книги из ГПНТБ / Калинушкин М.П. Гидравлические машины и холодильные установки учебник

М. П. КАЛИНУШКИН

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ

МАШИНЫ И ХОЛОДИЛЬНЫЕ

УСТАНОВКИ

ИЗДАНИЕ ТРЕТЬЕ, ПЕРЕРАБОТАННОЕ И ДОПОЛНЕННОЕ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебника для студентов специальности «Теплогазоснабжение и вентиляция» высших учебных заведений

М О С К В А «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1973

6П2.3: 6П2.28 К17

УДК 621.22:621.565

Книга является учебником для студентов инженерно-строительных вузов и фа« культетов по специальности «Тсплогазосиабжсине и вентиляция»; может быть ис­ пользована инженерно-техническими работниками, занимающимися проектированием и эксплуатацией гидравлических машин и холодильных установок.

Помимо насосов и вентиляторов, которым ввиду их наибольшего распростране­ ния уделяется основное внимание, также рассматриваются компрессоры, струйные аппараты и другие части холодильных установок систем кондиционирования воздуха. Используя материалы книги, специалисты указанного профиля могут вести подбор соответствующих машин и устройств, наиболее целесообразных в заданных условиях.

Р е ц е н з е н т

канд. техн. наук И. О. Керстен (Центральный аэрогидродинамическин институт)

© Издательство «Высшая школа», 1973 г.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Основное место в учебнике отводится наиболее широко приме­ няемым в системах теплогазоснабжеиия и вентиляции гидравли­ ческим машинам — насосам и вентиляторам; здесь также рассмат^ риваются компрессоры, струйные аппараты и другие устройства холодильных установок кондиционеров.

Специалисты, на подготовку которых рассчитан учебник, при­ званы заниматься не расчетом и конструированием гидравлических машин и холодильных установок, а их подбором и использовани­ ем. Поэтому вопросы, связанные с теорией гидроаэродинамических и тепловых процессов, а также сведения, отражаемые в других курсах для этой специальности, здесь по возможности не дубли­ руются или рассматриваются предельно сжато.

Перечисленные гидравлические машины, нагнетающие жид­ кость, нами обобщенно именуются нагнетателями. Другие гидрав­ лические машины и устройства, приводимые в действие нагнетае­ мой жидкостью (турбины, гидроприводы), в учебнике в соответ­ ствии с программой не рассматриваются.

Над учебником по курсу «Гидравлические машины и холодиль­ ные установки» (до 1955 г. фактически тот же курс именовался «Насосы и вентиляторы») ■автор работает уже более 25 лет, издав •в 1947 г. конспект лекций «Насосы и вентиляторы», в 1952 г.— учебник «Насосы и вентиляторы» (в 1954 г. он был переведен за рубежом), в 1957 г.— учебник «Гидравлические машины, и холо­ дильные установки», в 1965 г.— дополненное и переработанное издание учебника «Гидравлические машины и холодильные уста­ новки».

Настоящее издание существенно обновлено по содержанию, но методическое построение осталось прежним — автор стремился предельно сжато и по возможности доходчиво изложить теорети­ чески более важное и практически существенное, рекомендуя чи­ тателям обращаться за дополнениями к обширной и непрерывно пополняемой литературе по данному вопросу.

3

ВВЕДЕНИЕ

С давних пор люди начали применять простейшие механизмы для нагнетания воды и воздуха при орошении полей, раздувании огня и проветривании помещений. Для подачи воды использовали черпальную машину, а для воздуха — мехи.

Изобретение в XVIII в. поршневого парового двигателя приве­ ло к появлению органически связанных с ним поршневого насоса и поршневой воздуходувки. Вытеснение поршневого привода бо­

Внашей стране приоритет в изобретении и создании первых центробежных и осевых насосов и вентиляторов, по своим схемам приближающихся к современным, принадлежит, русскому военно­ му инженеру А. А. Саблукову (1783—1857). В 1832 г. Саблуков изобрел центробежный вентилятор, представляющий собой круг­ лый кожух с двусторонним всасыванием и колесом, снабженным четырьмя прямыми лопатками.

В1835 г. центробежный вентилятор Саблукова с успехом был применен для проветривания Чагирского рудника на Алтае и по­ сле этого получил широкое распространение в России и за грани­

цей (на рудниках, судах и т. д.). Позже А. А. Саблуков изобрел и применил для проветривания каменноугольных выработок осе­ вой вентилятор, а в 1840 г. приспособил свои вентиляторы для под­ нятия воды, т. е. изобрел центробежный и осевой насосы («водо­ гоны»).

Для создания циркуляции в системах водяного отопления на­ сосы успешно применили в начале XX в. русские инженеры во главе с проф. В. М. Чаплиным (1859—1931). Он предложил так­ же применять струйные аппараты — элеваторы для случаев при­ соединения абонентов к системам районного теплоснабжения

итеплофикации.

Вгоды первых пятилеток в связи с бурным ростом промыш­ ленного и гражданского строительства и развитием отопительно­ вентиляционной техники в СССР возникла острая необходимость

вразработке и массовом выпуске экономичных и разнообразных по типам насосов, вентиляторов и других нагнетателей.

Для обеспечения мероприятий по охране труда на производ­ стве и повышения требований к санитарно-техническому оборудо­ ванию особенно много вентиляторов, насосов и компрессоров по-

;4

требовалось для систем вентиляции и теплогазоснабжения посто­ янно сооружаемых промышленных и общественных зданий. В си­ стемах кондиционирования, например, вентиляторы необходимы для подачи приготовленного воздуха, насосы — для нагнетания воды, увлажняющей и охлаждающей этот воздух, а компрессоры «ли струйные аппараты — для охлаждения воды.

Важную роль в развитии соответствующих отраслей науки и техники сыграли отечественные ученые. Еще в XVIII в. член Рос­ сийской Академии наук Леонард Эйлер разработал теоретические основы работы лопаточных машин. Проф. Н. Е. Жуковский (1847—1921) является создателем теории гребного винта; на ее основе рассчитывают и конструируют, в частности, осевые венти­ ляторы и насосы.

В созданном Н. Ё. Жуковским Центральном аэрогидродинами-

тателей. Существенные исследования в этой области выполнили крупные иностранные ученые Пфляйдерер, Цейнер, Стодол, Шиплей, Экк и др.

На ряде наших заводов освоено массовое производство серий современных конструкций нагнетателей. В 1935 г. впервые в мире советские ученые и инженеры спроектировали и построили огром­ ные осевые насосы для канала им. Москвы и мощные осевые вен­ тиляторы для Московского метрополитена. При разработке ряда конструкций насосов и компрессоров был использован опыт США, Германии и других промышленно развитых стран.

Относительно холодильных установок необходимо отметить, что устройства для понижения температуры с помощью льда и хо­ лодной воды появились с незапамятных времен. Существенный вклад в учение о низких температурах внес наш великий соотече­ ственник М. В. Ломоносов, опубликовавший в 1745 г. свою диссер­ тацию «Размышление о тепле и холоде». Холодильные машины практически начали применять с прошлого века. Их непрерывно совершенствовали, и в настоящее время во всех странах произво­ дят в очень широких масштабах для охлаждения пищевых про­ дуктов, проведения многих технологических процессов, заморажи­ вания грунтов, кондиционирования воздуха и т. д.

Характерным для развития и совершенствования современных нагнетателей является повышение к. п.д., уменьшение габаритов, а также улучшение эксплуатационных качеств, т. е. надежности действия, удобства регулировки (с использованием автоматики) и бесшумности в работе.

Существенное значение имеют уменьшение стоимости изготов­ ления и использование недефицитных материалов, чего можно до­ стичь в результате расчета и конструирования нагнетателей на основе современных теоретических данных и экспериментальных исследований, обеспечения правильного их монтажа и режима

5

Г л а в а I

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

§1.1. СИСТЕМА ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЙ

С1963 г. в качестве предпочтительной введена Международ­ ная система единиц измерений (СИ) по ГОСТ 9867—61.

В системе СИ сохранены прежние обозначения и единицы из­

мерения геометрических размеров длины (I — м), площади (F или

в кГ/м2, а в н/м2, а количество тепла (теплоты) — не в кал, а так­

Объемный расход жидкости, как и прежде, измеряется в м3/сек, но обозначается Vt, а массовый расход — через кг/сек и mt.

Плотность жидкости обозначают буквой р и измеряют в кг/м3, а угловую скорость со —в рад/сек.

Удельный вес у, который в прежнем представлении был отношением веса данного вещества к весу воды в том же объеме, в системе СИ измеряется в н/м3.

Вместе с тем, поскольку сохраняется прежняя градуировка измерительных приборов, маркировка оборудования и обозначе­ ний в нормативной и справочной литературе, мы в настоящем из­ дании книги будем пользоваться системой единиц измерений МКГСС (метр, килограмм-сила, секунда).

В табл. '1.1 приведены широко используемые в книге единицы измерений в системах МКГСС и СИ.

Эти величины можно выразить в кратных десятичных едини­ цах, например, в литрах (1 л=0,001 м3), тоннах (1 г= 1000 кг).

* Во всей книге, за исключением оговоренных случаев, температура жидко­ стей н воздуха указана в градусах Цельсия (°С).

7

мегакалориях (1 Мкал= 1 000 000 кал) и отнести к другим проме­

Для приближенных пересчетов, как видно из' этой таблицы, можно принимать 1 кГ/м2та 10 н/м2, 1 калтз4 дж, 1 ккал/чж 1 ѳт,

1 об/лшн« 0,1 рад!сек.

8

§1.2. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ФИЗИКИ ЖИДКОСТЕЙ

Вгидроаэродинамике термин «жидкость» применяют к малосжимаемым капельным веществам (например, воде, маслу), а так­ же легкосжимаемым газообразным (например, воздуху, фреону).

При незначительных давлениях, когда практически возможно пренебречь сжатием жидкостей, можно обобщить расчет разных нагнетателей, например насосов и вентиляторов.

Смесь капельных жидкостей с газами (или парами) называют эмульсией, а смесь капельных жидкостей или газов с твердыми частицами — пульпой. Пульпа может характеризоваться весовой концентрацией смеси, т. е. отношением весового расхода одной фа­ зы к весовому расходу другой.

при нормальном атмосферном давлении и температуре 0° С начи­ нает превращаться в лед, несколько расширяясь при этом в объ­ еме, а при температуре -h 100° — в пар.) При уменьшении давле­ ния температура парообразования снижается. Что касается газов, в том числе и воздуха, то и они при известных условиях могут быть сконденсированы (сжижены), а затем и доведены до твер­ дого состояния.

Капельные жидкости по сравнению с газами имеют гораздо большую плотность, вязкость (абсолютную) и капиллярность. Во­ да (дистиллированная) при температуре /о=+4°С и атмосферном

сжатия ß, который выражает относительное изменение объема Ѵа до V при увеличении давления р на 1 ат (I кГ/см2 или 10 000 кГ/м2) и определяется отношением

Величину, обратную коэффициенту объемного сжатия, называ­ ют модулем упругости

Для воды в среднем £ = 2,1-ІО4 кГ/см2, т. е. сжимаемость ее нич­ тожно мала (при увеличении, например, давления с 1 до 10 ат объ­ ем ее уменьшается всего на 0,05%).

Весьма мало зависит объемный вес капельных жидкостей и от температуры. Так, у дистиллированной воды при максимальных колебаниях температуры от 0 до +100° С объемный вес изменяет­ ся примерно на 4%.

9