9432

20

двигателей из-за сложности привода через кривошипно-шатунный механизм; сложность регулирования подачи.

жидкости в обратном направлении практически отсутствует из-за плотного сцепления зубьев.

Число зубьев в пределе может быть уменьшено до двух, при этом вра- щающиеся элементы будут иметь очертания, напоминающие восьмерку (рис. 1.12). 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 электродвигателей, независимость подачи от противодавления сети, реверсивность, возможность получения высоких давлений (5 МПа для шесте- ренного насоса, 0,5 МПа для насоса «восьмерочного» типа). Основные недос- татки состоят в быстром износе рабочих органов, невысокой подаче и сравни- тельно низком кпд (до 75%).

Пластинчатый нагнетатель (рис. 1.13) состоит из цилиндрического кор- пуса, в котором эксцентрично расположен массивный ротор с радиальными продольными пазами, где свободно размещены пластины, выполненные из ма-

21

териала, хорошо сопротивляющегося истиранию. При вращении ротора пла- стины под действием центробежных сил выходят из пазов, прижимаются к внутренней поверхности корпуса, захватывают на стороне всасывания жид- кость и перемещают 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 пере- мещаемой жидкости (наличию в ней механических примесей), быстрый износ кромок пластин, довольно низкий кпд (до 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 (насосами или вентиляторами). Движение перемещаемой жидкости обеспечи- вается струей рабочей жидкости.

Известны две конструктивные схемы струйных аппаратов. В аппаратах, выпол- ненных по первой схеме (рис. 1.14), подмешиваемый поток поступает под уг- лом 90° к оси аппарата. Вследствие больших потерь на удар при смешивании потоков статический кпд этих аппаратов очень низок и не превышает 10%. В

22

аппаратах, выполненных по второй схеме (рис. 1.15), подмешиваемый поток подводится вдоль оси аппарата. При этом, их полный кпд может быть доведен до 43,5 %.

Любой струйный аппарат состоит из сопла, через который в него подается рабочая жидкость (вода, газ, пар, воздух), камеры смешения, где смешиваются рабочая и подсасываемая жидкости, и диффузора, в котором осуществляется преобразование кинетической энергии в потенциальную. Работает струйный аппарат следующим образом. Рабочая жидкость выходит из сопла с большой скоростью в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Ак-

тивная 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 вы- равнивание поля скоростей потока, и за счет высвобождающейся кинетической энергии растет его статическое давление. Затем поток поступает в диффузор, где вследствие уменьшения скорости и, следовательно, динамического давле- ния потока происходит увеличение статического давления.

Кдостоинствам струйных аппаратов следует отнести простоту конструкции

иотсутствие подвижных элементов; к недостаткам − низкий кпд.

1.2.2. Области применения различных нагнетателей

Нагнетатели различных типов находят широкое применение в системах тепло-, газо- и водоснабжения, в системах вентиляции и кондиционирования воздуха гражданских, общественных и промышленных зданий, в различных

23

теплоэнергетических установках, в химической, строительной, машинострои- тельной и других отраслях народного хозяйства.

Наибольшее применение получили радиальные (центробежные) нагнета- тели общего и специального назначения. Используемые в качестве насосов, они создают практически любой требуемый напор и любую подачу жидкости. При использовании в качестве вентиляторов можно добиться любой производи- тельности при заданном развиваемом давлении. В системах теплоснабжения центробежные насосы применяют для подачи сетевой воды. В теплоэнергети- ческих установках центробежные насосы применяют для питания котлоагрега- тов и для подачи циркуляционной воды в конденсаторы турбин.

Большинство приточно-вытяжных установок и систем кондиционирова- ния воздуха гражданских, общественных, промышленных сельскохозяйствен- ных зданий оснащено радиальными вентиляторами низкого и среднего давле- ния. Радиальные вентиляторы являются неотъемлемой частью котлоагрегатов тепловых электрических станций и крупных котельных. Для отсасывания ды- мовых 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 пневма- тическая транспортировка осуществляется мельничными вентиляторами.

Радиальные вентиляторы среднего и высокого давления широко применя- ются в системах пневмотранспорта деревообрабатывающих, металлургических, машиностроительных и других предприятий.

Специфические особенности технологического процесса ряда производств обусловили появление радиальных вентиляторов, выполненных из нержавею- щей стали, из алюминиевых сплавов с повышенной защитой от искрообразова- ния, из титановых сплавов, пластмассы.

Осевые нагнетатели широко применяются как в качестве вентиляторов, так и в качестве насосов. Осевые вентиляторы используются: в системах при- точно-вытяжной вентиляции всех видов зданий; в установках местного про- ветривания для вентиляции отдельных выработок, стволов и участков шахтной

24

вентиляционной сети; для проветривания станций и перегонных тоннелей мет- рополитена; в вентиляторных градирнях тепловых электростанций и др. Осе- вые циркуляционные насосы широко применяются в системах отопления, в системах теплоснабжения и в котельных установках.

Прямоточные радиальные вентиляторы используют в установках с огра- ниченными размерами. Представляется, что такие вентиляторы могут найти применение в кондиционерах (исходя из их компоновочных возможностей и организации потоков).

Смерчевые вентиляторы целесообразно применять для перемещения сре- ды, которую нельзя подвергать механическому повреждению, а также для пневматического транспортирования материалов, вызывающих большой износ лопаток и дисков рабочих колес.

Дисковые вентиляторы могут устанавливаться в местных кондиционерах для вентиляции помещений, где недопустим шум, и в других специальных ус- тановках. Разрабатываются конструкции дисковых насосов, обладающих высо- кими антикавитационными качествами.

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания боль- шого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов. Вихревые машины при перемещении воздуха используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они нахо- дят 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 бытовых установ- ках.

Поршневые насосы применяются для питания паровых котлоагрегатов ма- лой паропроизводительности и в качестве дозаторов реагентов для поддержа- ния требуемого качества питательной и котловой воды крупных котлоагрега- тов. На тепловых электростанциях поршневые компрессоры служат для обдува

25

поверхностей нагрева котельных агрегатов с целью их очистки от летучих золы и сажи. В машиностроении поршневые компрессоры используются для снаб- жения сжатым воздухом пневматического инструмента.

Роторные нагнетатели применяются на электростанциях в системах смаз- ки и регулирования турбин (шестеренные насосы), иногда используются в ка- честве 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 поме-

щений − в качестве эжекторов в вытяжных установках; в холодильных уста-

новках; для питания паровых котлов в передвижных паросиловых установках − в качестве инжекторов; в установках пневмо- и гидротранспорта, водоснабже- ния и во многих других отраслях народного хозяйства.

Центробежные компрессоры используются практически во всех отраслях народного хозяйства. Сжатый воздух как энергоноситель применяется в раз- личных пневматических устройствах на машиностроительных и металлообра- батывающих заводах, в горно-добывающей и нефтяной промышленностях, при производстве строительных и ремонтных работ. Компрессоры необходимы в газовой промышленности при добыче, транспортировке и использовании при- родных и искусственных газов. В установках умеренного и глубокого холода, а также в газотурбинных установках компрессоры являются органической ча- стью, в значительной степени определяющей экономичность агрегатов.

26

Контрольные вопросы по главе 1

1.Зависимости физических параметров воздуха, получаемых при анализе уравнения Клапейрона.

2.Физический смысл коэффициентов динамической и кинематической вязкости жидкости.

3.Основные виды гидравлических машин для перемещения воздуха и принципы их действия.

4.Основные виды гидравлических машин для перемещения капельной жидкости и принципы их работы.

5.Области применения различных нагнетателей.

27

ГЛАВА 2. ТЕОРИЯ И ЭЛЕМЕНТЫ РАСЧЕТА ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИН

2.1.Некоторые сведения из гидроаэродинамики

Косновным закономерностям гидроаэродинамики, широко используемым при расчете, анализе работы, наладки и испытаниях гидравлических машин различного назначения, а также присоединенных к ним сетей трубопроводов, относятся уравнение неразрывности (сплошности) потока и уравнение Д. Бер- нулли.

Уравнение неразрывности. Рассмотрим струю жидкости, ограниченную непроницаемыми для нее стенками (рис. 2.1). Масса жидкости, поступающей

через сечение I, равна m1, а вытекающей через сечение II − m2 .

Исходя из условия посто- янства количества материи, следует, что при установив- шемся движении m1 = m2 = m

= const.

28

При несжимаемой жидкости γ 1 = γ 2 ( ρ1 = ρ2 ) выражение (2.2) прими-

т.е. скорость движения жидкости обратно пропорциональна поперечному сече- нию струи (или потока).

Уравнение Д. Бернулли. Это уравнение основано на применении к ограни- ченному стенками потоку закона сохранения энергии.

Полная энергия движущегося потока определяется выражением:

где Eк и Eп - соответственно кинетическая и потенциальная энергии, кг×м.

Энергия, отнесенная к единице объема, характеризуется давлением:

Кинетическая энергия, отнесенная к единице объема, носит название ди- намического (скоростного) давления:

где g - удельный вес, кг/м3 ;

v - массовая средняя скорость, м/с; r - плотность, кг с2 м4 .

Потенциальная энергия, отнесенная к единице объема, соответствует вели- чине:

где pст - статическое давление т. е. давление, которое испытывают стенки, ог-

раничивающие поток жидкости, кг/м2 , Па;

z×g - давление, соответствующее геометрической высоте подъема жидкости над