книги / Насосы, компрессоры и холодильные установки. Перемещение жидкостей, насосные машины

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

М.А. Ромашкин, Е.Р. Мошев

НАСОСЫ, КОМПРЕССОРЫ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ. ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ, НАСОСНЫЕ МАШИНЫ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2022

1

УДК 621. 59/.59 (075.8) Р69

Рецензенты:

канд. техн. наук, доцент В.Д. Долганов (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук, начальник лаборатории моделирования аварийных процессов С.А. Хлуденев (Отдел анализа риска ООО «УралПромБезопасность»)

Ромашкин, М.А.

Р69 Насосы, компрессоры и холодильные установки. Перемещение жидкостей, насосные машины: учеб. пособие / М.А. Ромашкин, Е.Р. Мошев. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2022. – 134 с.

ISBN 978-5-398-02727-3

Представлены следующие основные разделы: центробежные насосы; поршневые и роторные насосы; поршневые компрессоры; центробежные, осевые и роторные компрессорные машины; термодинамические основы получения холода.

Материалы пособия соответствуют рабочей программе дисциплины «Насосы, компрессоры и холодильные установки», разработанной для профиля «Оборудование нефтегазопереработки» направления 15.03.02 – Технологические машины и оборудование.

Предназначено для студентов химико-технологических специальностей, может быть использовано при освоении основной дисциплины, подготовке к защите лабораторных работ и итоговым контрольным мероприятиям.

УДК 621. 59/.59 (075.8)

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

В пособии рассмотрены вопросы, связанные с принципами работы и конструкционным исполнением машин, предназначенных для перемещения капельных жидкостей, сжатия и перемещения газов, а также вопросы реализации процессов генерации искусственного холода.

Проведение множества технологических процессов на предприятиях химической, нефтехимической, энергетической, пищевой и других отраслей промышленности невозможно без применения специальных насосных и компрессорных машин. Необходимость генерации искусственного холода и его последующего применения также находится в основе проведения многих технологических процессов в химии и нефтехимии. Особое место эти процессы занимают в пищевой промышленности.

Насосы и компрессоры используются для обеспечения технологического оборудования потоками жидкостей или газов, необходимых для их штатного функционирования. Особую важность имеет бесперебойная работа компрессоров газовых станций магистрального назначения. Отдельным подвидом компрессорного оборудования являются вентиляторы различных конструкций, которые широко применяются в системах вентиляции и при работе с дымовыми газами.

Насосное и компрессорное оборудование относится к машинам высокой конструкционной сложности и может быть создано не только в виде отдельных машин, но и в виде сложных насосных или компрессорных агрегатов. Их надежная и безопасная эксплуатация невозможна без обеспечения высокого уровня подготовки обслуживающего персонала, а также высокого качества технического обслуживания и ремонта. Деятельность по достижению этих высоких показателей начинается при реализации учебных программ в профильных вузах и продолжается при проведении периодической образовательной

5

работы на предприятиях, эксплуатирующих и обслуживающих насосные, компрессорные и холодильные машины.

Учебное пособие состоит из двух частей.

В первой части учебного пособия рассматриваются машины, предназначенные для перемещения жидкостей, – насосы. Особое внимание уделено конструкциям и особенностям работы центробежных, поршневых и роторных насосов.

Вторая часть пособия посвящена вопросам сжатия и перемещения газов, а также машинам, реализующим эти процессы, – компрессорам. Подробно рассмотрены центробежные, осевые и роторные компрессорные машины. Также во второй части обсуждается методы искусственного охлаждения и холодильные установки, которые реализуют эти методы технологически.

Авторы выражают искреннюю благодарность канд. техн. наук Беляеву Владимиру Михайловичу за помощь и консультацию, оказанные им при подготовке материалов настоящего издания.

6

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ПОНЯТИЯ

В гидравлике (наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению инженерных задач) жидкости, газы и пары при их движении значительно ниже скорости звука объединяют одним наименованием – жидкости [1].

Идеальная жидкость – жидкость, которая абсолютно несжимаема под действием давления, не меняет плотность при изменении температуры, не имеет вязкость.

Реальная жидкость, вязкая жидкость – жидкость, которая обладает сжимаемостью под действием давления, меняет плотность при изменении температуры, имеет вязкость.

Реальные жидкости подразделяются на капельные и упругие.

Капельная жидкость – жидкость, которая практически несжимаема, имеет малый коэффициент объемного расширения.

Упругая жидкость, газ или пар – жидкость, у которой объем значительно меняется при изменении температуры или давления.

Насос – гидравлическая машина, которая преобразует механическую энергию привода в энергию капельной жидко-

сти [2].

Компрессорная машина – гидравлическая машина, которая перемещает и сжимает упругую жидкость (газообразную среду) [2].

Работа компрессорной машины характеризуется степенью повышения давления – отношением давления газа, выходящего из компрессорной машины, к давлению газа на входе в нее [3].

Понятие «компрессорная машина» является достаточно широким и включает в себя такие машины, как вентиляторы, газодувки, компрессоры.

7

Вентилятор – компрессорная машина, работающая при степени повышения давления <1,3.

Газодувка, воздуходувка – компрессорная машина, работающая без искусственного охлаждения при степени повышения давления от 1,15 до 2,0.

Компрессор – компрессорная машина, работающая с искусственным охлаждением при степени повышения давления

> 2.

Классификации гидравлических машин. В зависимости от области применения различают три вида классификации гидравлических машин.

1. По принципу действия:

1.1.Объемные – передача энергии жидкости в замкнутом объеме, периодически изменяющемся и попеременно соединяющимся с входом и выходом, при этом происходит вытеснение жидкости из замкнутого объема. Примеры: поршневые насосы и компрессоры, роторные насосы.

1.2.Динамические – приращение энергии жидкости под действием сил (центробежных, осевых) рабочего органа. Примеры: центробежные насосы и компрессоры, осевые вентиляторы и компрессоры.

1.3.Струйные – перемещение жидкостей за счет разности давления, создаваемой скоростным движением другой рабочей жидкости.

2. По назначению:

2.1.Машины общего назначения – для перекачивания или перемещения и повышения давления относительно чистых (не содержащих абразивных частиц) и неагрессивных жидких или газовых сред.

2.2.Нефтяные гидравлические машины – для перекачи-

вания нефтепродуктов, сжиженных углеводородных газов.

2.3.Химические гидравлические машины – для перемеще-

ния кислот и щелочей, жидкостей с абразивными частицами.

8

2.4.Энергетические насосы – насосы для перемещения горячей воды, необходимой при функционировании теплоэлектроцентралей (ТЭЦ).

2.5.Дозирующие (дозировочные) насосы – насос для объ-

емного дозирования под напором жидкостей.

2.6.Циркуляционные насосы – насос для обеспечения принудительного движения жидкости по замкнутому контуру.

3. По температурным условиям:

3.1.Холодные гидравлические машины – работают со средами с температурой не более 100–120 °С.

3.2.Горячие гидравлические машины – работают со сре-

дами с температурой выше 100–120 °С.

9

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН

1.Общие основные параметры работы насосов

икомпрессорных машин

1.1. Производительность (всас), подача (нагнетание) – количество жидкости или газа, перемещаемое гидравлической машиной в нагнетательную линию в единицу времени.

Объемная подача Q – подача, выраженная в единицах объема, м3/с, л/мин.

Массовая производительность М – подача, выраженная в единицах массы, кг/с, т/ч, кг/мин:

M Q ,

где Q – объемная подача, кг/м3; – плотность среды, кг/м3.

1.2. Давление.

Давление на входе p1 – давление, действующее на входе гидравлической машины, Па.

Давление на выходе p2 – давление, действующее на выходе гидравлической машины, Па.

Дифференциальное давление, приращение давления, перепад давления, повышение давления – фактическое приращение общего давления между входом и выходом гидравлической машины p1–2, p, Па:

p1 2 p2 p1.

2. Основные параметры работы насосов [4]

Напор H – энергия единицы массы жидкости, деленная на ускорение свободного падения, м. Напор представляет собой предполагаемую высоту, на которую может подняться жидкость за счет энергии, полученной в насосе:

10