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逆流冷却技术在罗茨鼓风机中的应用

发布日期:2021-09-27 10:02:02

逆流冷却技术在罗茨鼓风机中的应用

 

逆流冷却技术在罗茨鼓风机中的应用 
 
一、前言
  罗茨鼓风机是一种容积式压缩机械,其内部不对气体产生压缩,依靠系统的高压气体瞬时回流产生升压。因此,它具有强制排气的特性,加之输送的介质不受油污染,结构简单,维护方便,广泛应用于国民经济各部门。  罗茨鼓风机的工作原理决定了本身具有较高的排气温度,且随排气压力的升高而升高。过高的排气温度会加大叶轮和机壳的热膨胀,缩小叶轮与叶轮、叶轮与机壳、叶轮与前后墙板的工作间隙,影响罗茨鼓风机的安全运行。另外,通过传热将使润滑油、轴承和齿轮温度上升,降低罗茨鼓风机运行的可靠性。因此,罗茨鼓风机的升压往往受到排气温度的限制。采用逆流冷却技术可有效降低罗茨鼓风机的排气温度,提高排气压力(在强度、刚度允许范围内),扩大单级罗茨鼓风机的应用范围。同时,也可降低罗茨鼓风机的噪声。
二、理论分析
  逆流冷却是从罗茨鼓风机排出的高温度压气体中引出部分气体,经过冷却器冷却后,通过机壳的回流槽进入由机壳、叶轮、前后墙板组成的封闭腔,使该腔内的气体压力瞬时达到或接近排气压力,避免气腔与出口系统接通时高温高压气体瞬时回流产生冲击,从而降低罗茨鼓风机排气温度和脉动噪声。其原理如图1所示。
 (暂无图片)
图1 逆流冷却罗茨鼓风机工作原理图
  在位置(a),进口状态(压力po、温度To、质量流量mo)下的气体随罗茨鼓风机运转进入风机吸气腔,其压力下降至ps,由于吸、排气腔存在一定的压差,极少量高温气体(温度Td、质量流量md)泄漏至吸气腔,与其相混合。  在位置(b),吸气过程完成,其温度上升至Ts,此时的气体状态参数为:压力ps、温度Ts、质量流量 mo+md。  在位置(c),吸气腔与逆流通道(机壳回流槽),接通,冷却后的高压气体(压力pd、温度Tr、质量流量mr)通过机壳回流槽,使该封闭腔内的气体压力上升至pd(或接近pd)温度上升至Td。此时的气体状态参数:压力pd、温度Td、质量流量mo+md+mr。  在位置(d),闭腔与排气腔接通,气体随罗茨鼓风机运转被推至排气口,进入输送系统。  罗茨鼓风机采用逆流冷却技术的主要目的是降低排气温度,提高排气压力。
    其排气温度计算公式推导如下:
  假设罗茨鼓风机运转过程存在下述条件:
  (1)风机与外界无热交换;
  (2)气体回流瞬时完成。
  其过程状态方程为:
  PoVt=mtRTo
   (1)CpmoTo+CpmdTd=Cp(mo+md)Ts
   (2)PsVt=(mo+md)RTs
   (3)Cv(mo+md)Td+CpmrTr=Cv(mo+md+mr)Ts
   (4)PdVt=(mo+md+mr)RTd
   (5)ηv=mo/mt
   (6)式中 ηv——容积效率mt——理论质量流量  由(1)~(6)可导出风机理论排气温度公式为:  Td=(ηv+ε-1)kTo/〔kηv+(ε-1)To/Tr〕
   (7) 式中 ε=Pd/Po,k——绝热指数  罗茨鼓风机无逆流冷却时理论排气温度公式为:  Td′=(ε-1)(k-1)To/(kηv)+To
   (8) 以我厂的RD—125风机为例,设其转速为1750r/min,进口状态为标准吸气状态,气体逆流冷却后的温度为40℃,进行理论排气温度比较(见图2),可得出在相同升压下采用逆流冷却技术时的理论排气温度(曲线Ⅰ)比无逆流冷却时的理论排气温度(曲线Ⅱ)要低,升压越高越明显。
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图2 升压与理论温度曲线图
三、设计要点
  当罗茨鼓风机升压受到排气温度限制,而强度、刚度及轴承寿命又允许其升压进一步提高时,即可采用逆流冷却技术降低排气温度,提高升压。其设计步骤简要介绍如下。  1.计算轴和叶轮的强度、刚度及轴承、齿轮寿命,确定其允许升压范围。  2.设定逆流气体经冷却后的温度,根据公式(7)计算各升压点下的排气温度,再结合强度、刚度和轴承、齿轮寿命允许的升压,综合确定其最高升压。  3.计算逆流气体

 
 

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