流体流动过程2.83.ppt

Foundations of Chemical Engineering chapter 2 Fluid Flow Process 2.8流体输送机械 * * 气体输送与压缩机械可按其排气压力（出口处表压，而进口处表压为零）或压缩比（排气绝压与进气绝压之比）分为四类 通风机　排气压力不大于15kPa。 鼓风机　排气压力为15-300 kPa，压缩比小于4。 压缩机　排气压力在300 kPa以上，压缩比大于4。 真空泵　排气压力为大气压，压缩比范围较大，根据所需真空度而定。 气体输送机械 离心式通风机 离心通风机按排气压力的不同，又分为低压（1kPa以下）、中压（1-3kPa）、高压（3-15kPa）三种。离心通风机的结构与单级离心泵相似。机壳也是蜗壳形，壳断面有两种，一种是方形，适用于低、中压；另一种是圆形，适用于高压。叶片的数目较多且长度较短，低压的叶片是平直的，与轴心成辐射状安装，中、高压的叶片是弯曲的。 通风机的主要要求是送气量大，当不追求高效率时，用前弯叶片以有利于减小叶轮及风机的直径。 离心通风机及叶轮 1—机壳; 2—叶轮; 3—吸入口; 4—排出口 2 离心式通风机 离心式通风机 离心通风机所用的性能参数与离心泵大同小异，包括： ?①风量：指气体通过进风口的体积流量，注意是以风机进口状态计，m3/s。 ?②风压pt：单位体积的气体流经风机时所获得的能量，Pa，习惯上以mmH2O表示。 离心式通风机 即：全风压＝静风压+动风压 当风机直接从大气抽入空气时，以进口外侧为核算截面，则为： 写成压力的形式 即：全风压＝静风压+动风压 离心式通风机 离心式通风机特性曲线 ③轴功率N和效率η 离心通风机在设计流量下的全压效率η约为70-90%，另外，还有与静风压对应的静风压效率ηst。 离心风机特性曲线由pt-Q、η-Q、N-Q三条曲线组成。有的还有pst-Q、ηst-Q。 离心式通风机 鼓风机 离心鼓风机（又称透平鼓风机），工作原理与离心通风机相同，结构类似于离心泵。蜗壳通道也为圆形，但鼓风机的外壳直径与宽度之比较大，叶轮上叶片数目较多，有固定的导轮，也称扩散圈。特点：送气量大，转速较高，单级出口表压在30kPa以内，多级离心鼓风机可达300kPa，不需冷却装置。 罗茨鼓风机 罗茨鼓风机的工作原理与齿轮泵类似。机壳内有两个渐开摆线形的转子，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。两转子的旋转方向相反，可使气体从机壳一侧吸入，从另一侧排出。若改变两转子的旋转方向，则吸入口和排出口互换。 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。风量范围2-500m3/min，出口表压可达80kPa，在40kPa左右效率最高。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80-85℃，否则转子会因受热臌胀而轧死。 往复压缩机-操作原理 往复式压缩机的操作原理与往复泵相近，但必须考虑气体的可压缩性。其工作过程与往复泵有所区别。气缸是一个金属制成的圆筒，外壁设有水夹套或气冷翅片，用于冷却气体因压缩而造成的温升。因为气缸与活塞直接接触摩擦，故要求良好润滑，对于高压压缩机并需要用齿轮泵强制注油，由于油雾污染气体以及气体压缩时原含水蒸气的凝结，因而排出气要经过油和水的分离器。此外，因往复压缩机排气不匀，常用缓冲罐稳压。要求输出压力高时，常采用多级压缩，这时要附加中间冷却和中间油水分离器。 往复压缩机-工作循环 往复压缩机每一个实际工作循环是由膨胀－吸气－压缩－排气四个连续的过程所组成。 ①压缩过程 此时活塞自右至左运动，单向吸入阀被关闭，而排出阀也因出口管内的压力比气缸内压力大，仍然处于关闭状态。当活塞继续向左移动，气缸内气体被压缩，体积缩小，压力升高，直到压力比出口管压力稍高时排出阀才被打开，l—2为压缩过程。 ②排气过程 排出阀被推开后，排气过程便开始进行，气体体积随活塞不断向左移动而减少。直至活塞回到原来位置，2—3为排气过程。 ③膨胀过程当活塞自左向右运动时，工作室空间变大，压力减小，排出阀关闭，直至当气缸内的压力稍低于进气管中的压力时，吸入阀门被推开，3—4为膨胀过程。 ④吸气过程　吸入阀门被推开后，气体被吸入气缸。活塞继续向右移动，气体便不断吸入，直至活塞移至气缸右端，气体充满整个气缸为止，4—1为吸气过程。 p-v曲线即表示了整个工作过程。图中封闭曲线4—1—2—3—4就表示了一个完整的工作循环。每一个工作循环都是吸入状态相同的低压气体，排出状态相同的高压气体，而4—1—2—3—4的面积则表示了在一个循环过程中压缩机对气体所作的功。 往复压缩机-工作循环 往复压缩机-多级压缩 4 3 2 1 V P 2