气体输送设备

　　一般根据所产生的压力分为四类：（1）送风机，压力不高于表压0。015兆帕（0。15大气压或1500毫米水柱）；（2）鼓风机，压力是表压0。015~0。2兆帕（0。15~2大气压）；（3）压缩机，压力是表压0。2兆帕（2大气压）以上；（4）真空泵，压力低于大气压。

　　①气体输送：为了克服管路的阻力，需要提高气体的压力，纯粹为了输送的目的而对气体加压，压力一般都不高。但气体输送往往输送量很大，需要的动力往往相当大。

　　②产生高压气体：化学工业中一些化学反应过程需要在高压下进行，如合成氨反应，乙烯的本体聚合；一些分离过程也需要在高压下进行，如气体的液化与分离。这些高压进行的过程对相关气体的输送设备出口压力提出了相当高的要求。

　　③生产真空：相当多的单元操作是在低于常压的情况下进行，这时就需要真空泵从设备中抽出气体以产生真空。

　　①动力消耗大：对一定的质量流量，由于气体的密度小，其体积流量很大。因此气体输送管中的流速比液体要大得多，前经济流速(15~25m/s)约为后者(1~3m/s)的10倍。这样，以各自的经济流速输送同样的质量流量，经相同的管长后气体的阻力损失约为液体的10倍。因而气体输送设备的动力消耗往往很大。

　　②气体输送设备体积一般都很庞大，对出口压力高的机械更是如此。

　　③由于气体的可压缩性，故在输送机械内部气体压力变化的同时，体积和温度也将随之发生变化。这些变化对气体输送设备的结构，形状有很大影响。因此，气体输送设备需要根据出口压力来加以分类。

　　气体输送设备也可以按工作原理分为离心式，旋转式，往复式以及喷射式等。按出口压力(终压)和压缩比不同分为如下几类：

　　①通风机：终压(表压，下同)不大于15kPa(约1500mmH2O)，压缩比1至1。15

　　②鼓风机：终压15~300kPa，压缩比小于4。

　　③压缩机：终压在300kPa以上，压缩比大于4。

　　④真空泵：在设备内造成负压，终压为大气压，压缩比由真空度决定。

　　离心式通风机

　　工作原理

　　（1）为适应输送风量大的要求，通风机的叶轮直径一般是比较大的。

　　（2）叶轮上叶片的数目比较多。

　　（3）叶片有平直的，前弯的，后弯的。通风机的主要要求是通风量大，在不追求高效率时，用前变叶片有利于提高压头，减小叶轮直径。

　　（4）机壳内逐渐扩大的通道及出口截面常不为圆形而为矩形。

　　性能参数

　　（1）风量：按入口状态计的单位时间内的排气体积。m3/s，m3/h

　　（2）全风压：单位体积气体通过风机时获得的能量，J/m3，Pa

　　(1)根据气体种类和风压范围，确定风机的类型

　　(2)确定所求的风量和全风压。风量根据生产任务来定；全风压按柏努利方程来求，但要按标准状况校正，即根据按入口状态计的风量和校正后的全风压在产品系列表中查找合适的型号。

　　点评

　　(1)当气体的压缩性可以忽略时，气体输送路的计算与液体输送管路计算相似，所不同的是风机本身及其管路特性曲线与空气的密度有关。因此当输送的不是常温，常压空气时，管路特性曲线应事先加以换算。

　　(2)用同样的管路输送气体，气体的温度降低，密度增大，质量流量可能有明显的增加。

　　离心式的鼓风机

　　离心式鼓风机的结构特点：离心式鼓风机的外形与离心泵相象，内部结构也有许多相同之处。例如，离心式鼓风机的蜗壳形通道亦为圆形；但外壳直径与厚度之比较大；叶轮上叶片数目较多；转速较高；叶轮外周都装有导论。单级出口表压多在30kPa以内；多级可达0。3MPa。离心式鼓风机的选型方法与离心式通风机相同。

　　离心式压缩机

　　离心通风机的性能参数及特性曲线离心通风机的主要性能参数有流量（风量）、压头（风压）、轴功率和效率。由于气体通过风机的压强变化较小，可视为不可压缩，所以离心泵基本方程也可用来分析离心通风机性能。

　　（1）风量风量是单位时间内从风机出口排出的气体体积，并以风机进口处气体的状态计，以Q表示，单位为m3/h。

　　离心通风机的风量取决于风机的结构、尺寸和转速。

　　（2）风压习惯上将通风机的压头表示为单位体积气体所获得的能量，其单位为J/m3=N/m2=Pa，与压强单位相同。所以风机的压头又称风压。

　　离心通风机的风压取决于风机的结构、叶轮尺寸、转速与进入风机的气体密度。目前还不能用理论方法精确计算，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据，按柏努利方程来计算风压。

　　如取1m3气体为基准，在风机进、出口的截面1―1及2―2间列柏努利方程，可得离心通风机的风压为：

　　pT=ρgH=(Z2－Z1)ρg+（p2－p1）+

　　式中(Z2－Z1)ρg值比较小，可以忽略。

　　风机进、出口间管段很短，故也可忽略，又当空气直接由大气进入风机，u1也可忽略。上式可简化为

　　pT=（p2－p1）+（2-26）

　　从上式看出，通风机的风压由两部分组成：（p2－p1）习惯上称静风压pst；而称动风压。在离心泵中，泵进、出口处的动能差很小，可以忽略，但在离心通风机中，气体出口速度很大，动能差不能忽略。因此，通风机的性能参数比离心泵多了一个动风压。离心通风机的风压为静风压与动风压之和，又称全风压。

　　通风机在出厂前，必须通过试验测定其特性曲线（见图2-29），试验介质是压强为1.013×105Pa，温度为20℃的空气（ρ=1.2kg/m3）。若实际操作条件与上述试验条件不同时，应按下式将操作条件下的风压P'T换算为实验条件下的风压pT，然后以pT的数值来选择风机。

　　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相同，结构类似多级离心泵。图2-30所示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。再依次通过以后所有的叶轮和导轮，最后由排出口排出。

　　离心鼓风机送气量大，但所产生风压仍不高，出口表压强一般不超过2.94×104Pa。由于气体的压缩比不高，故无需冷却装置，各级叶轮的直径也大体上相等。

　　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相似。只是离心压缩机的叶轮级数更多，可在10级以上，转速较高，故能产生更高的压强。由于气体的压缩比较高，体积变化就比较大，温度升高也较显著。因此离心压缩机常分成几段，每段包括若干级。叶轮直径与宽度逐段缩小，段与段之间设置中间冷却器，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，所以近年来除要求压强很高以外，离心压缩机的应用日趋广泛。

　　真空泵

　　从设备或系统中抽出气体使其中的绝对压强低于大气压，此时所用的输送设备称为真空泵。真空泵的型式很多，此处仅介绍化工厂中较常用的型式。

　　1．水环真空泵该泵如图2-33所示。外壳1内装有偏心叶轮，其上有辐射状的叶片2。泵内约充有一半容积的水，当旋转时，形成水环。水环具有液封的作用，与叶片之间形成许多大小不同的密封小室。当小室逐渐增大时，气体从入口3吸入；当小室逐渐减小时，气体由出口4排出。

　　水环真空泵可以造成的最高真空度为85kPa左右，也可作鼓风机用，但所产生的表压强不超过101.3kPa。当被抽吸的气体不宜与水接触时，泵内可充以其它液体，所以又称为液环真空泵。

　　此类泵结构简单、紧凑，易于制造和维修，由于旋转部分没有机械摩擦，使用寿命长，操作可靠。适用于抽吸含有液体的气体，尤其在抽吸腐蚀性或爆炸性气体时更为合适。但效率很低，约在30%~50%，所能造成的真空度受泵中水的温度所限制。

　　2．喷射泵喷射泵是利用流体流动的静压能与动能相互转换的原理来吸、送流体的，既可用于吸送气体，也可用于吸送液体。在化工生产中，喷射泵常用于抽真空，故又称为喷射式真空泵。  

　　气体输送设备广泛用于工厂、矿井、隧道、冷却塔、车辆、船舶和建筑物的通风、排尘和冷却；锅炉和工业炉窑的通风和引风；空气调节设备和家用电器设备中的冷却和通风；谷物的烘干和选送；风洞风源和气垫船的充气和推进等。

　　2007年，中国气体输送设备制造业工业总产值、新产品产值、工业销售产值等均较上年有较大幅度增长；行业的整体销售能力和规模扩张速度都有了提高；综合来看行业运营能力高于上年，并且行业外部市场需求旺盛，增长的潜力仍然较大。受国家宏观调控和能源、原材料价格持续上涨的影响，行业整体盈利能力较2006年有所下降。

　　中国气体输送设备制造业的巨大需求引起了众多国外知名厂商的关注，世界一流的气体输送设备制造商相继进入中国，并通过合并和收购方式日益壮大，占领了相当大的市场份额。

　　中国气体输送设备行业的企业分布比较零散，不同类型企业有不同的市场面。比如各式中小型通风机和其它风机产品由于技术含量相对较低、附加价值较低，故多由中小企业和乡镇企业生产，绝大多数中小型企业生产的通风机都是大众化的通用产品，没有自己独特的主导产品，竞争能力一般。