任务6　选用气体输送机械

本任务中我们将认识气体流体输送设备的种类、结构组成、工作原理以及适用的范围。了解气体流体输送过程中常用的离心式通风机、鼓风机和压缩机等。根据气体流体的性质、输送目的和工艺条件要求，选择恰当的输送设备类型、确定设备参数，以适合于生产工艺要求。

子任务1　 认识气体输送设备

本任务中，我们将了解气体流体输送目的及设备的分类，理解与掌握输送气体流体的离心式通风机、压缩机的结构及其他类型的气体输送设备的结构、特点、用途以及适用的场合。

知识储备

气体流体输送机械在化工生产中应用广泛。气体流体输送机械的结构和原理与液体输送机械大体相同，也有离心式、旋转式、往复式及流体作用式等类型。但由于气体属于可压缩性流体，在输送过程中，当压力发生变化时，其体积和温度也将随之发生变化，因而气体输送设备与液体输送设备也不尽相同。根据气体进、出口产生的压力差或压缩比的大小，气体输送设备可分为以下几种，如表1-15所示。

离心式通风机、鼓风机和压缩机的工作原理与离心泵相似，依靠叶轮的旋转运动，使气体获得能量，从而提高了压力。通风机通常都是单级的，所提高的压力低于1500mmH2O（mmH2O，压力单位，1mmH2O=9.80665Pa），对气体仅起输送作用。鼓风机和压缩机则是多级的，前者所产生的压力低于3atm（表压，atm，压力单位，1atm=101325Pa），而后者所产生的压力高于3atm（表压），两者对气体具有显著的压缩作用。

一、离心式通风机

工业上常用的通风机主要有离心式通风机和轴流式通风机两种型式，如图1-86所示。轴流式通风机所产生的风压很小，一般只作通风换气之用。用于气体输送的，多为离心式通风机。

离心式通风机的工作原理和离心泵一样，在蜗壳中有一高速旋转的叶轮，叶轮旋转时所产生的离心力使气体压力增大而将其排出。离心式通风机的结构与单级离心泵也大同小异。图1-87为一离心式通风机。它的机壳也是蜗壳形，壳内逐渐扩大的气体通道及其出口的截面则有方形和圆形两种，中、低压通风机多是方形，高压的多为圆形。通风机叶轮上叶片数目较多且长度较短，叶片有平直的，有后弯的，亦有前弯的。图1-88所示的为一低压通风机所用的平叶片叶轮。中、高压通风机的叶片是弯曲的，因此，高压通风机的外形与结构更像单级离心泵。根据所生产的压头大小，可将离心式通风机分为如表1-16所示的几类。

二、离心式压缩机

1.离心式压缩机的工作原理、主要构造和型号

离心式压缩机又称透平压缩机，其结构、工作原理与离心式通风机、鼓风机相似，但由于单级压缩机不可能产生很高的风压，故离心式压缩机都是多级的，叶轮的级数多，通常10级以上。叶轮转速高，一般在5000r/min以上。因此可以产生很高的出口压强。由于气体的体积变化较大，温度升高也较显著，故离心式压缩机常分成几段，每段包括若干级，叶轮直径逐段缩小，叶轮宽度也逐级有所缩小。段与段间设有中间冷却器将气体冷却，避免气体终温过高，如图1-89所示。

离心式压缩机的主要优点：排气量大，排气均匀，气流无脉冲；转速高；机内不需要润滑；密封效果好，泄漏现象少；有平坦的性能曲线，操作范围较广；易于实现自动化和大型化；易损件少、维修量少、运转周期长。

主要缺点：操作的适应性差，气体的性质对操作性能有较大影响；在机组开车、停车、运行中，负荷变化大；气流速度大，流道内的零部件有较大的摩擦损失；有喘振现象，对机器的危害极大。

适合于大中流量、中低压力的场合。

近年来在化工生产中，除了要求生产压力特别高的情况外，离心式压缩机的应用已日趋广泛。

国产离心式压缩机的型号代号的编制方法有许多种。有一种与离心式鼓风机型号的编制方法相似，例如：DA35-61型离心式压缩机为单侧吸入，流量为350m3/min，有6级叶轮，第1次设计的产品。另一种型号代号编制法，以所压缩的气体名称的头一个拼音字母来命名。例如，LT185-13-1，为石油裂解气离心式压缩机，流量为185m3/min，有13级叶轮，第1次设计的产品。离心式压缩机作为冷冻机使用时，型号代号表示出其冷冻能力。还有其他的型号代号编制法，可参看相关资料。

2.离心式压缩机的性能曲线

离心式压缩机的性能曲线与离心泵的特性曲线相似，是由实验测得的。图1-90为典型的离心式压缩机性能曲线，它与离心泵的特性曲线很相像，但其最小流量Q不等于零，而等于某一定值。离心式压缩机也有一个设计点，实际流量等于设计流量时，效率η最高；流量与设计流量偏离越大，则效率越低；一般流量越大，压缩比ε越小，即进气压强一定时流量越大出口压强越小。

当实际流量小于性能曲线所表明的最小流量时，离心式压缩机就会出现一种不稳定工作状态，称为喘振。喘振现象开始时，由于压缩机的出口压强突然下降，不能送气，出口管内压强较高的气体就会倒流入压缩机。发生气体倒流后，压缩机内的气量增大，至气量超过最小流量时，压缩机又按性能曲线所示的规律正常工作，重新把倒流进来的气体压送出去。压缩机恢复送气后，机内气量减少，至气量小于最小流量时，压强又突然下降，压缩机出口处压强较高的气体又重新倒流入压缩机内，重复出现上述的现象。这样，周而复始地进行气体的倒流与排出。在这个过程中，压缩机和排气管系统产生一种低频率高振幅的压强脉动，使叶轮的应力增加，噪声加重，整个机器强烈振动，无法工作。由于离心式压缩机有可能发生喘振现象，它的流量操作范围受到相当严格的限制，不能小于稳定工作范围的最小流量。一般最小流量为设计流量的70%～85%。压缩机的最小流量随叶轮的转速的减小而降低，也随气体进口压强的降低而降低。

三、往复式压缩机

往复式压缩机主要由气缸、活塞、吸入和压出气阀所组成。它的工作原理与往复泵相似，依靠活塞的往复运动而将气体吸入和压出。但由于压缩机的工作流体为气体，密度比液体小得多，且可压缩，因此，在结构上要求吸入和排出气阀轻便而易于启闭。活塞与气缸盖间的余隙要小，各处配合需要更严密。此外，还需要根据压缩情况，附设必要的冷却装置。

（1）单级往复式压缩机　图1-91表现了一单动往复式压缩机工作时，各阶段活塞的位置。现照此图，对其工作原理加以说明。活塞在气缸内运动至最左端时，如图1-91（a）所示，活塞与气缸之间还留有一很小的空隙，称为余隙，其作用主要是防止活塞撞击在气缸上。由于余隙的存在，在气体排出之后，气缸内还残存一部分压力为p2的高压气体，其状态如图1-91（e）的A点。当活塞从最左端向右运动时，残留在余隙中的气体便开始膨胀，压力从p2降至p1时，活塞达到图1-91（b）所示位置，此时气体的状态相当于图1-91（e）上的B点，这一阶段称为膨胀阶段。活塞再向右移动时，气缸内的压力下降到稍低于p1，于是吸入阀开启，压力为p1的气体进入气缸，直到活塞移至最右端，其位置如图1-91（c）所示，气体状态相当于图1-91（e）上的C点，这一阶段称为吸气阶段。此后，活塞改向左移动，缸内气体被压缩，压力升高，吸入阀关闭，气体继续被压缩，直至活塞到达图1-91（d）的位置，压力增大到稍高于p2，气体状态相当于图1-91（e）中的D点，这一阶段为压缩阶段。此时，排出阀开启，气体在压力p2下从气缸中排出，直至活塞回复到图1-91（a）所示位置，这一阶段称为排出阶段。

由此可见，压缩机的一个循环是由膨胀、吸入、压缩、排出等四个阶段组成，在图1-91（e）的p-V坐标上为一封闭曲线，BC为吸入阶段，CD为压缩阶段，DA为排出阶段，而AB则为余隙气体的膨胀阶段。由于气缸余隙内有高压气体存在，因而使吸入气体量减少，增加动力消耗。

（2）多级往复式压缩机　若生产上所需的气体压缩比很大，要把压缩过程用一个气缸一次完成，往往是不可能的，即使理论上可行，也不切合实际。压缩比太高，动力消耗将显著增大，气体的温度升高也大。此时，气缸内的润滑油会变性（黏度下降，甚至焦煳），致使润滑不良，机件受损，严重的会造成爆炸，同时余隙也使压缩机的容积系数严重下降。因此，当压缩比大于8时，则需采用多级压缩，此种压缩机称为多级压缩机。

多级压缩机把两个或两个以上的气缸串联起来，在一个气缸里压缩了一次的气体，又送入另一个气缸再度压缩，经几次压缩后才达到最终的压力。图1-92所示的为三级压缩机流程。图中1、4、7为气缸，其直径逐级缩小，2、5为中间冷却器，8为出口气体冷却器，3、6、9为油水分离器，用以防止润滑油与水被带入下一级气缸内。每级之间均需装置中间冷却器用以降低气体温度，这是实现多级压缩的关键。通常，在压缩机中每压缩一次，压缩比以4～7为宜。

（3）往复式压缩机的分类　往复式压缩机的分类方法很多，按活塞的一侧或两侧吸、排气而分为单动和双动式；按气体受压次数而分为单级、双级和多级；按压缩机所产生的终压而分为低压（10at）、中压（10～100at）、高压（100～1000at）、超高压（1000at以上），当前在超高压领域主要采用往复式压缩机；按生产能力分为小型（10m3/min以下）、中型（10～100m3/min）和大型（100m3/min以上）；按所压缩气体种类分为空气压缩机、氨压缩机、氢压缩机、石油气压缩机等。决定压缩机型式的主要标志，是气缸所在空间的位置以及气缸的排列方式，若按此分类，则依照压缩机在空间位置的不同，可分为立式、卧式和角度式压缩机；依照压缩机气缸排列方式不同可分为单列、双列和对称平衡型。

往复式压缩机国产型号均以拼音字母代表结构型式，如立式为Z，卧式为P，对称平衡型为D、H、M，角度式的有L、V、W等。与型号并用的数字分别表示气缸列数、活塞推力、排气量和排气压力。例如2D6.5-7.2/150型压缩机，表示气缸为2列，对称平衡型（D型），活塞推力6.5t，排气量7.2m3/min，排气压力150at（表压）。

（4）往复式压缩机的注意事项　往复式压缩机的排气，如同往复泵的排液一样，是脉动的，因此，压缩机的出口要连接储气柜（缓冲缸），使气体输出均匀稳定，同时使气体中夹带的水沫和油沫在此处沉降下来。为了操作安全储气柜上要安装压力表和安全阀。压缩机的吸入口应安装过滤器，防止吸入灰尘和杂物，磨损活塞、气缸等部件。此外压缩机在运转过程中必须注意润滑和气缸的冷却等。

四、罗茨鼓风机

罗茨鼓风机工作原理与齿轮泵相似，如图1-93所示。机壳内有两个特殊形状的转子，常为腰形或三星形，两转子之间、转子与机壳之间缝隙很小，使转子能自由转动而无过多的泄漏。两转子的旋转方向相反，可使气体从机壳一侧吸入，而从另一侧排出。如改变转子的旋转方向，则吸入口与排出口互换。

罗茨鼓风机的风量和转速成正比，而且几乎不受出口压力变化的影响。罗茨鼓风机转速一定时，风量可保持大体不变，故称为定容式鼓风机。这一类型鼓风机的输气量范围是2～500m3/min，出口表压在0.8kgf/cm2以内，但在表压为0.4kgf/cm2（kgf/cm2，压力单位，1kgf/cm2=1×105Pa）附近效率较高。罗茨鼓风机的出口应安装气体稳压罐，并配置安全阀。一般采用回流支路调节流量。出口阀不能完全关闭。操作温度不能超过85℃，否则会使转子受热膨胀，发生碰撞。

五、液环式压缩机

如图1-94所示，液环式压缩机由一个略似椭圆的外壳和加转叶轮所组成，壳中盛有适量的液体。当叶轮旋转时，叶片带动液体旋转，由于离心力的作用，液体被抛向外壳，形成一层椭圆形的液环，在椭圆形长轴两端形成两个月牙形空间。当叶轮旋转一周时，月牙形空间内的小室逐渐变大和变小各两次，因此气体从两个吸入口进入机内，而从两个排出口排出。

液环式压缩机中的液体将被压缩的气体与外壳隔开，气体仅与叶轮接触，因此输送腐蚀性的气体时，只需叶轮的材料抗腐蚀即可。壳内的液体应与所输送气体不起作用，例如压送氯气时，壳内可充填以一定量硫酸。液环式压缩机所产生的表压可高达5～6kgf/cm2，但在1.5～1.8kgf/cm2（表压）间效率最高。

六、水环式真空泵

水环式真空泵结构简单，如图1-95所示。圆形叶壳中有一偏心安装的转子，由于壳内注入一定量的水，当转子旋转时，由于离心力的作用，将水抛向壳壁形成水环，此水环具有液封作用，将叶片间空隙封闭成许多大小不同的空室。当转子旋转，空室由小到大时，气体从吸入口吸入；当空室由大到小时，气体由压出口被压出。

水环式真空泵属于湿式真空泵，结构简单紧凑，没有阀门，最高真空度可达85%。水环式真空泵内的充水量约为一半容积高度。因此，运转时，要不断地充水以保持充水量并维持泵内的液封，同时也为了冷却泵体。水环真空泵可作为鼓风机用，但所产生的压力不超过1at（表压）。图1-94所示的液环式压缩机亦可作为真空泵用，称为液环式真空泵。由于液环真空泵可以处理腐蚀气体，在化工中应用较广。水环式真空泵的型式代号为“SZ”。

七、喷射式真空泵

喷射式真空泵简称喷射泵。喷射泵如图1-96所示，是利用流体流动时，静压能与动压能相互转换的原理来吸送流体的。它可用于吸送气体，也可吸送液体。在化工生产中，喷射泵常用于抽真空，故称为喷射式真空泵。

图1-96所示的为一单级蒸汽喷射泵，当蒸汽进入喷嘴后，即做绝热膨胀，并以极高的速度喷出，于是在喷嘴口处形成低压而将流体由吸入口吸入；吸入的流体与工作蒸汽一起进入混合室，然后流至扩大管，在扩大管中混合流体的流速逐渐降低，压力因而增大，最后至压出口排出。单级蒸汽喷射泵仅能达到90%的真空度，如果要得到更高的真空度，则需采用多级蒸汽喷射泵。

单级蒸汽喷射泵可产生的最终绝对压为100mmHg；双级蒸汽喷射泵可产生的最终绝对压为20～120mmHg；三级蒸汽喷射泵可产生的最终绝对压为4～25mmHg；四级蒸汽喷射泵可产生的最终绝对压为0.3～6mmHg；五级蒸汽喷射泵可产生的最终绝对压为0.05～1mmHg。

喷射泵构造简单，制造容易，可用各种耐腐蚀材料制成，不需基础工程和传动设备。但由于喷射泵的效率低，只有10%～25%，故一般多用作抽真空，而不作输送用。水喷射泵所能产生的真空度比蒸汽喷射泵的低，一般只能达到700mmHg左右的真空度，但是由于结构简单，能源普遍，且兼有冷凝蒸汽的能力，故在真空蒸发设备中广泛应用。

喷射泵的缺点是产生的压头小、效率低，其所输送的液体要与工作流体混合，因而时使其应用范围受到限制。

子任务2　 选择气体输送设备

本任务中，我们将根据气体流体输送的要求，通过选择离心式通风机性能参数、特性曲线、流量调节方法等，学习选择适合于生产工艺条件的气体流体输送设备。

知识储备

一、离心式通风机的性能参数

（1）流量（风量）Q　流量是指单位时间内通风机输送的气体体积，以通风机进口处气体的状态计，单位为m3/s或 m3/h。

（2）全风压和静风压　全风压以HT表示，是指1m3被输送气体（以进口处气体状况计）经通风机后增加的总能量；而静风压Hs表示，仅反映气体静压力的增加。测定离心式通风机的风压，可通过测量通风机进出口处有关的流速或流量和压力的资料，从伯努利方程计算得到。

离心式通风机对气体所提供的能量以1m3气体作基准，参照计算离心泵扬程的伯努利方程，以下标“1”、“2”分别表示进、出口的状态，并在该式左、右两端分别乘以ρg，则得全风压。

上式中，ρ和z2-z1数值较小，进、出口间管段较短，阻力相对较小，空气直接进行风机，u1接近零。因此，上式可简化为：

其中p2-p1为静风压Hs，为动风压Hk，因此全风压等于静风压与动风压的和。

风压的单位与压力的单位相同，均为Pa。但习惯上，风压的单位常用mmH2O（1mmH2O=9.81Pa）表示。

（3）轴功率与效率　轴功率可由下式计算：

二、离心式通风机的特性曲线

离心式通风机的性能参数在一定的转速下，可表示成风量Q与全风压HT、静风压Hs、轴功率P和效率η四者的关系曲线，称为离心式通风机的特性曲线，如图1-97所示。由图中HT-Q和Hs-Q的特性，还可以间接地看出Hk-Q的特性关系。

三、离心式通风机的选用

离心式通风机的选用与离心泵类似，可根据所需要的气体流量和风压，对照离心式通风机的特性曲线或性能参数表选择合适的通风机。离心式通风机的风压及功率与被输送气体的密度直接相关，而产品样本中所列举的风压则又是在规定的压力为760mmHg、温度为20℃、进口空气密度ρ0=1.2kg/m3情况下的数据。故选用时，必须把管路系统所需要的风压HT换算成上述规定状况下的风压。

换算关系为

选用通风机时，还要根据被输送气体的性质（如清洁空气，易燃、易爆或腐蚀性气体等）与风压范围，确定通风机类型。例如输送的是清洁空气或与空气性质相近的气体可选用一般的离心式通风机，常用的低压通风机有4-72型，中压通风机有8-18型，高压通风机有9-27型。

然后还要根据实际操作所需风量（以风机进口状态计）与换算成规定状态下的风压，从产品样本中的性能表或特性曲线查得合适的型号。

每一种型号的离心式通风机又有各种不同直径的叶轮，因此通风机的型号是在选定类型之后再确定机号，如4-72No12，“4-72”代表低压离心式通风机型，“No12”表示机号，其中“12”表示叶轮直径为1.2m。

子任务3　 操作气体输送设备

本任务中，我们将掌握气体输送设备运行前的各项检查、开车与停车操作、设备的诊断、设备的维护与保养、不良现象与事故处理等，保证化工生产过程的正常进行，主要以化工生产过程中常用的离心式鼓风机为对象进行说明。

知识储备

一、离心式鼓风机操作

（1）启动风机前的准备工作

①检查风机和电机轴承座内填充的润滑油是否合乎要求。

②检查管道及消音器、过滤器的连接固定部位是否牢固。

③检查各传动部位是否符合技术要求，并盘转风机轴3～5圈，转动要灵活自如，不能有阻滞现象和撞击声。

④检风机出口与进口阀门是否关闭。

⑤检查电机、电路及电压、电流和隔离开关。

（2）启动风机操作

①确认无误后按启动按钮启动风机，观察电压、电流。

②注意观察启动中的震动、声音是否异常，如有异常应立即停机检查。

③如无异常，迅速全开风机的出口阀门，再缓慢开风机的进口阀门，同时观察电流，将风机调至正常运行参数。

④检查润滑、电源、电压、电机温度、轴温度等是否正常。

（3）启动风机后的检查

①启动开机5min内，操作员工不得离开现场。

②注意观测鼓风机有无异响、异味、震动、卡阻等现象，如出现此类现象，应停机检查，排除后再启动。

③检查各连接部位有无气体泄漏。

④正常运转后必须每两小时巡检一次，检查泵润滑、电源、电压、电机温度、泵轴温度等是否正常，声音、振动是否异常，若发现异常，应立即停车检修。

（4）停风机

①按停止按钮。

②迅速关闭泵的进、出口阀门。

③停风机后，盘风机轴3圈。

④断开隔离开关。

二、离心式鼓风机的维护、保养及注意事项

1.鼓风机的维护与保养

①日常维护与保养必须按说明书进行。

②对轴承箱的温度计及油标的灵敏性应定期进行检查。定期检查润滑脂的情况，进行必要的更换和补充，至少每二十天补充一次，若环境温度过高或有泄漏必须缩短加油时间。

③每三个月要对轴承内的润滑脂进行更换。更换时，应将里面的旧油脂去除干净，再加入新油脂，加入量为空间的1/3～1/2。鼓风机进口消音器和空气过滤层应每月进行清扫，并检查过滤网是否损坏。

④两台鼓风机应交替使用，一般每月至少更换一次，不得单台长期使用。

⑤每年必须对鼓风机进行一次全面的检查。检查轴承是否损坏；检查叶轮有无损伤、腐蚀及灰尘等。

2.风机正常运转中的注意事项

①检查有无震动。

②应保证煤气焦油及杂质在未进入风机前加以严格净化，以防焦油附着在叶轮上从而破坏平衡。

③风机进口应保持正压操作，以防进气管道有空气吸入产生事故。

④不允许煤气在风机回流或使煤气产生意外的碰撞。

⑤如发现流量过大，不符合使用要求，或短期内需要较少的流量，应调节进出口阀门以保证进口保持正压，以达到使用要求。

⑥对轴承箱的温度计及油标的灵敏性应定期进行检查。

⑦在风机的开车、停车或运转过程中如发现不正常现象，应立即进行检查。

⑧对于检查发现的小故障，应及时查明原因，设法消除或处理，小故障不能消除，或发现大故障时，应立即停车进行检修。

⑨按使用步骤投入运行，一般规定在新装风机使用100h后即将润滑油换过。

风机安装使用后，每台风机都应建立设备维修保养记录，以此为基础进行定期检修。设备维修保养记录上应注明风机及电动机的主要规格、制造厂名、进货日期等主要项目，同时还应记入每次定期维修保养时的检修记录。

维护检修应按具体使用情况拟订合理的维修制度，按期进行，建议每年大修一次，并更换轴承和有关易损件，鼓风机大修建议由本公司或专业维修人员进行检修。