9440

10

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИЧЕСКИХ МАШИНАХ

1.1. Основные свойства жидкостей и газов

Капельные жидкости характеризуются постоянством объема, практически не зависящего от давления. При незначительных давлениях сжимаемостью га- зов (с достаточной для практики точностью) пренебрегаем. Тогда можно счи- тать, что капельные жидкости и газы подчиняются общим законам. Поэтому под общим термином «жидкость» в дальнейшем будем подразумевать как ка- пельные, так и газообразные жидкости.

К основным физическим свойствам воды относятся плотность (или удель- ный вес), удельная теплоемкость, динамический и кинематический коэффици- енты вязкости, а также температура, которой характеризуются фазовые пре- вращения воды (затвердевание, кипение). Химически чистая вода при темпера-

туре +4°С имеет удельный вес γ = 1000 кг/м3 .

Характерные физические параметры воздуха могут быть получена из уравнения Клапейрона:

где pa - абсолютное давление, кг/м2 ; v=1/γ - удельный объем, м3 / кг;

Т - абсолютная температура, К;

R - газовая постоянная, кг×м/ (кг×К).

Физический смысл газовой постоянной R можно выявить из выражения R = pаvT ; газовая постоянная характеризует работу, производимую 1 кг газа при изменении его температуры на 1 градус.

При необходимости вместо удельного объема газа пользуются его обрат-

ной величиной - удельным весом γ = 1v , кг/м3 .

Вместо удельного веса газа может использоваться величина массовой плотности ρ , кг×с2 /м4 , представляющая собой отношение массы газа к его

11

объему:

Связь между абсолютным давлением, удельным весом и температурой воздуха может быть получена из уравнения Клапейрона:

т. е. удельный вес или массовая плотность обратно пропорциональны абсолют- ной температуре газа.

При Т = const

т. е. удельный вес или массовая плотность прямо пропорциональны абсолют- ному давлению газа.

Удельный вес воздуха можно найти по формуле:

где γ 1 - удельный вес воздуха при температуре T1 = 273 + t1 , К;

γ о - удельный вес воздуха при температуре To = 273 К (to = 0 °С); t1 - температура воздуха, °С.

Тогда удельный вес воздуха при его температуре t1 выразится зависимо-

При изменении барометрического давления в соответствии с формулой (1.4) удельный вес воздуха γ р составляет:

где pб − барометрическое давление, мм рт. ст.

При одновременном изменении температуры и давления удельный вес

Кроме температуры и давления на удельный вес воздуха оказывает влия- ние присутствие в нем водяных паров, удельный вес которых в 1,6 раз меньше сухого воздуха. Однако при обычных температурах в большинстве случаев влиянием водяных паров можно пренебречь.

На практике для расчета и выбора гидравлических машин, предназначен- ных для перемещения воздуха, принято понятие о стандартном воздухе,

имеющем удельный вес γ ст =1,2 кг/м3 . Этому значению соответствуют сле-

дующие условия: давление 760 мм рт. ст.; температура 20°С; относительная влажность воздуха около 50%.

Одной из важных физических характеристик движущейся жидкости явля- ется вязкость. Вязкостью называется способность жидкости сопротивляться сдвигающим усилиям. При действии сил сдвига в жидкости возникают напря- жения внутреннего трения, действующие тангенциально направлению ее пото- ка и препятствующие относительному перемещению отдельных струй.

Для упрощения картины представим себе две плоско- сти, разделенные слоем жид- кости (рис. 1.1). Нижняя плоскость неподвижна, верх- няя движется со скоростью V в направлении, указанном стрелкой. Эпюра скоростей

13

жидкости имеет форму треугольника.

Возникающее при движении верхней плоскости сопротивление, кг/м2 , на- правлено к ней тангенциально и равно:

Если динамический коэффициент вязкости разделить на массовую плот-

ность ρ, то получим кинематический коэффициент вязкости ν , м2 /с:

Для воды при температуре t = 20 °С динамический коэффициент вязкости

μ = 102,4 кг×с/(м2 ×10−6); кинематический коэффициент вязкости ν = 1,006

м2 /(с×106). Для сухого воздуха при температуре t = 20 °С динамический коэф-

фициент вязкости μ =1,85 кг×с/×м2 ×10−6; кинематический коэффициент вязкости

ν=15,06 м2 /с×106.

1.2. Классификация нагнетателей и область их применения

1.2.1. Классификация нагнетателей Гидравлической машиной называют устройство, преобразующее механиче-

скую работу в энергию потока жидкости и наоборот. Гидравлическая машина, в

которой происходит преобразование механической работы в механическую энергию жидкости, называется нагнетателем. К нагнетателям относятся насо- сы и воздуходувные машины. Воздуходувные машины служат для повышения давления и подачи воздуха или другого газа. В зависимости от степени сжатия воздуходувные машины разделяют на вентиляторы и компрессоры.

14

Вентилятор − воздуходувная машина, предназначенная для подачи воз- духа или другого газа под давлением до 15 кПа при организации воздухообме- на или технологического процесса.

Компрессором называют воздуходувную машину, предназначенную для сжатия и подачи воздуха или какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа.

Насос − устройство, служащее для напорного перемещения капельной жидкости в результате сообщения ей энергии.

Основное назначение нагнетателей − повышение полного давления пере- мещаемой среды. В зависимости от свойств среды (газ, чистая жидкость, за- грязненная жидкость и взвесь, вязкая жидкость, агрессивная жидкость, сжи- женный газ и т. п.) применяются нагнетатели различных типов и конструкций. В практике довольно часто названия нагнетателей даны в зависимости от их на- значения и особенностей эксплуатации. Нагнетатели классифицируют по принципу действия и конструкции на объемные и динамические.

Объемные нагнетатели работают по принципу вытеснения, когда давле- ние перемещаемой среды повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные (диафрагменные, поршневые) и роторные (коак- сиально- и радиальнопоршневые, шиберные, зубчатые, винтовые) насосы.

Динамические нагнетатели работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (радиальные, диамет- ральные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные).

Нагнетатели, используемые в системах теплогазоснабжения и вентиляции, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

−соответствие фактических параметров работы (р, L, Q,, N) заданным рас- четным условиям;

−возможность регулирования подачи и давления в заданных пределах;

−устойчивость и надежность в работе;

−простота монтажа;

−бесшумность при работе.

лу, вращающемся в подшипниках, укрепленных на стойках. Колесо и направ- ляющие аппараты заключены в кожух (обечайку). Втулка рабочего колеса име- ет обтекатель.

Аналогичную конструкцию и принцип действия имеет осевой насос. Осе- вые нагнетатели просты в изготовлении, компактны и реверсивны.

В прямоточном радиальном вентиляторе (рис. 1.5) перемещаемая среда

вначале также движется в осевом направлении и поступает во вращающееся рабочее колесо, где под действием центробежной силы проходит в радиальном

направлении в межлопаточном пространстве и выходит в осевом направлении по кольцу через радиальный лопастной диффузор, стенки которого имеют кри- волинейную форму, а лопат-

17

такого типа является возможность размещения электродвигателя внутри кожу- ха.

Смерчевой венти-

лятор (рис. 1.6) имеет рабочее колесо с не- большим числом лопа- ток, прикрепленных к заднему диску. Это ко- лесо размещено в спе-

циальной нише в задней стенке спирального ко- жуха. При вращении ко-

леса возникает вихревое течение, аналогичное атмосферному вихрю (смерчу), в центральной и периферийной частях которого образуется перепад давления, являющийся побудителем движения воздуха. Вследствие этого основная часть потока с содержащимися в нем примесями проходит через нагнетатель, минуя рабочее колесо. Коэффициент полезного действия вентилятора не превышает

60 %.

Дисковый вентилятор (рис. 1.7) относится к нагнетателям трения. Рабочее колесо у такого нагнетателя представляет собой пакет дисков (колец), распо-

18

духе, образующемся на дисках. Коэффициент полезного действия таких нагнетателей не превышает 40...45 %.

Диаметральный вентилятор (рис. 1.8) имеет следующий принцип дейст- вия. Если во вращающееся колесо барабанного типа поместить неподвижное тело, расположенное несимметрично относительно оси колеса, то осесиммет- ричный вихрь, образующийся вокруг колеса, смещается в сторону, и возникает течение воздуха через колесо в сторону меньшего сечения. Поперечное течение появляется также при установке лопаточного колеса в несимметричном коле- нообразном корпусе.

Рис. 1.8. Схема диаметрального вентилятора:

1 − рабочее колесо; 2 − корпус; 3 − неподвижное тело

Диаметральные вентиляторы имеют следующие преимущества по сравне- нию с радиальными: диаметральные вентиляторы с широкими колесами могут непосредственно присоединяться к воздуховодам, имеющим сечение в форме вытянутого прямоугольника; вентиляторы могут создавать значительные дав- ления даже при невысоких окружных скоростях рабочих колес, поскольку по- ток воздуха дважды пересекает лопаточное колесо. Недостатки, мешающие бо- лее широкому применению диаметральных вентиляторов: невысокий кпд; по- вышенный уровень шума; существенные перегрузки электродвигателя при уменьшении сопротивления сети.

Вихревой насос характеризуется сравнительно малой быстроходностью и применяется для перекачки воды и других невязких жидкостей. В этих насосах