Задача 2

Ответы

Вопрос 1(2)

Классификация нагнетателей, схемы и принципы действия нагнетателей различных типов, их достоинства и недостатки, область применения.

Обычно все нагнетатели классифицируют по принципу их действия, безотносительно от вида перемещаемой среды (капель­ной жидкости или газа). Одна из таких классификаций, предло­женная проф. М. П. Калинушкиным, приведена ниже.

Машины объемного действия работают по принципу механи­ческого вытеснения жидкости твердым телом. При этом созда­ющий давление рабочий орган нагнетателя совершает возвратно-поступательное или вращательное движение.

Действие струйных аппаратов основано на смешении двух струй — рабочей (активной) с подсасываемой струей.

В центробежных, диаметральных и осевых лопастных маши­нах давление среды создастся вследствие возникновения центро­бежных сил при закручивании жидкости лопатками вращающе­гося колеса.

В вихревых машинах перемещение жидкости происходит под давлениями, возникающими в вихрях, которые образуются на кромке лопаток и захватываются колесом.

Принцип действия поршневой машины рассмотрим на прос­тейшей схеме (рис. 1.3). В цилиндре 1 перемещается поршень 2. К цилиндру присоединены всасывающая труба 3 с клапаном 4 и нагнетательная труба 5 с клапаном 6. При движении поршня вверх (рис. I. а) в пространстве под ним создается разрежение, и жидкость по всасывающей трубе через открытый всасываю­щий клапан 4 заполняет цилиндр. При обратном ходе поршня (рис. 1.6) давление в цилиндре повышается и жидкость выдавливается по трубе 5 через открытый нагнетательный кла­пан 6 в напорную линию.

Рис.1 Схемы поршневых машин

а и б – с глухим поршнем; в- с проходным поршнем

В некоторых конструкциях поршней предусматривается, отверстие, снабженное нагне­тательным клапаном 6 (рис. 1.в). В этом случае движение жидкости под поршнем и над ним направлено только снизу вверх.

Поршневые машины харак­теризуются практической неза­висимостью подачи от давле­ния. Поэтому их чаще всего применяют при необходимости создания высоких давлений. Ко­эффициент полезного действия (к. п. д.) этих машин сравнитель­но высок.

К недостаткам этих машин следует отнести неравномерность подачи, сложность соединения с электродвигателем, трудность регулирования и быстрый износ клапанов. Однако несмотря на эти недостатки поршневые насосы и компрессоры находят ши­рокое применение в практике.

Рис. 2. Схемы зубчатых нагнетателей

а – для подачи жидкости; б – для подачи воздуха

В зубчатых (шестеренных) машинах (рис. 2,а) жидкость пе­ремещается парой зубчатых колес 1, установленных в плоском кожухе 5, к которому присоединены всасывающая 3 и нагнета­тельная 4 трубы. Зазоры между кромками зубьев и стенками кожуха минимальны. При вращении колес жидкость, попавшая в пространство между зубьями и стенкой кожуха, захватывает­ся и переносится по направлению ют всасывающей трубы к нагнетательной. Обратное движение жидкости предотвращается плотным сцеплением зубьев.

Число зубьев в пределе может быть уменьшено до двух, при­чем вращающиеся элементы в этом случае будут иметь очертания, напоминающие восьмерку (рис. 2,6).

Большими достоинствами зубчатых машин являются ком­пактность и простота конструкции (отсутствие клапанов, непо­средственное соединение с электродвигателем). К достоинствам относится также и постоянство объема перемещаемой среды (не­зависимость от давления). К недостаткам машин такого типа можно отнести сравнительно низкий к. п. д., связанный с частич­ным перетеканием жидкости в обратном направлении через за­зоры, а также с большими потерями на трение.

Зубчатые машины используются чаще всего в качестве насо­сов для перекачки масел и других вязких жидкостей и развива­ют высокие давления. В варианте, изображенном на рис. 2,6. такие насосы используются как воздуходувки в системах пода­чи дутья, пневмотранспорта и т.п.

Пластинчатая машина. По принципу действия машина аналогична поршневой, так как объем перемещаемый за каждый оборот среды постоянен и равен разности объемов пространств при верхнем и нижнем по­ложении пластин.

Достоинствами машины являются высокая равномерность подачи я возможность непосредственного соединения ротора с валом электродвигателя. К недостаткам следует отнести сравни­тельно низкий к.п. д. из-за перетекания газа или воздуха через зазоры между кромками пластин и стенками корпуса, а также довольно быстрый износ кромок пластин, трущихся о внутрен­нюю поверхность корпуса.

Пластинчатые машины используются чаще всего в качестве компрессоров или газодувок.

Струйный нагнетатель, называемый иначе элеватором или инжектором, представляет собой устройство, состоящее из сопла, камеры смешения и диффузора. Струя, вы­ходящая со значительной скоростью из сопла в камеру, создает в ней разрежение, под действием которого жидкость или газ подсасывается в камеру, смешивается со струей, выходящей из сопла, и поступает в диффузор. В последнем динамическое дав­ление падает, за счет чего статическое давление жидкости повы­шается.

Струйные нагнетатели могут быть выполнены по двум ос­новным схемам. В первой схеме направления дви­жения рабочей (эжектирующей) струи, выходящей из сопла, и подсасываемой струи взаимно перпендикулярны, из-за чего значительная часть количества движения подсасываемой струи пропадает.

По второй схеме направления движения рабо­чей струи и подсасываемой параллельны. Эта схема обеспечи­вает значительное (почти двукратное) повышение к. п. д. уста­новки.

Первая (менее рациональная) схема широко применяется в элеваторах отопительных систем для смешения перегретой воды, поступающей из ТЭЦ с температурой 130—150°С, с обратной водой системы отопления, имеющей температуру 65—70°С. По­лученная смесь (85—105°С) поступает в местную отопительную систему.

Вторая схема применяется в гидроэлеваторах, предназначен­ных для подъема воды из колодцев, в паровых инжекторах, в воздушных эжекторах, используемых при вентиляции огнеопас­ных или взрывоопасных помещений, где при устройстве вентиля­ции не допускается установка двигателей.

Центробежная машина состоит из рабочего колеса 1 (рис. 3), снабженного лопатками. Колесо установлено в кожухе 2(корпусе) и с помощью втулки закреплено на валу, снабжен­ном двумя подшипниками. Указанные элементы образуют при­вод 3.

Рис.3 Схема центробежной машины

Рис.4 Схема диаметрального вентилятора

Действие машины основано на том, что рабочее колесо при вращении создает разность давлений, под влиянием которой жидкость через всасывающее отверстие в боковой стенке 4 вхо­дит в кожух нагнетателя, совершает поворот на 90°, проходит между лопатками колеса и поступает в кожух, пройдя по кото­рому, выходит из машины через нагнетательное отверстие5.

Центробежные машины существенно отличаются от объем­ных машин тем, что в довольно широком диапазоне изменения производительности развивают примерно постоянную разность давлений во всасывающем и нагнетательном отверстиях.

Эти машины характеризуются большой равномерностью по­дачи. Отсутствие в рабочем органе — колесе — движущихся час­тей обеспечивает работу без пульсаций и толчков перекачивае­мой жидкости.

Центробежные машины широко используются для переме­щения воздуха и газов и называются в этом случае вентилято­рами. Машины, предназначенные для перемещения капельных жидкостей, называются насосами.

Схема диаметральной машины несколько напоминает (рис. 4) схему центробежного нагнетателя. Основным рабочим элементом машины является колесо 1 с большим числом срав­нительно узких лопаток. Однако колесо это располагается не в спиральном, а в коленообразном кожухе 2, сравнительно тесно охватывающем нижнюю и верхнюю части колеса.

Входная часть кожуха 3 имеет форму сужающейся прямо­угольной коробки. Выходное отверстие 4 расположено на конце кожуха, имеющего форму плавно расширяющегося прямоуголь­ного колена.

В этой машине перемещаемая жидкость входит внутрь коле­са, проходя между лопатками, пересекает колесо примерно по диаметру и выходит через противоположную сторону колеса.

К. п. д. диаметральных машин несколько меньше, чем у центробежных, однако по сравнению с последними они обладают рядом существенных достоинств: при работе мало шумят, допус­кают установку колес большой ширины (в несколько раз пре­вышающей диаметр). Эти машины, кроме того, удобно присо­единяются к оборудованию, так как поток внутри нагнетателя не имеет поворота на 90°.

Машины применяются в основном в качестве вентиляторов, хотя принципиально их можно использовать и в качестве насосов.

Осевые нагнетатели (рис. 5) имеют весьма простую конст­рукцию. Рабочее колесо машины состоит из втулки 1, к которой прикреплены лопатки 2, установленные под некоторым углом к плоскости вращения. Колесо расположено в обечайке 3 пли непосредственно в воздуховоде.

При вращении колеса жидкость подтекает к его лопаткам, проходит между ними и сходит с колеса с небольшим изменени­ем (направления движения. В целом поток движется по траекто­рии, практически параллельной оси вращения колеса, откуда и происходит название машины.

Осевые нагнетатели развивают давления, значительно более низкие, чем центробежные. К. п. д. машин обоих типов пример­но одинаков. Большим достоинством осевых нагнетателей явля­ется их компактность, относительная простота исполнения и вы­сокая производительность.

Осевые нагнетатели широко применяются в качестве венти­ляторов и несколько реже в качестве насосов.

Рис.5 Схема осевого вентилятора

Рис.6 Схема вихревого нагнетателя

Схема нагнетателя вихревого типа приведена на рис. 6. В этой машине основным элементом является колесо 1, представ­ляющее собой сплошной диск, по краям которого расположены лопатки 2. Диск размещается в плоском кожухе так, что лопатки касаются его верхней части и свободно проходят в нижней части.

При вращении колеса у каждой лопатки образуются вихри, способствующие проталкиванию жидкости в направлении, совпадающим с направлением вращения колеса. Жидкость к кожуху проводится трубопроводом 3, присоединенным к нему по касательной и выходит через трубопровод 4.

К.п.д. вихревых нагнетателей ниже, чем у центробежных и осевых, однако из-за простоты конструкции они широко используются в качестве насосов для перекачки различных жидкостей.