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              第二節 氣體輸送和壓縮設備--離心通風機、鼓風機與壓縮機

              編輯:上海四禾風機有限公司  時間:2016-04-21

                      離心通風機、鼓風機與壓縮機的工作原理和離心泵的相似,即依靠葉輪的旋轉運動,使氣體獲得能量,從而提高了壓強。通風機都是單級的,所產生的表壓強低于14.7×lo3pa,對氣體只起輸送作用。鼓風機和壓縮機都是多級的,前者產生的表壓強低于294×lo3pa,后者高于294×103pa,兩者對氣體都有較顯著的壓縮作用。
                  一、離心通風機
                  離心通風機按所產生的風壓不同,可分為以下三類:
                  低壓離心通風機 出口風壓低于0.9807×103pa(表壓);
                  中壓離心通風機 出口風壓為0.9807×103~2.942×lo3pa(表壓);
                  高壓離心通風機 出口風壓為2.942×103~14.7×103pa(表壓)。
                  (一)離心通風機的結構
                  離心通風機的結構和單級離心泵相似。它的機殼也是蝸牛形的,但氣體流道的斷面有方形和圓形兩種,一般低、中壓通風機多是方形的(見圖2-37),高壓的多為圓形。葉片的數目比較多但長度較短。低壓通風機的葉片多是平直的,與軸心成輻射狀安裝。中、高風機的葉片則是彎曲的,所以高壓通風機的外形與結構與單級離心泵更為相似。
               
               圖2-37 低壓離心通風機
                  (二)離心通風機的性能參數與特性曲線
                  離心通風機的主要性能參數有風量,風壓,軸功率和效率。由于氣體通過風機時壓強變化較小,在風機內運動的氣體可視為不可壓縮流體,所以前述的離心泵基本方程式亦可用來分析離心通風機的性能。
                  (1)風量 風量是單位時間內從風機出口排出的氣體體積,但以風機進口處的氣體狀態計,以q表示,單位為m3/h。
                  (2)風壓 風壓是單位體積的氣體流過風機時所獲得的能量,以ht表示,單位為j/m3=pa。由于ht的單位與壓強的單位相同,故稱為風壓。風壓的單位習慣上用mmh2o來表示。
                  離心通風機的風壓取決于風機的結構、葉輪尺寸、轉速和進入風機的氣體的密度。
                  離心通風機的風壓目前還不能用理論方法進行計算,而是由實驗測定。一般通過測量風機進,出口處氣體的流速與壓強的數值,按柏努利方程式來計算風壓。
                  離心通風機對氣體所提供的有效能量,常以1m3氣體作為基準。若設風機進口為截面1-1′,出口為截面2-2′,則根據以單位體積流體為基準的柏努利方程式1-21c可得離心通風機的風壓為:
               
                  上式可簡化為
               (2-39)
                  因離心通風機出口處氣體的流速較大,故動風壓不能忽略。根據上述討論的情況,離心通風機的風壓為靜風壓和動風壓之和,又稱全風壓。通風機性能表上所列的風壓是指全風壓。
                  由式2-39可見,離心通風機的風壓隨進入風機的氣體的密度而變。風機性能表上的風壓,一般都是在20℃,1.013×105pa的條件下用空氣測得的,該條件下空氣的密度為1.2kg/m3。著實際操作條件與上述的實驗條件不同,應按下式特操作條件下的風壓ht′換算為實驗條件下的風壓ht,然后按ht的數值來選擇風機。
              (2-40)
                  (3)軸功率與效率 離心通風機的軸功率為:
              (2-41)
                  應注意,在應用式2-41計算軸功率時,式中的q與ht必須是同一狀態下的數值。
                  離心通風機的特性曲線,如圖2-38所示。它表示某種型號的風機在一定轉速下,風量q與風壓ht、、靜風壓hst、軸功率n、效率四者的關系。
                  (三)離心通風機的選擇
                  離心通風機的選擇與離心泵的相類似,其選擇步驟如下:
                  (1)根據柏努利方程式,計算輸送系統所需的實際風壓ht′,再按式2~40將hi′換算成實驗條件下的風壓ht。
                  (2)根據所輸送氣體的性質(如清潔空氣、易燃、易爆或腐蝕性氣體以及含塵氣體等)與風壓的范圍,確定風機的類型。若輸送的是清潔空氣,或與空氣性質相近的氣體,可選用一般類型的離心通風機,常用的有4-72型、8-18型和9-27型。前一類型屬中,低壓通風機,后兩類屬于高壓通風機。
                  (3)根據以風機進口狀態計的實際風量與實驗條件下的風壓ht,從風機樣本或產品目錄中的特性曲線或性能表中選擇合適的機號,選擇的原則與離心泵的相同,不再詳述。
                  每一類型的離心通風機均有不同直徑的葉輪,因此離心通風機的型號是在類型之外還有機號,如4-72no.12。4-72表示風機類型,no.12表示機號,其中12表示葉輪直徑為12dm。
               【例2-10】用風機將20℃,30000kg/h的空氣送入加熱器加熱至100℃、然后經管路而送到常壓設備內,輸送系統所需全風壓為1200pa(按60℃、常壓計)。試選合適的風機。若將已選的風機(轉速相同)置于加熱器之后,是否仍能完成輸送任務?
                  解:空氣在20℃、常壓下的密度為1.2kg/m3,則風量為:q=38000/1.2=31670m3/h
                  輸送系統的風壓ht′按下式換算為實驗條件下的風壓,即:
               
                  由本教材附錄五查得60℃、常壓空氣密度為l.06kg/m3,故
               
                  根據風量q=31670m3/h,風壓ht=1359pa,于本教材附錄廿八中查得4-72-11no.10c型離心通風機可滿足要求。該風機性能見本題附表.
                  若將已選風機置于加熱器之后,則風量發生明顯變化。由題知管路系統所需風壓為1200pa,此值較大氣壓強小得多,所以風機入口處的壓強仍可按常壓計。由本教材附錄可查得常壓、100℃下空氣密度為0.946kg/m3,故風量為:
               q=380000/0.946=40170m3/h>32700m3/h
                  風壓仍與前相同,若風機轉速仍為1000r/min,則此風機不能完成輸送任務。實際上還應考慮風機是否可耐高溫。
               例2-10 附表
              轉速r/min
              風壓pa
              風量m3/h
              效率 %
              功率 kw
              1000
              1422
              32700
              94.3
              16.5
                  二、離心鼓風機和壓縮機
                  離心鼓風機又稱透平鼓風機,工作原理與離心通風機的相同,結構類似于多級離心泵。圖2-39所示的為一臺五級離心鼓風機的示意圖。氣體由吸氣口進入后,經過第一級的葉輪和導輪,然后轉入第二級葉輪入口,再依次逐級通過以后的葉輪和導輪,最后由排氣口排出。
                  離心鼓風機的送氣量大,但所產生的風壓仍不太高,出口表壓強一般不超過294×103pa。由于在離心鼓風機中,氣體的壓縮比不高,所以無需設置冷卻裝置,各級葉輪的直徑也大致上相等。
                  離心壓縮機常稱為透平壓縮機,主要結構、工作原理都與離心鼓風機的相似,只是離心壓縮機的葉輪級數多,可在10級以上,轉速也較高,故能產生更高的壓強。由于氣體的壓縮比較高,體積變化較大,,溫度升高也較顯著。因此,寓心壓縮機常分成幾段,每段又包括若干級。葉輪直徑和寬度都逐級縮小,段與段間設置中間冷卻器,以免氣體溫度過高。
                  離心壓縮機流量大,供氣均勻,體積小,機體內易損部件少,可連續運轉且安全可靠,維修方便,機體內無潤滑油污染氣體。所以,近年來除壓強要求很高外,離心壓縮機的應用日趨廣泛。
                  離心鼓風機與離心壓縮機的規格、用途等詳見機械電子工業部有關產品目錄。

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