Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» (ННГАСУ)
Институт инженерно – экологических систем и сооружений
Контрольная работа
Насосы, вентиляторы, компрессоры.
Вариант 9
студент гр.
Преподаватель
Нижний Новгород –
Задача 1.
Рассчитать центробежный (радиальный) или осевой вентилятор в зависимости от полученного коэффициента быстроходности, вычертить в масштабе его аэродинамическую схему и параллелограмм скоростей на выходе и входе рабочего колеса.
Исходные данные:
Величина полного и гидравлического к.п.д. вентилятора, коэффициент давления и закручивания задается на основании существующих экспериментальных данных, приведенных в литературе [Л-5, гл.П, стр.22.. .40].
Решение:
I. Определить основные размеры колеса, диаметр входного отверстия, размер выходного отверстия, число лопаток, углы лопатокколеса.
1) Для определения, к какому типу нагнетателей (центробежный или осевой по заданным значениям относится вентилятор, определим быстроходность (удельное число оборотов). Рассчитываем коэффициент быстроходности
- центробежный вентилятор среднего давления,
2) Определяем диаметр входа в вентилятор из условия обеспечения наименьших потерь давления в межлопаточных каналах колеса при минимальном значении относительной скорости на выходе (по ЦАГИ)
,
где C=3,5…5 – коэффициент, полученный статистическим путем,
,
3) Определяем диаметр входа в колесо . По конструктивным соображениям обычно принимают равным
4) Для определения наружного диаметра колеса пользуемся усредненной формулой
Выведена формула на основании обработки многочисленных испытаний центробежных вентиляторов при с постоянной шириной колес и с лопатками, выходные кромки которых загнуты вперед
5) Определим раскрытие спирали кожуха прямоугольного сечения, выпускные отверстия которые имеют форму квадрата и по площади равны входным отверстиям.
6) Ширину колеса на входе определяем исходя из следующих соображений. Если исходить из сохранения скорости на повороте потока и допустить, что площадь живого сечения потока равна цилиндрической поверхности , то получим , а так как , то .
В действительности отрыв потока на повороте неизбежен и ширину колеса принимают с запасом , где k=2…2.5 для вентиляторов с витками загнутыми вперед.
Итак
7) Величину раскрытия спиральных кожухов определяют на основании определенных уравнений (Л-2). Однако в практике при обработке многочисленных испытаний в среднем принимают
После подстановки зависимости получим
8) Зная раскрытие спирали кожуха «А» и принимая,что сторона конструкторского квадрата можно построить спираль.
9) Число лопаток колеса вентилятора определяем по формуле с последующим округлением результатов до чисел кратным 4 или 6.
10) В целях уменьшения гидравлических потерь угол входа на лопатки должен превышать , т.е..
Принимаем ;
11) При принятых условиях, центробежные вентиляторы, основные размеры которых определены при помощи вышеуказанных формул с достаточной для практики точностью удовлетворяют при угле установки лопаток на входе .
Принимаем ;
II.По определенным размерам и углам вычерчиваем в двух проекциях схему вентилятора в масштабе 1:5 с указанием величин основных размеров и углов.
III.Определяем скорости на входе и выходе колеса.
1) Окружная скорость на входе в колесо будет равна
2) Относительная скорость на входе в колесо, как видно из диаграммы скорости составляет:.
При отсутствии закручивания на входе и , где
откуда
3) Окружная скорость на выходе из колеса составляет
4) Тангенциальная скорость потока на выходе из колеса (скорость закручивания) без учета влияния конечного числа лопаток будет равна В расчетах первого приближения можно принимать .
Итак,
Скорость закручивания с учетом конечного числа лопаток будет меньше, чем .
Принимаем
5) Коэффициент закручивания потока на выходе из колеса
6) Теоретически давление лопаточного колеса должно быть равным
Находим гидравлическое К.П.Д.
Действительное давление будет
т.е. указание по заданию выполнено.
Задача 2.
Исследование совместной параллельной и последовательной работы в общую сеть двух одинаковых вентиляторов.
Исходные данные:
|
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
10000 |
14000 |
18000 |
20000 |
25000 |
36000 |
35000 |
|
|
850 |
800 |
800 |
810 |
780 |
500 |
360 |
|
|
0,6 |
0,69 |
0,75 |
0,77 |
0,79 |
0,74 |
0,6 |
Решение:
1. По этим координатам строим графики Р - L- индивидуальную характеристику давления одного работающего нагнетателя.
Мощность рассчитываем по формуле:
2. Удваивая производительность одного нагнетателя при Р=const (т.е. по абсциссе) получаем точки для построения суммарной характеристики давления двух параллельно работающих нагнетателей - Р -L.
|
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
20000 |
28000 |
36000 |
40000 |
50000 |
72000 |
70000 |
|
|
850 |
800 |
800 |
810 |
780 |
500 |
360 |
|
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
10000 |
14000 |
18000 |
20000 |
25000 |
36000 |
35000 |
|
|
1700 |
1600 |
1600 |
1620 |
1560 |
1000 |
720 |
Известно из гидравлики, чтоP=k·L где k - удельное сопротивление сети при расходе через нее равном 1, а график характеристики сети -
квадратичная парабола. Допустим, что k=500+40*9=860. Задаваясь несколькими значениями L и подставляя их в формулу P, определяем P.
|
Параметры |
0,5 |
1 |
1,5 |
2 |
|
9000 |
36000 |
81000 |
144000 |
|
|
215 |
860 |
1935 |
3440 |
По полученным данным строим график P - L в том же масштабе, что и P - L, P - L. В точках, где P - L пересекает характеристики нагнетателя имеется равенство при . Эти точки называются рабочими. Координаты этих точек выписываем в таблицу.
|
Соединение |
Кол-во
|
L, м/ч |
P, Па |
N, кВт |
, % |
|
Параллельное |
Совместное |
33488 |
800 |
6,78 |
0,77 |
|
Каждый |
21667 |
800 |
|||
|
Индивидуальное |
28704 |
668 |
6,82 |
0,75 |
|
|
Последовательное |
Совместное |
36000 |
860 |
0,58 |
0,77 |
|
Каждый |
36000 |
500 |
|||
|
Индивидуальное |
33488 |
564 |
6,75 |
0,74 |
ВОПРОСЫ:
1.Исторический обзор развития гидравлических машин и науки о них, значение их в народном хозяйстве.
Бурное развитие капиталистического производства в XVIII—-XIX вв. и особенно изобретение паровой машины стимулировали' необходимость решения ряда задач теоретической и практической (основанной на эксперименте) гидравлики, крупнейшие ученые — математики и механики — Эйлер, Бернулли, Лагранж установили основные законы гидромеханики. Однако эти законы не могли широко использоваться в практических решениях. Поэтому право ца существование завоевала отвечающая нуждам производства прикладная гидравлика, блестяще развитая Ломоносовым, Дарси, Шези и другими учеными и инженерами. В это же время были созданы первые конструкции поршневых насосов, воздуходувных машин, а также первые холодильные установки.
Лишь в конце XIX в. труды крупнейших ученых-гидравликов — Навье, Стокса, Жуковского, Рейнольдса, Пуассона, Чаплыгина, Сен-Венана и др. способствовали взаимному сближению, теории гидравлики вязкой жидкости и практического эксперимента. Благодаря этому с начала XX столетия гидроаэромемеханика может рассматриваться как отрасль науки, базирующаяся на эксперименте и оснащенная математическим аппаратом, что обеспечивает решение все усложняющихся инженерных проблем. К этому же времени относится появление электродвигателей, в которых возвратно-поступательное движение заменено вращательным. В результате были созданы и нашли широкое распространение гидравлические машины с вращательными рабочими органами.
Двадцатое столетие ознаменовалось решением ряда теоретических и прикладных задач аэромеханики. Ученики Н. Е. Жуковского (Куколевский, Проскура, Ушаков, Поликовский и др.) создали новые теории, положенные в основу расчета современных гидравлических машин, предназначенных для перемещения воды, воздуха и других газов.
Разработанные советскими учеными и инженерами гидравлические машины и холодильные установки применяются почти во всех отраслях промышленности. Большое число гидравлических и холодильных машин различных типов используется в областях теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
2.Классификация нагнетателей, схемы и принцип действия нагнетателей различных типов, их достоинства и недостатки, область применения.
Гидравлической машиной называют устройство, преобразующее механическую работу в энергию потока жидкости и наоборот. Гидравлическая машина, в которой в результате обмена энергией происходит преобразование механической энергии жидкости в механическую работу (вращение вала, возвратно-поступательное движение поршня и т. д.), называется турбиной или гидродвигателем. Гидравлическая машина, в которой происходит преобразование механической работы в механическую энергию жидкости, называется нагнетателем. К нагнетателям относятся насосы и воздуходувные машины. Воздуходувные машины служат для повышения давления и подачи воздуха или другого газа. В зависимости от степени сжатия воздуходувные машины разделяют на вентиляторы и компрессоры.
Вентилятор — воздуходувная машина, предназначенная для подачи воздуха или другого газа под давлением до 15 кПа при организации воздухообмена.
Компрессором называют воздуходувную машину, предназначенную для сжатия и подачи воздуха и какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа.
Насос — устройство, служащее для напорного перемещения (всасывания, нагнетания) главным образом капельной жидкости в результате сообщения ей энергии.
Основное назначение нагнетателя — повышение полного давления перемещаемой среды. В зависимости от свойств среды (газ, чистая жидкость, загрязненная жидкость и взвесь, вязкая жидкость, агрессивная жидкость, жидкий металл, сжиженный газ и т. п.) применяются нагнетатели различных типов и конструкций. В практике довольно часто встречаются нагнетатели разных типов, названия которым даны в зависимости от их назначения и особенностей эксплуатации (например, питательные, циркуляционные, конденсатные насосы для тепловых электростанций и т. п.). Нагнетатели в основном классифицируют по принципу действия и конструкции. В этом смысле их подразделяют на объемные и динамические.
Объемные нагнетатели работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (аксиально- и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т. п.) насосы.
Динамические нагнетатели работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т. п.).
Рис. 2.1. Схема радиального вентилятора
/ — коллектор; 2 — рабочее колесо; 3 — спиральный кожух; 4 — лопатка
Рис. 2.2. Схема центробежного насоса
/ — входной патрубок; 2 — рабочее колесо; 3—корпус; 4 —нагнетательный
патрубок; 5 —лопатка
Рассмотрим схемы и принципы действия нагнетателей разного типа.
В радиальном вентиляторе со спиральным кожухом
(рис. 2.1) перемещаемая среда, двигаясь в осевом направлении через всасывающий коллектор, попадает на вращающееся рабочее колесо, снабженное лопатками, изменяет направление своего движения к периферии колеса, закручивается в направлении вращения, поступает в спиральный кожух и затем через отверстие выходит из нагнетателя. Рабочее колесо сидит на валу и приводится во вращение приводом. Вал вращается в подшипниках, укрепленных на станине или непосредственно на кожухе.
Рис. 2.3. Схема осевого вентилятора
1 — коллектор: 2 — входной направляющий аппарат; 3 — рабочее колесо; 4 — выходной направляющий аппарат; 5— кожух (обечайка); 6 — обтекатель
Рис. 2.4. Схема прямоточного вентилятора / — корпус; 2 — рабочее колесо; 3— диффузор
Аналогичную конструкцию и принцип действия имеет центробежный насос, изображенный на рис. 2.2.
К достоинствам таких вентиляторов следует отнести возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей, высокий КПД (более 80%), простоту изготовления, высокую равномерность подачи и относительную простоту ее регулирования. Недостатком является то, что подача зависит от сопротивления сети.
В осевом вентиляторе (рис. 2.3) поток движется преимущественно в направлении оси вращения и некоторое закручивание приобретает лишь при выходе из колеса. Поток через коллектор поступает во входной направляющий аппарат, затем в рабочее колесо и в выходной направляющий аппарат. Колесо сидит на валу, вращающемся в подшипниках, укрепленных на стойках.
Колесо и направляющие аппараты заключены в кожух (обечайку). Втулка рабочего колеса имеет обтекатель.
Как в осевом, так и в радиальном вентиляторе передача энергии от двигателя потоку среды происходит во вращающемся рабочем колесе.
Осевые нагнетатели просты в изготовлении, компактны, реверсивны; по сравнению с радиальными нагнетателями они имеют более высокие КПД и подачу при относительно низком давлении (напоре).
В прямоточном радиальном вентиляторе (рис. 2.4) перемещаемая среда вначале также движется в осевом направлении и поступает во вращающееся рабочее колесо, где под действием центробежной силы проходит в радиальном направлении в межлопаточном пространстве и выходит в осевом направлении по кольцу через радиальный лопастной диффузор, стенки которого имеют криволинейную форму, а лопатки установлены на осесимметричном коленообразном участке диффузора. В диффузоре часть динамического давления преобразуется в статическое. КПД вентилятора достигает 70%. Одним из преимуществ вентиляторов такого типа является возможность размещения электродвигателя внутри кожуха, что приводит к улучшению шумовых характеристик установки. Изготовление таких вентиляторов несколько сложнее, чем обычных.
Смерчевой вентилятор (рис. 2.5) имеет рабочее колесо с небольшим числом лопаток, прикрепленных к заднему диску. Это колесо размещено в специальной нише в задней стенке спирального кожуха. При вращении колеса возникает вихревое течение, аналогичное атмосферному вихрю — смерчу, в центральной и периферийной частях которого образуется перепад давлений, являющийся побудителем движения воздуха. Вследствие этого основная часть потока с содержащимися в нем примесями проходит через нагнетатель, минуя рабочее колесо. КПД вентилятора не превышает 60%.
Дисковый вентилятор (рис. 2.6) относится к нагнетателям трения. Рабочее колесо у такого нагнетателя представляет собой пакет дисков (колец), расположенных с небольшим зазором перпендикулярно оси вращения колеса. Передача энергии от колеса потоку жид-
кости происходит в результате действия сил трения в пограничном слое, образующемся на дисках. Отсутствие срывных вихревых зон, неизбежных в лопастном рабочем колесе, способствует устойчивой работе дисковых машин с малым шумом. КПД таких нагнетателей не превышает 40—45 %.
Вихревой насос (рис. 2.7) относится к машинам трения. Его рабочее колесо, аналогично колесу центробежного насоса, засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает ее во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. При прохождении жидкости через рабочее колесо в вихревом насосе, как и в центробежном, увеличиваются кинетическая энергия жидкости (увеличивается ее скорость) и потенциальная энергия давления.
Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцовы-
Рис. 2.7. Схема вихревого насоса
/—рабочее колесо; 2 — лопатка; 3— корпус; 4—всасывающее отверстие;
5 — выходное отверстие
Рис. 2.8. Схема диаметрального вентилятора
1 — рабочее колесо; 2 — корпус; 3 — неподвижное тело
ми зазорами. Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие.
Вихревой насос по сравнению с центробежным обладает следующими достоинствами: создаваемое им давление в 3—5 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; конструкция проще и дешевле; обладает самовсасывающей способностью; может работать на смеси жидкости и газа; подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатками насоса являются низкий КПД, не превышающий в рабочем режиме 45%, и непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы (так как это приводит к быстрому изнашиванию стенок торцовых и радиальных зазоров и, следовательно, падению давления и КПД).
Диаметральный вентилятор (рис. 2.8) имеет следующий принцип действия. Если во вращающееся колесо барабанного типа поместить неподвижное тело, расположенное несимметрично относительно оси колеса, то осесимметричный вихрь, образующийся вокруг колеса, смещается в сторону, и возникает течение воздуха через колесо в сторону меньшего сечения. Поперечное течение появляется также при установке лопаточного колеса в несимметричном коленообразном корпусе.
Диаметральные вентиляторы имеют следующие преимущества по сравнению с радиальными: диаметральные вентиляторы с широкими колесами могут непосредственно присоединяться к воздуховодам, имеющим сечение в форме вытянутого прямоугольника; диаметральные вентиляторы могут создавать значительные давления даже при невысоких окружных скоростях рабочих колёс, поскольку поток воздуха дважды пересекает лопаточное колесо.
Недостатки, мешающие более широкому применению диаметральных вентиляторов, состоят в следующем: невысокий КПД (максимальный 60—65%); повышенный уровень шума; возможность появления неустойчивых режимов работы в области, где с увеличением подачи наблюдается рост давления; существенные перегрузки электродвигателя при уменьшении сопротивления сети.
Поршневой нагнетатель (рис. 2.9) состоит из цилиндрического корпуса, внутри которого перемещается поршень с кольцами, всасывающего и нагнетательного клапанов. Поршень в корпусе совершает возвратно-поступательное движение. Преобразование вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма. При движении поршня вправо открывается клапан 3, и жидкость заполняет пространство внутри корпуса. При этом клапан 4 закрыт. При движении поршня влево клапан 3 закрыт, открывается клапан 4, и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод.
Поршневые нагнетатели имеют следующие достоинства: высокий КПД (до 95%); возможность получения высоких давлений; независимость подачи от противодавления сети; возможность запуска в работу без предварительного залива (при использовании в качестве на-
сосов). К недостаткам относятся громоздкость конструкции; невозможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей из-за сложности привода через кривошипно-шатунных механизм; сложность
' регулирования подачи.
Зубчатый (шестеренный) насос (рис. 2.10) состоит из двух шестерен, расположенных в корпусе. Одна из шестерен приводится в движение расположенным на одной оси электродвигателем, а вторая получает вращение от первой благодаря плотному зацеплению зубьев. При работе жидкость захватывается зубьями колес, отжимается к стенкам корпуса и перемещается со стороны всасывания на сторону нагнетания. Переток жидкости в обратном направлении практически отсутствует из-за плотного сцепления зубьев.
Число зубьев в пределе может быть уменьшено до двух, при этом вращающиеся элементы будут иметь очертания, напоминающие восьмерку (рис. 2,11). В таком нагнетателе необходимо обеспечить привод от двигателя обеих «восьмерок», так как в отличие от зубчатых насосов они не имеют зацепления.
К достоинствам нагнетателей данного вида следует отнести компактность, простоту конструкции, отсутствие клапанов, возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей, независимость подачи от противодавления сети, реверсивность, возможность получения высоких давлений (5 МПа для шестеренного насоса, 0,5 МПа для насоса «восьмерочного» типа). Основные недостатки состоят в быстром износе
Рис. 2.12. Схема пластинчато-
Рис. 2.11. Схема нагнетателя го нагнетателя
восьмерочного типа . ; _ корпус. 3 _ ротор. 3 _ плас.
/ — корпус; 2 — рабочее колесо тины
рабочих органов, невысокой подаче и сравнительно низком КПД (до 0,75%).
Пластинчатый нагнетатель (рис. 2.12), как и зубчатый, относится к группе роторных машин. Он состоит из цилиндрического корпуса, в котором эксцентрично расположен массивный ротор с радиальными продольными пазами, где свободно размещены пластины, выполненные из материала, хорошо сопротивляющегося истиранию. При вращении ротора пластины под действием центробежных сил выходят из пазов, прижимаются к внутренней поверхности корпуса, захватывают на стороне всасывания жидкость и перемешают ее к нагнетательному трубопроводу, т. е. пластины как бы выполняют роль поршня.
К достоинствам нагнетателя относятся высокая равномерность подачи, возможность непосредственного соединения с электродвигателем, отсутствие клапанов, реверсивность, независимость подачи от противодавления сети. К недостаткам следует отнести повышенную чувствительность к качеству перемещаемой жидкости (наличию в ней механических примесей), быстрый износ кромок пластин, довольно низкий КПД — 50 % (из-за перетекания жидкости через зазоры между кромками пластин и стенками корпуса).
В струйных нагнетателях смешение двух жидких или газообразных сред происходит под воздействием давления, создаваемого другими нагнетателями (например, насосами или вентиляторами). Движение перемещаемой жидкости обеспечивается струей рабочей жидкости.
Известны две конструктивные схемы струйных аппаратов. В аппаратах, выполненных по первой схеме
' Рис. 2.14. Схема эжектора
Рис. 2.13. Схема водоструй- / — сопло; 2— камера смешения; 3 —
ного нагнетателя диффузор
/ — сопло; 2 — камера смешения; 3— диффузор
.'(рис. 2.13), подмешиваемый поток поступает под углом 90° к оси аппарата. Вследствие больших потерь на удар при смешивании потоков КПД этих аппаратов очень низок и не превышает 25%. В аппаратах, выполненных по второй схеме (рис. 2.14), подмешиваемый поток подводится вдоль оси аппарата. При этом, как доказал проф. П. Н. Каменев, их КПД может быть доведен до 43,5%.
Любой струйный аппарат состоит из сопла, куда подается рабочая жидкость (вода, газ, пар), камеры смешения, где смешиваются рабочая и подсасываемая жидкости, и диффузора, в котором осуществляется преобразование кинетической энергии в потенциальную, т. е. создается давление.
Работает струйный аппарат следующим образом. Рабочая жидкость выходит из сопла с большой скоростью в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Активная рабочая струя захватывает окружающую жидкость и передает ей часть своей энергии. Образовавшийся смешанный поток движется в проточной части аппарата. В камере смешения в результате обмена импульсами происходит выравнивание поли скоростей потока и за счет высвобождающейся кинетической энергии растет его статическое давление. Затем поток поступает в диффузор, где вследствие уменьшения скорости и, следовательно, динамического давления потока происходит увеличение статического давления.
К достоинствам струйных аппаратов следует отнести простоту конструкции и отсутствие подвижных элементов; к недостаткам — очень низкий КПД.
В пневматических нагнетателях (подъемниках) для подъема жидкости используется сжатый воздух или технический газ. Идея подъема жидкости сжатым воздухом возникла в конце 18 в., но только спустя столетие нашла практическое применение для подъема воды и нефти из скважин. Аппарат, в котором воплотилась эта идея, получил название газлифт (эрлифт). Теория газлифта, правильно объясняющая его действие увлечением жидкости всплывающими пузырьками воздуха, была разработана лишь в 1941 г. Н. М. Герсевановым. Существует три типа газлифтов (рис. 2.15): I — с двумя трубами: газовой и для подъема жидкости (жидкостной); II:— с одной газовой и III — с одной жидкост-
ной трубой, установленной в обсадной трубе и опущенной в скважину. В газлифте I и II типов сжатый воздух (или газ) под давлением нагнетается в скважину по газовой трубе, а в газлифте III типа воздух нагнетается в кольцевое пространство между обсадной и жидкостной трубами. В жидкостных трубах образуется смесь жидкости и воздуха (или газа)—эмульсия. Пузырьки воздуха (или газа) устремляются вверх, увлекая с собой жидкость. Достигнув верха труб, эмульсия изливается. Пузырьки воздуха (или газа) по мере движения вверх увеличиваются в объеме вследствие уменьшения в них давления, при этом возрастает скорость подъема эмульсии. При подъеме пузырьков часть жидкости не увлекается ими и падает вниз. Чем меньше скорость подъема эмульсии, тем больше утечка жидкости.
Области применения различных нагнетателей
Нагнетатели различных типов находят широкое применение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха гражданских, общественных и промышленных зданий, в системах тепло-, газо- и водоснабжения, в различных теплоэнергетических установках, в химической, добывающей, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.
Наибольшее применение получили радиальные (центробежные) нагнетатели со спиральным кожухом общего и специального назначения. Используемые в качестве насосов, они создают напор 3500 м и более и имеют подачу 100 000 м3/ч в одном агрегате; при использовании в качестве вентиляторов их подача достигает 1000000 м3/ч в одном агрегате.
В системах теплоснабжения центробежные насосы применяют для подачи сетевой воды.
В теплоэнергетических установках (рис. 2.17) центробежные насосы применяют для питания котлоагрегатов, а также подачи конденсата в системе регенеративного подогрева питательной воды и циркуляционной воды в конденсаторы турбин. Их применяют также в системах гидрозолоудаления.
Большинство приточно-вытяжных установок гражданских, общественных и промышленных зданий оснащено радиальными вентиляторами низкого и среднего давления.
Радиальные вентиляторы являются неотъемлемой частью котлоагрегатов тепловых электрических станций и крупных котельных. Для отсасывания дымовых газов из топок котельных агрегатов применяют дымососы. Для подачи воздуха в топки котлоагрегатов предназначены дутьевые вентиляторы. При сжигании в топках котлоагрегатов неагрессивной угольной пыли ее пневматическая транспортировка осуществляется мельничными вентиляторами.
Малогабаритные радиальные вентиляторы с диаметрами рабочих колес менее 200 мм в последние годы все шире используют для практического решения задач современной техники. Они применяются для создания микроклимата в ограниченном пространстве, охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, обслуживания портативных фильтров и других целей.
Радиальные вентиляторы среднего и высокого давления широко применяются в системах пневмотранспорта деревообрабатывающих, металлургических, машиностроительных и других предприятий.
Специфические особенности технологического процесса ряда производств обусловили появление радиальных вентиляторов, выполненных из нержавеющей стали, из алюминиевых сплавов с повышенной защитой от искрообразования, из титановых сплавов, пластмассы и т. д.
Осевые нагнетатели широко применяются как в качестве вентиляторов, так и в качестве насосов. Осевые вентиляторы используются в установках местного проветривания для вентиляции отдельных выработок, стволов и участков шахтной вентиляционной сети; для проветривания станций и перегонных тоннелей метрополитена; в вентиляторных градирнях тепловых электростанций и др. В последние годы в связи с увеличением мощностей паровых турбин циркуляционная вода в конденсаторы турбин подается быстроходными осевыми насосами.
Прямоточные радиальные вентиляторы используют в установках с ограниченными размерами. Представляется, что такие вентиляторы найдут применение в кондиционерах (исходя из их компоновочных возможностей и организации потоков).
Смерчевые вентиляторы целесообразно применять для перемещения среды, которую нельзя подвергать механическому повреждению, а также для пневматического транспортирования материалов, вызывающих большой износ лопаток и дисков рабочих колес
Дисковые вентиляторы благодаря своей малошумности устанавливаются в местных кондиционерах для вентиляции помещений, где недопустим шум, и в других специальных установках. Разработаны конструкции дисковых насосов, обладающих высокими антикавитационными качествами.
Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.
Диаметральные вентиляторы благодаря их конструктивным особенностям начинают широко использоваться в системах вентиляции и кондиционирования воздуха кабин самоходных сельскохозяйственных машин, в лазерных технологических установках, в электротермическом оборудовании, в бытовых установках и т. п.
Поршневые насосы применяются для питания паровых котлоагрегатов малой паропроизводительности и в качестве дозаторов реагентов для поддержания требуемого качества питательной и котловой воды крупных котлоагрегатов. На тепловых электростанциях поршневые компрессоры служат для обдува поверхностей нагрева котельных агрегатов с целью их очистки от летучих золы и сажи, а также для снабжения сжатым воздухом пневматического инструмента.
Роторные нагнетатели применяются на электростанциях в системах смазки и регулирования турбин (шестеренные насосы), часто используются в качестве компрессоров.
Струйные нагнетатели получили широкое применение во многих отраслях народного хозяйства: в промышленной теплоэнергетике; в теплофикационных установках— в качестве элеваторов на вводах теплосети в здания; в системах вентиляции цехов химических предприятий, взрыво- и пожароопасных помещений — в качестве эжекторов в вытяжных установках; в холодильных установках и для питания паровых котлов в передвижных паросиловых установках — в качестве инжекторов; в установках пневмо- и гидротранспорта, водоснабжения и др.
Применение газлифтов целесообразно в случае подачи агрессивных жидкостей на небольшую высоту. Такие случаи встречаются в химической и пищевой отраслях промышленности. Газлифты иногда применяют на тепловых электростанциях для подъема воды из буровых скважин основного или резервного хозяйственного водоснабжения.
Центробежные компрессоры являются основным видом компрессорных машин в химическом и металлургическом производствах. Эти машины получают распространение в системах магистрального газоснабжения.
Компрессоры используются практически во всех отраслях народного хозяйства. Сжатый воздух как энергоноситель применяется в различных пневматических устройствах на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах, в горнодобывающей и нефтяной, промышленности, при производстве строительных и ремонтных работ. Компрессоры необходимы в газовой промышленности при добыче, транспортировке и использовании природных и искусственных газов.
В установках умеренного и глубокого холода, а также в газотурбинных установках компрессоры являются органической частью, в значительной степени определяющей экономичность агрегатов.
3.Движение жидкости во вращающемся лопастном колесе. Уравнение Л. Эйлера для работы лопастного колеса.
,где
- разность давлений,
объемный вес,
окружные (переносные) скорости движения жидкости.
Выражение характеризует разность давлений, возникающих в результате действия центростремительных сил. Очевидно, что под их влиянием жидкость при открытых каналах между лопатками, т.е. при противодавление меньшем, чем ,будет двигаться от центра колеса к его периферии.
, где
действительное давление, развиваемое колесом с учетом потерь.
Давление, создаваемое лопастным колесом, равно произведению коэффициента давления на массовую плотность перемещаемой жидкости (или газа) и на квадрат окружной скорости на внешней (выходной) кромке лопатки. Это выражение является упрощенным видом формулы Эйлера для лопастного колеса, работающего в условиях подтекания незакрученного потока жидкости или газа (безударный вход потока). Коэффициент давления зависит в большей степени от формы (профиля) лопаток.
6. Теоретическая и действительная характеристики центробежного нагнетателя. Источники потерь давления. Полная характеристика.
Характеристикой динамического нагнетателя называется графическая зависимость основных технических показателей — давления (напора), мощности и КПД от подачи при постоянном значении частоты вращения рабочего колеса.
Действительное давление (напор), создаваемое нагнетателем, оказывается меньше теоретического, определенного с учетом конечного числа лопаток. Это можно объяснить тем, что внутри самого нагнетателя имеются потери давления (напора), связанные с условиями входа потока в рабочее колесо, потерями в самом лопастном колесе и, наконец, потерями за рабочим колесом.
Потери перед рабочим колесом — это потери входа. Входной патрубок (входной коллектор) служит для подвода поступающей в нагнетатель жидкости к рабочему колесу. Потери входа зависят от формы всасывающего отверстия и могут быть учтены соответствующими коэффициентами сопротивления. Для уменьшения потерь, кроме хорошо обтекаемой формы входа, необходимо иметь минимально возможные скорости входа, для чего площадь входа должна быть наибольшей.
Точно оценить потери давления во входном патрубке, особенно с учетом взаимного влияния течений в колесе и патрубке, очень трудно. Для ориентировочной оценки потерь давления можно пользоваться имеющимися в •литературе многочисленными материалами по входным участкам каналов и труб.
Потери в рабочем колесе. Суммарные потери давления в рабочем колесе складываются из потерь на трение жидкости (газа) о диски колеса и в межлопастных каналах, потерь на удар при входе и потерь, связанных со срывами потока на рабочем колесе.
Потери на трение при вращении дисков рабочего колеса зависят от третьей степени окружной скорости и квадрата диаметра рабочего колеса dS. Величина этих потерь сравнительно невелика и составляет 2—4 % всех потерь мощности.
Потери зa рабочим колесом. Эта группа потерь включает потери в зазоре и потери в спиральном кожухе. Потери в зазоре возникают из-за необходимости соблюдения расстояния между вращающимся рабочим коленом и входным патрубком. В зазоре происходит перетекание некоторой части жидкости (газа) из спирального кожуха в рабочее колесо в результате естественного перепада давления по обе стороны зазора. Следствием этого является возникновение постоянного
кругового течения внутри нагнетателя и, следовательно, потерь.
Полные характеристики нагнетателей строят в координатах р—L, N—L и η—L. При снятии характеристики •(рис. 3.20) должны быть выполнены следующие условия: 1) конструктивные размеры нагнетателя не должны изменяться; 2) плотность перемещаемой среды должна быть постоянной; 3) частота вращения рабочего колеса должна быть неизменной.
Рис. 3.20. Полная характеристика вентилятора
8. Изменение полного, статического и динамического давлений в сети, присоединенной к нагнетателю. Характеристика сети. Способ наложения характеристик.
В начале сети полное давление равно 0, а в конце – динамическому давлению, т.к. статическое равно 0.
Статическое давление на линии всасывания также всегда отрицательно, причем абсолютная величина этого отрицательного давления больше, чем полного. Статическое давление на нагнетании меньше полного на величину динамического давления, однако, в зависимости от значений последнего оно может быть как положительным, так и отрицательным. Полное давление, развиваемое вентилятором , определяется потерями давления в сети и равно разности полных давлений на участках нагнетания и всасывания, т.е.
.
Полное давление, развиваемое насосом, определяется как сумма потерь давления на преодоление пьезометрической высоты и на преодоление сопротивлений в сети, т.е.
Характеристикой сети называется зависимость между полными потерями давления в сети и расходом.
Пользуясь характеристикой сети, можно определить условия работы нагнетателя, если на общий график нанести характеристику сети и характеристику p-L нагнетателя при определенном числе оборотов.
Точка пересечения этих двух характеристик определит режим работы нагнетателя в рассматриваемой сети, т.е. развиваемое давление и производительность .
Способ наложения характеристик позволяет легко и наглядно проверять различные изменения режима работы нагнетателя в сети при изменении их характеристик.
11. Неустойчивая работа нагнетателя в сети, ее причины и способы предупреждения. Помпаж.
В некоторых случаях при работе центробежных или осевых нагнетателей в сети могут создаться неустойчивые (непостоянные) режимы. Причиной этого могут быть колебания числа оборотов двигателей, связанные с колебаниями напряжения в сети, изменения характеристики сети и т.п. На устойчивости работы вентиляторов и насосов может сказаться и параллельное включение двух или нескольких машин в общую сеть.
При неустойчивой работе нагнетателей наблюдаются резкие колебания производительности и большие нагрузки на двигатели.
Колебания производительности сопровождаются нередко изменением направления движения жидкости, которое из нагнетательного трубопровода через нагнетатель поступает во всасывающий трубопровод. Подача при этом носит точкообразный характер, присущий поршневым машинам, отчего явление, связанное с такой работой, принято называть помпажом.
неустойчивая работа вентилятора или насоса чаще всего возникает при седлообразных характеристиках нагнетателей с перегибом и явно выраженным максимумом. При параллельной работе двух нагнетателей на общую сеть наличие второго нагнетателя равноценно наличию в сети постоянного гидростатического сопротивления, не зависящего от производительности первого нагнетателя. В связи с этим устойчивый режим работы нагнетателей может нарушиться даже при незначительных колебаниях давления, вызванных изменением числа оборотов.
16. Конструкция и установка центробежных насосов. Насосы общего и специального назначения. Мероприятия по борьбе с шумом и вибрацией при работе насосов.
Центробежные насосы
Центробежные насосы составляют весьма обширный класс насосов. Перекачивание жидкости или создание давления производится в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Большое число разнообразных типов центробежных насосов, изготовляемых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в конструктивной разработке которых продиктована в основном особенностями использования насосов.
В результате воздействия рабочего колеса жидкость выходит из него с более высоким давлением и большей скоростью, чем при входе. Выходная скорость преобразуется в корпус насоса в давление перед выходом жидкости из насоса. Преобразование скоростного напора в пьезометрический частично осуществляется в спиральном отводе 1 (рис. 4.5) или направляющем аппарате 3. Несмотря на то что жидкость поступает из колеса 2 в канал спирального отвода с постепенно возрастающими сечениями, преобразование скоростного напора в пьезометрический осуществляется главным образом в коническом напорном патрубке 4. Если жидкость из колеса попадает в каналы направляющего аппарата 3, то большая часть указанного преобразования происходит в этих каналах.
Направляющий аппарат был введен в конструкцию насосов на основании опыта работы гидравлических турбин, где наличие направляющего аппарата является обязательным. Насосы ранних конструкций с направляющим аппаратом назывались турбонасосами.
Рис. 4.5. Схема насоса со спиральным отводом
В теплоэнергетике для обеспечения энергетического цикла используют более 20 различных видов насосов. Насосное оборудование теплоэлектростанций среди вспомогательного оборудования занимает первое место.
При выборе насоса следует учитывать, что требуемые режимы работы (подача и напор) должны находиться в пределах рабочей области его характеристики.
Для иллюстрации рассмотрим метод подбора насо-
Н,м
Рис. 4.19. Сводный график полей Н—Q для консольных насосов
сов типа К. Типоразмер насоса выбирают по максимально необходимой подаче и сопротивлению системы, в которую устанавливают насос, при этой подаче. По подаче и напору на сводном графике полей Q—Н (рис. 4.19) предварительно выбирают насос требуемого типоразмера, а затем но графической характеристике уточняют правильность выбора.
Средства снижения шума
Одним из наиболее эффективных способов борьбы с шумом и вибрацией, возникающими при работе центробежных насосов и обусловленных неоднородностью потока при обтекании конструктивных элементов, является их эксплуатация на режимах, близких к режиму максимального КПД. Минимальные значения уровней лопастного шума соответствуют подаче насоса Q = (0,8—l,0)Qoпт. Отклонение эксплуатационной подачи насоса в ту или иную сторону от указанной области подач приводит к увеличению лопастного шума (и вибрации) на 10—15 дБ.
Для снижения шума, распространяющегося от вентилятора в окружающее пространство, используется звукоизолирующий корпус. Для вентилятора, расположенного в камере, с целью снижения шума применяют звукопоглощающую облицовку строительных ограждений. Для защиты от шума помещений, расположенных под камерой, пол камеры выполняют на упругом основании.
Выбор типа и конструкции глушителя для снижения шума, распространяющегося по воздуховодам, определяется частотным составом шума и требуемым снижением его уровня, размерами присоединительного воздуховода, допустимой скоростью воздушного потока и располагаемым местом для установки глушителя. При этом сам глушитель должен иметь незначительное сопротивление проходу воздуха. Применяются глушители следующих типов: камерные со звукопоглощающим материалом (ЗПМ) по внутренним поверхностям (несоосные и соосные); камерные соосные без ЗПМ; активного типа (трубчатые и пластинчатые); экранные. Простейший вид глушителя — канал, облицованный звукопоглощающим материалом.
18. Понятие о циркуляции потока по профилю лопаток. Теорема Н.Е.Жуковского о подъемной силе элемента лопатки. Принципы проектирования и расчета осевой машины. Характеристика осевой машины.
При вращении колеса осевого вентилятора возникает направленный параллельно его оси поток воздуха. Число лопаток в этих вентиляторах обычно колеблется от 2 до 12. Однако при рассмотрении работы вентилятора в целом можно ориентировочно принять, что каждая лопатка работает изолированно, внеся затем, в случае необходимости, поправки на влияние лопаток.
Теорема Н.Е.Жуковского о подъемной силе. Если на крыло действует так называемая подъемная сила, направленная вертикально вверх, то это значит, что давление под крылом больше, чем над ним.
Н.Е.Жуковским доказана теорема о том, что подъемная сила Y крыла бесконечной длины
где - перпендикулярна скорости и действует на отрезок крыла длиной
- массовая плотность в
- циркуляция скорости,
Осевые вентиляторы с невысокими коэффициентами давления работают при значительных окружных скоростях и создают относительно большой шум. Их целесообразно использовать для перемещения больших объемов воздуха при малых сопротивлениях сети. Они широко используются там, где важна компактность установки, например, в общеобменных вытяжных системах, когда вентилятор можно установить в окне или в отверстии стены.
19. Типы современных, осевых вентиляторов и насосов. Соединение их с электродвигателем. Область применения.
Осевым вентилятором называется вентилятор, в котором воздух (или газ) перемещается вдоль оси рабочего колеса, вращаемого двигателем (рис. 4.27). Как и у радиальных вентиляторов, характеристики осевых вентиляторов показывают зависимость давления и мощности на валу и КПД от подачи.
Рис. 4.27. Схема осевого вентилятора
1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — обтекатель
По назначению осевые вентиляторы делят на вентиляторы общего назначения и специальные. Вентиляторы общего назначения предназначены для перемещения чистого или мало запыленного воздуха, не содержащего взрывоопасных веществ, липкой, волокнистой и цементирующей пыли и агрессивных веществ при температуре до 40°С. Температурный предел принят из тех соображений, что при более высоких температурах значительно ухудшаются условия теплоотдачи обмоток электродвигателя, находящегося обычно в потоке перемещаемого газа.
К специальным вентиляторам относят вентиляторы, не используемые в обычных системах общеобменной вентиляции гражданских и промышленных зданий. Это вентиляторы, используемые для перемещения взрывоопасных и агрессивных примесей, шахтные вентиляторы и вентиляторы тоннельной вентиляции, потолочные вентиляторы, вентиляторы градирен, вентиляторы, встроенные в технологическое оборудование, и т. д.
На рис. 4.30 показаны различные варианты конструктивных схем соединения осевых вентиляторов с электродвигателем. В схеме 2 условия входа воздуха на рабочее колесо хуже, чем в схеме /, поскольку электродвигатель расположен перед колесом. Схемы 3 и 5 применяются в тех случаях, когда по правилам техники безопасности или по технологическим соображениям электродвигатель нельзя устанавливать в потоке перемещаемой среды. Если по конструктивным соображениям невозможно установить электродвигатель внутри корпуса вентилятора, то применяется схема 4. В случае когда частоты вращения электродвигателя и рабочего колеса вентилятора не совпадают, применяется схема 6.
Рис. 4.30. Схемы соединения осевых вентиляторов с электродвигателями
Осевые насосы могут быть жестколопастными, в которых лопасти рабочего колеса жестко закреплены относительно ступицы и угол их установки не может быть изменен, и поворотно-лопастными, в которых положение лопастей может регулироваться.
Рис. 4.32. Схема рабочего органа осевого насоса
Осевые нагнетатели широко применяются как в качестве вентиляторов, так и в качестве насосов. Осевые вентиляторы используются в установках местного проветривания для вентиляции отдельных выработок, стволов и участков шахтной вентиляционной сети; для проветривания станций и перегонных тоннелей метрополитена; в вентиляторных градирнях тепловых электростанций и др. В последние годы в связи с увеличением мощностей паровых турбин циркуляционная вода в конденсаторы турбин подается быстроходными осевыми насосами.