羅茨風機選型方法及示例
2023-11-28
羅茨風機工況參數的確定：
作為選用羅茨鼓風機的先決條件，首先應通過計算或類比的方法,確定系統對羅茨鼓風機流量和升壓的要求。
1.計算法
(1)流量。為了適應發展的需要,設計工藝系統時通常留有一定的富余能力。選擇鼓風機時,應按系統設計要求達到的能力確定鼓風機的流量,使之與系統中其他設備的能力相匹配。考慮漏風損失的影響，流量應有一定的裕度,鼓風機的流量一般為系統所需流量的1.1~1.25倍。另外，如果生產過程中流量是變化的,工藝上給出的流量有正常、最小和最大三種數值,選型時應以最大流量為依據。
(2)升壓。作為強制鼓風機械,羅茨鼓風機的升壓總是與所在系統的壓力降相平衡。考慮到工藝設計中壓力降的計算比較復雜,為保守起見，確定鼓風機的升壓時應留有一定的余量，一般為系統壓力降的1.05~1.15倍。如果系統壓力降在生產過程中經常變化,須以最大壓力降為依據,確定鼓風機的升壓。
2.類比法
參照現有同類系統的配置情況,或者按同類裝置進行類比、推算,也是確定鼓風機工況參數的一種常用方法。
羅茨風機機型的選擇：
1.羅茨鼓風機的型號
機型有廣義和狹義兩種范疇。廣義理解,機型指鼓風機的結構型式。狹義理解,機型指具體的產品型號及性能規格。其中,型號是一組反映產品結構特征的代號,性能規格主要指鼓風機的流量和壓力。
2.型號的選擇
對于一種用途,能夠滿足流量與壓力要求的鼓風機往往不止一種型號。選擇的原則,一是適用,二是經濟。從適用性角度講,除壓力、流量必須滿足要求之外，還應考慮產品使用的可靠性,如耐腐蝕性能、耐磨性能和密封性能等。從經濟性考慮,在多種可供選用的機型中,應根據高效節能、質優價廉等要求，或側重其中某項要求進行選擇。
對于同樣的流量,既可選用尺寸較小的機型,以較高的轉速來達到，也可采用較大的機型，以較低的轉速來滿足。前者體積小、重量輕、效率高，但對振動、噪聲及使用壽命有不利的影響;后者運轉比較平穩、噪聲較低、使用壽命相對較長,但體積和重量比較大,造價相對較高。若側重經濟性考慮,可選用轉速較高的小機型;若側重平穩性考慮,可選用轉速較低的大機型。
對于同樣的性能要求,既可選用直聯傳動,也可選擇帶聯傳動;既可選用密集型成套機組，也可采用普通成組方式等。一般說來，輸送易燃、易爆氣體時應優先選用直聯傳動,如果采用帶聯傳動則必須使用防靜電皮帶。輸送含塵氣體時可選擇帶聯傳動,即使轉子間隙因粉塵磨損而增大,也可通過更換皮帶輪,在一定范圍內對流量進行調整。從選型及安裝簡便的意義上講,最好是選用密集型成套機組,但出于維修方便的考慮,大多數場合還是選用普通成組方式。
對于特定的壓力和流量,可能幾個廠家的產品都能滿足要求。但不同的廠家,產品質量、銷售價格及服務水平可能有所不同。就產品質量而言,除了流量和壓力兩項指標之外,還有軸功率(或比功率)大小，產品制造精度(如同步齒輪精度)高低,密封性能好壞,噪聲值大小等,選型時應對多種因素綜合比較。在價格合理的情況下,最好選用質量較好、效率較高的產品,相對而言,其運行費用較低,產出效益較高，使用壽命也比較長。
3.材料的選用
常規產品都是以輸送空氣為目的設計的。因此，作空氣鼓風機使用時,一般不需要考慮材質問題。但除空氣之外,有些氣體不宜與某些材料相接觸,選用時應對零部件的材料特性作必要的考慮。
例如,輸送氮氣時,與之接觸的零件不宜使用銅質材料。輸送氧氣、氯氣時,與之接觸的零件不宜使用鋁合金材料。輸送氫氣、二氧化硫及乙炔時，與之接觸的零件不宜使用鋁合金材料和銅質材料。輸送濕性氯化氫時,與之接觸的零件不宜使用碳素鋼、鋁合金及銅質材料。輸送濕性硫化氫時,與之接觸的零件不宜使用碳素鋼、灰鑄鐵及銅質材料等。
某些情況下,主氣流不一定有腐蝕作用,但雜質的影響不可忽略。例如,輸送干燥的純氯氣和輸送含有百分之五水分的氯氣,情況就大不一樣;輸送干性二氧化碳時可以使用銅質材料,輸送濕性二氧化碳則不行。
有時,主要零部件按常規選材不會有問題,但一些細微因素的影響也不容忽視。例如，輸送乙炔時,葉輪、機殼及墻板等主要零部件仍可采用鑄鐵材料制造,但是軸承不得像通常那樣使用銅質和鋁質保持架(除非它不與乙炔接觸)。
4.密封型式的選擇
鼓風機的密封型式,有迷宮密封、漲圈密封、填料密封、機械密封及骨架油封組等多種密封型式。一般而言,不同的密封型式,有不同的密封效果和不同的適用特性。對于不同的介質,特別是易燃、易爆、有毒、有腐蝕性的氣體和稀有、貴重氣體,必須按照密封有效和經濟實用的原則，合理選擇密封型式。
輸送空氣的鼓風機,對外泄漏量的限制不是太嚴，可以選用迷宮密封。如果選用填料密封、漲圈密封或機械密封,制造成本高，維護及維修也比較麻煩，經濟上不合算。
對于以氮氣為介質作氣力輸送的鼓風機,為了防止粉粒料通過軸端間隙外漏,或阻止空氣混入輸送系統,可選用“閉式墻板●充氣迷宮”的密封型式。此時,四個軸端部位各設一組充氣迷宮,工作時將壓力較高的氮氣充入迷宮中段,墻板內腔與氮氣回收系統連通。
輸送瓦斯的鼓風機,不允許瓦斯進入潤滑系統,否則會對潤滑油(或潤滑脂)產生稀釋作用。可選用“開式墻板●填料密封”的密封型式,在四個軸端部位各設一組填料密封，使機殼內的介質與齒輪、軸承及其潤滑系統完全隔離開來。
輸送二氧化硫和煤氣的鼓風機，可選用“開式墻板●梳齒迷宮”或“開式墻板●骨架油封組”的密封型式,在四個軸端部位各設置一組梳齒迷宮或骨架油封組。使用梳齒迷宮時，可利用抽氣管將漏入迷宮的氣體引回鼓風機進氣口。
輸送氦氣、氬氣等稀有氣體以及甲烷氫氣等易燃易爆氣體時,為控制其外泄漏量,可選用“閉式墻板●單機械密封”的密封型式,在軸伸部位設置一組機械密封。
輸送乙炔、液化石油氣時,為控制其外泄漏量,可選用“閉式墻板.四機械密封”的密封型式，在四個軸承座尾部各設一組機械密封,并借助軸承潤滑油對機械密封進行潤滑和冷卻。
輸送氧氣等忌油介質時,可選用“開式墻板.四機械密封”的密封型式,在四個軸端部位各設一組機械密封,確保軸承、齒輪的潤滑油不進入機殼。
羅茨風機電機的選擇：
1.電機類型的選擇
電機類型比較多。鼓風機一般配用三相鼠籠型異步電機,按使用環境分為以下幾種情況:
(1)在室內使用時,可以選配Y系列和JS系列等一般用途的三相異步電機,其中Y系列為國家推廣的節能產品。
(2)對于石油、化工及制藥等部門在戶外使用的產品,以及室內環境中存在一定腐蝕性介質的場所,可以選配Y-F防腐蝕型、Y-W戶外型或Y-WF戶外防腐蝕型三相異步電機。
(3)在石油、化工及煤礦等有爆炸危險的場所,可以選用防爆電機,如YA防爆安全型、YB隔爆型和YF防爆充氣型電機。
2.電壓和頻率的選擇
(1)電壓的選擇。對電機額定電壓的選擇,取決于電力系統對使用單位的供電電壓。三相異步電機的額定線電壓有380V、3kV、6kV及10kV等幾種規格。一般,電機額定功率小于220kW時,可用380V電壓;額定功率大于或等于220kW時,可用6kV.10kV電壓;額定功率大于或等于100kW時,可用3kV電壓。
(2)頻率的選擇。國內使用的工頻供電頻率為50Hz。出口有要求時,也可選配頻率為60Hz的電機。
3.電機功率的選擇
電機的功率不必過大,也不能過小。如果功率選得過大,不能充分利用和發揮電機的效率,不僅增加了電機的購置費用,而且電機在輕載時效率變得很低，運行費用也不合算。但如果功率選得過小，電機長期超載運行,又會發熱,縮短壽命,甚至燒毀。
電機功率可按下式計算:
Ne= Ke●Nsh (kW)
式中Nsh----- 鼓風機的軸功率, kW;
Ne-----------電機功率,kW;
Ke-----------余量系數,Ke =1.05~ 1.25。采用機械密封、填料密封時,取較大的值。
由式得出的功率Ne,為電機應當具有的功率。實際上,電機的額定功率是按標準分級的,不可以任意選定。如果計算功率Ne與電機額定功率數值不符,選擇電機時須往上一個功率級靠。
4.電機轉速的選擇
電機轉速的選擇,與鼓風機轉速及傳動方式有很大關系。①采用直聯傳動時,鼓風機與電機同步運轉,電機轉速的選擇余地不大。②對于帶聯傳動,由于電機功率一定時，轉速愈低,其體積愈大,價格愈貴,相對而言效率也愈低,因此鼓風機大多采用減速傳動。
5.電機防護等級的選擇
電機外殼防護型式有IP23、IP44及IP54等幾種類型。
羅茨風機選型步驟：
1.列出條件與要求
(1)用途:鼓風機在流程中的位置和作用,區別鼓風用途與真空用途。
(2)氣體性質:名稱,分子量,有無毒性、腐蝕性和爆炸性,混合氣體的組成比，含塵情況等。
(3)工況參數:進氣溫度,進氣壓力，升壓(排氣壓力或真空度),流量,以及對排氣溫度和噪聲的允許限值等。
(4)環境狀況:安裝場所(戶外或室內,地面或樓板上),當地大氣壓、溫度和濕度等。
(5)公用條件:供水、供電(包括電源電壓)等情況。
(6)其他:①變工況運行:壓力或流量調節要求;②運轉狀況:連續運轉時間,或間斷運行頻度;③涂漆(包括顏色)、包裝、運輸等方面的要求。
2.選型計算
(1)根據使用要求,選定鼓風機的材質和密封型式,初步選定產品型號及規格。
(2)核算初選產品在規定工況下的性能參數,包括流量、軸功率及排氣溫度等。
(3)選定鼓風機型號規格之后,確定原動機(電機)及傳動方式，選擇配套附件。
3.列出選型清單
(1)鼓風機:①型號:口徑,材質和密封型式等;②性能參數:流量,升壓(或真空度),轉速和軸功率等。
(2)電機:電壓,功率，極數(或轉速),防護等級和絕緣等級等。
(3)傳動方式:直聯,帶聯(是否為防靜電皮帶) ,或其他傳動方式。
(4)配套附件:消聲器,過濾器,彈性接頭,安全閥,逆止閥,隔聲罩,起動柜的型號規格等。
羅茨風機的流量換算：
(1)不同狀態下的流量換算。
①基準狀態與進氣狀態下的流量換算。工藝流程中的流量,通常以基準狀態(溫度0C,壓
力101 .325kPa)下的數值Q:(Nm2/min)表示。可按下式將QN換算成實際進氣狀態下的流量:
Qs= QN●273 + ts/273●101.325/101.325+ps (m³/min)
式中 ts為進氣溫度,℃;Ps為進氣壓力(表壓) ,kPa。
羅茨鼓風機的樣本流量,通常為標準吸入狀態(即20℃,101.325kPa,相對濕度為50%的空氣狀態)下的流量。不考慮濕度的影響,可按下式將Qn換算成標準吸人狀態下的流量:
Qs = 1.07326Qn (m3 /min)
②進、排氣狀態下的流量換算公式為:
Qs=Qd●273+ ts/273+td●101 .325 + Pd/101.325+ Ps(m³ /min)
式中 td為排氣溫度,℃; Pd為排氣表壓, kPa; Qd為排氣流量,m³/min。
(2)不同工況下的流量換算。實際工況與樣本工況可能存在以下差異:介質不是空氣,進
氣溫度≠20℃,壓力比及轉速與樣本值不符。差異較大時,應進行流量換算。
①實際轉速下的理論流量為:
Qth = Qtha●n/na (m³/min)
式中 n為實際轉速,r/min; na為樣本工況的轉速,r/min;Qtha為樣本轉速下的理論流量,m³/min。
②樣本工況下的泄漏流量為:
Qba= Qtha- Q5a(m³ /min)
式中 Q5a為樣本工況下的“實際流量”,m³ /min。
③實際工況下的泄漏流量為:
Qb=Qba根號下273+ ts/293. 29/M.ε- 1/εa- 1(m3 /min)
式中 ts為實際進氣溫度,℃; M為氣體分子量,空氣M = 29; ε為實際壓力比;εa為
樣本工況下的壓力比。
④實際流量為:
Qs=Qth-Qb( m³ /min)；
羅茨風機選型示例：
(1)流量以基準狀態下的數值Qn(Nm3 /min)表示時,不可直接引用產品樣本上的參數。
例：進氣口處于標準吸人狀態,升壓為49kPa,要求流量為7.90Nm3 /min。對流量作保
守考慮,請選擇羅茨鼓風機。
①將基準狀態下的流量Qn換算成標準吸入狀態下的流量:
Qs= 1.07326Qn = 1.07326X 7.90 = 8.48 (m3 /min)
②作保守考慮，鼓風機的樣本流量應不小于:
Qs.l= Qs/(1 - 5%) = 8.48/(1 - 5%)=8.93 (m³/min)
③初選DSR125 型鼓風機
④樣本工況下的泄漏流量為:
Qba= Qtha- Q5a= 11.02-8.25 = 2.77 (m3 /min)
⑤為確保流量Qs.l=8.93m³/min,所需的理論流量為:
Qth=Qs.l+Qba=8.93+2.77=11.70(m3/min)；
實際選型結果為：DSR125，風量Qs為8.48m³/min，升壓49KPa，功率15KW
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