книги / Насосы и компрессорные машины

П. И. ДУРНОВ

НАСОСЫ И КОМПРЕССОРНЫЕ

МАШИНЫ

Допущено Министерством высшего и среднего специального

образования УССР в качестве учебного пособия для студентов теплоэнергетических специальностей УССР

МА1ДГИЗ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО

МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Москва 19 6 0 Киев

В книге изложены основы •теории, описаны кон­ струкции и освещены вопросы эксплуатации наиболее рпспространенных насосов (центробежных, поршне­ вых, осевых, шестеренчатых, винтовых), вентиляторов (центробежных и осевых) и компрессоров (поршне­ вых, ротационных, центробежных и осевых).

Книга предназначена в качестве учебного пособия для студентов вузов теплоэнергетических специально­ стей и может быть использована студентами других специальностей, изучающими курс насосов, вентиля­ торов и компрессоров.

Рецензенты: доценты Д. Я- Алексапольский,

Э. Э. РафалеСу С. А. Парщик, канд. техн. наук доц. И• Л. Розовский

Редактор канд. техн. наук H. М. Кондак

ЮЖНОЕ ОТДЕЛЕНИЕ МАШГИЗА

Главный редактор инж. В. К . Сердюк

ВВЕДЕНИЕ

Предметом курса «Насосы и компрессорные машины» является изучение основ теории, конструкций и элементов эксплуатации на­ сосов и компрессорных машин.

В настоящее время нет такой области народного хозяйства и техники, где не применялись бы насосы и компрессорные машины.

Насосом называется машина, служащая для преобразования механической энергии двигателя в энергию поднимаемой и переме­ щаемой жидкости. В процессе прохождения через насос жидкость приобретает в нем некоторый запас энергии, необходимый в об­ щем случае для преодоления различных сопротивлений и неко­

жидкость подается потребителю. Насос вместе с двигателем и системой

энергетической установки, назначение которой сводится к подаче охлаждающей (циркуляционной) воды в главный конденсатор и

предназначенная для сжатия и подачи к месту потребления газо­ образного вещества. В компрессорных машинах, в зависимости от их назначения, перекачиваемому газу сообщается больший или

В вентиляторах, в которых конечное давление незначительно превышает начальное, сжимаемостью газа пренебрегают, поэтому расчет вентилятора мало чем отличается от расчета насоса. Насосы и компрессорные машины в конструктивном отношении имеют много

общего. Отличие их в основном состоит в том, что насос перекачивает практически несжимаемое, а компрессорная машина — сжимаемое ве­ щество.

К компрессорным машинам следует отнести также и вакуум-на­ сосы, предназначенные для создания разрежения.

Машины для перемещения жидкости были известны еще в глубокой древности. Одним из первых приспособлений для подъема воды был черпак, подающий воду на некоторую высоту за счет качательных дви­ жений, осуществляемых рукой человека. Более совершенным механиз­

структивном исполнении долгое время были единственно возмож­ ными.

Создание поршневого насоса стало возможным значительно позже, оно могло быть осуществлено лишь после того как человек научился высверливать стволы деревьев для получения цилиндра насоса.

Поршневые насосы простейшей конструкции просуществовали сто­ летия без каких-либо существенных усовершенствований конструкции. Вначале их изготавливали из дерева, а затем из металла, применяя в качестве двигателя мускульную силу человека и животных, энергию воды и ветра.

Развитие в XVIII в. производства чугуна, стали, машиностроения, появление паровой машины дало мощный толчок к совершенствова­ нию поршневых насосов и воздуходувных устройств.

Первая воздуходувка, прототип современных поршневых компрес­ соров, была предложена в 1765 г. И. И. Ползуновым. Начало строи­ тельства поршневых компрессоров относится к середине прошлого века.

С момента появления паровой машины насос стал неотъемлемой частью любой пароэнергетической установки. Применение паровой машины в качестве двигателя для поршневых насосов потребовало коренного улучшения их конструкции и повышения прочности.

В XIX в. появились достаточно совершенные конструкции паровых поршневых насосов, которые получили широкое применение для пе­ рекачки воды, нефти и других жидкостей.

Особенно бурное развитие насосной техники начинается с вводом в строй тепловых электрических станций, когда потребовались мощные высокоэкономичные насосы, создающие давления в сотни атмосфер. Сооружение судоходных каналов потребовало создания (для обеспе­ чения шлюзования судов) насосов, подающих десятки кубометров во­ ды в секунду. Введение в строй атомных электростанций предъявило еще большие запросы к насосной и компрессорной технике: потребо­ вались насосы, способные перекачивать жидкий металл при темпера­ туре свыше 300°С, вакуум-насосы (компрессорные машины), создающие разрежения, близкие к абсолютному вакууму. Большое значение

в создании и развитии науки о насосах имеют труды русских ученых и инженеров.

Выдающийся математик и физик, член Российской Академии наук Л. Эйлер вывел в 1754 г. основное уравнение турбомашин. Его струй­ ной теорией центробежных насосов (с соответствующими поправками) пользуются и в настоящее время.

Позднее академиками H. Е. ЖукоЕским и С. А. Чаплыгиным бы­ ла создана аэродинамическая теория крыла, которая легла в основу методики расчета лопаток рабочего колеса и направляющих аппаратов центробежных и пропеллерных насосов, вентиляторов и компрессоров.

Русский ученый А. А. Саблуков является изобретателем (1832 г.) центробежного и осевого вентиляторов. В 1835 г. им был изобретен и применен в промышленности центробежный насос. Саблуков решил ряд теоретических вопросов, связанных с работой центробежного на­ соса.

Ученик H. Е. Жуковского почетный академик В. Г. Шухов в 1897 г. впервые разработал теорию паровых поршневых насосов пря­ мого действия и предложил конструкцию специального поршневого насоса для откачки нефти из глубоких скважин. В дальнейшем эта теория была развита советскими учеными И. И. Куколевским, П. К. Ху­ дяковым и др.

В 1898 г. инженер В. А. Пушечников создал первый многосту­ пенчатый центробежный насос с вертикальным валогл.

На основе вихревой теории крыла H. Е. Жуковского (1912 г.) академик АН УССР Г. Ф. Проскура разработал применяемую в на­ стоящее время вихревую теорию центробежных насосов.

С именем одного из основоположников отечественного гидрома­ шиностроения И. Н. Вознесенского связано появление и развитие про­ пеллерных насосов.

Под его руководством были созданы мощные пропеллерные насосы для канала имени Москвы, каждый из которых поднимает в секунду на высоту 44 м такое же количество воды, какое протекает в Мос- кве-реке.

Нельзя не отметить крупную роль отечественных ученых и в деле развития компрессоростроения. Академик А. П. Герман разработал теорию турбовоздуходувных машин, расчет воздухопроводных сетей, теорию воздухораспределения и охлаждения компрессоров.

Академиком М. М. Федоровым был разработан метод расчета воз­ духопроводов.

Над созданием новейших конструкций высокоэкономичных насо­ сов различных типов работали многие коллективы научно-исследо­ вательских институтов и конструкторских бюро заводов, выпуска­ ющих насосы.

Одним из ведущих институтов в области насосостроения является Всесоюзный научно-исследовательский институт гидромашинострое­ ния (ВИГМ), коллектив которого создал лучшие современные конструк­ ции насосов центробежного и осевого типов.

Большой вклад в дело создания совершенных конструкций насосов с высокими гидравлическими и эксплуатационными качествами внесли

ОБЩИЕ СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИЯ НАСОСОВ

§ 1. ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ НАСОСА

Основные технические данные, характеризующие работу насоса, называются параметрами его работы.

Основными параметрами насоса являются подача, напор, к. п. д., мощность, число оборотов, всасывающая способность и др.

Подача (производительность) насоса. Подачей насоса называется объемное или весовое количество жидкости, подаваемое в нагнетатель­

о = TQ,

где 7 — удельный вес перекачиваемой жидкости.

Напор насоса. Приращение удельной механической энергии жидко­ сти, которое ей сообщает насос, называется напором насоса. Напор насоса обозначается буквой //, а размерность напора — буквой м.

Составим выражение для определения напора насоса: 1) для случая, когда уже имеется насос, включенный в какую-то систему, и 2) для

всасывающем и в нагнетательном патрубках и величина у. Если диа­ метры всасывающего и нагнетательного патрубков насоса одинаковы, то второй член уравнения (1) обращается в нуль.

Для того чтобы получить выражение для напора насоса, не поль­ зуясь показаниями его приборов, а лишь параметрами системы, на которую он будет работать, необходимо составить уравнения Бернулли для характерных сечений, указанных на фиг. 1, с учетом напора, созда­

Таким образом, гидравлической, или полезной, мощностью насоса называется энергия, сообщаемая потоку жидкости, прошедшему через насос в течение одной секунды.

Вследствие возникновения потерь в процессе передачи энергии от насоса жидкости (потерь внутри насоса) мощность на валу двигателя должна быть всегда больше гидравлической мощности, т. е.

Ne >Ne:

Отношение полезной, или гидравлической, мощности насоса к мощ­ ности на валу двигателя, приводящего в действие насос, называется полным к. п. д. насоса

где 'Цдв — к. п. д. двигателя.

Всасывающая способность насоса. В работе любого насоса разли­ чают два основных процесса: всасывание и нагнетание.

Сущность всасывания заключается в том, что рабочие’ органы на­ соса создают в его всасывающем патрубке разрежение, благодаря ко­ торому жидкость под воздействием образовавшейся разности давлений получает возможность все время притекать к насосу. Процесс нагне­ тания состоит в сообщении жидкости внутри насоса некоторого запаса энергии, обеспечивающего подачу ее потребителю. Энергия, расходуе­ мая на всасывание и на нагнетание жидкости, передается ей от рабо­ чего органа насоса.

Всасывающая способность насоса является весьма важной его характеристикой. Из-за ненормальных условий всасывания может возникать большое число неполадок в работе насоса. Величиной, ха­