第七节_气体输送与压缩机械

第七节①气体输送 ②产生高压气体 ③生产真空

气体输送与压缩机械

1.气体输送机械在工业生产中的应用

2.气体输送机械的一般特点 ①动力消耗大 ②气体输送机械体积一般都很庞大，对出口压力高的机械更 气体输送机械体积一般都很庞大， 是如此。 是如此。 ③由于气体的可压缩性，故在输送机械内部气体压力变化的 由于气体的可压缩性， 同时，体积和温度也将随之发生变化。 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。 的结构、形状有很大影响。

第七节 3.气体输送机械的分类

气体输送与压缩机械

(1)气体输送机械按工作原理分为往复式、离心式、旋转式、 气体输送机械按工作原理分为往复式、离心式、旋转式、 分为往复式 轴流式等。 轴流式等。 (2)按出口压力(终压)和压缩比不同分为如下几类： 按出口压力(终压)和压缩比不同分为如下几类： 通风机 鼓风机 气体 输送 机械 终压在2 终压为103~ , (表压) 。 中压压缩机 (表压)以上，压缩比大于 )。 压缩机 终压在 00kPa(表压)以上104kPa(表压4。 (表压) 高压压缩机 终压为104~105kPa(表压)。 真空泵 终压为当时当地的大气压， 终压为当时当地的大气压，压缩比根据所造成的真空 度而定。 终压在14.7kPa(表压)以下，压缩比为1~1.15。 (表压)以下，压缩比为 终压在 。 终压在14.7~300kPa(表压),压缩比为 ),压缩比为 终压在 (表压),压缩比为1.15~4。 。 终压为200~103kPa(表压)。 (表压) 低压压缩机 终压为

第七节一、离心式通风机

气体输送与压缩机械2

1.离心式通风机的结构特点 ①为适应输送风量大的要求， 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。 通风机的叶轮直径一般是比较大的。 ②叶轮上叶片的数目比较多。 叶轮上叶片的数目比较多。 ③叶片有平直的、前弯的、后 叶片有平直的、前弯的、 弯的。 弯的。中高压通风机的叶片多为向 后弯曲的。 后弯曲的。 ④机壳是蜗壳形。机壳内逐渐 机壳是蜗壳形。 扩大的通道及出口截面常不为圆形 而为矩形。 而为矩形。 2、离心式通风机的工作原理 、 3、离心式通风机的分类 、 离心式通风机：出口风压不大于1kPa(表压)。 表压)。 (1)低压离心式通风机：出口风压不大于 ) 离心式通风机：出口风压为1 表压)。 (2)中压离心式通风机：出口风压为 ~2.94kPa(表压)。 ) 离心式通风机：出口风压为2.94~14.7kPa(表压)。 表压)。 (3)高压离心式通风机：出口风压为 )

1—机壳；2—叶轮；3—吸入口； 机壳

; 叶轮； 吸入口； 4—排出口

第七节

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(一)离心式通风机的特性 1、全风压、动风压和静风压 、全风压、 全风压： (1)全风压： 是指1m 气体经风机之后所获得的外加能量( 是指1m3气体经风机之后所获得的外加能量(包括静压能和动压 能，位压能忽略不记)。用符号ΔP全表示。 位压能忽略不记)。用符号Δ 表示。 )。用符号 J N m N 全风压的单位： 全风压的单位： = = 2 = Pa 3 3 m m m2 1 2 1

由柏努利方程式，得： 由柏努利方程式，2 2 P2 P1 w2 w1 H = (Z2 Z1 ) + + + ∑hn 2g ρ2 g ρ1 g

w1 , P1 , Z 1 , ρ 1

w 2 , P2 , Z 2 , ρ 2

(2)全风压和扬程的区别： 全风压和扬程的区别：

P全 = ρgH P全 = ρgH = ( P2 P1 ) + ρ

(w 2

2 2

2 w 1 + ρg ∑ hn

)

第七节 (3)动风压： 动风压：

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气体离开风机时， 气体所具有的动能称为动风压。 气体离开风机时，每m3气体所具有的动能称为动风压。用符号 表示。 ΔP动表示。

P动 =

(4)静风压： 静风压：

1 2 ρw 2 2

气体在通风机出口处和进口处的静压能之差，其数值等于出、 每m3气体在通风机出口处和进口处的静压能之差，其数值等于出、 入口处的静压强之差。用符号Δ 表示。 入口处的静压强之差。用符号ΔP静表示。

P静 = P2 P12、风量Q: 风量Q 单位时间内风机所输送气体的体积。单位m /h、 /s。 单位时间内风机所输送气体的体积。单位m3/h、m3/s。 3、功率N: 功率N 单位时间内风机实际所做的功，即轴功率。 单位时间内风机实际所做的功，即轴功率。

N轴 =4、效率η: 、效率η

Q P全

ηN有 η= × 100% N轴

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(二)离心式通风机的特性曲线

P全 P静 ηN

P全 P静

ηNQ

第七节 二、往复式压缩机

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(一)往复式压缩机的结构与工作原理 1、往复式压缩机的结构 、 (1)往复式压缩机的组成 ) (2)往复式压缩机的主要部件 ) 冷却水套的作用： 冷却水套的作用： 活塞环的作用： 活塞环的作用： 2、往复式压缩机的工作原理 、吸气活门 活塞 活塞杆 曲轴 排气活门 气缸 连杆

第七节左死点P2 P1 P2 P1 P2 P1

气体输送与压缩机械左死点P2 P1

3、往复式压缩机的实际工作循环右死点

右死点

V1 ,P1

P2 P1 P2 P1

V4 , P1

V1 ,P1

V2 ,P2

PV3 P2

3

2

P2 P1

P2

P2 P1

P1V3

1 4 V4 V2 V1 V

第七节 P P2压缩 膨胀 4 吸气 V3 V4 V2 V1 V 1

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3

排气

2

(1)往复式压缩机的工作循环： 往复式压缩机的工作循环： 实际工作循环由吸气、压缩、 实际工作循环由吸气、压缩、 排气、膨胀四个阶段组成。 排

气、膨胀四个阶段组成。

P1

(2)什么是余隙？余隙的作用是什么？ 什么是余隙？余隙的作用是什么？ 当活塞达到左死点时， 当活塞达到左死点时，活塞与汽缸端P2 P1

V3 P2

盖之间必须留有很小的间隙， 盖之间必须留有很小的间隙，这个间隙称 为余隙。 为余隙。 余隙的作用是防止活塞与汽缸端盖发 生碰撞，导致设备损坏。 生碰撞，导致设备损坏。

第七节

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4、往复式压缩机的主要性能 (1)排气量 排气量是表示压缩机的生产能力，用符号Q表示，单位为m /s。 排气量是表示压缩机的生产能力，用符号Q表示，单位为m3/s。其 生产能力通常以吸入气体的量计算。 生产能力通常以吸入气体的量计算。 理论吸气量：等于活塞所扫过汽缸的容积。 理论吸气量：等于活塞所扫过汽缸的容积。

Q理 =

π4

D2 L f

实际排气量Q比理论吸气量小。因为余隙内高压气体的膨胀， 实际排气量Q比理论吸气量小。因为余隙内高压气体的膨胀，占 据了汽缸的一部分容积； 据了汽缸的一部分容积；吸气活门只能在汽缸内压强低于吸气管路 中气体的压强时才能打开，进入的气体立即膨胀， 中气体的压强时才能打开，进入的气体立即膨胀，也占据一部分容 积；气体通过填料函、活门、活塞等处时，气体要发生泄漏。 气体通过填料函、活门、活塞等处时，气体要发生泄漏。

Q = λ Q理λ—送气系数，由实由测出，一般为0.7~0.9。 送气系数，由实由测出，一般为0.7~0.9。 0.7

第七节 (2)压缩比

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压缩比：压缩机的出口压强与进口压强之比，称为压缩比。 压缩比：压缩机的出口压强与进口压强之比，称为压缩比。

P2 ε = P1容积系数：压缩机的实际吸气量与活塞所扫过汽缸的容积之比， 容积系数：压缩机的实际吸气量与活塞所扫过汽缸的容积之比， 称为容积系数。 称为容积系数。用符号 λ容 表示。 表示。

λ容

V1 V4 = V1 V3

P P2

3

2

容积系数、压缩比、生产能力三者的关系： 容积系数、压缩比、生产能力三者的关系： 当压缩比增大时， 当压缩比增大时，余隙中气体的温 度和压强越高，其膨胀程度越大， 度和压强越高，其膨胀程度越大，实际 吸气量减少，容积系数降低， 吸气量减少，容积系数降低，生产能力 降低。当压缩比增加到某一极限值时， 降低。当压缩比增加到某一极限值时， 吸气量将等于零，也就是说， 吸气量将等于零，也就是说，压缩机处V1 V

4

P1V3

4’ 4

1

V4 V4’ V2

在一种既不吸气也不排气， 在一种既不吸气也不排气，白白消耗动 力的状态。 力的状态。

第七节 (3)排气温度

气体

输送与压缩机械

气体经过压缩后排出时的绝对温度称为排气温度，排气温度的高 气体经过压缩后排出时的绝对温度称为排气温度， 低与压缩过程的性质和压缩比的大小有关。 低与压缩过程的性质和压缩比的大小有关。m 1 m

P T2 = T1 2 P 1 式中： 式中： T 1 吸气温度 P 2 P 1 压缩比 m 多变指数

,K ; , 也 可用 ε 表示 , 由 实由 测出 .

;

压缩比与排气温度的关系：(为什么往复式压缩机的排气温度不能过高？) 压缩比与排气温度的关系：(为什么往复式压缩机的排气温度不能过高？) :(为什么往复式压缩机的排气温度不能过高

压缩比越大，排气温度越高。而排气温度过高， 压缩比越大，排气温度越高。而排气温度过高，将导致汽缸中润滑 油的粘度降低，润滑性能减弱，造成零件的磨损加快， 油的粘度降低，润滑性能减弱，造成零件的磨损加快，严重时可能造成 润滑油分解以致炭化，使机器停止运转甚至爆炸。 润滑油分解以致炭化，使机器停止运转甚至爆炸。所以排气温度的高低 是限制了在一个汽缸内压缩机不能完成较大压缩比。 是限制了在一个汽缸内压缩机不能完成较大压缩比。

第七节 (4)功率

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压缩机需要的理论功率为： 压缩机需要的理论功率为：m 1 m m P2 P1 Q 1 = 1 P1 m 1

N理

由计算式子可以看出：压缩机的压缩比越大，所需要的功率越高。 由计算式子可以看出：压缩机的压缩比越大，所需要的功率越高。

结论：由压缩机的性能可知， 结论：由压缩机的性能可知，在一个汽缸内要实现较大的压缩 比，受到容积系数、排气温度、功率的限制而无法实现。所以在生 受到容积系数、排气温度、功率的限制而无法实现。 产中要求有较大的压缩比(即较高的排气压强)可以采用多级压缩。 产中要求有较大的压缩比(即较高的排气压强)可以采用多级压缩。

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(二)往复式压缩机的压缩级数和压缩比 1、多级压缩 把两个以上的汽缸串联起来， 把两个以上的汽缸串联起来，气体在一个汽缸内被压缩后经过冷 却降温，又送入下一个汽缸再压缩， 却降温，又送入下一个汽缸再压缩，经过几次压缩直至达到要求的最 终压力，称为多级压缩。气体被压缩一次称为一级， 终压力，称为多级压缩。气体被压缩一次称为一级，连续压缩的次数 多级压缩 为Z时，叫做Z级压缩。 叫做Z级压缩。2 3 1 4 5 6

1,4—汽缸； , 汽缸； 汽缸

2—中间冷却器； 中间冷却器； 中间冷却器 5—出口气体冷却器 出口气体

冷却器

3,6—油水分离器； , 油水分离器； 油水分离器

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2、总压缩比和各级压缩比的关系

Pi + 1 ε = Piε 各 级 压缩 比

P终 εt = P1;

ε = z εtP i + 1 各级排气压力 ; ε t 总压缩比 ; z 压缩机的级数 ; ;

P i 各 级 吸气 压 力 ; P 终 最最一级出口压力 P 1 最最 一 级 进气 压 力

.

3、多级压缩的优点： 多级压缩的优点： (1)提高汽缸的容积系数 生产能力越大。 生产能力越大。 (2)避免压缩机温度过高 (3)降低压缩机所需要的功率 即压缩比越小，容积系数越大， 即压缩比越小，容积系数越大，

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(三)往复式压缩机的运转与操作中的注意事项 1、往复式压缩机的吸气和排气是间歇的，流量不均匀。但压缩机很少 往复式压缩机的吸气和排气是间歇的，流量不均匀。 采用多动式，而是在出口处连结一个贮气罐(又称缓冲罐),这样， 采用多动式，而是在出口处连结一个贮气罐(又称缓冲罐),这样，不仅 贮气罐 ),这样 可以使得排气管中气体的流速稳定， 可以使得排气管中气体的流速稳定，也能使气体中夹带的水和油沫在此沉 降下来，定期排放掉。 降下来，定期排放掉。 2、为了防止吸入气体中夹带灰尘和铁屑等而造成对汽缸的磨损与刮 伤，在压缩机吸入口前要安装过滤器，操作中还应注意过滤器的工作是 压缩机吸入口前要安装过滤器， 否正常。当过滤器不干净时，会使吸入的阻力增加，排出管路气体的温 否正常。当过滤器不干净时，会使吸入的阻力增加， 度升高。 度升高。 3、压缩机汽缸中的气体温度较高，汽缸和活塞又处在直接摩擦移 压缩机汽缸中的气体温度较高， 动状态，因此，必须保证有很好的冷却和润滑。 动状态，因此，必须保证有很好的冷却和润滑。冷却水的终温一般不得 超过313K,否则应清除汽缸水套和中间冷却器里的水垢。在冬季停车时， 超过313K,否则应清除汽缸水套和中间冷却器里的水垢。在冬季停车时， 313K 一定要把冷却水放净，以防止管道等因结冰而损坏。 一定要把冷却水放净，以防止管道等因结冰而损坏。

第七节

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4、汽缸内的余隙是必要的，但应尽可能小，否则余隙中高压气体 汽缸内的余隙是必要的，但应尽可能小， 余隙是必要的 的膨胀，使吸气量减少，动力消耗增加。 的膨胀，使吸气量减少，动力消耗增加。 5、由于汽缸中的余隙很小而液体是不可压缩的，一定要防止液体 由于汽缸中的余隙很小而液体是不可压缩的，一定要防止液体 进到汽缸内，否则，即使是很少的液体进入， 进到

汽缸内，否则，即使是很少的液体进入，也能造成很高的压强而 使设备损坏。 使设备损坏。 应经常检查压缩机的各部分的工作是否正常， 压缩机的各部分的工作是否正常 6、应经常检查压缩机的各部分的工作是否正常，若发现有不正常 的噪音和碰击声时，应立即停车检查。 的噪音和碰击声时，应立即停车检查。 7、往复式压缩机调节流量的方法有补充余隙法、顶开吸入活门、 往复式压缩机调节流量的方法有补充余隙法、顶开吸入活门、 有补充余隙法 旁路回流、降低吸入压力、改变转速等方法。 旁路回流、降低吸入压力、改变转速等方法。

第七节 三、真空泵

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表示真空泵工作性能的两个主要参数： 表示真空泵工作性能的两个主要参数： (1)抽气速率 单位时间内真空泵在残余压力下， 单位时间内真空泵在残余压力下，从进气口吸

入的气体的体积，即真空泵的生产能力(即流量Q),以 /h或 /s表示 表示。 入的气体的体积，即真空泵的生产能力(即流量Q),以m3/h或m3/s表示。 (2)残余压力或极限真空度 真空泵所能达到的最低压力( 真空泵所能达到的最低压力(绝

对压力),常以[ 对压力),常以[托]表示。1托=1/760标准大气压=1mmHg柱。 ),常以 表示。 =1/760标准大气压=1mmHg柱 标准大气压=1mmHg (一)蒸汽喷射泵喷嘴 工作蒸汽 扩大管 出口

1、喷射泵的组成： 喷射泵的组成： 喷射泵由喷嘴、 喷射泵由喷嘴、混合 室和扩压室组成。 室和扩压室组成。 2、工作蒸汽管道和喷 嘴的关系: 嘴的关系: 工作蒸汽管道直径与喷 嘴直径之比最小大于10。 嘴直径之比最小大于10。 10

混合室

气体入口

第七节

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3、单级喷射泵的工作原理： 单级喷射泵的工作原理：1 喷嘴工作蒸汽

2 2

扩大管 出口 混合室

假设工作蒸汽的压力 为600kPa,流速为10m/s, 600kPa,流速为10m/s, 10m/s 密度为1.18kg/m 密度为1.18kg/m3,工作蒸 汽管道直径与喷嘴直径之 比为10。 比为10。 10

1

气体入口

为了讨论问题方便，在工作蒸汽管道和喷嘴处(即1—1、2—2截 为了讨论问题方便，在工作蒸汽管道和喷嘴处( 面)列出柏努利方程式，并忽略阻力损失。 列出柏努利方程式，并忽略阻力损失。

Z1 +

P1 w P w + + H = Z2 + 2 + + ∑ hn ρg 2 g ρg 2 g2

2 1

2 2

2 P1 w12 P2 w2 + = + ρg 2 g ρg 2 g

d1 w2 = w1 = 10 ×10 2 = 1000m / s d 2

600 × 10 3 10 2 P2 1000 2 + = + 1 . 18 2 1 . 18 2

第七节 4、三级蒸汽喷射泵

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工作蒸汽 冷凝水 1,3,5—第一、二、三级喷泵； 第一、 三级喷泵； 3 1 5 7 2,4,6—冷凝器； 冷凝器； 7—排出喷射泵 2 4

6

蒸汽喷射泵的特点： 蒸汽喷射泵的特点： 抽气量大、真空度高、 抽气量大、真空度高、 安装运行和维修简便。 安装运行和维修简便。

第七节

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(二)水环真空泵(液环真空泵) 水环真空泵(液环真空泵) 1、水环真空泵的结构: 水环真空泵的结构: 2、水环真空泵适用范围 适用于抽吸或输送无颗粒、 适用于抽吸或输送无颗粒、 无腐蚀性、不溶于水的气体； 无腐蚀性、不溶于水的气体；也 适用于抽吸含有液体的气体。 适用于抽吸含有液体的气体。当 被抽送气体不宜与水接触时， 被抽送气体不宜与水接触时，泵 内可充其它液体介质， 内可充其它液体介质，因此也叫 液环真空泵。 液环真空泵。此时可输送有腐蚀 性或爆炸性气体。 性或爆炸性气体。 4、水环真空泵的优点： 水环真空泵的优点： 结构简单紧凑，易于制造和维修，没有活门，经久耐用。 结构简单紧凑，易于制造和维修，没有活门，经久耐用。由于旋 转部分没有机械摩擦，寿命长，操作可靠，排量较为均匀。 转部分没有机械摩擦，寿命长，操作可靠，排量较为均匀。

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