9440

150

званная осевым давлением, будет направлена со стороны заднего диска в сто- рону всасывающего отверстия насоса. Эта сила стремится прижать колесо с ва- лом ко всасывающему отверстию корпуса насоса. Даже для малых насосов из- за большой разности давлений эта сила может составлять несколько сот кило- граммов. В насосах же большого размера осевая сила выражается тоннами. На- пример, для насоса, развивающего давление 0,3 МПа площади заднего диска

(диаметром 400 мм), равной 0,1256 м2 , а переднего диска (диаметр кольца со стороны всасывания 250 мм) 0,0765 м2 , осевое усилие составит Рос = 1473 кг.

Поэтому для восприятия усилий, возникающих на валу, конструкция под- шипников должна быть радиально-упорной, в противном случае необходимо устанавливать специальные упорные подшипники. Для уменьшения осевого усилия в конструкции колеса (рис. 5.9, б), предусматривается устройство спе- циальной разгрузочной шайбы. При выпуске некоторого количества жидкости из полости, образующейся вправо от шайбы, осевое усилие, создаваемое шай-

бой, направляется в сторону, проти- воположную осевому усилию, воз- никающему на колесе Разумеется,

что частичный выпуск жидкости из корпуса насоса может быть допущен только в тех случаях, когда эта жид- кость не ядовита, не горюча и не об- ладает способностью быстро испа- ряться.

Наиболее рациональной конст- рукцией центробежных насосов, в которых осевое давление практиче- ски не ощутимо, является конструк- ция насосов двустороннего всасыва- ния. Жидкость к такому насосу под-

151

водится симметрично с двух сторон. Колесо насоса представляет собой как бы два колеса (одно − правое, другое − левое), но без перегородки между ними. Осевые давления, возникающие в каждой половине колеса, равны друг другу и уравновешиваются, так как направлены в противоположные стороны.

В теплоэнергетике для обеспечения энергетического цикла используют более 20 различных видов насосов. Насосное оборудование теплоэлектростан- цией среди вспомогательного оборудования занимает первое место.

К наиболее ответственным насосам, непосредственно влияющим на на- дежность и экономичность работы электростанции, относятся питательные, конденсатные, циркуляционные, сетевые и багерные.

Конденсатные насосы всех типов имеют принципиальное конструктивное отличие. Это центробежные двухкорпусные вертикальные насосы спирально- го типа.

Довольно часто при проектировании автоматизированных линий систем водяного отопления используют электрические насосы типа ЦВЦ, устанавли- ваемые прямо на трубопроводе. Центробежные водяные циркуляционные насо- сы являются малошумными и предназначены для обеспечения водяного ото- пления. Насосы представляют собой малогабаритную моноблочную конструк- цию со встроенным асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. Рабо- чее колесо бессальникового насоса устанавливается консольно на валу элек- тродвигателя. Ротор двигателя с радиально-упорными подшипниками сколь- жения вращается непосредственно в перекачиваемой воде, которая одновре- менно служит смазкой для них и охлаждающей средой. В зависимости от типо-

размера насосы соединяются с трубопроводом с помощью ниппельных или фланцевых соединений. Насосы ЦВЦ используются для подачи в теплосеть во- ды с температурой до 100°С.

Сетевые насосы предназначены для питания теплофикационных сетей. Они устанавливаются либо непосредственно на электростанции, либо на про- межуточных перекачивающих насосных станциях. В зависимости от теплового

режима сети насосы должны надежно работать при значительных колебаниях

152

температуры перекачиваемой воды в широком диапазоне подач.

Подбор насосов осуществляется с помощью каталогов, в которых обычно приведены сведения о назначении и области применения насосов, краткое описание конструкции, технические и графические характеристики, чертежи общих видов насосов и насосных агрегатов с указанием габаритов и присое- динительных размеров.

При выборе насоса следует учитывать, что требуемые режимы работы (подача и напор) должны находиться в пределах рабочей области его характе- ристики.

Для иллюстрации рассмотрим метод подбора насосов типа К. Типоразмер насоса выбирают по максимально необходимой подаче и сопротивлению сис-

темы при этой подаче. По подаче и напору на сводном графике полей Q−H предварительно выбирают насос требуемого типоразмера, а затем по графиче- ской характеристике уточняют правильность выбора. По графической характе- ристике и таблице «Техническая характеристика» определяют необходимый диаметр рабочего колеса насоса, кривая напора которого должна проходить че-

рез точку заданных параметров по подаче и напору или быть несколько выше ее.

При выборе насоса очень важно обеспечить его бескавитационную рабо- ту. Для этого необходимо убедиться, что выбранный насос по своим кавитаци- онным качествам соответствует системе, в которую его устанавливают. Кави- тационный запас системы:

где pa - абсолютное давление на свободную поверхность жидкости в резервуа-

ре, из которого ведется откачивание, Па;

pt - давление насыщенных паров перекачиваемой жидкости при рабочей тем-

пературе, Па;

γ - удельный вес перекачиваемой жидкости, Н/м3;

153

hωв − суммарные потери напора во всасывающем трубопроводе при максималь-

но необходимой подаче, м;

H о − геометрическая высота всасывания (геометрический подпор), м.

Величина H о равна расстоянию по вертикали от оси вала насоса до уров-

ня жидкости в резервуаре, из которого ее откачивают. Она имеет знак «плюс» при расположении насоса выше уровня жидкости (высота всасывания) и знак «минус» при установке насоса ниже уровня жидкости (подпор).

Допускаемый кавитационный запас насоса и мощность насоса определяют по графической характеристике насоса выбранного типоразмера при макси- мально необходимой подаче.

Насосы типа К в зависимости от диаметра рабочего колеса комплектуют различными по мощности электродвигателями. Мощность требуемого электро- двигателя Nэ определяют из равенства

N − мощность насоса на номинальном режиме (в расчетной точке), кВт. Коэффициент запаса рекомендуется принимать следующим:

плектующий электродвигатель.

5.2. Осевые вентиляторы и насосы

5.2.1. Осевые вентиляторы Осевым вентилятором называется вентилятор, в котором воздух (или газ)

перемещается вдоль оси рабочего колеса, вращаемого двигателем (рис. 5.10). Как и у радиальных вентиляторов, характеристики осевых вентиляторов пока- зывают зависимость давления и мощности на валу и кпд от подачи.

154

Полную характеристику обычно получают экспериментальным путем при постоянной частоте вращения рабочего колеса. Пересчет параметров ра- боты на другие частоты вращения производится по зависимостям. Форма ха-

рактеристики определяется конструкцией и аэродинамическими свойствами вентилятора. В отличие от радиальных характеристика давления осевых на- гнетателей часто имеет седлообразную форму.

Рис. 5.10. Схема осевого вентилятора: 1 − корпус; 2 – рабочее колесо; 3 − обте-

катель

На основе полных характеристик (рис. 5.11), используя формулы пересче- та, получают универсальные характеристики осевых вентиляторов: индивиду- альные, совмещенные и безразмерные. Безразмерные параметры (коэффици- енты), характеризующие вентилятор, относятся к его внешнему диаметру или к окружной скорости на внешнем диаметре.

Аэродинамические схемы. Под аэродинамической схемой осевого венти- лятора подразумевается совокупность признаков и параметров, однозначно ха- рактеризующих проточную часть машины: число ступеней, равное числу рабо- чих колес; тип схемы, зависящей от наличия аппаратов, и их расположение по отношению к рабочему колесу; относительный диаметр втулки; число лопаток

156

ляции, потолочные вентиляторы, вентиляторы градирен, вентиляторы, встро- енные в технологическое оборудование, и т. д.

Для перемещения взрывоопасных примесей применяют вентиляторы, вы- полненные из разнородных металлов: проточная часть выполнена из стали {ра- бочее колесо) и латуни (в корпусе имеется обечайка в зоне расположения рабо- чего колеса).

Шахтные осевые вентиляторы используют в системах вентиляции под- земных выработок. Вентиляторы местного проветривания предназначены для установки под землей в шахтах и рудниках и служат для проветривания тупи- ковых выработок, а также шахтных стволов и околоствольных выработок при их проходке. К местным вентиляторам предъявляют требования взрывобезо- пасности, компактности, минимальной массы, устойчивости работы в широ- ком диапазоне расходов воздуха, простоты обслуживания и транспортабель- ности.

Вентиляторы тоннельной вентиляции служат для удаления выделяющих- ся в процессе эксплуатации теплоты, влаги, пыли и газов, а также поддержа- ния в транспортных тоннелях требуемых метеорологических условий и хими- ческого состава воздуха. Работа вентиляторных установок тоннельной венти- ляции сопровождается поршневым воздействием транспортных средств (поез- дов метрополитена и железнодорожных поездов, автомобильного транспорта).

Потолочные вентиляторы (фены) обычно применяют для турбулизации воздушной среды в помещениях, но иногда их используют для создания ло- кального душирующего эффекта (в тех случаях, когда обеспечить требуемую подвижность воздуха вследствие его перемешивания невозможно).

По направлению вращения лопастного колеса вентиляторы могут быть правыми и левыми. Если смотреть со стороны входа воздуха, то у вентилято- ров правого вращения колесо вращается по часовой стрелке.

Номер вентилятора определяет его размер, т. е. диаметр рабочего колеса, выраженный в дециметрах.

Номенклатура осевых вентиляторов, выпускаемых нашей промышленно-

157

стью для использования в промышленных и гражданских зданиях, довольно ограничена и включает вентиляторы типа В-06-300(№ 4; 5; 6,3; 8; 10 и 12,5) и В-2, 3-130 (№ 8; 10 и 12,5). Из разнородных металлов выпускаются вентилято- ры лишь типа В-06-300 (№ 5; 6,3; 8; 10 и 12,5). В крышной модификации вы- пускается осевой вентилятор с колесом Ц3-04 (№ 4; 5 и 6,3). При этом рабочее колесо вращается в горизонтальной плоскости; приводом служит вертикально расположенный электродвигатель.

Номенклатура шахтных вентиляторов и вентиляторов тоннельной венти- ляции довольно обширна и приведена в специальных справочных руково- дствах. Отличительной особенностью этих вентиляторов (по сравнению с вен- тиляторами общего назначения) является высокая подача. Например, вентиля- тор типа ВОМД-24 (осевой двухступенчатый реверсивный с диаметром ра- бочих колес 2400 мм), применяемый для реверсивной вентиляции метрополи-

тена, имеет подачу: при прямом ходе − 70 000...250 000 м3/ч, при реверсивном

−60 000...200 000 м3/ч.

Вусловиях эксплуатации часто требуется, чтобы установка обеспечивала такой диапазон режимов работы, который невозможно получить с помощью характеристики, соответствующей фиксированным углам установки лопастей вентилятора и принятой частоте вращения рабочего колеса. В этих условиях выполняется регулирование вентилятора одним из следующих способов: из- менение частоты вращения лопастного колеса; поворот лопастей рабочего ко- леса; поворот лопаток входного направляющего аппарата; дросселирование. Последний способ регулирования, как и для радиальных вентиляторов, самый неэкономичный, так как затраты мощности мало изменяются при уменьшении подачи. Применение способа регулирования поворотом лопастей рабочего ко- леса определяется двумя факторами: безопасностью работы и экономичностью (при параллельном включении учитывается также устойчивость работы).

Осевые вентиляторы с поворотными лопастями колес обладают способно- стью значительной (до 50%) регулировки подачи, с сохранением при этом оп- тимального значения кпд. Однако при этом способе регулирования требуется

158

вентилятор особой конструкции, позволяющей изменять в известных пределах угол установки лопастей его рабочего колеса. Практически изменение угла по- ворота происходит в диапазоне от 15 до 45°.

Регулирование изменением частоты вращения лопастного колеса, хотя и является самым экономичным способом регулирования, применяется очень редко из-за сложности практического осуществления приводного устройства.

Наиболее рациональный способ регулирования в каждом конкретном слу- чае выбирается с учетом всех показателей.

5.2.2. Осевые насосы Широкое применение получили осевые насосы. В осевых насосах рабочее

колесо выполняется, как правило, погружного типа, т. е. располагается ниже уровня жидкости в приемном резервуаре, а приводной двигатель устанавлива- ется выше этого уровня для исключения его затопления. Поэтому чаще всего осевые насосы бывают вертикального исполнения.

На рисунке 5.12 приведена схема рабочего органа осевого насоса. В корпусе 1, представ- ляющем собой проточную часть насоса, нахо- дится рабочее колесо, состоящее из ступицы 2 с установленными на ней лопастями 3. Число

лопастей осевого насоса обычно не превышает шести. Энергия движущейся жидкости в рабо- чем колесе насоса передается по тому же прин- ципу, что и у центробежного.

Осевые насосы могут быть жестколопа- стными, в которых лопасти рабочего колеса

жестко закреплены относительно ступицы и угол их установки не может быть изменен, и

поворотно-лопастными, в которых положение

Рис. 5.12. Схема осевого насоса лопастей может регулироваться.

159

Проходя через рабочее колесо, жидкость участвует одновременно в двух движениях: переносном (вращательном) и относительном (поступательном).

Для установления вращения жидкости в рабочем колесе с целью уменьшения ее напора за вращающимся рабочим колесом устанавливают неподвижный вра- щающийся аппарат 4, состоящий из ряда лопастей. Ступица рабочего колеса насажена на вал 5, соединенный с электродвигателем. Из проточной части на- соса жидкость попадает в напорный трубопровод,

Коэффициент удельной быстроходности осевых насосов n у >600, т. е. это насос, обладающий большой подачей и малым напором. Достоинством этих на- сосов является простота и компактность конструкции, а также возможность пе- рекачивания загрязненных жидкостей.

В осевом насосе жидкость движется в осевом направлении вдоль цилинд- рических поверхностей. Следовательно, радиусы входа и выхода жидкости из рабочего колеса одинаковы: u2 = u1 = u .

Для ориентировочных подсчетов напор, развиваемый осевым насосом, можно определить по выражению:

где Kн − коэффициент напора, равный 0,0244 n2у / 3 ;

u − окружная скорость на внешнем диаметре рабочего колеса. Теоретическую подачу осевого насоса можно определить по формуле:

QТ = π (D2 − d 2 )vz / 4,

где D − внешний диаметр рабочего колеса; d − диаметр ступицы (может быть принят равным 0,5D);

vz − осевая скорость.

Коэффициент полезного действия большинства осевых насосов равен

0,75...0,90.

Регулирование подачи жестколопастных насосов производится изменени-

ем частоты вращения рабочего колеса, а поворотно-лопастных насосов − изме