1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上 羅茨鼓風機選型中風量和風壓計算方法的探討 摘要：針對污水處理廠羅茨鼓風機在使用狀態(tài)與標準狀態(tài)下，進口溫度、壓力等條件發(fā)生變化時，導致風機的性能也發(fā)生變化這種情況，探討了設計選型時，鼓風機容積流量、出口壓力等的確定方法，結合工程熱力學原理及羅茨鼓風機的工作原理，推導了流量的計算公式，并通過實際工程中選型設計的計算范例，說明了計算公式的使用方法。1 引言羅茨鼓風機是污水處理工程中常用的充氧設備，在污水廠鼓風機選型時，風機廠家產品樣本上給出的均是標準進氣狀態(tài)下的性能參數(shù)，我國規(guī)定的風機標準進氣狀態(tài):壓力p0=101.3 kPa，溫度T0=20，相對濕度=50%，空氣密度=

2、1.2 kg/m3。然而風機在實際使用中并非標準狀態(tài)，當鼓風機的環(huán)境工況如溫度、大氣壓力以及海拔高度等不同時，風機的性能也將發(fā)生變化，設計選型時就不能直接使用產品樣本上的性能參數(shù)，而需要根據(jù)實際使用狀態(tài)將風機的性能要求，換算成標準進氣狀態(tài)下的風機參數(shù)來選型。2 鼓風機出口壓力的計算2.1 出口壓力的計算方法這里所說的出口壓力為鼓風機標準狀態(tài)和使用狀態(tài)下出口的絕對壓力：p1= p2+p2（1）式中 p1 標準狀態(tài)下風機的出口壓力（絕對壓力），kPap2 使用狀態(tài)下風機進口壓力（環(huán)境大氣壓力），kPap2 使用狀態(tài)下風機的升壓，kPa2.2 出口壓力影響因素的分析羅茨鼓風機1工作過程如圖1所示：在

3、圖1a中，左面為進氣腔，腔內壓力與進氣壓力相等；隨著葉輪的旋轉，在圖1b、c、d中，容積V保持不變，V內氣體壓力與進氣壓力相等；當運行到圖1e的位置時，V與排氣口相連通，排氣口的高壓氣體迅速回流，與低壓氣體混合，使其壓力由進氣壓力突然躍升到排氣壓力。因此，容積式鼓風機排氣壓力的高低并不取決于風機本身，而是氣體由鼓風機排出后裝置的情況，即所謂“背壓”決定的 2，所以羅茨鼓風機具有強制輸氣的特點。鼓風機銘牌上標出的排氣壓力是風機的額定排氣壓力。實際上，鼓風機可以在低于額定排氣壓力的任意壓力下工作，而且只要強度和排氣溫度允許，也可以超過額定排氣壓力工作。對于污水處理廠而言，排氣系統(tǒng)所產生的絕對壓力（

4、背壓）為管路系統(tǒng)的壓力損失值、曝氣池水深和環(huán)境大氣壓力之和，如圖1所示。若由于某種原因，如曝氣頭或管路堵塞，使管路系統(tǒng)的壓力損失增加，“背壓”也會升高，于是鼓風機的壓力也就相應升高；又若曝氣頭破裂或管路泄漏等原因，管路系統(tǒng)的壓力損失則會減少，“背壓”便不斷降低，鼓風機的壓力也隨之降低。綜上所述，確定羅茨鼓風機壓力時，只需要鼓風機在標準狀態(tài)下所能達到的絕對壓力等于使用狀態(tài)下的大氣壓力、曝氣池水深、管路損失之和。3 鼓風機空氣流量的計算在計算污水處理的需氧量時，其結果為標準狀態(tài)下所需氧的質量流量qm（kg/min），再將其換算成標準狀態(tài)下所需空氣的容積流量qv1（m3/min），如果鼓風機的使用狀

5、態(tài)不是標準狀態(tài)，例如在高原地區(qū)使用，則空氣密度、含濕量會發(fā)生變化，鼓風機所供應的空氣容積流量與標準狀態(tài)是相同的，而所供空氣的質量流量將減少，有可能導致供氧量不足。因此，必須計算出能供應相同質量流量的容積流量，即換算流量qv2。在高原地區(qū)使用時，環(huán)境大氣壓力也會發(fā)生變化，壓力比相應升高，那么，羅茨鼓風機的泄漏流量qvb則會增大，這將導致鼓風機所供應的空氣容積流量減少，也可能造成供氧量不足。因此，設計時必須考慮使用條件發(fā)生變化時各種因素的影響，以保證風機所供應的實際空氣流量能夠滿足使用要求，并需計算出換算流量qv2和泄漏流量qvb2，其計算方法在流量計算實例中將詳細說明。3.1 換算流量qv2的計

6、算公式設標準狀態(tài)下所需空氣的的容積流量為qv1、進氣溫度為T1、進氣壓力為p1，鼓風機在使用狀態(tài)的進氣溫度為T2、進氣壓力為p2，則換算成使用狀態(tài)下鼓風機的容積流量為（2）式中 下標“1”標準狀態(tài)，下同 下標“2”使用狀態(tài)，下同q2換算為使用狀態(tài)下所需鼓風機的容積流量，換算流量，m3/minT2使用狀態(tài)下的進氣溫度（環(huán)境溫度），Ts=273+Ts，Kp2使用狀態(tài)下的進氣壓力（環(huán)境大氣壓力），kPaq1標準狀態(tài)下所需空氣的容積流量，m3/minT1標準狀態(tài)下的進氣溫度，20，T0=293 Kp1標準狀態(tài)下的進氣壓力，p1=101.33 kPad2使用狀態(tài)下空氣的含濕量，kg水蒸氣/kg干空氣，d

7、空氣的含濕量，kg水蒸氣/kg干空氣相對濕度，其數(shù)值介于0和1之間，%p飽和濕空氣中水蒸氣分壓3，kPa3.2 計算公式的推導鼓風機在環(huán)境大氣中無論是標準狀態(tài)或使用狀態(tài)，輸送的介質均為含有水蒸氣的濕空氣，空氣中的水蒸氣的分壓力很低（0.0030.004 MPa），一般處于過熱狀態(tài)，因此，可作為理想氣體計算。設絕對壓力為p(kPa)，絕對溫度為T(K)，則理想氣體狀態(tài)方程式3為 （3）式中 R氣體常數(shù)，J/kg·K比容積(單位質量物體所占的容積)，m3/kg= qv / qm （4）qv容積流量，m3/minqm質量流量，kg/min設標準狀態(tài)下濕空氣的質量流量為qm1，干空氣的質量流

8、量為qm1，使用狀態(tài)下濕空氣的質量流量為qm2，干空氣的質量流量為qm2，有：qm1= qm1(1+d1)（5）qm2= qm2 (1+d2)（6）則 （7）（8）將式（7）、（8）分別代入式（4），則（9）（10）在根據(jù)污水處理工藝計算確定需氧量后，無論是在標準狀態(tài)，還是在使用狀態(tài)，均需要鼓風機所輸送的干空氣的質量流量是相等的，令qm1= qm2，將式（8）、（9）代入式（2），得（11）經計算標準狀態(tài)空氣的含濕量為0.0073，忽略不計，可以將式（11）簡化為3.3 使用狀態(tài)下泄漏流量（qvb2）的計算4（12）4 鼓風機功率的計算使用狀態(tài)下風機的軸功率與標準狀態(tài)下的關系為5（13）5 鼓

9、風機選型參數(shù)計算舉例寧夏某市，海拔高度1112m，大氣壓力89.05 kPa，最高氣溫35，相對濕度=69%，經計算，標準狀態(tài)下污水處理廠需要空氣的容積流量為58 m3/min，曝氣池水深加管路及曝氣器的壓力損失之和為49.05 kPa。針對長沙鼓風機廠的產品，用上述公式進行選型計算，確定應選用的鼓風機在使用狀態(tài)下所需的出口壓力和實際流量qvs2。5.1 出口壓力的計算p1= p2+p2 = 89.05 + 49.05 = 138.10 kPa則所選用鼓風機在標準狀態(tài)下的升壓為p1 = 138.10 101.33 = 36.77 kPa5.2 實際流量qvs1的確定5.2.1 計算換算流量qv

10、2首先計算出使用狀態(tài)下空氣的含濕量那么所應選用的羅茨鼓風機的換算流量為初選ARE-190鼓風機，標準狀態(tài)下實際流量qv1=38.30 m3/min的風機2臺，所選風機的性能見表1。表1 鼓風機選型計算表項目轉速n/(r/min)理論流量qvTh/(m3/min)風機出口絕對壓力p´/kPa升壓p/kPa實際流量qvs /(m3/min)泄漏流量qvb/(m3/min)軸功率Pa/kW配套電機功率Po/kW標準狀態(tài)125045.80138.1039.20(p)38.30(qv1)7.50(Qb1)34.00(Pa1)45(Po1)使用狀態(tài)125045.80138.1049.05(p 2

11、)36.33(qv2)9.47(Qb2)45.35(Pa2)45(Po2)5.2.2 計算使用狀態(tài)下的泄漏流量（qb2）則風機在使用狀態(tài)的實際流量將變?yōu)閝vs2 = qvTh - qvb2 = 45.809.47 = 36.33 m3/min5.2.3 計算使用狀態(tài)下的軸功率（Pa2）5.2.4 鼓風機選型參數(shù)的確定設計選型時，應選用標準狀態(tài)下的實際流量為38.30 m3/min、升壓為39.20 kPa、配套電機功率為45kW的羅茨鼓風機2臺才能滿足實際使用狀態(tài)的供氧量要求。6 鼓風機供氣流量的變化規(guī)律對于同一臺鼓風機，在冬季和夏季，其容積流量是不會發(fā)生變化的，但因空氣密度的不同質量流量會發(fā)

12、生變化，也就是說供氧量會有所不同。由式（8）可知，風機所輸送至曝氣系統(tǒng)的干空氣的質量流量為qm2´ （14）用FOR表示鼓風機輸送至曝氣池的供氧量，則（15）式中 EA 空氣擴散裝置的氧轉移率，%式（15）說明，羅茨鼓風機在標準狀態(tài)與使用狀態(tài)下的容積流量是不變的，但因為空氣密度（）、含濕量（ds）等發(fā)生了變化，導致鼓風機輸送至曝氣池的供氧量（FOR）在冬季溫度降低時增加、夏季溫度升高時降低。例如，某一污水處理廠，選用上述計算例題中的羅茨鼓風機，根據(jù)環(huán)境溫度變化，采用式（15）計算出鼓風機的實際供氧量（FOR），其一年的變化規(guī)律見圖2。在實際運行過程中，由于進水量、水質、水溫、MLSS

13、等參數(shù)的變化，系統(tǒng)需氧量（SOR）也會發(fā)生變化，見圖2。從圖2中看出，在夏季，水溫較高，曝氣池需氧量(SOR)增大，但鼓風機的供氧量(FOR)在減少，這是設計時考慮需氧量的最不利工況點，此時，供氧量、需氧量基本相當；在冬季，水溫降低，曝氣池需氧量(SOR)減少，但鼓風機的供氧量(FOR)增大，此時，供氧量較需氧量大出許多。這是由于冬季氣溫降低，空氣密度增加，那么風機所供給的干空氣的質量流量較標準狀態(tài)大幅度增加，從而引起供氧量增加，從運行的實際測量情況來看，每年冬季曝氣池的溶解氧較夏季會高出13mg/L。因此，在生產運行過程中，需要針對這種變化對設備進行及時的調整，使鼓風機的充氧能力與實際運行中的需氧量相適應。對于羅茨鼓風機來說，使用變頻器，通過改變風機轉速來調整供風量是很