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罗茨鼓风机如何在硫酸中应用

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人气:-发表时间:2018-04-16 09:01【

罗茨鼓风机属容积式风机,具有低噪音、高效节能、效率高、气密性好等特点。目前罗茨鼓风机已广泛应用于硫酸工艺中。

罗茨鼓风机结合了往复式压缩机和离心鼓风机的优点,在它们的基础上加以改造,从而改进了转速和风压之间的关系,转速不变的情况下,风压稍有变化,送风量也保持不变,风量与转速之间成正比关系。

罗茨鼓风机的不足之处是当风机出口受阻时容易造成压力升高而导致机器损坏,使用时间久则两转子间、转子与机壳间的间隙会扩大而导致送风量下降。

罗茨鼓风机的机壳中,以双叶为例,有一对铸钢(或铸铁)的转子分别安装于平行的两轴,转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合、传动,因此,风机工作时两转子作相反方向的等速旋转,将转子与机壳间的气体挤出。气体进出口方向与出气口方向,可利用上、下部分的压差抵销一部分转子与轴的重量, 以减轻对轴承的承压,从而减少磨损。

叶轮图.gif

罗茨鼓风机转子的外形曲线是摆线构成,输送风量决定长径的大小,而短径的大小主要由需用动力大小决定,即确定主轴直径后则根据其强度要求再确定短径,从而避免过大或过小。长半径、短半径和间隙量之和与主、被动轴的中心距相等。

罗茨鼓风机的主轴每回转一周等于压出四次转子与机壳间容积的气量,每次的气量相当于图1中左侧转子与外壳之间的空间部分,而这一空间部分的剖面面积略等于转子的1/2横截面,因此,风机的输风量Q(m3/s)应为:

Q=入VnnR^2B

式中:n——转速,rpm/s;

          R——转子长半径,m;

          B——转子宽度,m;

入V——容积效率,为0.7?0.8,进出口风压差 愈大时入V愈小。

从上式可看出其输风量与转速之间成恒定正比。与此同时,风机的输风量还将呈现以下特性:

(1)风机的输风量是进口气体状态下的气量,而非标准状态。风机进口负压不同,其折合标准状态的输风量出不同,因此产量是有差别的。

(2)风机运行中当压力在允许范围内加以调节时,输风量之变动甚微,压力选择范围很宽。

(3)风机的运行必须考虑如何提高容积效率。可以在确保风机正常运行的条件下通过尽量减少机壳与转子、转子 与转子间的间隙,使其流回进口的气量最小化来提高容积效率。

若风机出口遇到严重阻碍时,出口风压将急剧上升,并存在损坏风机本体的可能性。为了保护罗茨风机和设备的安全,特别是避免罗茨风机的密封件受损,在风机出口设置了安全阀。当罗茨风机及设备中的压力异常升高到某一规定值(安全阀的开启压力)时,安全阀能够自动开启并排放介质,以防止压力继续升高;当罗茨风机及设备中的压力降低到某一规定值(安全阀的回座压力)时,安全阀自动关闭。同时,在罗茨风机的排气端设置单向阀,一方面能避免突然停机时系统的气体回流冲击导致转子反转而损坏风机;另一方面可以防止运行中的罗茨风机排气端的气体回流至并联的备用风机,造成风量流失和压力不足。

罗茨鼓风机简图.jpg

罗茨风机进出口分别安装一是大风量阻性蜂窝式消声器,抗性段采用了多室抗性胶直管通道及十字形吸声片形 式,从而保证了在较宽频带范围内具有足够的消声量。因进入罗茨风机的介质中微粒的含量不得超过100mg/m3,微粒最大尺寸不得超过最小工作间隙的一半,即应在0.1mm以下,因此在进气口消声器前须连接滤清器予以净化。

在罗茨风机中气体主要是绝热压缩,但压缩比不大,可简化地把气体作为不可压缩的流体进行计算,其所需功率为

N=QH/102η

式中:Q 输风量,m3/s;

    H 风压,mmftO 即 Kg/m2;

    n 效率,为0.7-0.8。

在硫酸生产系统中应用的风机进出口的静压,主要由其前后设备阻力的总和决定。

罗茨风机的启动、运行、常备机切换的控制方法以及出现异常状态的处理和注意事项均与它的工作原理和性能有关。风机运行时原动机对风机所作的驱动功L主要消耗在二个方面:一是使风量Q获得压头H的有效功L有效;二是消耗在机器摩擦等方面的无效功L无效。在启动时原动机还需有使静止的鼓风机达到额定转速的功L启动。这样在风机启动时原动机需作的功为:

L=L有效+L无效+L启动

正确掌握所需的启动功率至关重要。要使一个能转动的刚体从静止状态达到转速n,称为转动惯量,用于测量转动体惯性,其值I=Emr2, 即等于构成转动刚体各质点质量与其到转轴的垂直距离平方的乘积的总和。

在选择风机电机时,主要考虑正常运行所需的功率大小,不可能将启动功率全数加上,否则有可能因为在正常运行时的电机负荷很轻而造成不必要的浪费,反之,会因启动时所需的功率太大而无法启动。

罗茨风机要实现无负荷,必须了解影响负荷的因素。负荷可用输风量 Q和压头H的乘积来表示,只要任何一项为零或降到很小均能满足无负荷(或基本上无负荷)启动的条件。离心式鼓风机可用关闭进出口阀门或其中一阀来实现零负荷,但罗茨风机因自身结构的原因不能采用输风量Q为零或大幅降低的措施,因而只有考虑如何降低压头H。

风机线路.jpg

我们在风机进出口联通一副线,使风机出口的气体回流进口来降低压头H。副线的接法如图3所示,从进口阀之后接到出口阀之前。该副线并非随便装一根管都能启动,必须选择合适的管径,使风机的额定风量全部通过副线,此时副线中的流速应等于或不大于50m/s,这样启动才不会有问题,也不必流速选择太低致使副线管径过大。当流速达到 80m/s以上,且电机是风机的标准配置,则难以启动。选择 流速50m/s这一数值源于对风机气体通过副线回流时的进出口压差的计算、以及日常收集一些副线大小不同的风机启动成功和失败的经验而总结后得出的,应用时可再行验证适宜性。这里必须提醒的是,当出口阀处于开启状态而启动风 机,必须确保不会被来自其它风机的气体所倒压。硫酸生产系统不宜在出口阀前安装放空阀。

在风机运行中,直接利用调小进口阀或出口阀调节风量,其效果甚微,因为它仅改变了进出口间的压差,可是从间隙漏回进口的气体增量却很微小,因此这样调节风量并 没有多大价值,反而会显著增加风机的功率消耗,尤其是调小风机出口阀对风机存在一定的危险性。虽然调小进口阀来调节风量使得进口负压增大,风机进口气体的状态发生改 变,使标准状态的风量减少,看起来比调小出口阀的调节作用大。但是,从计算结果看,功率消耗的增加却更严重,一样不可取。

罗茨鼓风机进口阀之后和出口阀之前连接一副线,是确保风机本体和硫酸生产系统安全的重要保障。在处于硫酸生产的系统阻力条件下,如无副线,不论进出口阀是开启还是关闭,风机的启动都有困难或危险,而且还可能发生一些意想不到的事故。

对于全速工频运行的硫酸生产系统,只有通过调节进气阀门开度来调节风量,使得进风风阻增加、风压降低,从而导致电能浪费;若采用输出排风方式调节输出流量,同样造成电能浪费。

罗茨风机具有恒转矩负载特性,恒压控制后系统运行在恒转矩变流量状态。将罗茨风机原有的工频控制改造为变频控制,利用压力传感器进行反馈闭环矢量控制,实现变频调速,系统流量需减小时,降低罗茨风机转速,使罗茨风机在规定压力下低流量点运行。罗茨风机的输入功率与流量成近似线性关系。因此,罗茨风机进行变频改造后可降低罗茨风 机的运行转速,减小电消耗,其节能效果主要决定于所运行 流量的大小,罗茨风机的耗电量与流量成正比。

变频控制使运行系统实现了软起动、软停止,减小了系统起动时对电网的冲击。且由于罗茨风机运行转速的降低,减小了机械磨耗,从而延长了电机和罗茨风机的使用寿命。

罗茨鼓风机启动时,须在自身的生产系统中对其副线的风速控制指标加以验证,以确认最佳控制值。若遇计划或紧急停车时,务必牢记先开副线阀, 然后才能关闭进、出口阀。若遇系统阻塞,应谨慎判断是否立即开启副线阀,以化解危机。

综合硫酸生产系统的规模及配置情况,合理设计罗茨鼓风机的副线并能在启动、正常运行、常备机切换以及出现异常状态中得到正确运用和操控,是十分重要的。

罗茨鼓风机的高效使用,不仅为工人带来了工作上的便利,还为硫酸稳定的生产起到了促进作用。

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