книги / Насосы и вентиляторы

ные (радиальные) нагнетатели нужно запускать при закрытой за­

движке *, а осевые в подавляющем большинстве случаев — при открытой.

При объемных нагнетателях применение задвижек недопустимо, так как подача их практически не зависит от давления, а с увели­

чением последнего только увеличится мощность.

Влияние точности расчета сети. Действительные потери давле­

ния по тем или иным причинам могут отличаться от расчетных.

Ш

IV. 12. Влияние точности	IV. 13.	Влияние	IV .14. Влияние негермети-
расчета	формы	характе­	чности сети
	ристики

С этим связано смещение действительных характеристик сетей по

отношению к расчетным, а у лопастных нагнетателей — изменение подачи.

Если сеть рассчитана с запасом или допущена ошибка в сторо­ ну преувеличения потери давления (рис. IV. 12), то действительная характеристика сети будет лежать ниже расчетной, точка пересе­

чения ее с характеристикой подобранного нагнетателя переместится

вправо, вследствие чего подача нагнетателя увеличится. В случае

недоучета сопротивлений при расчете сетей действительная подача, наоборот, окажется меньше расчетной.

У центробежных (радиальных) нагнетателей в отличие от осе­

вых с увеличением подачи существенно возрастает мощность (осо­

бенно при лопастях, загнутых вперед), результатом чего могут быть перегрузка и повреждение двигателя, подобранного без запаса.

Однако из построения видно, что неточность расчета сети может заметно повлиять на подачу нагнетателя только в случае грубых ошибок. Следует отметить, что нагнетатели с круто падающими ха­

рактеристиками по сравнению с нагнетателями, имеющими харак­ теристики более пологие или со впадиной, отличаются меньшей

чувствительностью к неточности расчета сети (рис. IV. 13).

Ввиду особенностей характеристик объемных нагнетателей

неточность расчета сетей на их подачу практически не влияет.

Влияние негерметичности сети. Наличие подсоса или утечки через неплотности в сетях влияет на характеристики сетей, причем

* Большие насосные установки, как показали исследования, можно запускать и при открытой задвижке.

такие сети по сравнению с герметичными всегда имеют более пологие

характеристики (рис. IV. 14). Напомним, что расход через сеть опре­ деляют по величине его у нагнетателя.

При подборе лопастного нагнетателя без учета негерметичности сети принимают производительность равной L r. На самом же деле подача его увеличивается вследствие влияния негерметичности сети

до LHr= L r+ A L , а это у центробежных (радиальных) нагнетателей

ведет к увеличению мощности с Nr до Nlir= N r+A N .

IV. 15.	Влияние плотно­	IV. 16. Влияние	механиче­
сти	жидкости	ских примесей	к воздуху

Очевидно, что избыточная подача лопастных нагнетателей будет тем больше, чем меньше герметичность сети, т. е. в известной мере она будет компенсировать подсосы и утечки. Это до некоторой сте­ пени оправдывает применяемый на практике расчет сетей без уче­ та влияния негерметичности, но при центробежных (радиальных) нагнетателях требует запаса мощности.

При объемных нагнетателях подобного рода компенсации быть

не может, и поэтому подачу их нужно рассчитывать с учетом подсо­

сов и утечки.

Влияние плотности жидкости. При изменении плотности жидко­

сти изменяются характеристики сети и лопастного нагнетателя

(рис. IV. 15).

В случае одновременного и пропорционального изменения этих характеристик рабочая точка переместится по вертикали; в связи с этим изменяются давление и мощность нагнетателя, но подача оста­

нется неизменной. Чтобы можно было использовать характеристики

лопастных нагнетателей, обычно составляемых применительно к стандартным условиям (при р0), результаты расчета потерь в сетях

при действительных условиях (при р) пересчитывают по формулам

Р о = Р Р о / р и L = L 0.

Затем по этим данным и составленным для стандартных условии характеристикам определяют со и ц, после чего мощность подсчиты­

вают в соответствии с действительным давлением по формуле N=-~ =Lph\.

Пример. Подобрать дымосос, исходя из следующих данных:

L = 120 000 м3/ч, /7 = 930 Па и р = 0,74 кг/м3.

В качестве дымососа используют радиальный вентилятор сред­

него давления.
Р е ш е н и е .	Поскольку	характеристики для подбора вентиля­
торов составлены	для нормальных .условий при р0= 1,2 кг/м3, то
	pt = 9 3	0 ^ = 1 5 0 0 Па.

По этим данным (/?о=1500 Па при L = 120 000 м3/ч) подбираем радиальный вентилятор Ц9-57 № 16 с ю =43 с-1 и т]=0,62. Мощность

на колесе вентилятора составит (кВт)

м _

120 000 930

0

N “ 3 6 0 0 -1 0 0 0 -0 .6 2 "“ 4 У *

У объемных нагнетателей при изменении плотности жидкости

производительность сохраняется, а давление и мощность изменя­

ются пропорционально плотности.

Влияние механических примесей к жидкости. При засорении

жидкости механическими примесями увеличивается сопротивление

сети, а также потребляемая мощность лопастного нагнетателя.

Если подбирать лопастной нагнетатель (рис. IV 16) для сети, сопротивление которой подсчитано с учетом влияния механических примесей (подача нагнетателя равна L 2, а мощность Л/2), то при от­

сутствии примесей характеристика сети будет более пологой, точка

пересечения с неизменной характеристикой нагнетателя сдвинется вправо, т. е. подача возрастет до Lu а мощность станет Ni. При не­

которых условиях, как на рис., может оказаться, что N £>N 2.

Пример. Определить мощность вентилятора, если подсчитаны для чистого воздуха при расходе L 4=8450 м3/ч потери в сети рч=

=940 Па, а весовая концентрация смеси р=0,2 .

Потерю в сети при засорении воздуха механическими примесями

можно вычислить по формуле рСЬ1= р А{\			причем k' по данным
ЦАГИ принимают для	рассматриваемого случая равным 1,4.
Тогда
Рем =	960(1 + 1,4-0,2) =		1200 Па,
	LCM= Ly =	8450 м3/ч,
чему соответствует радиальный		пылевой	вентилятор ЦП7-40 № 8
с со=95 1/с и т]=0,56.

Мощность его с учетом влияния механических примесей подсчи­

тываем по формуле

/Усм = Л/ч(1 ky),

в которой по данным ЦАГИ рекомендуется принимать для радиаль­

ных вентиляторов k = \. Тогда

Лг	8450-1200 /1	« 1 а о\	сп	и
^ см“	3600• юоо-0,56^	^ 1 *0,2) =	5,9	кВт.
При переходе к работе на чистом воздухе
	L4 = 8450 м3/ч	и рч = 960	Па.

В этом случае выбранный вентилятор должен был бы иметь © '=85 с-1, г)=0,56 и соответствующую мощность (кВт)

f i ’	8450-940	_»	о
4 ~	3600-1000-0,56 —		’

Однако при действительной частоте вращения to=95 с -1, если характеристика сети квадратичная (кВт)

Л' " - 3-9 ( к ) ' = 5-5 -

Что касается объемных нагнетателей, то производительность их, как указывалось выше, от давления практически не зависит и вся­

кого рода влияния отражаются только на мощности.

IV.4. Совместная работа нагнетателей

Условия совместной работы нагнетателей. Необходимость в установке нескольких совместно работающих нагнетателей может

возникнуть при следующих обстоятельствах:

IV. 17. Парал-	IV. 18. Суммарная харак-		IV. 19. Учет потерь
лельноесоеди-	теристика	параллельно	давления в соедини'
нение нагнета-	соединенных нагнетателей		тельных участках
телей

1) один нагнетатель не удовлетворяет заданию, а замена его

соответствующим большим невозможна; 2) подача или давление

установленного нагнетателя подвержены резким изменениям; 3) тре­ буется гарантировать надежность эксплуатации нагнетателя путем создания определенного резерва.

Во всех остальных случаях следует избегать совместной уста­ новки нагнетателей, так как она всегда снижает экономичность эксплуатации.

Любая совместная работа нагнетателей может быть как парал­ лельная, так и последовательная. Если нужно изменить характери­

стику так, чтобы увеличилась подача, то целесообразно соединять

нагнетатели параллельно, если же требуется изменить характери­

стику так, чтобы при той же подаче увеличилось давление (что тре­ буется при работе в области малых значений V), то необходимо последовательное соединение нагнетателей. В обоих случаях ко­

нечным результатом является увеличение расхода нагнетателей

через сеть.

Построение характеристик параллельно соединенных нагнета­ телей. При параллельном соединении (рис. IV. 17) нагнетатели по­ дают жидкость в общую сеть, причем через каждый нагнетатель про­ ходит только часть общего количества жидкости. В месте соедине­ ния потоков установится некоторое общее для обоих потоков давле­ ние, а расход будет равен сумме подачи обоих нагнетателей.

Отсюда следует, что для построения суммарной характеристики р—L параллельно соединенных, нагнетателей следует алгебраически

складывать их подачи при равных давлениях (рис. IV. 18). Более

просто это делать для объемных нагнетателей.

Случается, что для построения суммарной характеристики раз­

ных лопастных нагнетателей необходимо знать характеристики

отдельных нагнетателей не только в первом, но и во втором квад­

ранте. В тех случаях, когда потерями в участках сетей, соединяю­

IV.20. Последова-	IV.21. Суммарная	ха-
тельное соедине-	рактеристика последо-
ние нагнетателей	вателъно соединенных
	нагнетателей

О

КамдыЯ Один Ооа

U

IV.22. Работа в сети оди­ наковых параллельно со­ единенных нагнетателей

щих совместно работающие нагнетатели, пренебрегать нельзя, сле­

дует перед суммированием составляющие характеристики р'—L

исправить, уменьшив величину давления нагнетателей на потери давления в этих участках (Ар) при соответствующих расходах. Та­ кое исправление проще всего сделать графически, вычитая из орди­

нат характеристик нагнетателей ординаты характеристик соедини­

тельных участков сети (рис. IV. 19), получая в результате ординаты кривой.

Если потери в соединительных участках велики, а потери в об­

щих участках малы, то параллельность работы нагнетателей стано­

вится практически номинальной.

Частным случаем параллельного соединения являются центро­

бежные (радиальные) нагнетатели двустороннего всасывания.

Построение характеристик последовательно соединенных нагне­

тателей. При последовательном соединении (рис. IV.20) нагнетате­

ли устанавливают один за другим, причем через каждый нагнетатель проходит вся жидкость. Примером последовательного соединения

могут являться многоступенчатые лопастные насосы и компрессо­ ры. Последовательно объемные нагнетатели соединяют реже.

Работа в сети последовательно соединенных нагнетателей. При работе последовательно соединенных лопастных нагнетателей в сети общую подачу и давление определяют по пересечению их суммар­ ной характеристики с характеристикой сети (рис. IV.24).

Давление каждого из совместно работающих нагнетателей оп­

ределяют по пересечению составляющих характеристик нагнета­

	телей с ординатой, проведенной через точку
	пересечения суммарной характеристики на­
	гнетателей с характеристикой сети (но ни­
	как не по пересечению составляющих ха­
	рактеристик		нагнетателей		с характеристи­
	кой сети).
	При	одновременной			последовательной
	работе двух		одинаковых		нагнетателей дав­
	ление каждого будет в два раза меньше об­
	щего давления. При последовательном при­
	соединении к одному уже работающему на­							IV.25. Работа в сети раз­
	гнетателю такого же другого (что не должно
								ных последовательно со­
	привести	к существенному				изменению	ха­	единенных нагнетателей
	рактеристики			сети) общее		давление	уве­
	личится, но		не	вдвое, так		как рабочая точка переместится не по
	ординате, а		по квадратичной характеристике сети. Таким образом,

давление каждого из последовательно соединенных нагнетателей

окажется меньше, чем одного работающего нагнетателя (р(1+1) i<Pi).

Подача же двух одинаковых последовательно работающих на­

гнетателей будет равна подаче каждого из них, но будет больше,

чем у одного нагнетателя при изолированной его работе.

IV.26. Влияние гидро­	IV.27. Суммарная ха­		IV.28. Суммарная	харак­
статической составляю­	рактеристика	мощно­	теристика мощности при
щей	сти при параллельном		последовательном	соеди­
	соединении нагнетате­		нении нагнетателей
	лей

В зависимости от особенностей характеристик последовательно

соединенных нагнетателей и характеристик сетей (рис. IV.25, кри­

вые а, б, в) общее давление может увеличиться (кривая а), остаться

неизменным (кривая б) или даже уменьшиться (кривая в). Изменение давления и подачи при последовательном присоеди­

нении (или отключении) нагнетателей, как и в случае параллельной их работы, можно определить только графически — путем наложе­

ненные радиальные вентиляторы с седлообразной характеристикой,

типичен и подтверждает сказанное выше о необходимости прове­

рять графически — методом наложения характеристик — целесо­ образность совместной работы, которая в рассмотренном примере не дала эффекта.

IV.5. Устойчивость работы нагнетателей

При работе нагнетателей в сетях практически неизбежны коле­

бания подачи, давления и мощности вследствие изменения характе­

ристик нагнетателей или сетей (рис. IV.30). Характеристики нагне­

тателей чаще всего изменяются при изменении частоты вращения,

IV.30. Изменение режима работы нагнетателей при:

/ —колебании частоты вращения; 2 — колебаниях сопротивления сети; 3 — тех или иных колебаниях

которая может быть вызвана, например, колебаниями напряжения в электросети (рис. IV.30, 1):

Характери­	Условия работы	L,	р.	N %	•п
стика сети	нагнетателей	м3/ч	Па	кВт
2	Один	8600	380	2,2	0,4
	Оба	10 000	480	2,3	0,57
1	Каждый	5000	480	1,15	0,57
	Один	5900	480	1,4	0,55
	Оба	5600	440	1,5	0,45
	Каждый	2800	440	0,75	0,45

Характеристики сетей меняются с изменением сопротивления

при отключении или включении ответвлений вследствие изменения гидростатических составляющих (рис. IV.30, 2) и т. д. Особенно

значительными могут оказаться колебания производительности при одновременных изменениях (колебаниях) частоты вращения

нагнетателей и сопротивлений сети (рис. IV.30, 3).

Если сеть имеет небольшую емкость жидкости, то изменение рас­ хода в сети равно изменению подачи нагнетателя. В этом случае изменения нагрузок редко бывают длительными и не имеют вредных

последствий для установленного оборудования и условий эксплуа­ тации. Так, в подавляющем большинстве случаев работают венти­ ляторные установки.

Иное дело, когда сеть имеет большую емкость и расход жидкости меняется медленнее, чем подача нагнетателя, что почти всегда наб-

IV.31. Анализ помпажа	IV.32. Анализ неустой-
нагнетателя	чивой работы нагнетателя

людается в насосных и компрессорных установках. В этом случае

даже при одиночной работе лопастного насоса, характеристика ко­ торого имеет выгиб со значением давления большим, чем при нуле­

вой подаче (рис. IV.31), может возникнуть неустойчивый режим

работы — помпаж. Это приводит к появлению гидравлических уда­

ров, прекращению нормальной эксплуатации и разрушению обору­

дования.

Явление помпажа заключается в следующем (рис. IV.31): при

меньшем (по сравнению с подачей нагнетателя) расходе через сеть

подача начинает уменьшаться, так как противодавление в сети уве­

личивается. Графически этому соответствует плавное перемещение

рабочей точки по характеристике нагнетателя влево (из точки а

в сторону точки б на рис. IV.31).

После того как рабочая точка достигнет на гребне седловины ха­ рактеристики наибольшей величины давления (точка б), противо­ давление сети превысит наибольшее в этом квадранте давление наг­ нетателя и жидкость, изменив направление своего движения, устре­ мится обратно через нагнетатель.

Графически этому будет соответствовать скачок рабочей точки

из первого квадранта характеристики во второй (из точки б в точ­ ку в), где давление может быть большим.

Вследствие обратного вытекания жидкости через нагнетатель

противодавление в сети будет понижаться. После того момента, ког­ да рабочая точка достигнет наименьшего давления (точка г), давле­ ние нагнетателя превзойдет противодавление сети, и жидкость устре­ мится обратно в сеть. Графически этому будет соответствовать ска­

чок рабочей точки из второго квадранта характеристики в первый

(из точки г в точку а). После этого процесс возобновляется.

Достаточно наглядно представление о помпаже можно получить при наполнении газом с помощью вентилятора какой-либо упругой