Нагнетатели разных типов. Насосы. Вентиляторы. Компрессоры презентация

Центробежные насосы
Центробежный насос — насос, в котором движение жидкости и необходимый напор создаются за счёт центробежной силы, возникающей при воздействии лопастей рабочего колеса на жидкость.
Центробежные насосы классифицируют по:
количеству ступеней (колес): одноступенчатые (консольные) и многоступенчатые;
по расположению оси колес в пространстве: горизонтальные, вертикальные;
давлению (низкого – до 0,2 МПа, среднего — от 0,2 до 0,6 МПа, высокого – более 0,6 МПа);
способу подвода жидкости к рабочему колесу: с односторонним или двухсторонним входом — двойного всасывания;
способу разъёма корпуса: с горизонтальным или вертикальным разъемом;
способу отвода жидкости из рабочего колеса в канал корпуса: спиральные и лопаточные (через направляющий аппарат);
коэффициенту быстроходности ns: тихоходные, нормальные, быстроходные;
способу соединения с двигателем: приводные (с редуктором или со шкивом) или соединения с электродвигателем с помощью муфт;
способу расположения насоса относительно поверхности жидкости: поверхностные, погружные (глубинные);
функциональному назначению: водопроводные, канализационные, пожарные, химические, щелочные, нефтяные, землесосные, терморегулирующие и т. д.).

Виды ЦН в теплоэнергетике
Применительно к теплоэнергетике все центробежные насосы могут быть разделены на следующие группы: для чистой воды (одно- и многоступенчатые); конденсатные; питательные: для кислых сред; для подачи смесей жидкостей и твердых частиц.
Насосы для чистой воды – для хозяйственного, технического и противопожарного водоснабжения.
Конденсатные насосы – для удаления конденсата и как горячие дренажные насосы бойлерных установок (перекачивания жидкости при T до 393 К (до 120 °С).
Питательные насосы – для подачи питательной воды в паровые котлы (насосы высокого давления и перекачивания жидкости с высокой T, чаще многоступенчатые).
Насосы для кислых сред – насосы-дозаторы, изготавливают из специальных нержавеющих сталей;
Насосы для подачи смесей жидкостей и твердых частиц – работают в условиях повышенного истирания внутренних поверхностей потоком жидкостей со взвесями больших скоростей.
a – насос ЦНС-400-120 (секционного типа)
б – насос вертикального исполнения LVR-20
в – насос двустороннего входа типа Д-320-50
Q = 400 м3/ч H = 120 м

Конструкция насоса
В состав конструкции центробежного насоса входят следующие основные части: корпус; рабочие колеса; вал с крепежными деталями колес; втулки (защитные и др.); диафрагмы; направляющие аппараты; подшипники; уплотнения; крепежные болты.
КПД насоса зависит от коэффициента быстроходности ns, режима работы, конструктивного исполнения. При оптимальном режиме работы КПД крупных насосов может достигать 0,92, а малых — около 0,6-0,75.
Внутри корпуса насоса, который имеет, как правило, спиральную форму, на валу жестко закреплено рабочее колесо. Рабочие колеса могут иметь различную форму, определяемую значением коэффициента быстроходности насоса.
тихоходные
нормальные
быстроходные
винтовые
осевые

Регулирование подачи
В практике эксплуатации существуют способы регулирования подачи центробежных насосов:
дросселирование задвижками на напорной и всасывающей линиях;
изменение частоты вращения рабочего колеса насоса;
обрезка рабочих колес – уменьшение наружного диаметра;
перепуск части жидкости из напорного трубопровода во всасывающий;
впуск воздуха во всасывающий патрубок насоса.
Характеристики насоса при регулировании подачи: a – перепуском жидкости; б – впуском воздуха

Высота всасывания
В некоторых зонах всасывающего тракта насоса может возникнуть особое явление – кавитация.
Подвод жидкости к рабочему колесу – за счет разности давления в приемном резервуаре и абсолютного давления в потоке у входа в колесо.
Схема работы всасывающей трубы насоса
Можно определить кавитационный запас

Кавитация
Кавитация – нарушение сплошности потока жидкости – процесс образования пузырьков пара (полостей из него) и последующего их схлопывания в потоке жидкости, сопровождающийся шумом, вибрацией, гидравлическими ударами и резким падением КПД в данном режиме.
Зависимость С от коэффициента быстроходности ns :
ns … 50 … 70 70 … 80 80 … 150 150 … 250
С … 600 … 750 800 800…1000 1000…1200
Кавитация (гидродинамическая) возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое происходит при увеличении её скорости. Приводит к механическим разрушениям поверхностей рабочих колес (особенно если жидкость содержит абразивные вещества) и к химическим (коррозии) – под действием кислорода и других газов, выделившихся из жидкости.
Допустимая высота всасывания зависит от температуры жидкости
Установка насоса:
а – с низкой tжидкости
б – с высокой tжидкости

Мощность двигателя ЦН
Выбор двигателя осуществляют исходя из расчетной мощности, частоты вращения, напряжения в питающей сети, типа и исполнения двигателя.

Поршневые насосы
Поршневой насос (плунжерный) – один из видов объемных гидромашин, в котором вытеснителями являются один или несколько поршней (плунжеров), совершающих возвратно-поступательное движение.
Подача насоса: одностороннего действия и двухстороннего действия
Действительная индикаторная диаграмма поршневого насоса
1 – нагнетательный клапан; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – кривошип; 5 – шатун; 6 – крейцкопф; 7 – цилиндр; 8 – впускной клапан

Регулирование подачи
Способы регулирования подачи поршневых насосов:
изменение частоты вращения приводного двигателя;
изменение длины хода поршня – для малых насосов;
изменение ?.
Дросселирование как способ регулирования поршневых насосов недопустимо.
Характеристики работы насоса на сеть:
a – при регулировании подачи изменением частоты вращения вала (n = var);
б – при параллельной работе двух (1 и 2) насосов

Центробежные вентиляторы
Центробежный вентилятор (радиальный) – машина для перемещения чистых газов и смесей газов с мелкими твердыми материалами, имеющие степень повышения давления ?p = 1,5 … 1,25 при плотности потока 1,2 кг/м3.
Аэродинамическая схема задает геометрическую серию ЦВ, где определяются размеры исходного вентилятора (D2 = 100%), а для остальных ЦВ все размеры указываются в % от D2.
Конструктивная характеристика ЦВ – отношение выходного и входного диаметров межлопастных каналов рабочего колеса D2/D1 = 1,2 … 1,45 и радиальная длина лопасти, равная (0,084 … 0,16) D2.
Центробежный вентилятор:
аэродинамическая схема
Конструктивное устройство ЦВ: рабочее колесо состоит из литой ступицы, жестко сопряженной с основным диском; к нему (и к переднему диску) крепятся лопатки – лопастная решетка; корпус крепится к станине с подшипниками, на нем – фланцы для крепления всасывающей и напорной труб

Давление ЦВ
Давление ЦВ рассчитывается из величины теоретического напора (по уравнению Эйлера), который с учетом радиального входа потока (c1u = 0): Hт = u2 c2u / g. Теоретическое давление вентилятора: pт = ? u2 c2u
Действительное давление ЦВ меньше теоретического на из-за потерь в проточной части, оцениваемых гидравлическим КПД ηг :
p = ηг pт = ηг ? u2 c2u = ? μ2 ηг u22
где μ2 = c2u / u2 – коэффициент закручивания потока на выходе; ? – средняя плотность потока перемещаемого газа, кг/м3.
Коэффициенты полного давления ЦВ для трех типов лопастей
ЦВ с лопатками:
а – загнутыми вперед
б – с прямыми
в – загнутыми назад

Мощность двигателя ЦВ
Работа вентилятора при заданной частоте вращения характеризуется объемной подачей Q (м3/с), полным давлением p, мощностью N и КПД η.
ЦВ низкого и среднего давления с лопатками: ЦВ высокого давления …… 10 … 30
отогнутыми вперед …… 30 … 60 ЦВ двустороннего всасывания …… 80 … 120
отогнутыми назад …… 50 … 80

Регулирование подачи
Характеристики ЦВ – графики зависимостей H, N и η объемной подачи Q. Их получают по результатам испытаний ЦВ при n = const и ? = 1,2 кг/м3 для стандартных условий: p0 = 760 мм рт. ст., T = 293 К и ψ = 50% – относительная влажность.
Результаты расчетов переносят на подобные ЦВ по теории подобия.
Способы регулирования подачи вентиляторов:
изменением частоты вращения вала вентилятора – привод с ЧРП;
дросселированием на входе и выходе ЦВ (малых и средних с АД короткозам.) – прост, доступен;
направляющим аппаратом разных конструкций на входе – для ЦВ с большой подачей: ДВ и ДС.
Размерные характеристики вентиляторов:
a – при n = const (типовой ЦВ);
б – при n = var (тип ВВД).

Компрессоры
Компрессор — машина для повышения давления (сжатия) и перемещения газов. По принципу действия все компрессоры разделяют на две большие группы: динамические и объемные.
Объемные (изменение объема рабочей камеры): поршневые, винтовые, роторно-шестеренчатые, мембранные, жидкостно-кольцевые, воздуходувки Рутса, спиральные, компрессор с катящимся ротором.
Динамические или турбокомпрессоры (передача механической энергии от вала с лопатками ротора рабочему веществу – силы инерции): центробежные и осевые.
Компрессоры также классифицируют по:
роду сжимаемого газа: воздушные, кислородные, хлорные, азотные, гелиевые, фреоновые, углекислотные и т. д.);
способу отвода теплоты — с жидкостным или воздушным охлаждением;
количеству ступеней (колес): одноступенчатые и многоступенчатые;
конечному давлению: вакуум-компрессоры – отсасывают газ с давлением ниже или выше атмосферного (разрежение 10...50 кПа); низкого – от 0,15 до 1,2 Мпа; среднего — от 1,2 до 10 МПа, высокого – от 10 до 100 МПа; сверхвысокого – выше 100 МПа;
типу приводного двигателя: электродвигатель, ДВС, паровая или газовая турбина.
назначению (отрасли производства): химические, холодильные, энергетические, общего назначения и т.д.

Работа процесса сжатия
Процессы сжатия в компрессоре:
а – изотермический; б – политропный
в – адиабатный

Характеристики компрессора
Характеристики К – графики зависимостей p, N и η от подачи Q0.
Подача – количество газа (воздуха), подаваемого К в единицу времени. Различают массовую m (кг/с) и объемную Q0 (м3/с) подачу, отнесенную к нормальным условиям (tн = 20 °С , pн = 101,325 кПа.
Характеристики компрессора
К-5500-42-1 при n = var

Осевые компрессоры
Осевой компрессор – один из видов лопастных компрессоров, в котором повышение давления рабочего тела – за счет его взаимодействия с подвижными и неподвижными лопаточными решетками К. При этом поток рабочего тела движется условно вдоль оси вращения ротора К.
Степень сжатия ступени ОК:
?p = 1,15 … 1,35
В ОК скорость потока в рабочем колесе растет, в направляющем аппарате – падает, так происходит повышение давления воздуха Pст.
Схема осевого компрессора:
1 – корпус; 2 – ротор; 3 – входные направляющие лопатки; 4 – рабочие лопатки ступени; 5 – направляющие лопатки ступеней; 6 – спрямляющий аппарат; 7 – уплотнение

Центробежные компрессоры
Центробежный компрессор –динамический компрессор, в котором поток воздуха входит в рабочее колесо вдоль оси двигателя, а в рабочем колесе происходит поворот потока в радиальном направлении и за счет центробежной силы создается дополнительный рост полного давления.
В корпусе ЦК установлены лопатки, образующие криволинейный кольцевой диффузор. В обратном
Трехступенчатый ЦК:
а – общий вид; б – часть рабочего колеса с лопаточным диффузором; 1 – вал; 2 – диффузор; 3 – неподвижные направляющие лопатки; 4 – лабиринтовые уплотнения; 5 – концевые уплотнения; 6 – рабочее колесо; 7 – рабочие лопатки; 8 – корпус К
канале установлен ОНА, который меняет направление потока на 270° и подает его на следующую ступень.

Конструкции ЦК
ЦК выполняют с разнообразием схем и конструкций проточной части, отдельных узлов и деталей.
Ограничение аэродинамической прочности рабочего колеса при повышении давления – создание многоступенчатых ЦК (6 … 8 ступеней).
Схема многоступенчатого ЦК:
I … III – ступени сжатия;
1, 2 – промежуточные холодильники
Типы охлаждения ЦК : охлаждение внутренними каналами; выносные охладители
Регулирование подачи центробежных компрессоров:
изменение частоты вращения вала
закрутка потока перед рабочим колесом
дросселирование потока на всасывании или нагнетании
Индикаторная диаграмма трехступенчатого ЦК (a) график процесса сжатия в T, s-диаграмме (б)

Поршневые компрессоры
Поршневой компрессор – объемный нагнетатель возвратно-поступательного действия, в котором эффект компрессии создается за счет уменьшения объема газа при движении поршня в цилиндре.
Одноступенчатый ПК двустороннего действия: а – общая схема; б – индикаторная диаграмма;
1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – шток; 4 – крейцкопф; 5 – шатун; 6 – кривошип; 7, 8 – всасывающий и нагнетательный клапаны
ПК могут быть:
одностороннего или двухстороннего действия (бескрейцкопфные и крейцкопфные);
смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия)
по расположению цилиндров: вертикальные, горизонтальные, угловые, оппозитные
по числу ступеней сжатия: одно-, двух- и многоступенчатые

Рабочие характеристики ПК
В рабочей полости цилиндра в конце нагнетания всегда остается газ объемом Vм – мертвый объем. Зазор между поршнем и крышкой цилиндра – для исключения удара. Через мертвый объем определяется:
относительный объем мертвого пространства a = Vм / Vh (a < 0,05)
объемный коэффициент ?v = Vв / V м = (p2 / p1)1/n = ?p1/n (?v = 0,7…0,9)
Vв / V м = (V м + Vh – Vв ) / V м = 1 + (1/a) (1 – ?v ) Тогда ?v = 1 – a (?p1/n – 1)
Снижение подачи (наличие утечек) характеризует коэффициент подачи ? = Vд/V т
V т = F S n0 = Vh n0
Здесь: Vh – рабочий объем; Vв – объем всасываемого газа; Vд и V т – действительная и теоретическая подача; F, S – площадь и ход поршня; n0 – частота вращения вала.

Регулирование подачи ПК
Компрессор подключается к системе трубопроводов с арматурой – к сети. Одна из важных характеристики ПК – зависимость его рабочего давления от подачи: p2 = f (V0). Пересечение характеристик ПК и сети определяет рабочую точку А
Способы регулирования подачи ПК:
отключением одной или нескольких машин при их параллельной работе на сеть;
изменением частоты вращения вала компрессора – привод с ЧРП;
изменением объема мертвого пространства цилиндра;
дросселированием потока на всасывании;
отжатием пластин всасывающего клапана.
Характеристики работы ПК: на различные сети и
при n0 = var (n'0 , n''0)
Индикаторная диаграмма одноступенчатого ПК при регулировании: а – подключением дополнительного мертвого объема; б – дросселированием на всасывании

Регулирование подачи ПК
Регулирование подачи ПК: дросселированием потока на всасывании; отжатием пластин всасывающего клапана.
Автоматическое устройство для регулирования подачи ПК дросселированием на всасывании:
1 – компрессор; 2 – трубка; 3 – баллон (ресивер); 4 – поршневой механизм; 5 – дроссельная заслонка
Регулирование подачи ПК отжиманием пластин всасывающего клапана: 1 – импульсная трубка; 2 – баллон; 3 – вилка; 4 – поршневой механизм; 5 – поршень
Отжиманием клапанов на части хода поршня получают плавное изменение подачи от номинальной до 0,1 номинала.
Дает рост ?p и температуры (не выше 160…170 °С).

Многоступенчатое сжатие ПК
В многоступенчатых ПК с числом ступеней z при одинаковых работах отдельных ступеней изотермическая мощность и мощность на валу определяются:
Температура сжатия при адиабатном и политропном процессах
Мощность на валу определяется как сумма мощностей отдельных ступеней.
Соответствие количества ступеней z заданной степени повышения давления ?p:
?p …… до 6 6 … 30 30 … 100 100 … 150 свыше 150
z …… 1 2 4 5 6 и более

Конструктивные типы ПК
Многоступенчатые ПК выполняют в двух основных вариантах: с дифференциальными поршнями; со ступенями сжатия в отдельных цилиндрах.
Схемы двухступенчатых ПК с расположением осей:
а – вертикальным; б – горизонтальным; в – угловым
Схема двухступенчатого оппозитного ПК типа ВМ:
1 – воздухоохладитель; 2 – электродвигатель; 3 – цилиндр первой ступени; 4 – всасывающий патрубок; 5 – нагнетательный патрубок; 6 – цилиндр второй ступени
Схема двухступенчатого ПК с дифференциальным поршнем

Спасибо за внимание
Лектор:
Кошарная Юлия Васильевна
к.т.н., доцент кафедры ЭППЭ НИУ«МЭИ»
E-mail: [e-mail]
Тел. [phone]