PDF《试论罗茨鼓风机选型设计》

1998年2月6日收到 长沙市

410005 试论罗茨鼓风机选型设计陈泗水 (湖南省机械工业设计研究院) 罗茨鼓风机是一种应用十分广泛的气体 动力机械.

在其广泛的应用领域里, 尤其是石 油化工、 建材水泥行业的实际生产工艺流程 中, 罗茨鼓风机使用工况十分复杂, 各种不同 的温度、 压力、 气体成分以及海拔高度等, 均 对罗茨鼓风机性能有很大的影响, 如果选型 设计不当, 必将导致整个生产工艺流程无法 达到预期的设计效果. 因此, 在工艺流程的设 计中, 也必须对罗茨鼓风机在其特定的工况 下进行选型设计, 以期达到最佳运行状态. 现 就性能选型设计, 分述如下.

一、 不同温度、 压力下, 空气流量的确定 我国规定的风机标准进气状态为: 压力 p = 101. 3kPaA ( A 表示绝对压力) , 温度 t = 20℃, 相对湿度 Υ = 50? , 空气密度 Θ = 1.

2 kg m

3 . 因此, 国内各厂家产品样本上给出的 均是在该状态下的性能参数. 然而, 很多工艺 流程设计所依据的风机进气状态并非标准状 态, 设计者就不可能直接引用产品样本上的 性能参数, 而需要按标准进气状态重新确定. 设容积流量为Q (m

3 m in) , 质量流量为 G (kg m in) , 比容为 v (m

3 kg) , 则Q=Gv (1) 又设绝对压力为 p (kPaA ) , 绝对温度为 T (K) , 则状态方程式为 p svs T s = p nvn T n = R (2) 式中: 下标 S 为实际进气状态, 下标 n 为标准进气状态, R (J kgK) 为气体常数. 根据质量守恒原理, 有Gs= Gn, 所以, 由(1)、 (2) 式可得: p sQ s T s = p nQ n T n ∴Q s= Q n T s T n p n p s (3) 如采用摄氏温度t(℃) 和表压力P(kPaG) ( G 表示表压力). 则实际进气状态 下, 有Ts= 273+ ts, p s= 101. 3+ p s;

标准进气 状态下, 有Tn=273+ 20, p n = 101. 3. 代入 (3) 式: Q s= Q n 273+ ts 273+

20 101.

3 101. 3+ p s (4) 根据(4) 式, 可以把标准进气状态下的流 量Q n 换算成实际进气状态下的流量Q s. 将实际排气温度 T d = 273+ td 和实际排 气压力 p d = 101. 3+ p d 代入(3) 式, 可得排气 流量: Q d = Q s 101. 3+ p s 101. 3+ p d 273+ td 273+ ts (5) 根据(5) 式, 可以把实际进气流量Q s 换 算成排气流量Q d.

二、 不同温度、 压力下, 非空气介质的流 量确定 一般来说, 罗茨鼓风机产品样本上的流 量就是风机可达到的实际流量Q s, 其所对应 的风机理论流量Q th 根据设计理论可准确计 算, 则实际泄漏量Q b 为: Q b= Q th - Q s (6) 然而, 通过样本值求出的泄漏量Q b, 是 在标准进气状态下的空气泄漏量. 当在非标 准进气状态、 且为非空气介质时,Q b 同样需 ―

8 ― 设计试验 试论罗茨鼓风机选型设计 风机技术 1998(2) 要重新确定. 在鼓风机中, 气体的密度以及位能的变 化极小, 可以忽略不计. 因此伯努利方程式可 写为: p s Θ s + V

2 b

2 = p d Θ s + V

2 d

2 式中: p s、 p d (kPaA ) 分别为进、 排气绝对 压力, Θ s (kg m

3 ) 为进气气体密度, 并认为泄 漏气体的初始泄漏速度V d = 0, 则泄漏速度 为: V b=

2 (p d - p s) Θ s (7) 设泄漏通流面积为A (m

2 ) , 根据稳定流 动的连续性方程式Q = V A , , 并考虑实际流 动状态而乘上无量纲流量系数 Α进行修正, 则泄漏流量为: Q b= Α V b A (8) 令压力比为 Ε = p d p s , 并由状态方程式得 Θ s= p s R T s 代入(7) 式: V b= 2R T s (Ε 21) (9) 将(9) 式代入(8) 式: Q b= 60Α A 2R T s (Ε 21) (10) 设Λ为气体分子量, 则通用气体常数 为: R m = ΛR = 常数, 单位为〔 J (mo l K) 〕 , 代入(10) 式, 得泄漏量为: Q b= 60Α A 2R m T s (Ε 21) Λ (11) 由(11) 式可知, 泄漏量 Q b 随进气温度 T s 和压力比 Ε增加而增加;