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第二节 气体输送和压缩设备--离心通风机、鼓风机与压缩机

编辑:上海四禾风机有限公司  时间:2016-04-21

        离心通风机、鼓风机与压缩机的工作原理和离心泵的相似,即依靠叶轮的旋转运动,使气体获得能量,从而提高了压强。通风机都是单级的,所产生的表压强低于14.7×lo3pa,对气体只起输送作用。鼓风机和压缩机都是多级的,前者产生的表压强低于294×lo3pa,后者高于294×103pa,两者对气体都有较显著的压缩作用。
    一、离心通风机
    离心通风机按所产生的风压不同,可分为以下三类:
    低压离心通风机 出口风压低于0.9807×103pa(表压);
    中压离心通风机 出口风压为0.9807×103~2.942×lo3pa(表压);
    高压离心通风机 出口风压为2.942×103~14.7×103pa(表压)。
    (一)离心通风机的结构
    离心通风机的结构和单级离心泵相似。它的机壳也是蜗牛形的,但气体流道的断面有方形和圆形两种,一般低、中压通风机多是方形的(见图2-37),高压的多为圆形。叶片的数目比较多但长度较短。低压通风机的叶片多是平直的,与轴心成辐射状安装。中、高风机的叶片则是弯曲的,所以高压通风机的外形与结构与单级离心泵更为相似。
 
 图2-37 低压离心通风机
    (二)离心通风机的性能参数与特性曲线
    离心通风机的主要性能参数有风量,风压,轴功率和效率。由于气体通过风机时压强变化较小,在风机内运动的气体可视为不可压缩流体,所以前述的离心泵基本方程式亦可用来分析离心通风机的性能。
    (1)风量 风量是单位时间内从风机出口排出的气体体积,但以风机进口处的气体状态计,以q表示,单位为m3/h。
    (2)风压 风压是单位体积的气体流过风机时所获得的能量,以ht表示,单位为j/m3=pa。由于ht的单位与压强的单位相同,故称为风压。风压的单位习惯上用mmh2o来表示。
    离心通风机的风压取决于风机的结构、叶轮尺寸、转速和进入风机的气体的密度。
    离心通风机的风压目前还不能用理论方法进行计算,而是由实验测定。一般通过测量风机进,出口处气体的流速与压强的数值,按柏努利方程式来计算风压。
    离心通风机对气体所提供的有效能量,常以1m3气体作为基准。若设风机进口为截面1-1′,出口为截面2-2′,则根据以单位体积流体为基准的柏努利方程式1-21c可得离心通风机的风压为:
 
    上式可简化为
 (2-39)
    因离心通风机出口处气体的流速较大,故动风压不能忽略。根据上述讨论的情况,离心通风机的风压为静风压和动风压之和,又称全风压。通风机性能表上所列的风压是指全风压。
    由式2-39可见,离心通风机的风压随进入风机的气体的密度而变。风机性能表上的风压,一般都是在20℃,1.013×105pa的条件下用空气测得的,该条件下空气的密度为1.2kg/m3。着实际操作条件与上述的实验条件不同,应按下式特操作条件下的风压ht′换算为实验条件下的风压ht,然后按ht的数值来选择风机。
(2-40)
    (3)轴功率与效率 离心通风机的轴功率为:
(2-41)
    应注意,在应用式2-41计算轴功率时,式中的q与ht必须是同一状态下的数值。
    离心通风机的特性曲线,如图2-38所示。它表示某种型号的风机在一定转速下,风量q与风压ht、、静风压hst、轴功率n、效率四者的关系。
    (三)离心通风机的选择
    离心通风机的选择与离心泵的相类似,其选择步骤如下:
    (1)根据柏努利方程式,计算输送系统所需的实际风压ht′,再按式2~40将hi′换算成实验条件下的风压ht。
    (2)根据所输送气体的性质(如清洁空气、易燃、易爆或腐蚀性气体以及含尘气体等)与风压的范围,确定风机的类型。若输送的是清洁空气,或与空气性质相近的气体,可选用一般类型的离心通风机,常用的有4-72型、8-18型和9-27型。前一类型属中,低压通风机,后两类属于高压通风机。
    (3)根据以风机进口状态计的实际风量与实验条件下的风压ht,从风机样本或产品目录中的特性曲线或性能表中选择合适的机号,选择的原则与离心泵的相同,不再详述。
    每一类型的离心通风机均有不同直径的叶轮,因此离心通风机的型号是在类型之外还有机号,如4-72no.12。4-72表示风机类型,no.12表示机号,其中12表示叶轮直径为12dm。
 【例2-10】用风机将20℃,30000kg/h的空气送入加热器加热至100℃、然后经管路而送到常压设备内,输送系统所需全风压为1200pa(按60℃、常压计)。试选合适的风机。若将已选的风机(转速相同)置于加热器之后,是否仍能完成输送任务?
    解:空气在20℃、常压下的密度为1.2kg/m3,则风量为:q=38000/1.2=31670m3/h
    输送系统的风压ht′按下式换算为实验条件下的风压,即:
 
    由本教材附录五查得60℃、常压空气密度为l.06kg/m3,故
 
    根据风量q=31670m3/h,风压ht=1359pa,于本教材附录廿八中查得4-72-11no.10c型离心通风机可满足要求。该风机性能见本题附表.
    若将已选风机置于加热器之后,则风量发生明显变化。由题知管路系统所需风压为1200pa,此值较大气压强小得多,所以风机入口处的压强仍可按常压计。由本教材附录可查得常压、100℃下空气密度为0.946kg/m3,故风量为:
 q=380000/0.946=40170m3/h>32700m3/h
    风压仍与前相同,若风机转速仍为1000r/min,则此风机不能完成输送任务。实际上还应考虑风机是否可耐高温。
 例2-10 附表
转速r/min
风压pa
风量m3/h
效率 %
功率 kw
1000
1422
32700
94.3
16.5
    二、离心鼓风机和压缩机
    离心鼓风机又称透平鼓风机,工作原理与离心通风机的相同,结构类似于多级离心泵。图2-39所示的为一台五级离心鼓风机的示意图。气体由吸气口进入后,经过第一级的叶轮和导轮,然后转入第二级叶轮入口,再依次逐级通过以后的叶轮和导轮,最后由排气口排出。
    离心鼓风机的送气量大,但所产生的风压仍不太高,出口表压强一般不超过294×103pa。由于在离心鼓风机中,气体的压缩比不高,所以无需设置冷却装置,各级叶轮的直径也大致上相等。
    离心压缩机常称为透平压缩机,主要结构、工作原理都与离心鼓风机的相似,只是离心压缩机的叶轮级数多,可在10级以上,转速也较高,故能产生更高的压强。由于气体的压缩比较高,体积变化较大,,温度升高也较显著。因此,寓心压缩机常分成几段,每段又包括若干级。叶轮直径和宽度都逐级缩小,段与段间设置中间冷却器,以免气体温度过高。
    离心压缩机流量大,供气均匀,体积小,机体内易损部件少,可连续运转且安全可靠,维修方便,机体内无润滑油污染气体。所以,近年来除压强要求很高外,离心压缩机的应用日趋广泛。
    离心鼓风机与离心压缩机的规格、用途等详见机械电子工业部有关产品目录。

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