食品工厂机械与设备第二章2.2.ppt

食品工厂机械食品工厂机械与设备与设备 第二章第二章2.22.2前弯式叶片在一定的输气压强下与后弯及径向的相比较，其叶轮的直径和转速可以小些，但出口速度较大，损失也较大，故效率一般较低。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械多而短前弯叶片如果前弯叶片多而短（如图2.57-（2）所示），则所产生的风压较低，而风量却较大。一般离心式通风机的叶轮多为前弯式，主要是为了减小通风机的尺寸和尽可能降低转速。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械径向叶片径向叶片应用于风压较低的场合。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械2轴流式通风机l轴流式通风机的结构与轴流泵相似，如图2.58所示，l安装：通常装在需要送风的室内的墙壁孔或天花板上。因为通风机所产生的风压不高，若装上导管和气道，必增加阻力。轴流式通风机的叶轮常固定在电动机转轴上，而电动机则装在通风机的壳内或壳外。l效率一般较高，范围在6065。l风压通常在255Pa以下，但有高达980Pa的。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l轴流风机的结构在机壳内装有一个迅速旋转的叶轮，叶轮上固定有数片作扭曲状的叶片。工作时空气沿轴向在叶片间流动。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（二）鼓风机鼓风机的形式通常有：1离心式鼓风机2旋转式鼓风机食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械1离心式鼓风机l也主要由机壳、叶轮和机座构成。叶轮通常是多级的。多级叶轮由几个叶轮串联而成。气体通过一级叶轮后，风压有所增加，从一级叶轮出来再进入下一级叶轮，风压又有所增加（见图2.59）。l一般离心式鼓风机的排气压强并不太高，因此，串联的叶轮数也不太多。l由于风压要求更高，因而在构造上与通风机有显著差别。例如，叶轮的圆周速度比通风机高就是其一。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械2旋转式鼓风机l与旋转泵相似，其主要部件是一个或一对旋转的转子。其性能特点是风量不随阻力大小而改变，俗称“硬风”。l特别适用于要求稳定风量的工艺过程。l主要缺点是在压强较高时，泄漏量大，磨损较严重，噪音大。l使用场合：输气量不大，压强在 10 200kPa 范围。l罗茨鼓风机：最常用的一种，其构造和作用原理与罗茨泵相似，如图2.60所示。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（三）风机的选择一般步骤为：l首先根据所需输送的气体性质（如洁净气体、含尘气体、腐蚀性气体等）从可选的风机样本中确定适用的风机型式；l然后根据需要的吸入口状态的风量及出系统所需的实际风压，将实际风压换算成标示工况风压；l最后从厂商提供的风机综合特性曲线图选取适当的风机型号。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l常风机型号与用途常用型号有n4-72型和4-62 型属中、低压风机，可用于通风和气体输送。n8-18 型和9-27 型属于高压通风机，主要用于气体输送。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l风机综合曲线图标示一系列风机最高效率点附近一段风量-全风压性能曲线的图。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械曲线上方的数字组合意义表示风机型号，这些数字分别表示风压、比转速、工况压强和风机叶轮的直径。例如：风机型号“9-27-101No.5”的意义为：9压强系数（数值越大，压强越大），27比转速，101风机性能曲线的工况压强为标准大气压（101.3kPa），No.5离心风机的叶轮直径为50cm。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械二、压缩机l压缩机是用于压缩气体的机械设备。l压缩机在食品工厂中的用途l压缩机类型（一）一）往复式压缩机的结构原理往复式压缩机的结构原理（二）二）压缩机的选择与使用压缩机的选择与使用食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l压缩机在食品工厂中的用途食品工厂不乏需要压缩空气或其它气体的场合。例如，罐头反压杀菌、气流式喷雾干燥、蒸汽压缩制冷、热泵蒸发等许多工艺都要使用压缩机。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l压缩机类型压缩机的形式种类繁多,但至今为止，食品工业中最常见的仍然属往复式压缩机。往复式压缩机又名活塞式压缩机，有多种类型。常用往复式压缩机的分类见表2-4 食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（一）往复式压缩机的结构原理l单级往复式压缩机的主要构成（图2.62）。l压缩机的理论输气量l压缩机的实际输气能力与余隙系数l多级压缩食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l多级压缩n要求高压缩比时，可采用多级压缩，就是把两个或几个气缸串联起来，气体经过多次的压缩和冷却，压强逐级升高到所要求的最终压强。在多级压缩过程中，气体的体积逐级减小，因而气缸容积也逐级减小。图2.63为双级压缩机的示意图。n在同样压缩比下，所用级数愈多，所消耗的压缩功愈小。但级数增加，投资亦增加。每增加一级，零部件辅助设备将成比例增加。级数过多在经济上是不合算的。因而随终压的不同，多级压缩的级数有一个合理的范围，参阅表2-5。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l压缩机的实际输气能力与余隙系数由于安全原因，活塞与气缸底之间总留有一定的余隙。并且,由于气体是可压缩流体，压缩终了时留在余隙内的高压气体，会在吸气时首先膨胀至与吸气压强相等，然后才开始吸入机外气体，因此，压缩机的实际输气能力，不会像输送液体那样与容积和活塞往复频率成线性关系。压缩机的实际输气能力qv,可用下式表示：送气系数食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l送气系数n送气系数（a）实际上是压缩机气缸的有效利用系数，与压缩比（排气端高压与吸气端低压之比值）、温度等因素有关，其值总是小于1。n送气系数随压缩比的增大而减小，甚至增大到某一极限时，a可为0，即余隙中气体在吸气行程终止时才膨胀到与进气压强相同。此时，因压缩机不能吸气而无法工作。n另一方面，压缩比过高，压缩后气体温度过高，会使气缸内的润滑油黏度降低、发生分解从而进入气缸，甚至在缸内燃烧，造成气缸或活塞损坏。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l单级单缸单作用式压缩机的理论送气能力 食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l单级往复式压缩机n由气缸、活塞、进气和排气阀等构成n低压气体由气缸内往复运动的活塞通过吸气阀吸入，经过压缩后的高压气体由排气阀排至贮气罐，或直接与高压管路相连接。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（二）压缩机的选择与使用l选用压缩机步骤：n根据用途（主要是由气体性质决定）压缩机的种类；n根据生产能力确定压缩机的排气量；n根据工艺要求确定压缩机的排气终压。l压缩机选型l压缩机使用食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l压缩机使用n因往复式压缩机排气量是间歇的，输气不均匀，所以必须在排气出口处安装贮气罐。贮气罐还能使气体夹带的油沫、水沫发生沉降分离，分离出的油、水可定期从罐底放出。贮气罐安装有压力表、安全阀等附件，此为安全监控所需要。压缩机气体入口处要安装气体过滤器，以免灰尘、铁屑等固体物吸入增加气缸、活塞的磨损。n压缩机的排气量，可通过吸入管阀门开度调节，也可通过将部分排气回送到吸入管再循环的方法进行调节。此外，还可用改变压缩机余隙大小或改变工作气缸数的方法进行调节。图2.64为压缩空气装置系统图。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l选取压缩机类型在选取压缩机类型时，可按要求的种类、排气量、终压等条件，从压缩机厂商提供的产品目录中，选用合适的型号。产品目录中还提供了压缩机的级数、转速、活塞冲程、气缸数目、轴功率、电动机功率等性能指标，供设计人员选用时参考。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械n压缩机的终压确定 选择压缩机的终压时，除了需要满足工艺气体压强要求以外，还应考虑输气管道压力损失。管道的压力损失可根据流体力学原理计算出。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l 压缩机排气量的确定 应考虑气体在贮存和输送管道中的泄漏损失，同时，为了供气安全，还应有一定的余量。所以。在选择压缩机排气量时一般应比实际需要的用气量大2030。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械三、真空泵（一）真空泵的分类（二）机械式真空泵（三）射流式真空泵（四）真空泵的选择真空泵在食品工业上的有着极为广泛的应用。许多食品单元操作，如过滤、脱气、成型、包装、冷却、蒸发、结晶、造粒、干燥、蒸馏以及冷冻升华干燥等都采用真空作业法。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（一）真空泵的分类表2-6真空泵分类食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（二）机械式真空泵1往复式（活塞式）2水环式真空泵3油封旋转式真空泵4罗茨真空泵食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械1往复式（活塞式）l结构与往复泵类似，主要由机身、气缸、活塞、十字头、曲轴、连杆以及配气阀七个部分组成。l往复式真空泵的工作原理与往复泵相似。它通过曲轴和连杆的作用，使气缸内活塞做往复运动，达到吸气、排气的目的。活塞做往复运动时，在其一端从真空系统吸入气体的同时，另一端则将已吸入气缸的气体排出。l往复式真空泵可直接用来获得粗真空，其极限压强一般在1333Pa(即真空度660 mmHg）左右。因此可满足食品真空浓缩、真空干燥等操作的真空度要求。采用这类泵的优点是它具有较大的抽气速度，例如 W 型系列真空泵的抽气速率范围为8770 m3/h。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械2水环式真空泵l水环式真空泵是一种旋转式泵，是一般的粗真空设备，其特点是可抽吸带水蒸汽的气体。食品工业上常用于真空封罐和真空浓缩等作业上。l结构：如图2.65所示l水环式真空泵须在不断通水的情况下才能正常工作，这主要是为了将产生的热量带走。l国产SZ系列水环泵的极限压强范围为706516260 Pa（相当于真空度范围638122mmHg），抽气速率范围为0.1211.5 m3/min。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械3油封旋转式真空泵l这类泵都有一旋转的活塞或转子，旋转部分或磨合运动部分都用油来密封，或将其置于油箱中或采用特殊的油循环，以达到油封的目的。l常见型式：旋片式 滑片式l极限压强：单级0.133Pa，双级0.00133Pa。l应用：获得绝对压强0.0133Pa以下的真空，也常用作其它高真空设备的前级泵，是目前广泛使用的一类低真空获得设备。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械n旋片式真空泵旋 片 式 真 空泵 目 前 广 泛用 作 食 品 冷冻 升 华 干 燥真 空 系 统 的前级泵 食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械4罗茨真空泵l实际上是一种机械增压泵，其结构和工作原理与罗茨鼓风机相同。所不同的是它用作真空泵，其压缩比甚大。罗茨真空泵转子间以及与泵壳之间配合较紧密（只有约0.lmm的间隙）。尽管如此，运转时，仍然有气体会从排出侧通过间隙向吸气侧泄漏，所以其压缩效率远低于油封机械泵。但是，正因为没有摩擦接触，转速才有可能很高（一般10003000r/min)，所以泵的抽速很大。l当泵内平均压强降低时，间隙的流导值也随之降低，从而可提高泵的效率。在压强6.665Pa、压缩比约为10的条件下，泵的效率最高。l罗茨真空泵一般须与低真空泵配合使用（见图2.67）。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（三）射流式真空泵l是一类泵体本身没有运动部件的泵，主要依靠通过喷嘴产生的高速射流来抽真空。l这类真空泵有蒸汽喷射泵、空气喷射泵、水力喷射泵以及各种扩散泵等。1蒸汽喷射泵2水力喷射泵食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械1蒸汽喷射泵l结构如图2.68所示l工作原理l单级和多级蒸汽喷射泵食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l单级和多级蒸汽喷射泵n蒸汽喷射泵有单级和多级之分。n级数与真空度关系n为了提高效率，减少蒸汽消耗量，在多级泵的级间配置冷凝器，以减轻前一级泵的负荷。n一种三级蒸汽喷射泵的配置食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械n单级蒸汽喷射泵如果从真空区抽入的气体与蒸汽混合成的气体喷出时的压强高于大气压，则可直接排入大气环境，这种泵称为单级蒸汽喷射泵。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械n多级蒸汽喷射泵如果混合气体出口的压强低于大气压，则需要由前级泵抽走。因此，多个喷射器联在一起就可以构成多级蒸汽喷射泵。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械n级数与真空度关系需要的真空度越高，喷射泵的级数越多。蒸汽喷射泵级数与能获得的绝对压强范围的关系见表2-7。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l工作原理具有较高压强的工作蒸汽进入泵后，其压强和流速沿喷嘴依次迅速降低和升高。在喷嘴内，蒸汽流至喉部处其速度已达到音速。由于蒸汽的可压缩性，已达音速的蒸汽流，在喷嘴截面渐扩后仍会继续渐增。直到离开喷嘴出口，蒸汽流的速度已经超过音速，出口处压强降得很低，造成真空状态，从而可将待抽气体吸入，与蒸汽在混合室内混合。混合气体又以一定速度进入扩压管，动能又转变成静压能。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械2水力喷射泵l结构与工作原理l系统l特点食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l水力喷射泵特点n优点：（1）兼有冷凝器及抽真空作用，故不必再配置真空装置；（2）结构单位，不需要经常检修；(3)适用于抽吸腐蚀性气体。(4)安装高度较低，与浓缩锅的二次蒸汽排出管水平方向直接连接即可；（5）与冷凝器真空泵组合系统相比，获得相同二次蒸汽排除能力所需的功率消耗小。n缺点：由于循环冷水中本身带有不凝性气体，因此水力喷射泵不能获得高真空度，并且真空度随水温升高而降低。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l水力喷射泵系统n真空浓缩系统中,水力喷射泵一般与循环水泵、水箱组成如右图所示的系统，起二次蒸汽冷凝器和抽真空双重作用。n系统能获得的真空度与水温和水与二次蒸汽之比相关（见图2.72）。图2.72水力喷射泵系统食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械n水温对水力喷射泵真空影响u可见相对于水与蒸汽之比，温度对真空度的影响更大些。u因此，为了应对冷却水温度随季节变化而引起系统真空度变化，需要调整水箱补给冷却水的补充量。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l水力喷射泵结构与工作原理工作原理类似于蒸汽喷射泵，具有一定压头的冷水以高速（1530 m/s）射入混合室及扩散室，然后进入排水管中。水流在喷嘴出口处于低压状态，因此可不断吸入二次蒸汽，由于二次蒸汽与冷水之间存在温差，与冷水混合即凝结为冷凝水，同时夹带不凝结气体，随冷却水一起排出。这样既达到冷凝，又能起抽真空作用。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械（四）真空泵的选择l真空泵的选择依据通常有：真空度要求 压强范围 被抽气体 系统被抽气量 l国产真空泵的型号编制方法食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械l国产真空泵的型号编制方法已经由机械工业部标准（JB1613-1975）作了统一规定。其中各种泵的名称代号分别用字母表示。例如，复往泵、水蒸气喷射泵、定片泵、旋片泵、滑阀泵和油扩散泵和增压泵的字母代号依次为W、P、D、X、H、K和Z。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械 系统被抽气量它是决定选择某一类型真空泵的主要依据。真空泵的抽速可由下式求取：式中 Sp泵的抽速（m3/s）S 真空系统的抽速（m3/s）C 流导即导管或孔口的通导能力（m3/s）食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械被抽气体被抽气体种类、成分、杂质情况及系统工作时对油蒸汽有无限制等情况，它在食品生产中往往是正确选择泵的关键问题。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械系统正常工作时的压强范围要求泵正常工作时的压强范围必须满足设备工作时所要求的工作压强。各种真空泵的压强范围如图2.73所示。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械 系统对真空度的要求通常要求泵的极限真空度比设备要求的真空度高 0.5 1个数量级。食品工厂机械与设备第二章 物料输送机械