(一)離心式通風機、鼓風和壓縮機
通風機都是單級,,對氣體只起輸送作用,,可用柏努利方程進行有關計算,;鼓風機和壓縮機都是多級,用于產(chǎn)生高壓氣體,,壓縮機需要采取冷卻措施,。
離心式氣體輸送機械和離心泵的工作原理相似,但在結構上隨壓縮比的變化而有某些差異,。
1.離心通風機
風機對單位體積氣體所作的有效功稱為風壓,,以HT表示,單位為J/m3=Pa,。根據(jù)風壓的不同,,將離心通風機分為三類:
低壓離心通風機出口風壓低于0.981×103 Pa(表壓),;
中壓離心通風機 出口風壓為0.981×103 ~2.94×103 Pa(表壓);
高壓離心通風機 出口風壓為2.94×103 ~14.7×103 Pa(表壓),。
(1)離心通風機的結構和工作原理 離心通風機的結構和工作原理與離心泵大致相同,。低壓通風機的葉片數(shù)目多、與軸心成輻射狀平直安裝,。中、高壓通風機的葉片則是后彎的,,所以高壓通風機的外形與結構與單級離心泵更相似,。
(2)離心通風機的性能參數(shù):離心通風機的主要性能參數(shù)有風量,、風壓,、軸功率和效率,。
① 風量Q 風量是指單位時間內(nèi)從風機出口排出的氣體體積;并以風機進口處的氣體狀態(tài)計,,單位為m3/h,。
② 風壓HT 是單位體積氣體通過風機時所獲得的能量,單位為J/m3或Pa,,習慣上用mmH2O表示,。
風機的全風壓由靜風壓與動風壓構成,,即
HT=(p1-p2)+u22/2 (2-33)
通風機銘牌或手冊中所列的風壓是在空氣的密度為1.2kg/m3(20℃,、101.3 kPa)的條件下用空氣作介質(zhì)測定的,。若實際的操作條件與上述的實驗條件不同,,應將操作條件下的風壓換算為實驗條件下的風壓HT來選擇風機,,即
HT= HT’(1.2/ρ’) (2-34)
式中
ρ’――操作條件下空氣的密度,kg/m3,。
③ 軸功率與效率 離心通風機的軸功率為
N=HTQ/1000η (2-35)
式中
N――軸功率,,kW;
Q――風量,,m3/s,;
HT――全風壓,,Pa;
η――全壓效率,。
注意,,用式2-35計算功率時,,HT和Q必須是同一狀態(tài)下的數(shù)值。
(3)離心通風機的特性曲線
通風機出廠前在溫度為20℃的常壓下(101.3kPa)實驗測定其特性曲線,。離心通風機的特性曲線與離心泵的特性曲線相比,,此處增加了一條靜風壓隨流量的變化曲線。
(4)離心通風機的選擇
與離心泵的選擇遵循相似的步驟:
① 根據(jù)管路布局和工藝條件,,計算輸送系統(tǒng)所需的實際風壓HT’,,并按式2-38換算為實驗條件下的風壓HT。
② 根據(jù)所輸送氣體的性質(zhì)及所需的風壓范圍,確定風機的類型,。
③ 根據(jù)實際風量和實驗條件下的風壓,,選擇適宜的風機型號,。
④ 當ρ’>1.2kg/m3時,,要核算軸功率,。
2.離心鼓風機與壓縮機
離心鼓風機與壓縮機又稱透平鼓風機和壓縮機,,其結構類似于多級離心泵,,每級葉輪之間都有導輪,,工作原理和離心通風機相同,。離心壓縮機的段與段之間設置冷卻器,,以免氣體溫度過高,。離心鼓風機與離心壓縮機的規(guī)格、性能及用途詳見有關產(chǎn)品目錄或手冊,。
離心式壓縮機生產(chǎn)能力大,,供氣均勻,,連續(xù)運行安全可靠,維修方便,,因而廣被采用。
(二)回轉鼓風機,、壓縮機
回轉鼓風機、壓縮機與回轉泵相似,。常見的回轉式氣體壓縮機械有羅茨鼓風機,、葉氏鼓風機,、液環(huán)壓縮機,、滑片壓縮機,、滾動活塞壓縮機,、螺桿壓縮機等多種型式,。本節(jié)僅對羅茨鼓風機、液環(huán)壓縮機作簡要介紹,。
1.羅茨鼓風機
普通型羅茨鼓風機的主要部件是機殼內(nèi)有兩個特殊形狀的轉子(常為腰形或三星形),。
羅茨鼓風機的工作原理和齒輪泵相似,兩個轉子的旋轉方向相反,,氣體從機殼一側吸入,,從另一側排出。
羅茨鼓風機屬容積式機械,,其排氣量與轉速成正比,。當轉速一定時,風量與風機出口壓力無關,,表壓為40kPa上下時效率較高,。
羅茨鼓風機一般用回路調(diào)節(jié)流量,其出口應安裝氣體穩(wěn)壓罐并配置安全閥,。
2.液環(huán)壓縮機
液環(huán)壓縮機又稱納氏泵,。它主要由略似橢圓的外殼和旋轉葉輪組成,殼中盛有適量的液體,。當葉輪旋轉時,,由于離心力的作用,,液體被拋向殼體,形成橢圓形的液環(huán),,在橢圓形長軸兩端形成兩個月牙形空隙,。當葉輪回轉一周時,葉片和液環(huán)間所形成的密閉空間逐漸變大和變小各兩次,,氣體從兩個吸入口進入機內(nèi),,而從兩個排出口排出。
液環(huán)壓縮機內(nèi)的液體將被壓縮的氣體與機殼隔開,,氣體僅與葉輪接觸,,只要葉輪用耐腐蝕材料制造,則便適宜于輸送腐蝕性氣體,。殼內(nèi)的液體應與被輸送氣體不起作用,,例如壓送氯氣時,殼內(nèi)的液體可采用硫酸,。
液環(huán)壓縮機的壓縮比可達6~7,,但出口表壓在150~180kPa的范圍內(nèi)效率最高。
(三)真空泵
從設備或系統(tǒng)中抽出氣體使其中的絕對壓力低于大氣壓,,此種抽氣機械稱為真空泵,。從原則上講,真空泵就是在負壓下吸氣,,一般是大氣壓下排氣的輸送機械,。在真空技術中,通常把真空狀態(tài)按絕對壓力高低劃分為低真空(105~103Pa),、(103~ 10-1Pa),、高真空(10-1~10-6Pa)、超高真空(10-6~10-10Pa)及極高真空(<10-10 Pa)五個真空區(qū)域,。為了產(chǎn)生和維持不同真空區(qū)域強度的需要,,設計出多種類型的真空泵。
化工中用來產(chǎn)生低,、中真空的真空泵有往復真空泵,、旋轉真空泵(包括液環(huán)式、旋片式真空泵)和噴射真空泵等,。
1.往復真空泵
往復真空泵的構造和工作原理與往復式壓縮機基本相同,。但是,由于真空泵所抽吸氣體的壓力很小,,且其壓縮比又很高(通常大于20),,因而真空泵吸入和排出閥門必須更加輕巧靈活、余隙容積必須更小。為了減小余隙的不利影響,,真空泵氣缸設有連通活塞左右兩側的平衡氣道,。若氣體具有腐蝕性,可采用隔膜真空泵,。
2.旋轉真空泵
(1)液環(huán)真空泵 用液體工作介質(zhì)的粗抽泵稱作液環(huán)泵,。其中,同水作工作介質(zhì)的叫水環(huán)真空泵,,其它還可用油,、硫酸及醋酸等作工作介質(zhì)。工業(yè)上水循環(huán)泵應用居多,。
水環(huán)真空泵的外殼內(nèi)偏心地裝有葉輪,,葉輪上有輻射狀葉片2,泵殼內(nèi)約充有一半容積的水,。當葉輪旋轉時,,形成水環(huán)3。水環(huán)有液封作用,,使葉片間空隙形成大小不等的密封小室,。當小室的容積增大時,氣體通過吸入口4被吸入,;當小室變小時,,氣體由壓出口5排出。水環(huán)真空泵運轉時,,要不斷補充水以維持泵內(nèi)液封。水環(huán)真空泵屬濕式真空泵,,吸氣中可允許夾帶少量液體,。
水環(huán)真空泵可產(chǎn)生的最大真空度為83kPa左右。當被抽吸的氣體不宜與水接觸時,,泵內(nèi)可充以其它液體,。
(2)旋片真空泵
旋片泵是獲得低中真空的主要泵種之一。它可分為油封泵和干式泵,。根據(jù)所要求的真空度,,可采用單級泵(極限壓力為4Pa,通常為50~200Pa)和雙級泵(極限壓力為(6~1)×10-2Pa),,其中以雙級泵應用更為普遍,。
當帶有兩個旋片7的偏心轉子按圖中箭頭方向旋轉時,旋片在彈簧8的壓力及自身離心力的作用下,,緊貼著泵體9的內(nèi)壁滑動,,吸氣工作室A的容積不斷擴大,被抽氣體流經(jīng)吸入口3和吸氣管4進入其中,直到旋片轉到垂直位置時吸氣結束,,吸入的氣體被旋片隔離,。轉子繼續(xù)旋轉,被隔離氣體逐漸被壓縮,、壓力升高,。當壓力超過排氣閥片2上的壓力時,則氣體從排氣口1排出,。轉子每旋轉一周有兩次吸氣和排氣過程,。
兩級旋片真空泵中氣體從高真空腔A進入低真空腔后再排出泵外。
旋片真空泵具有使用方便,、結構簡單,、工作壓力范圍寬、可在大氣壓下直接啟動等優(yōu)點,,應用比較廣泛,。但旋片真空泵不適于抽除含氧過高、有爆炸性,、有腐蝕性,、對油起化學反應及含顆粒塵埃的氣體。
(3)噴射泵 噴射泵是利用流動時靜壓能轉換為動能而造成的真空來抽送流體的,。它既可用來抽送氣體,,也可用來抽送液體。在化工生產(chǎn)中,,噴射泵常用于抽真空,,故它又稱為噴射真空泵。
噴射泵的工作流體可以是蒸汽,,也可以是液體,。圖2-49所示的是單級蒸汽噴射泵。工作蒸汽以很高的速度從噴嘴3噴出,,在噴射過程中,,蒸汽的靜壓能轉變?yōu)閯幽埽a(chǎn)生低壓,,而將氣體吸入,。吸入的氣體與蒸汽混合后進入擴散管4,使部分動能轉變?yōu)殪o壓能,,而后從壓出口5排出,。
單級蒸汽噴射泵可達到99%的真空度,若要獲得更高的真空度,,可以采用多級蒸汽噴射泵,。
圖2-50所示為三級蒸汽噴射泵,。工作蒸汽與被抽吸氣體先進入第一級噴射泵,混合氣體經(jīng)冷凝器2使蒸汽冷凝,,氣體則進入第二級噴射泵3,,而后順序通過冷凝器4、第三級噴射泵5及冷凝器6,,最后由噴射泵7排出,。輔助噴射泵8與主要噴射泵并聯(lián),用以增加啟動速度,。當系統(tǒng)達到指定的真空度時,,輔助噴射泵可停止工作。
由于抽送流體與工作流體混合,,噴射真空泵的應用范圍受到一定限制,。