- •Нижегородский Государственный Архитектурно-Строительный Университет
- •Контрольная работа по дисциплине «Насосы, вентиляторы, компрессоры»
- •Задача 1
- •9. Число лопаток колеса вентилятора определяем по формуле
- •Задача 2
- •Вопрос 1(2)
- •Классификация нагнетателей, схемы и принципы действия нагнетателей различных типов, их достоинства и недостатки, область применения.
- •Вопрос 3 Давление жидкости во вращающемся лопастном колесе. Уравнение л. Эйлера для работы лопастного колеса
- •Из подобия соответствующих треугольников следует, что
- •Из двух последних выражений
- •Вопрос 5 Назначение и конструкция направляющих устройств. Роль спирального кожуха. Назначение и строение диффузора
- •Вопрос 7 Пересчет характеристик при изменении частоты вращения, плотности перемещаемой среды, размеров машины. Универсальные характеристики.
- •Вопрос 10 Технико-экономические основы выбора нагнетателя для работы в сети.
- •Вопрос 11 Неустойчивая работа нагнетателя в сети, ее причина и способы предупреждения. Помпаж.
- •Вопрос 12 Регулирование работы нагнетателей. Качественное и количественное регулирование область их применения. Способы изменения характеристик нагнетателей.
- •Вопрос 18 Понятие циркуляции потока по профилю лопаток. Теорема н.Е. Жуковского о подъемной силе элемента лопатки. Принципы проектирования и расчета осевой машины. Характеристика осевой машины.
Задача 2
Ответы
Вопрос 1(2)
Классификация нагнетателей, схемы и принципы действия нагнетателей различных типов, их достоинства и недостатки, область применения.
Обычно все нагнетатели классифицируют по принципу их действия, безотносительно от вида перемещаемой среды (капельной жидкости или газа). Одна из таких классификаций, предложенная проф. М. П. Калинушкиным, приведена ниже.
Машины объемного действия работают по принципу механического вытеснения жидкости твердым телом. При этом создающий давление рабочий орган нагнетателя совершает возвратно-поступательное или вращательное движение.
Действие струйных аппаратов основано на смешении двух струй — рабочей (активной) с подсасываемой струей.
В центробежных, диаметральных и осевых лопастных машинах давление среды создастся вследствие возникновения центробежных сил при закручивании жидкости лопатками вращающегося колеса.
В вихревых машинах перемещение жидкости происходит под давлениями, возникающими в вихрях, которые образуются на кромке лопаток и захватываются колесом.
Принцип действия поршневой машины рассмотрим на простейшей схеме (рис. 1.3). В цилиндре 1 перемещается поршень 2. К цилиндру присоединены всасывающая труба 3 с клапаном 4 и нагнетательная труба 5 с клапаном 6. При движении поршня вверх (рис. I. а) в пространстве под ним создается разрежение, и жидкость по всасывающей трубе через открытый всасывающий клапан 4 заполняет цилиндр. При обратном ходе поршня (рис. 1.6) давление в цилиндре повышается и жидкость выдавливается по трубе 5 через открытый нагнетательный клапан 6 в напорную линию.
Рис.1 Схемы поршневых машин
а и б – с глухим поршнем; в- с проходным поршнем
В некоторых конструкциях поршней предусматривается, отверстие, снабженное нагнетательным клапаном 6 (рис. 1.в). В этом случае движение жидкости под поршнем и над ним направлено только снизу вверх.
Поршневые машины характеризуются практической независимостью подачи от давления. Поэтому их чаще всего применяют при необходимости создания высоких давлений. Коэффициент полезного действия (к. п. д.) этих машин сравнительно высок.
К недостаткам этих машин следует отнести неравномерность подачи, сложность соединения с электродвигателем, трудность регулирования и быстрый износ клапанов. Однако несмотря на эти недостатки поршневые насосы и компрессоры находят широкое применение в практике.
Рис. 2. Схемы зубчатых нагнетателей
а – для подачи жидкости; б – для подачи воздуха
В зубчатых (шестеренных) машинах (рис. 2,а) жидкость перемещается парой зубчатых колес 1, установленных в плоском кожухе 5, к которому присоединены всасывающая 3 и нагнетательная 4 трубы. Зазоры между кромками зубьев и стенками кожуха минимальны. При вращении колес жидкость, попавшая в пространство между зубьями и стенкой кожуха, захватывается и переносится по направлению ют всасывающей трубы к нагнетательной. Обратное движение жидкости предотвращается плотным сцеплением зубьев.
Число зубьев в пределе может быть уменьшено до двух, причем вращающиеся элементы в этом случае будут иметь очертания, напоминающие восьмерку (рис. 2,6).
Большими достоинствами зубчатых машин являются компактность и простота конструкции (отсутствие клапанов, непосредственное соединение с электродвигателем). К достоинствам относится также и постоянство объема перемещаемой среды (независимость от давления). К недостаткам машин такого типа можно отнести сравнительно низкий к. п. д., связанный с частичным перетеканием жидкости в обратном направлении через зазоры, а также с большими потерями на трение.
Зубчатые машины используются чаще всего в качестве насосов для перекачки масел и других вязких жидкостей и развивают высокие давления. В варианте, изображенном на рис. 2,6. такие насосы используются как воздуходувки в системах подачи дутья, пневмотранспорта и т.п.
Пластинчатая машина. По принципу действия машина аналогична поршневой, так как объем перемещаемый за каждый оборот среды постоянен и равен разности объемов пространств при верхнем и нижнем положении пластин.
Достоинствами машины являются высокая равномерность подачи я возможность непосредственного соединения ротора с валом электродвигателя. К недостаткам следует отнести сравнительно низкий к.п. д. из-за перетекания газа или воздуха через зазоры между кромками пластин и стенками корпуса, а также довольно быстрый износ кромок пластин, трущихся о внутреннюю поверхность корпуса.
Пластинчатые машины используются чаще всего в качестве компрессоров или газодувок.
Струйный нагнетатель, называемый иначе элеватором или инжектором, представляет собой устройство, состоящее из сопла, камеры смешения и диффузора. Струя, выходящая со значительной скоростью из сопла в камеру, создает в ней разрежение, под действием которого жидкость или газ подсасывается в камеру, смешивается со струей, выходящей из сопла, и поступает в диффузор. В последнем динамическое давление падает, за счет чего статическое давление жидкости повышается.
Струйные нагнетатели могут быть выполнены по двум основным схемам. В первой схеме направления движения рабочей (эжектирующей) струи, выходящей из сопла, и подсасываемой струи взаимно перпендикулярны, из-за чего значительная часть количества движения подсасываемой струи пропадает.
По второй схеме направления движения рабочей струи и подсасываемой параллельны. Эта схема обеспечивает значительное (почти двукратное) повышение к. п. д. установки.
Первая (менее рациональная) схема широко применяется в элеваторах отопительных систем для смешения перегретой воды, поступающей из ТЭЦ с температурой 130—150°С, с обратной водой системы отопления, имеющей температуру 65—70°С. Полученная смесь (85—105°С) поступает в местную отопительную систему.
Вторая схема применяется в гидроэлеваторах, предназначенных для подъема воды из колодцев, в паровых инжекторах, в воздушных эжекторах, используемых при вентиляции огнеопасных или взрывоопасных помещений, где при устройстве вентиляции не допускается установка двигателей.
Центробежная машина состоит из рабочего колеса 1 (рис. 3), снабженного лопатками. Колесо установлено в кожухе 2(корпусе) и с помощью втулки закреплено на валу, снабженном двумя подшипниками. Указанные элементы образуют привод 3.
-
Рис.3 Схема центробежной машины
Рис.4 Схема диаметрального вентилятора
Действие машины основано на том, что рабочее колесо при вращении создает разность давлений, под влиянием которой жидкость через всасывающее отверстие в боковой стенке 4 входит в кожух нагнетателя, совершает поворот на 90°, проходит между лопатками колеса и поступает в кожух, пройдя по которому, выходит из машины через нагнетательное отверстие5.
Центробежные машины существенно отличаются от объемных машин тем, что в довольно широком диапазоне изменения производительности развивают примерно постоянную разность давлений во всасывающем и нагнетательном отверстиях.
Эти машины характеризуются большой равномерностью подачи. Отсутствие в рабочем органе — колесе — движущихся частей обеспечивает работу без пульсаций и толчков перекачиваемой жидкости.
Центробежные машины широко используются для перемещения воздуха и газов и называются в этом случае вентиляторами. Машины, предназначенные для перемещения капельных жидкостей, называются насосами.
Схема диаметральной машины несколько напоминает (рис. 4) схему центробежного нагнетателя. Основным рабочим элементом машины является колесо 1 с большим числом сравнительно узких лопаток. Однако колесо это располагается не в спиральном, а в коленообразном кожухе 2, сравнительно тесно охватывающем нижнюю и верхнюю части колеса.
Входная часть кожуха 3 имеет форму сужающейся прямоугольной коробки. Выходное отверстие 4 расположено на конце кожуха, имеющего форму плавно расширяющегося прямоугольного колена.
В этой машине перемещаемая жидкость входит внутрь колеса, проходя между лопатками, пересекает колесо примерно по диаметру и выходит через противоположную сторону колеса.
К. п. д. диаметральных машин несколько меньше, чем у центробежных, однако по сравнению с последними они обладают рядом существенных достоинств: при работе мало шумят, допускают установку колес большой ширины (в несколько раз превышающей диаметр). Эти машины, кроме того, удобно присоединяются к оборудованию, так как поток внутри нагнетателя не имеет поворота на 90°.
Машины применяются в основном в качестве вентиляторов, хотя принципиально их можно использовать и в качестве насосов.
Осевые нагнетатели (рис. 5) имеют весьма простую конструкцию. Рабочее колесо машины состоит из втулки 1, к которой прикреплены лопатки 2, установленные под некоторым углом к плоскости вращения. Колесо расположено в обечайке 3 пли непосредственно в воздуховоде.
При вращении колеса жидкость подтекает к его лопаткам, проходит между ними и сходит с колеса с небольшим изменением (направления движения. В целом поток движется по траектории, практически параллельной оси вращения колеса, откуда и происходит название машины.
Осевые нагнетатели развивают давления, значительно более низкие, чем центробежные. К. п. д. машин обоих типов примерно одинаков. Большим достоинством осевых нагнетателей является их компактность, относительная простота исполнения и высокая производительность.
Осевые нагнетатели широко применяются в качестве вентиляторов и несколько реже в качестве насосов.
Рис.5 Схема осевого вентилятора
|
Рис.6 Схема вихревого нагнетателя |
Схема нагнетателя вихревого типа приведена на рис. 6. В этой машине основным элементом является колесо 1, представляющее собой сплошной диск, по краям которого расположены лопатки 2. Диск размещается в плоском кожухе так, что лопатки касаются его верхней части и свободно проходят в нижней части.
При вращении колеса у каждой лопатки образуются вихри, способствующие проталкиванию жидкости в направлении, совпадающим с направлением вращения колеса. Жидкость к кожуху проводится трубопроводом 3, присоединенным к нему по касательной и выходит через трубопровод 4.
К.п.д. вихревых нагнетателей ниже, чем у центробежных и осевых, однако из-за простоты конструкции они широко используются в качестве насосов для перекачки различных жидкостей.