式鼓风机的结构特点：,工作原理：与离心泵相同。,多级低速离心鼓风机,离心鼓风机的送气量大，但出口压强仍不高，一般不超过0.3 MPa（表压）。,例如，离心式鼓风机的蜗壳形通道亦为圆形；但外壳直径与厚度之比较大；叶轮上叶片数目较多；转速较高；叶轮外周都装有导轮。 单级出口表压多在30kPa以内；多级可达0.3MPa。 离心式鼓风机的选型方法与离心式通风机相同。,2.5.3 压缩机,2.5.3.1 往复式压缩机2.5.3.1 离心式压缩机,结构：,气缸,活塞,进气阀,排气阀,2.5.3.1往复式压缩机,工作原理：,往复式压缩机的工作过程：,

33、工作循环,压缩阶段,排气阶段,余隙膨胀阶段,吸气阶段,V,P,1,2,3,4,V1,V2,V3,V4,P1,P2,化工厂所用的压缩机主要有往复式和离心式两大类。 1、单动压缩机结构简图。吸入活门S、排出活门D。其结构和工作原理与往复泵类似。,当活塞位于最右端时，缸内气体体积为V1，压力为p1，用图中1点表示；,开始时刻：,当活塞由右向左运动时，由于D活门所在管线有一定压力，所以D活门是关闭的，活门S受压也关闭。因此，在这段时间里气缸内气体体积下降而压力上升，所以是压缩阶段。直到压力上升到p2，活门D被顶开为止。此时的缸内气体状态如2点表示。,压缩阶段：,排气阶段：,活门D被顶开后，活塞继续向左

34、运动，缸内气体被排出。这一阶段缸内气体压力不变，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。此时的状态为3点表示。,活塞从最左端退回，缸内压力立刻由p1降到p2 ，状况达到4。此时D活门受压关闭，S活门受压打开，气缸又开始吸入气体，体积增大，压力不变，因此为恒压吸气阶段，直到1点为止。,吸气阶段：,等温压缩:指压缩阶段产生的热量随时从气体中完全取出， 气体的温度保持不变。绝热压缩:另一种极端情况，即压缩产生的热量完全不取出。多变压缩:实际是压缩过程既不是等温的，也不是绝热的， 而是介于两者之间，称为多变压缩。,2压缩类型,其中m称为多变指数，对于等温压缩，m=1，但压缩功

35、另有算法。对于绝热压缩，m等于定压比热与定容比热之比。 压缩功的大小可以用图中1-2-3-4所围成的面积来表示。等温压缩功最小，绝热压缩功最大，多变压缩功介于等者之间。,3压缩功：,实际过程为多变过程，每一循环多变压缩的功为（J）：,上述压缩循环之所以称为理想的，除了假定过程皆属可逆之外，还假定了压缩阶段终了缸内气体一点不剩地排尽。实际上此时活塞与气缸盖之间必须留有一定的空隙，以免活塞杆受热臌胀后使活塞与气缸相撞。这个空隙就称为余隙。 余隙系数=余隙体积/活塞推进一次扫过的体积 容积系数0=实际吸气体积/活塞推进一次扫过的体积,4有余隙的压缩循环,根据上述定义：,余隙的存在使一个工作循环的吸、

36、排气量减小，这不仅是因为活塞推进一次扫过的体积减小了，还因为活塞开始由左向右运动时不是马上有气体吸入，而是缸内剩余气体的膨胀减压，即从3至4，待压力减至p4 ，容,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。,积增至V4时，才开始吸气。即在有余隙的工作循环中，在气体排出阶段和吸入阶段之间又多了一个余隙气体膨胀阶段，使得每一循环中吸入的气体量比理想循环为少。 余隙系数与容积系数的关系为：,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；压缩终了气体温度过高，会引

37、起气缸内润滑油碳化或油雾爆炸等问题；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。,5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，经几次压缩才达到所需要的终压。,讨论：,（1）采用多级压缩的原因：,（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。,（1）调节转速；（2）旁路调节；（3）改变气缸余隙体积： 显然，余隙体积增大，余隙内残

38、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。,6往复式压缩机的流量调节,离心式压缩机流量大，供气均匀，体积小，维护方便，且机体内无润滑油污染气体。 离心式压缩机在现代大型合成氨工业和石油化工企业中有应用广泛，其压强可达几十MPa，流量可达几十万m3/h。,离心式压缩机又称透平压缩机，其主要结构和工作原理与离心鼓风机相似，但压缩机有更多的叶轮级数，通常在10级以上，因此可产生很高的风压。,2.5.3.2离心式压缩机,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。气体在扩压

39、器内降速、增压。经扩压器减速、增压后气体进入弯道，使流向反转180度后进入回流器，经过回流器后又进入下一级叶轮。显然，弯道和回流器是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加数次，能以很高的压力能离开。,1结构定子与转子 转子：主轴、多级叶轮、轴套及平衡元件 定子：气缸和隔板,2工作原理：,与往复压缩机相比，离心式压缩机有如下优点：体积和重量都很小而或流量很大；供气均匀；运转平稳；易损部件少、维护方便。因此，除非压力要求非常高，离心式压缩机已有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，流量达几十万立方米/时，出口压力达几十兆帕。,3特性曲线,离心

40、式压缩机的HQ曲线与离心式通风机在形状上相似。在小流量时都呈现出压力随流量的增加而上升的情况。,4特点,2.5.4 真空泵,真空泵就是从真空容器中抽气、一般在大气压下排气的输送机械。若将前述任何一种气体输送机械的进口与设备接通，即成为从设备抽气的真空泵。然而，专门为产生真空用的设备却有其获得之处。 （1）由于吸入气体的密度很低，要求真空泵的体积必须足 够大； （2）压缩比很高，所以余隙的影响很大。,1、真空泵的一般特点,（1）极限剩余压力（或真空度）：这是真空泵所能达到 最低压力；（2）抽气速率：单位时间内真空泵在极限剩余压力下所 吸入的气体体积，亦即真空泵的生产能力。,真空泵的主要性能参数有

41、：,（1）在低压下操作，气缸内、外压差很小，所用的活 门必须更加轻巧；（2）当要求达到较好的真空度时，压缩比会很大，余 隙容积必须很小，否则就不能保证较大的吸气量。（3）为减少余隙的影响，设有连通活塞左右两侧的平 衡气道。干式往复真空泵可造成高达9699.9%的 真空度；湿式则只能达到8085%,2、往复式真空泵,与往复式压缩式的构造显著区别，但也有其自身的特点：,工作原理与往复式压缩机相同，只是因抽吸气体压强很小，结构上要求排出和吸入阀门更加轻巧灵活，易于启动。 往复式真空泵属干式真空泵，不适宜抽吸含有较多可凝性蒸汽的气体。,水环真空泵的外壳呈圆形，其中的叶轮偏心安装。启动前，泵内注入一定量

42、的水，当叶轮旋转时，由于离心力的作用，水被甩至壳壁形成水环。此水环具有密封作用，使叶片间的空隙形成许多大小不同的密封室。由于叶轮的旋转运动，密封室外由小变大形成真空，将气体从吸入口吸入；继而密封室由大变小，气体由压出口排出。 水环真空泵结构简单、紧凑，最高真空度可达85%。,3、水环真空泵,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，操作可靠。适用于抽吸夹带有液体的气体。但效率低，一般为30%-50%，所能造成的真空度还受泵体内水温的限制。,叶轮偏心安装,叶轮旋转时，水在离心力作用下产生水环,叶环泵外壳呈椭圆形。当叶轮旋转时液体被抛向四周形成一椭圆形液环，在其轴方向

43、上形成两个月牙形的工作腔。由于叶轮的旋转运动，每个工作腔内密封室逐渐由小变大而从吸入口吸入气体；然后又由大变小，将气体强行排出。,4、液环真空泵,是旋转式真空泵的一种，其工作原理见图。当带有两个旋片7的偏心转子按箭头方向旋转时，旋片在弹簧8的压力及自身离心力的作用下，紧贴泵体9内壁滑动，吸气工作室不断扩大，被抽气体通过吸气口3经吸气管4进入吸气工作室，当旋片转至垂直位置时，吸气完毕，此时吸入的气体被隔离。,5、旋片真空泵,特点：可达较高的真空度，如能有效控制管路与泵等接口处 的空气漏入，且采用高质量的真空油，真空度可达 99.99%以上。,组成：泵壳、带有两个旋片的偏心转子、排气阀片,转子继续

44、旋转，被隔离的气体逐渐被压缩，压强升高。当压强超过排气阀片2上的压强时，则气体经排气管5顶开阀片2，通过油液从泵排气口1排出。泵在工作过程中，旋片始终将泵腔分成吸气、排气两个工作室，转子每旋转一周，有两次吸气、排气过程。旋片泵的主要部分浸没于真空油中，为的是密封个部件间隙，充填有害的余隙和得到润滑。此泵属于干式真空泵。,如需抽吸含有少量可凝性气体的组合气时，泵上设有专门设计的镇气阀（能在一定的压强下打开的单向阀），把经控制的气流（通常是湿度不大的空气）引到泵的压缩腔内，以提高混合气的压强，使其中的可凝性气体在分压尚未达到泵腔温度下的饱和值时，即被排出泵外。 旋片泵可达到较高的真空度（绝对压强约

45、为0.67Pa），抽气速率比较小，适用于抽除干燥或含有少量可凝性蒸气的气体。不适宜用于抽除含尘和对润滑油起化学作用的气体。,喷射泵是利用高速流体射流量压力能向动能转换所造成的真空，将气体吸入泵内，并在混合室通过碰撞、混合以提高吸入气体的机械能，气体和工作流体一并排出泵外。喷射泵的流体可以水，也可以是水蒸汽，分别称为水喷射泵和蒸汽喷射泵。 单级蒸汽喷射泵仅能达到90%的真空度，为获得更高的真空度可采用多级蒸汽喷射泵。喷射泵的优点是工作压强范围大，抽气量大，结构简单，适应性强。缺点是效率低。,6、喷射真空泵,结构简单，无运动部件，但效率低，工作流体消耗大。单级可达90%的真空度，多级喷射泵可获得更高的真空度。,CP 型系列喷射泵,利用工作流体通过喷嘴高速射流时静压能部分转换为动能，产生真空将气体吸入泵内，在泵体内被抽吸的气体与工作流体（蒸汽或液体）混合并随流道的增大，速度逐渐降低，压强随之升高，而后排出。,