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1,煤化工设备知识培训 2010年7月7日,2,目录,流体输送机械 沉降 干燥设备 蒸发设备 传热设备 塔设备 萃取设备,3,流体的输送,流体输送机械 输送液体的机械称为泵 输送气体的机械称为风机或压缩机,4,泵,按泵作用于液体原理分类 1、叶片式泵（动力式泵） 由泵内叶片在旋转时产生的离心力作用将液体连续的吸入并压出。叶片式泵包括离心泵、混流泵、轴流泵、部分流泵及旋涡泵。 2、容积式泵(正排量泵） 包括往复式泵和容积式泵。它们分别由泵内活塞作往复运动或转子作旋转运动而产生挤压作用将液体吸入并压出。前者排液过程是间歇的。常见的往复式泵有各种型式活塞泵、柱塞泵及隔膜泵等。常见回转式泵有外啮合齿轮泵、内啮合齿轮泵、螺杆泵、回转径向柱塞泵、回转轴向柱塞泵、滑片泵罗茨泵及液环泵等。 3、其它类型泵 包括利用流体静压或流体流体动能来输送液体的流体动力泵。如喷射泵、空气升液器、水锤泵等。另外还有利用电磁力输送液体的电磁泵。 按泵的用途分类 按泵的用途可分为 进料泵、回流泵、塔底泵、循环泵、产品泵、注入泵、排污泵、燃料油泵、润滑油泵和封液泵等。 按所适用的介质分类 分为清水泵、污水泵、泥浆泵、砂泵、灰渣泵、耐酸泵、碱泵、冷油泵、热油泵、低温泵等。,5,泵,泵的基本参数 流量Q（m3/h），扬程H（m），转速n(r/min),功率（轴功率和配用功率）P（kW），效率（%），汽蚀余量（NPSH）r (m) , 进出口径（mm），叶轮直径D（mm）,泵重量W（kg） 流量V:液体在泵出口截面的流量 扬程He：每牛顿重量液体在泵出口截面具有的总机械能与在泵进口界面具有的总机械能的差值 有效功率Ne：由流量及扬程算得的液体流过泵体所得的功率 轴功率Na：外界输入泵的功率 泵的功率：有效功率与轴功率之比 离心泵 工作原理：被输送液体经吸入室进入泵内，并充满泵腔，原动机驱动轴带动叶轮旋转，叶轮的叶片带动被输送液体与叶轮一起旋转，在离心力的作用下，被输送液体由叶轮中心向叶轮边缘流动，其速度逐渐增大，在流出叶轮的瞬间其速度最大，然后进入蜗室，被输送液体速度逐步降低，将大部分动能转换为压力能，再经压力管进一步降低速度，被输送液体的压力继续升高，达到需要的压力后将液体压入泵的排出管路。当液体由叶轮中心流向叶轮边缘后，叶轮中心呈现低压状态，利用压差液体被吸入泵内。如此叶轮连续旋转完成液体输送。,6,泵,原理图,当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。,7,泵,离心泵的种类 一、按工作叶轮数目来分类 1、单级泵：即在泵轴上只有一个叶轮。 2、多级泵.：即在泵轴上有两个或两个以上的叶轮，这时泵的总扬程为n个叶轮产生的扬程之和。 二、按工作压力来分类 1、低压泵：压力低于100米水柱； 2、中压泵：压力在100650米水柱之间； 3、高压泵：压力高于650米水柱。 三、按叶轮进水方式来分类 1、单侧进水式泵：又叫单吸泵，即叶轮上只有一个进水口； 2、双侧进水式泵：又叫双吸泵，即叶轮两侧都有一个进水口。它的流量比单吸式泵大一倍，可以近似看作是二个单吸泵叶轮背靠背地放在了一起。 四、按泵壳结合缝形式来分类 1、水平中开式泵：即在通过轴心线的水平面上开有结合缝。 2、垂直结合面泵：即结合面与轴心线相垂直。 五、按泵轴位置来分类 1、卧式泵：泵轴位于水平位置。 2、立式泵：泵轴位于垂直位置。,8,泵,离心泵的结构,9,泵,叶轮 叶轮的作用是将原动机的机械能直接传给液体，以增加液体的静压能和动能主要增加静压能。叶轮一般有612片后弯叶片。叶轮有开式、半闭式和闭式三种，如图所示。开式叶轮在叶片两侧无盖板，制造简单、清洗方便，适用于输送含有较大量悬浮物的物料，效率较低，输送的液体压力不高；半闭式叶轮在吸入口一侧无盖板，而在另一侧有盖板，适用于输送易沉淀或含有颗粒的物料，效率也较低；闭式叶轮在叶轮在叶片两侧有前后盖板，效率高，适用于输送不含杂质的清洁液体。一般的离心泵叶轮多为此类。叶轮有单吸和双吸两种吸液方式。有一个进水口的是单吸，可以从两面一起进水的为双吸。根据叶轮上叶片上的几何形状，可将叶片分为后弯、径向和前弯三种，由于后弯叶片有利于液体的动能转换为静压能，故而被广泛采用。,10,泵,泵壳 作用是将叶轮封闭在一定的空间，以便由叶轮的作用吸入和压出液体。泵壳多做成蜗壳形，故又称蜗壳。由于流道截面积逐渐扩大，故从叶轮四周甩出的高速液体逐渐降低流速，使部分动能有效地转换为静压能。泵壳不仅汇集由叶轮甩出的液体，同时又是一个能量转换装置,11,泵,轴封装置 有填料密封和机械密封两种 1、填料密封 填料装入填料腔以后，经压盖对它作轴向压缩，当轴与填料有相对运动时，由于填料的塑性，使它产生径向力，并与轴紧密接触。与此同时，填料中浸渍的润滑剂被挤出，在接触面之间形成油膜。由于接触状态并不是特别均匀的，接触部位便出现“边界润滑”状态，称为“轴承效应”；而未接触的凹部形成小油槽，有较厚的油膜，接触部位与非接触部位组成一道不规则的迷宫，起阻止液流泄漏的作用，此称“迷宫效应”。这就是填料密封的机理。显然，良好的密封在于维持“轴承效应”和“迷宫效应”。也就是说，要保持良好的润滑和适当的压紧。若润滑不良，或压得过紧都会使油膜中断，造成填料与轴之间出现干摩擦，最后导致烧轴和出现严重磨损。 为此，需要经常对填料的压紧程度进行调整，以便填料中的润滑剂在运行一段时间流失之后，再挤出一些润滑剂，同时补偿填料因体积变化所造成的压紧力松弛。显然，这样经常挤压填料，最终将使浸渍剂枯竭，所以定期更换填料是必要的。此外，为了维持液膜和带走摩擦热，有意让填料处有少量泄漏也是必要的。,12,泵,2、机械密封 机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。 常用机械密封结构由静止环（静环）1、旋转环（动环）2、弹性元件3、弹簧座4、紧定螺钉5、旋转环辅助密封圈6和静止环辅助密封圈8等元件组成，防转销7固定在压盖9上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还。,13,泵,离心泵的气蚀现象 泵在工作时液体在叶轮的进口处因一定真空压力下会产生汽体，汽化的气泡在液体质点的撞击运动下，对叶轮等金属表面产生剥蚀，从而破坏叶轮等金属，此时真空压力叫汽化压力，汽蚀余量是指在泵吸入口处单位重量液体所具有的超过汽化压力的富余能量。单位用米标注，用（NPSH）r。吸程即为必需汽蚀余量h：即泵允许吸液体的真空度，亦即泵允许的安装高度，单位用米。吸程=标准大气压（10.33米）-汽蚀余量-安全量（0.5米） 标准大气压能压管路真空高度10.33米。 产生气蚀的原因： 其吸入压力低于输送温度下液体的气化压力。引起离心泵吸入压力过低的因素如下： 泵吸上的安装高度过高，关注泵的灌注头过低； 泵送液体的温度高于规定温度； 泵吸入管局部阻力过大； 泵的运行工况点偏离额定点过多； 闭式系统中的系统压力下降。,14,泵,离心泵的特性曲线 离心泵的H、 、 N都与离心泵的Q有关，它们之间的关系由确定离心泵压头的实验来测定，实验测出的一组关系曲线：,HQ 、Q 、 NQ 离心泵的特性曲线 注意：特性曲线随转速而变。 各种型号的离心泵都有本身独自的特性曲线，但形状基本相似，具有共同的特点 。 1）HQ曲线：表示泵的压头与流量的关系，离心泵的压头普遍是随流量的增大而下降（流量很小时可能有例外） 2）NQ曲线：表示泵的轴功率与流量的关系，离心泵的轴功率随流量的增加而上升，流量为零时轴功率最小。 离心泵启动时，应关闭出口阀，使启动电流最小，以保护电机。 3）Q曲线：表示泵的效率与流量的关系，随着流量的增大，泵的效率将上升并达到一个最大值，以后流量再增大，效率便下降。,15,泵,通常把表示主要性能参数之间关系的曲线称为离心泵的性能曲线或特性曲线，实质上，离心泵性能曲线是液体在泵内运动规律的外部表现形式，通过实测求得。特性曲线包括：流量-扬程曲线（Q-H），流量-效率曲线（Q-），流量-功率曲线（Q-N），流量-汽蚀余量曲线（Q-（NPSH）r），性能曲线作用是泵的任意的流量点，都可以在曲线上找出一组与其相对的扬程，功率，效率和汽蚀余量值，这一组参数称为工作状态，简称工况或工况点，离心泵最高效率点的工况称为最佳工况点，最佳工况点一般为设计工况点。一般离心泵的额定参数即设计工况点和最佳工况点相重合或很接近。在实践选效率区间运行，即节能，又能保证泵正常工作，因此了解泵的性能参数相当重 影响离心泵性能的主要因素 流体密度：离心泵的流量和扬程与密度无关；功率随密度增大而增加 转速： 当转速增大时，流量、扬程和功率都增大。可以利用相似率表示：,叶轮直径：,16,泵,离心泵的工作点 工作点：当离心泵安装在管路中，泵所提供的流量与扬程，应与管路所需要的流量与扬程相一致。将管路性能曲线 Hi-Q 与泵的性能曲线 H-Q 绘于一图，两曲线的交点即为工作点。如下图的 M 点。,17,泵,通过改变管路特性曲线来改变泵的工作点。方法是在泵出口管路上装一调节阀，改变阀门开度，将改变管路的局部阻力，从而使管路特性曲线发生变化，导致泵的工作点随之变化。 如阀门关小时，管路的局部阻力加大，管路特性曲线变陡，工作点由M上移至M1点，流量由Q降至Q1。反之，流量增大。 优点：调节流量，简便易行，可连续变化 缺点：关小阀门时增大了流动阻力，额外消耗了部分能量，经济上不够合理。 改变泵的叶轮直径 泵的叶轮直径增加，泵特性曲线上移，工作点随之由M上移至M1，流量由Q增大到Q1。 优点：较经济，无额外能量损失 缺点：流体调节范围有限、不方便，难以做到连续调节，调节不当会降低泵的效率。一般很少采用。,18,泵,离心泵的组合操作,串联 当单台泵达不到压头要求时，采用串联组合。两台完全相同的离心泵串联，从理论上讲，在同样的流量下，其提供的压头应为单泵的两倍。因而依据单泵特性曲线1上一系列坐标点，保持横标(Q)不变，使纵标(H)加倍，绘出两泵串联后的特性曲线2。 串联泵的操作流量和压头由工作点决定，由图知，串联后流量亦有所增加，但压头低于单台泵压头的两倍。,特点：Q并 H单,并联 当单台泵达不到流量要求时，采用并联组合。两台相同的离心泵并联，理论上讲在同样的压头下，其提供的流量应为单泵的两倍。因而依据单泵特性曲线1上一系列点，保持纵标(H)不变，使横标(Q)加倍，绘出两泵并联后的特性曲线2。 并联泵的实际流量和压头由工作点决定，由图知，并联后压头有所增加，但流量低于单泵流量的两倍(实际上三台以上泵的并联不多)。,H串 Q单,19,泵,离心泵组合方式的选择,生产中如何选择组合方式，还与管路特性有关，一般： 1、当单泵压头远达不到要求时，必须采用串联； 2在某些情况下，并串联都可提高流量和压头，这时与管路特性有关。 对低阻型输送管路，并联组合优于串联组合，即并联可获得更高的流量和压头，选并联； 对高阻型输送管路，串联组合优于并联组合，即串联可获得更高的流量和压头，选串联。,20,泵,多级泵,21,泵,双吸泵,22,泵,其他类型的泵 往复泵： 往复泵其构造主要是由泵缸、活塞及单向阀组成,单动泵：活塞一侧装有吸入阀和排出阀 活塞自左向右移动时，排出阀关闭，吸入阀打开，液体进入泵缸，直至活塞移至最右端。 活塞由右向左移动，吸入阀关闭而排出阀开启，将液体以高压排出。活塞移至左端，则排液完毕，完成了一个工作循环，周而复始实现了送液目的。因此往复泵是依靠其工作容积改变对液体进行做功。 在一次工作循环中，吸液和排液各交替进行一次，其液体的输送是不连续的。活塞往复非等速，故流量有起伏。,主要用于小流量，高压强的场合，输送高粘度液体时效果比离心泵好。不能用于腐蚀性流体及有固体粒子的悬浮液的输送。,23,泵,齿轮泵 齿轮泵也是正位移泵的一种，如图。泵壳内的两个齿相互啮合，按图中所示方向转动。在泵的吸入口，两个齿轮的齿向两侧拨开，形成低压将液体吸入。齿轮旋转时，液体封闭于齿穴和泵壳体之间，被强行压至排出端。在排出端两齿轮的齿相互合拢，形成高压将液体排出。 齿轮泵产生较高的压头但流量小，用于输送粘稠液体及膏状物，但不能输送含固体颗粒的悬浮液。,24,泵,螺杆泵,由泵壳和一根或几根螺杆构成。 一根螺杆：螺杆和泵壳形成的空隙排送液体。 两根螺杆：与齿轮泵类似，利用互相啮合的螺杆排送液体。 特点是压头高，效率高，噪音小。 适于在高压下输送粘稠性液体。 流量调节时用旁路(回流装置)调节。,25,泵,水环真空泵 水环真空泵的工作原理，其外壳式圆形的，叶轮偏心安装，液环亦呈圆形，由相邻叶片、叶轮内筒及液面构成往复泵缸体。随着叶轮的转动，泵缸容积发生变化。水环真空泵可抽到600mmHg真空度。因通常泵内充水，故称为水环真空泵，如泵内充其他液体，则称为液体真空泵。,26,泵,喷射泵 它是利用文丘里管，在截面最小处流速最大，压强最小，压强最低处常用来抽吸气体。喷射泵内的流动流体一般为水或者水蒸气，其抽吸能力与水环真空泵相近，约可抽到600mmHg真空度左右。因其结构简单，没有运动部件，操作可靠，只需一台泵运转即可，故具有较好的应用前景。,27,泵,计量泵： 计量泵是可以调节流量、并可以对流量进行精确计量的泵类。 计量泵主要用于化工、石油化工、医药、食品、日用化工、水处理等行业的生产中，定量输送各种液体物料。在化工生产中，常用于按要求的配比同时将增加了流量调节和计量系统，对结构和选材进行必要的改进，并提高制造精度，减少泵的内漏和外漏损失，保持流量稳定。计量泵多为容积式泵，因为在理论上容积式泵的流量与排出压力的变化（扬程）无关，易于计算。常用的计量泵有往复式和旋转式两大类。 往复式计量泵的输送部分称为泵头，按泵头的形式，往复式计量可分为柱塞式、隔膜式、隔罩式、隔套式和波纹管式。 旋转式计量泵系由转子泵发展而成。由转子泵、减速器、和可调节转速的原动机组成。 旋转式计量泵的输送部分称为泵头，按泵头的形式，旋转式计量可分为齿轮式、软管式。,28,泵,无泄漏泵： 无泄漏泵的主要类型及结构 无泄漏泵包括屏蔽泵、磁力泵、气动式隔膜泵、电磁泵等。根据工程习惯，本文所述无泄漏泵系指屏蔽泵和磁力泵，国外文献常称之为无轴封泵。 屏蔽泵 在无泄漏泵中，屏蔽泵使用较广。屏蔽泵主要有泵体、叶轮、定子、转子、前后轴承及推力盘等组成，电机与泵合为一体，定、转子之间用非磁性薄壁材料制屏蔽套隔开，转子由前后轴承支承浸在输送介质中。定子绕组通电后，电磁能透过屏蔽套传入带动转子转动，进而带动叶轮输送介质 磁力泵 磁力泵是通过分别装在泵轴和电机轴上的内、外磁转子所产生的磁力，将电机转矩传递给泵轴，进而带动叶轮输送介质。当电机旋转时，外磁转子通过隔离套与内磁转子相互吸引，带动泵轴与叶轮转动。内外磁转子磁钢块数量相同，形成一一对应的磁极关系，二者同步转动。由于隔离套将泵轴完全封闭，从而达到无轴封、无泄漏。 气动隔膜泵 气动隔膜泵是一种利用压缩空气为动力用以输送液体 的新型泵，通过隔膜使压缩空气和输送液体完全隔开，特别适用于输送带腐蚀、含颗粒、高粘 度的液体，能广泛应用于石油化工、轻工皮革、食品医药等行业，是制革行业喷浆流水线、油 漆输送装置和压铸机自动喷涂机中必配的设备。该泵具有噪音低、寿命长、耐腐蚀、密封性好 、寿命长等特点。采用全气动控制，具有防爆性，流量可调节，控制方便。 电磁泵 电磁泵是一种将动力和泵体直接结合为一体的液体泵。电磁泵的工作原理类似普通电磁阀，它以交流电为工作动力，电流通过电磁绕组形成交变固定磁场，与可运动的泵体形成交互作用，带动泵体振动，推动液体输出。,29,泵,隔膜泵 实际上是柱塞泵，其结构特点四借弹性薄膜将被输送液体与活柱隔开，从而使得活柱和泵缸得以保护。 隔膜左侧与液体接触的部分均由耐腐蚀材料制造或涂一层耐腐蚀物质；隔膜右侧充满水或油。当柱塞作往复运动时，迫使隔膜交替地向两侧弯曲，将被输送液体吸入或排出。弹性薄膜采用耐腐蚀橡胶或金属薄片制成。 适于：定量输送剧毒、易燃、易爆、腐蚀性液体和悬浮液。,30,入口 suction side,叶轮 impeller,出口 discharge side,滑动轴承/slide bearing,定子/stator,转子/rotor,定子屏蔽套 stator can,滑动轴承 slide bearing,屏蔽电泵/Canned Motor Pump,工作原理/Technical Principles,泵,31,泵,屏蔽泵,32,入口 suction side,叶轮/impeller,出口/discharge side,滑动轴承/slide bearing,外磁缸体/rotor outer,内磁缸体/inner rotor,隔离套/can,电机端 motor side,滑动轴承/slide bearing,磁力传动泵工作原理,泵,33,气体输送设备,气体输送设备,34,气体输送设备-风机,离心通风机的结构和工作原理 离心通风机叶片之间的气体在叶轮旋转时，受到离心力作用获得动能（动压头）从叶轮周边排出，经过蜗壳状机壳的导向，使之向通风机出口流动，从而在叶轮中心部位形成负压，使外部气流源源不断流入补充，从而使风机能排出气体。,电动机通过轴把动力传递给风机叶轮，叶轮旋转把能量传递给空气，在旋转的作用下空气产生离心力，空气延风机叶轮的叶片向周围扩散，此时，风机叶轮越大，空气所接受的能量越大，也就是风机的压头（风压）越大。如果将大的叶轮割小，不会影响风量，只会减小风压。,35,气体输送设备-风机,风机的分类： 因终压小(15kPa)，故常用于通风换气和送气。 工业上常用的通风机为离心通风机，按其产生 风压大小分为： 低压离心通风机：出口风压低于1kPa(表压) 中压离心通风机：出口风压在13kPa(表压) 高压离心通风机：出口风压在315kPa(表压) 结构：机壳为蜗牛壳形，断面有方形和圆形；叶轮直径大，叶片数目多而且短。叶片有平直，前弯和后弯等形状，前弯叶片送风量大，但往往效率低，因此高效通风机的叶片通常是后弯的。 低压离心通风机：断面方形，叶片平直，与中心成辐射状 中压离心通风机：断面方形，叶片弯曲 高压离心通风机：断面圆形，叶片弯曲 按进气方式分：离心风机和轴流风机,36,气体输送设备-风机,离心式通风机主要由：叶轮、机壳、联轴器、轴。 叶轮是产生风压和传递能量的主要作功部件；机壳主要用来引入气体和排出气体，同时将气体的部分动能变为压力能；,37,气体输送设备-罗茨风机,罗茨鼓风机 结构及工作原理与齿轮泵类似，但为两叶片或三叶片形。转叶片亦称为转子。两转子中一个主动，一个从动。二者在中间部位啮合，把风机机壳内空间分隔为吸入腔和压出腔。转子旋转时，转子凹入部位的气体被转子由吸入腔带到压出腔，使压出腔气压升高而向压出管道排气，吸入腔则气压降低并由吸入管吸气。由于转子外缘与机壳内壁间的缝隙很小，且转子在旋转，故正常操作时气体由压出腔漏回吸入腔的现象并不严重。,38,气体输送设备-活塞压缩机,往复式压缩机的工作原理 当曲轴旋转时，通过连杆的传动，活塞便做往复运动，由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞从气缸盖处开始运动时，气缸内的工作容积逐渐增大，这时，气体即沿着进气管，推开进气阀而进入气缸，直到工作容积变到最大时为止，进气阀关闭；活塞反向运动时，气缸内工作容积缩小，气体压力升高，当气缸内压力达到并略高于排气压力时，排气阀打开，气体排出气缸，直到活塞运动到极限位置为止，排气阀关闭。当活塞再次反向运动时，上述过程重复出现。总之，曲轴旋转一周，活塞往复一次，气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程，即完成一个工作循环。,图 1 活塞式空压机工作原理图 1 排气阀 2 气缸 3 活塞 4 活塞杆 5 滑块 6 连杆 7 曲柄 8 吸气阀 9 阀门弹簧,39,气体输送设备-活塞压缩机,在气缸内作往复运动的活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的压力低于大气压力pa ，吸气阀开启，外界空气吸入缸内，这个过程称为压缩过程。当缸内压力高于输出空管道内压力p后，排气阀打开。压缩空气送至输气管内，这个过程称为排气过程。活塞的往复运动是由电动机带动的曲柄滑块机构形成的。曲柄的旋转运动转换为滑动活塞的往复运动。 这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在。在下一次吸气时，剩余容积内的压缩空气会膨胀，从而减少了吸人的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于剩余容积的存在，当压缩比增大时，温度急剧升高。故当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。 图 1 为单级活塞式空压机，常用于需要 0 . 3 0 . 7MPa 压力范围的系统。单级活塞式空压机若压力超过 0 . 6MPa ，各项性能指标将急剧下降，故往往采用多级压缩，以提高输出压力。为了提高效率，降低空气温度，需要进行中间冷却。图 2 (a) 为二级压缩的活塞式空压机设备示意图。如图 2 (b) 所示，空气经低压缸后压力由 p 1 提高至 p 2 ，温度由 T l 升至 T 2 ；然后流入中间冷却器，在等压下对冷却水放热，温度降为 T l ；再经高压缸压缩到所需要的压力 p 3 。并由该图可见，进入低压缸和高压缸的空气温度 T l 和 T 2 ，位于同一等温线 12 3 上，两个压缩过程 12 、 2 3 偏离等温线不远。同一压缩比 p 3 p 1 的单级压缩过程为 123 ，比两级压缩偏离等温线 12 3 远得多，即温度要高许多。且单级压缩消耗功相当于图中面积 613 46 ，两级压缩消耗功相当于图中面积 61256 和 52 345 之和，节省的功相当于 2 23 32 。可见，分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高效率。 ，卸荷式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机不停止运转而通过打开安全阀进行不压缩运转。这种空转状态称为卸荷运转。而压力开关式控制方式是指当贮气罐内的压力达到调定值时，空压机自动停止运转。,40,气体输送设备-活塞压缩机,活塞式空压机的优点是结构简单，使用寿命长，并且容易实现大容量和高压输出。缺点是振动大，噪声大，且因为排气为断续进行，输出有脉冲，需要贮气罐。 、按活塞的压缩动作分类 1）单作用压缩机：气体只在活塞的一侧进行压缩，又称单动压缩机。 2）双作用压缩机：气体在活塞的两侧均能进行压缩，又称复动或多动压缩机。 3）多缸单作用压缩机：利用活塞的一面进行压缩，而有多个气缸的压缩机。 4）多缸双作用压缩机：利用活塞的两面进行压缩，而有多个气缸的压缩机。 3、按压缩机的排气终压力分类 1）低压压缩机：排气终了压力在310表压。 2）中压压缩机：排气终了压力在10100表压。 3）高压压缩机：排气终了压力在1001000表压。 4）超高压压缩机：排气终了压力在1000表压以上。 4、按排气量（进口状态）分类 类型排气量m³/min微型压缩机1小型压缩机110 中型压缩机1060大型压缩机605、 按结构形式分类 按结构形式可分为立式、卧式、角度式、对称平衡型和对制式等。 一般立式用于中小型；卧式用于小型高压；角度式用于中小型； 对称平衡型使用普遍，特别适用于大中型往复式压缩机；对制式主要用于超高压压缩机。 国内往复式压缩机通用结构代号的含义如下： 结构形式代号立式Z卧式P角度式L、S星型T、V、W、X对称平衡型H、M、D对制式DZ,41,气体输送设备-活塞压缩机,、往复式压缩机的主要性能指标 1）额定排气量：即为压缩机铭牌上标注的排气量，指压缩机在特定进口状态下的排气量。常用单位m³/min，m³/h。 额定排气压力：即为压缩机铭牌上标注的排气压力，常用单位MPa，bar。 2）排气温度：考虑到积炭和安全运行，对于相对分子量小于或等于12的介质，排气温度不超过135；对乙炔、石油气、湿氯气排气温度不超过100；其他气体建议不超过150。 3）活塞力：活塞在止点出所受到的气体力最大，因此将这时的气体力称为活塞力。 4）级数：大中型往复压缩机以省功原则选择级数，通常情况下其各级压力比4。,往复式压缩机主要由机体、曲轴、连杆、活塞组、阀门、轴封、油泵、能量调节装置、油循环系统等部件组成。,42,气体输送设备-活塞压缩机,43,气体输送设备-活塞压缩机,一、机体 机体包括气缸体和曲轴箱两部分，一般采用高强度灰铸铁（HT20-40）铸成一个整体。它是支承气缸套、曲轴连杆机构及其它所有零部件重量并保证各零部件之间具有正确的相对位置的本体。气缸采用气缸套结构，安装在气缸体上的缸套座孔中，便于当气缸套磨损时维修或更换。,44,气体输送设备-活塞压缩机,二、曲轴 曲轴是往复式压缩机的主要部件之一，传递着压缩机的全部功率。其主要作用是将电动机的旋转运动通过连杆改变为活塞的往复直线运动。曲轴在运动时，承受拉、压、剪切、弯曲和扭转的交变复合负载，工作条件恶劣，要求具有足够的强度和刚度以及主轴颈与曲轴销的耐磨性。故曲轴一般采用40、45或50号优质碳素钢锻造。,45,气体输送设备-活塞压缩机,三、连杆 连杆是曲轴与活塞间的连接件，它将曲轴的回转运动转化为活塞的往复运动，并把动力传递给活塞对气体做功。连杆包括连杆体、连杆小头衬套、连杆大头轴瓦和连杆螺栓。 连杆体在工作时承受拉、压交变载荷，故一般用优质中碳钢锻造或用球墨铸铁（如QT4010）铸造，杆身多采用工字形截面且中间钻一长孔作为油道。,46,气体输送设备-活塞压缩机,四、十字头 十字头由十字头体、滑板和十字头销等组成。十字头体与活塞杆相连接，承受活塞侧向力的作用。小型压缩机的十字头体，常用HT 2140铸铁铸造；大中型压缩机的十字头体，常用ZG25、ZG35铸钢或40号钢锻造。十字头销与连杆小头相连，传递全部活塞力；其材料应具有较好的韧性、耐磨损和耐疲劳性能，常用20号钢制造，并经表面渗碳淬火，使其外硬内韧，既耐磨又耐疲劳；其表面硬度要求HRC=5562。滑板在滑道上做往复运动，要求耐磨，常采用铸铁或铸钢滑板，并在摩擦面上浇注巴氏合金；可拆滑板，也有采用铜合金和铝合,47,气体输送设备-活塞压缩机,五、活塞组 活塞组是活塞、活塞销及活塞环的总称。活塞组在连杆带动下，在气缸内作往复直线运动，从而与汽缸等共同组成一个可变的工作容积，以实现吸气、压缩、排气等过程。,1、活塞 活塞可分为筒形和盘形两大类。活塞的材料一般为铝合金或铸铁,2、活塞销 活塞销是用来连接活塞和连杆小头的零件，在工作时承受复杂的交变载荷。,3、活塞环 活塞环包括气环和油环。汽环的主要作用是使活塞和气缸壁之间形成密封，防止被压缩气从活塞和气缸壁之间的间隙中泄漏；油环的作用是布油和刮去气缸壁上多余的润滑油。,48,气体输送设备-活塞压缩机,六、气阀与轴封 气阀 气阀是压缩机的一个重要部件，属于易损件。它的质量及工作的好坏直接影响压缩机的输气量、功率损耗和运转的可靠性。气阀包括吸气阀和排气阀，活塞每上下往复运动一次，吸、排气阀各启闭一次，从而控制压缩机并使其完成吸气、压缩、排气等四个工作过程。,49,气体输送设备-活塞压缩机,轴封 轴封的作用在于防止压缩气体沿曲轴伸出端向外泄漏，或者是当曲轴箱内压力低于大气压时，防止外界空气漏入。,50,气体输送设备-活塞压缩机,润滑方式 压缩机的润滑方式可分为飞溅润滑和压力润滑两种类型。 飞溅润滑是利用运动零件的机械作用，将润滑油送至需要的摩擦表面，半封闭压缩机就有很多的采用飞溅润滑。一方面在连杆大头下端装设甩油勺，将曲轴箱中的油甩向气缸镜面，润滑活塞与气缸壁之间的摩擦表面；另一方面，在电动机一端的轴上装有甩油盘，将油甩起并收集在电动机侧端盖的集油小室上，通过曲轴中的油道，润滑主轴承和连杆轴承。在某些小型立式开启式压缩机中，飞溅润滑仅依靠曲柄连杆机构的运动来实现。,51,气体输送设备- 活塞压缩机,输气的调节方式：,52,气体输送设备-活塞压缩机,活塞式压缩机特点： 活塞式压缩机的用途非常广泛，几乎没有任何限制。 它可以压缩空气，也可以压缩气体，几乎不需要作任何改动。 活塞式压缩机是唯一一种能够将空气和气体压缩至高压，以适合 诸如呼吸空气等用途的设计。 活塞式压缩机的配置可包括从 适用於低压小容量用途的单缸配置，到能压缩至非常高压力的多级配置。 在多级压缩机中， 空气被分级压缩，逐级增大压力。 其优点是： (1) 不论流量大小，都能得到所需要的压力，排气压力范围广，最高压力可达320MPa（工业应用），甚至700MPa，（实验室中） (2) 单机能力为在500m3/min以下的任意流量 (3) 在一般的压力范围内，对材料的要求低，多采用普通的钢铁材料 (4) 热效率较高，一般大、中型机组绝热效率可达0.70.85左右 (5) 气量调节时，排气量几乎不受排气压力变动的影响,53,气体输送设备-活塞压缩机,(6) 气体的重度和特性对压缩机的工作性能影响不大，同一台压缩机可以用于不同的气体 (7) 驱动机比较简单，大都采用电动机，一般不调速 由于以上优点，活塞式压缩机在工业上获得广泛应用，但此机型也存在一些缺点： （1） 结构复杂笨重，易损件多，占地面积大，投资较高，维修工作量大，使用周期较短，但经过努力可以达到8000小时以上 （2） 转速不高，机器体积大而重，单机排气量一般小于500m3/min （3） 机器运转中有振动 （4） 排气不连续，气流有脉动，容易引起管道振动，严重时往往因气流脉动、共振而造成管网或机件的损坏 （5） 流量调节采用补助容积或旁路阀，虽然简单、方便、可靠，但功率损失大，在部分载荷操作时效率降低 （6） 用油润滑的压缩机，气体中带油需要脱除 （7）大型工厂采用多台压缩机组时，操作人员多或工作强度较大,54,气体输送设备-螺杆压缩机,螺杆空压机的工作原理 一、螺杆式空气压缩机的概述 螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机，采用高效带轮(或轴器)传动，带动主机转动进行空气压缩，通过喷油对主机 压缩腔进行冷却和润滑，压缩腔排出的空气和油混合气体经过粗、精两道分离，将压缩空气中的油分离出来，最后得到洁净的压缩空气。 双螺杆空气压缩机具有优良的可靠性能，机组重量轻、震动小、噪声低、操作方便、易损件少、运行效率高是其最大的优点。 二、压缩机主机工作原理 螺杆式空气压缩机的核心部件是压缩机主机，是容积式压缩机中的一种，空气的压缩是靠装置于机壳内互相平行啮合的阴阳转子的齿槽之容积变化而达到。转子 副在与它精密配合的机壳内转动使转子齿槽之间的气体不断地产生周期性的容积变化而沿着转子轴线，由吸入侧推向排出侧,完成吸入、压缩、排气三个工作过程。,55,气体输送设备-螺杆压缩机,56,气体输送设备-螺杆压缩机,螺杆式压缩机的主要零部件的结构： （1）. 机壳：螺杆式制冷压缩机的机壳一般为剖分式。它由机体（气缸体）、吸气端座、排气端座及两端端盖组成。（2）. 转子：转子是螺杆式制冷压缩机的主要部件。常采用整体式结构，将螺杆与轴做成一体。1阴螺杆 2阳螺杆 （3）.轴承与油压平衡活塞：螺杆式制冷压缩机属高速重载。为了保证阴、阳转子的精确定位及平衡轴向力和径向力，必须选用高精度、高速、重载的轴承和相应的平衡机构，确保转子可靠运行。（4）. 轴封：制冷系统的密封至关重要，因此在开启螺杆式制冷压缩机的转子外伸轴处，通常采用密封性能较好的接触式机械密封。（5）. 输气量调节滑阀：输气量调节滑阀是螺杆式制冷压缩机中用来调节输气量的一种结构元件，虽然螺杆式制冷压缩机的输气量调节方法有多种，但采用滑阀的调节方法获得了普遍的应用。（6）.喷油结构：螺杆式制冷压缩机大多采用喷油结构。（7）. 联轴器:开启螺杆式制冷压缩机通过联轴器与电动机相联。,57,气体输送设备-螺杆压缩机,螺杆式压缩机的输气量调节: 螺杆式制冷压缩机输气量调节的方法主要有吸入节流调节、转停调节、变频调节、滑阀调节、柱塞阀调节等。目前使用较多的为滑阀调节和塞柱阀调节。 1. 滑阀调节 1)工作原理 即通过改变转子的有效工作长度，来达到输气量调节的目的。 螺杆式制冷压缩机的输气量调节范围一般为10%100% 内的无级调节。 调节过程中，功率与输气量在50%以上负荷运行时几乎是成正比例关系，但在50%以下时，性能系数则相应会大幅度下降。 2. 塞柱阀调节 塞柱阀调节输气量的工作原理。塞柱阀的启闭是通过电磁阀控制液压泵中油的进出来实现的。塞柱阀调节输气量只能实现有级调节。这种调节方法在小型、紧凑型螺杆压缩机中常常可以看到。,58,气体输送设备-螺杆压缩机,滑阀调节,59,气体输送设备-螺杆压缩机,螺杆式压缩机装置系统部件：1. 油分离器：对于大中型开启式压缩机，为了提高分离效果，通常设置一次油分离器后，再增设二次油分离器。三种常见的油分离器结构： a)卧式油分离器 b)立式油分离器 c)二次油分离器 2. 油冷却器：大中型的螺杆式压缩机必须设置油冷却器，降低油温，使油具有合适的粘度，以便再次循环使用。油冷却器有两种：a)水冷却型油冷却器 b)制冷剂冷却型油冷却器 3. 油过滤器：为了保护制冷机的润滑部分和液压泵，在油系统的两个地方设置过滤器。 4. 液压泵和油压调节阀：液压泵是螺杆式压缩机不可缺少的重要辅助设备，可以由电动机直接驱动，也可与压缩机联动。为了使供给压缩机的润滑油保持一定的油压，装有油压调节阀。 5. 油加热器、油压保护开关和油温保护：为了防止在环境温度较低时由于油温过低影响机组起动，一般都装有油加热器。向压缩机正常供油是机组运转的必要条件，故油压保护对提高压缩机可靠性至关重要。如因油冷却器性能下降，水量减少或断水等原因，使向压缩机供油的温度超过规定值时，油温保护装置动作，电动机随即停止工作。,60,气体输送设备-螺杆压缩机,螺杆式压缩机的优点： 螺杆式压缩机只有旋转运动，没有往复运动，因此压缩机的平衡性好，振动小，可以提高压缩机的转速。 螺杆式压缩机的结构简单、紧凑，重量轻，无吸、排汽阀，易损件少，可靠性高，检修周期长。 在低蒸发温度或高压缩比工况下，用单级压缩仍然可正常工作，且有良好的性能。这是由于螺杆式压缩机没有余隙，没有吸、排汽阀，故在这种不利工况下仍然有较高的容积效率。 螺杆式压缩机对湿压缩不敏感。 螺杆式压缩机的制冷量可以在10一100范围内无级调节，但在40以上负荷时的调节比较经济。,61,气体输送设备-螺杆压缩机,62,气体输送设备-离心压缩机,透平压缩机的发展史 1900年制造第一台高炉鼓风机（轴流式的） 1956年美国克拉克公司1000吨/日的合成氨厂制造了氮氢合成气低压离心压缩机，排气压力25.5x105Pa。 1963年为德克萨斯的600吨/日的合成氨厂制造了氮氢合成气高压离心压缩机，排气压力155x105Pa，功耗8800KW，从此离心式压缩机跨入了高压领域。 近来，由于化工行业的发展，各种大型化工厂，炼油厂的建立，离心式压缩机就成为压缩和输送化工生产中各种气体的关键机器，而占有极其重要的地位。随着气体动力学研究的成就使离心压缩机的效率不断提高，又由于高压密封，小流量窄叶轮的加工，多油楔轴承等技术关键的研制成功，解决了离心压缩机向高压力，宽流量范围发展的一系列问题，使离心式压缩机的应用范围大为扩展，以致在很多场合可取代往复压缩机，而大大地扩大了应用范围。工业用高压离心压缩机的压力有（150350）×105Pa的，海上油田注气用的离心压缩机压力有高达700×