книги / Насосы, компрессоры, вентиляторы

В.М. ЧЕ Р КАССКИЙ, T. м. Р О МА Н О В А

Р.А. К АУЛ Ь

НАСОСЫ,

КОМПРЕССОРЫ,

ВЕНТИЛЯТОРЫ

Издание второе, переработанное и дополненное

Допущено

Министерством высшего и среднего специального образования РСФСР

о качестве учебного пособия для энергетических вузов и факультетов

«ЭНЕРГИЯ»

П Р Е Д И С Л О В И Е

Книга предназначена для изучения курса «Насосы, вентиляторы, компрессоры» студентами эксплуатационных теплоэнергетических спе­ циальностей высших учебных заведений.

В книге излагаются основы теории и рассматриваются конструкции машин для подачи жидкостей и газов, применяющихся в теплоэнергети­ ке (центробежные, осевые, поршневые и ротационные).

Большое внимание уделено рассмотрению характеристик машин и их регулированию.

Теории центробежных насосов и вентиляторов объединены в книге в разделе «Основы теории центробежных машин».

По сравнению с первым изданием книга получила в некоторых раз­ делах существенные изменения.

Заново введены разделы «Вихревые насосы», «Водокольцевые ва­ куумные насосы», «Новые конструкции центробежных насосов».

При подготовке второго издания авторы сохранили системы единиц, принятые в первом издании. Переход к системе СИ внес бы значитель­ ные трудности при использовании книги, так как существующая и вы­ пускаемая справочная литература по гидравлическим машинам и харак­ теристики их пока даются в старой системе. Однако основные энергети­ ческие соотношения даны в книге в двух системах измерений: мкГсек и СИ.

Переход к системе СИ, там, где это необходимо, легко выполняется по следующим соотношениям между основными единицами:

сила 1 асГ = 9,81 я;

давление 1 кГ/м2=9у8 н/м2, или 1 кГ/см2= 0,981 бар; мощность 1 кГм/сек = 9у81 вт, или 102 кГм/сек=1 кет.

Книга написана по плану и под общим руководством В. М. Черкас­ ского. Глава 10 написана Р. А. Каулем, глава 6 и раздел 2 главы 9— T. М. Романовой. Весь остальной материал написан В. М- Черкасским.

Коллектив авторов выражает глубокую благодарность доктору техн. наук А. Н. Шерстюку, проведшему тщательное редактирование ру­ кописи, за ряд ценных замечаний, направленных на повышение науч­ ного и методического уровня книги.

Авторы примут с признательностью все замечания по материалу п изложению книги и в последующем устранят замеченные недостатки.

Авторы

В В Е Д Е Н И Е

Книга содержит основы теории, обзор конструкций и сведения по эксплуатации машин для подачи жидкостей и газов. В современной тех­ нике эти машины подразделяют на насосы, компрессоры, газодувки и вентиляторы, причем насосами называют машины для подачи только жидкостей. Названия газовой машины — компрессор, газодувка, венти­ лятор— обусловлены величиной давления, создаваемого машиной. Та­ кое подразделение довольно условно. Руководствуясь назначением этих

«воздушный» и т. д. Такая тенденция обобщения понятия «насос» в со­ временной технике существует и при изложении материала данного курса это имеется в виду.

История создания первых насосов уходит в далекое прошлое. Про­ стейшие типы насосов (поршневых) были известны и применялись еще во времена Аристотеля (4-й в. до н. э.). Водоподъемные машины, приво­ дившиеся в действие силой людей и животных, применялись в Египте за несколько тысячелетий до нашей эры.

Как следует из сочинений итальянского зодчего Витрувия, водяные поршневые насосы широко применялись в Римской империи еще в цар­ ствование Цезаря Августа (1-й в. до н. э.).

Машины для перемещения воздуха и газов появились значительно позднее. Изобретение воздушного поршневого насоса связано с именем германского физика Отто Герике (1640 г.).

Изобретателем центробежного насоса является, по-видимому, италь­ янец Джиованни Жордан, давший первый рисунок такого насоса; изго­ товление первого простейшего центробежного насоса приписывается Де­ ни Папину (1703 г.).

Внедрение насосов в промышленность России было непосредствен­ но связано с горнорудным делом. Уже в XVIII в. К. Д. Фролов и дру­ гие мастера горного дела применяли установки с поршневыми насоса­ ми для целей водоотлива из шахт и промывания россыпей. Источником двигательной силы здесь обычно являлась энергия воды, использовав­ шаяся при помощи водяных колес.

Последующее, более широкое распространение насосов в промыш­ ленности было обусловлено введением в производство паровых и — позднее — электрических двигателей.

Важную роль в развитии насосостроения сыграл электрический дви­ гатель трехфазного тока, удобно сопрягающийся с центробежными и осевыми насосами.

В 1832 г. инж. А. Саблуков предложил конструкцию центробежно­ го вентилятора для целей вентилирования заводских помещений и шахт. А. Саблуков явился первым теоретиком и практиком вентиляторостроения.

Основное теоретическое уравнение центробежной машины было да­ но Л. Эйлером во второй половине XVIII в. (см. § 3-2).

G

Теоретические работы О. Рейнольдса (Англия), Л. Прандтля (Гер­ мания) и выдающиеся научные труды H. Е. Жуковского (Россия), отно­ сящиеся к концу XIX и началу XX вв., привели к созданию современной научной основы насосостроения.

Особое значение имели работы H. Е. Жуковского «Видоизменение метода Кирхгофа» и «Теория воздушных винтов». В первой из них дано теоретическое обоснование метода расчета подъемной силы крыла, рас­ пространяемого теперь на лопасти насосов и компрессоров. Этот метод не только служит для расчета подъемной силы лопасти, но и указывает пути разработки рациональных профилей лопастей современных машин. Вторая отмеченная выше работа содержит теорию и метод расчета про­ пеллеров. Эта работа легла в основу теории осевых вентиляторов и на­ сосов, разработанной учениками H. Е. Жуковского (К. А. Уша­ ков и др.).

Значение научной и организационной деятельности H. Е. Жуков­ ского не может быть преувеличено. Им были определены и разработаны важнейшие направления развития современной гидроаэромеханики; уче­ никами его научной школы в СССР разрабатываются теоретические и практические вопросы современных насосо- и турбостроения.

Исключительно большое значение для развития рассматриваемой области машиностроения имела работа Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), организованного H. Е. Жуковским в 1918 г. В этом институте авиационного направления в течение многих лет были сосредоточены исследования воздушных и гидравлических ма­ шин.

В настоящее время научно-исследовательская работа по насосо- и компрессоростроению в основном сосредоточена во Всесоюзном инсти­ туте гидромашиностроения (ВНИИГ) и Научно-исследовательском институте химического машиностроения (НИИХИММАШ), Централь­ ном котлотурбинном институте (ЦКТИ), ЦАГИ и других организациях. Вместе с тем большое значение имели работы кафедр высших учеб­ ных заведений, руководимых выдающимися деятелями современной науки.

Выдающуюся роль сыграли некоторые заводские лаборатории и конструкторские бюро ведущих заводов СССР: Ленинградского метал­ лического, Невского машиностроительного, имени Калинина (Москва) и некоторых других. Выполненные в них работы по исследованию машин и дальнейшему конструктивному улучшению их исключительно важны.

Среди деятелей рассматриваемой области техники в СССР могут быть названы многие имена: С. С. Руднев, А. А. Ломакин (насосостроение), В. И. Поликовский, М. И. Невельсон, В. Ф. Рис, М. Н. Френкель

подачи жидкостей и газов, Б. Эккерта и А. И. Степанова.

Значение насосов, вентиляторов и компрессоров в народном хозяй­ стве СССР возрастает непрерывно вместе с ростом промышленности. Особо важна их роль на тепловых электростанциях и промышленных предприятиях. Здесь бесперебойность, надежность и энергетическая эффективность производства неразрывно связаны с совершенством на­ сосного и компрессорного оборудования, включенного в технологический цикл. Ежегодный выпуск этих машин исчисляется сотнями тысяч еди­ ниц, а приводная мощность — десятками миллионов киловатт. Так, по данным ВНИИгидромаш 1 в 1964 г. выпуск насосов различного назна­ чения составил 588 тыс. шт. общим весом 180 тыс. ти общей мощностью

1 ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, информ. сборник «Насосостроение и арматуростроение», вып. 2, 1965.

ЧАСТЬ I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Глава первая

КЛАССИФИКАЦИЯ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

I I. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ: НАСОСЫ И ДВИГАТЕЛИ

Насосами называют машины, предназначенные для перемещения жидкостей или газов и сообщения им энергии.

Работающий насос превращает механическую энергию, подводимую от двигателя, в потенциальную, кинетическую и тепловую энергию пото­

Схема I

Компрессорами называют машины, работающие с искусственным охлаждением, дающие степень сжатия е^3,5 *.

В противоположность насосам машины, превращающие гидравли­ ческую энергию потока жидкости в механическую энергию, называют гидравлическими двигателями.

* Степень сжатия е — отношение давления газа на выходе из машины к давле­ нию его на входе.