1.2 Подобие рабочих режимов и пересчет характеристик

нагнетателей.

К нагнетателям могут быть применены законы теории подобия, однако они могут быть применены только к геометрически подобным нагнетателям, работающим в подобных гидродинамических режимах.

Сам себе нагнетатель всегда подобен (масштаб геометрического подобия равен 1), поэтому, когда рассматриваются два режима одного и того же нагнетателя, вопрос о геометрическом подобии выполняется автоматически.

Гидродинамическое подобие двух режимов нагнетателей означает, что все силы, действующие на поток, соотносятся в одно и то же число раз, называемое масштабом силового подобия, а соответственные углы векторов сил равны. Это возможно в том случае, когда поток натекает на лопатки рабочих колес нагнетателей под одним и тем же углом. Фактически гидродинамическое подобие двух режимов означает геометрическое подобие планов скоростей в рабочих колесах нагнетателей.

(1.33)

где F, G, R, S - некие силы, действующие на поток в рабочей полости нагнетателей; α, β, γ - углы направления векторов сил; К_с - масштаб силового подобия.

Учитывая, что масштаб подобия может быть любым, для каждого режима нагнетателя существует бесчисленное множество подобных режимов.

Для параметров нагнетателей, работающих в подобных режимах, справедливы определенные соотношения, называемые формулами подобия. Они позволяют, зная параметры в неком исходном режиме "а", вычислить предполагаемые значения тех же параметров для некого подобного режима "б". Приведем формулы подобия без вывода:

(1.34)

(1.35)

(1.36)

где D - диаметры рабочих колес нагнетателей; n - скорости вращения рабочих колес нагнетателей; ρ - плотности перемещаемых сред; η₀, η_г, η - соответственно объемный, гидравлический и полный коэффициенты полезного действия нагнетателей.

Формула (1.36) получается простым перемножением формул (1.34) и (1.35).

Отношение КПД для подобных режимов близко к 1. Хотя известно, что чем больше размер нагнетателя, тем выше его КПД, однако достоверно предсказать этот рост крайне трудно, и в практических расчетах предполагают равенство КПД, то есть принимают .

1.3 Области применения различных нагнетателей

Нагнетатели различных типов находят широкое применение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха гражданских, общественных и промышленных зданий, в системах тепло-, газо- и водоснабжения, в различных теплоэнергетических установках, в химической, добывающей, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

Наибольшее применение получили радиальные (центробежные) нагнетатели со спиральным кожухом общего и специального назначения. Используемые в качестве насосов, они могут создавать напор до 3500 м и более и иметь подачу до 100 000 м³/ч в одном агрегате; при использовании в качестве вентиляторов их подача достигает до 1 000 000 м³/ч в одном агрегате.

В системах теплоснабжения центробежные насосы применяют для подачи сетевой воды.

В теплоэнергетических установках (рисунок 1.2) центробежные насосы применяют для питания котлоагрегатов, а также подачи конденсата в системе регенеративного подогрева питательной воды и циркуляционной воды в конденсаторы турбин. Их применяют также в системах гидрозолоудаления.

1-котлоагрегат; 2-дымовая труба; 3-дымосос; 4-мокрый золоуловитель;

5-багерный насос; 6 - дутьевой вентилятор; 7 - пылеугольные мельницы;

8 - приточный вентилятор; 9 - питательный насос; 10- сетевой насос;

11 - конденсатные насосы; 12 - конденсатор; 13 - циркуляционный насос;

14 - электрическое распределительное устройство; 15 - электрический

генератор; 16 - турбина; 17 - вытяжной вентилятор; 18- деаэратор

Рисунок 1.2 Схема тепловой электрической станции

Большинство приточно-вытяжных установок гражданских, общественных и промышленных зданий оснащено радиальными вентиляторами низкого и среднего давления.

Радиальные вентиляторы являются неотъемлемой частью котлоагрегатов тепловых электрических станций и крупных котельных. Для отсасывания дымовых газов из топок котельных агрегатов применяют дымососы. Для подачи воздуха в топки котлоагрегатов предназначены дутьевые вентиляторы. При сжигании в топках котлоагрегатов неагрессивной угольной пыли ее пневматическая транспортировка осуществляется мельничными вентиляторами.

Малогабаритные радиальные вентиляторы с диаметрами рабочих колес менее 200 мм в последние годы все шире используют для практического решения задач современной техники. Они применяются для создания микроклимата в ограниченном пространстве, охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, обслуживания портативных фильтров и других целей.

Радиальные вентиляторы среднего и высокого давления широко применяются в системах пневмотранспорта деревообрабатывающих, металлургических, машиностроительных и других предприятий.

Специфические особенности технологического процесса ряда производств обусловили появление радиальных вентиляторов, выполненных из нержавеющей стали, из алюминиевых сплавов с повышенной защитой от ценообразования, из титановых сплавов, пластмассы и т.д.

Осевые нагнетатели широко применяются как в качестве вентиляторов, так и в качестве насосов. Осевые вентиляторы используются в установках местного проветривания для вентиляции отдельных горных выработок, стволов и участков шахтной вентиляционной сети; для проветривания станций и перегонных тоннелей метрополитена; в вентиляторных градирнях тепловых электростанций и др. В последние годы в связи с увеличением мощностей паровых турбин циркуляционная вода в конденсаторы турбин подается быстроходными осевыми насосами.

Прямоточные радиальные вентиляторы используют в установках с ограниченными размерами. Представляется, что такие вентиляторы найдут применение в кондиционерах (исходя из их компоновочных возможностей и организации потоков).

Смерчевые вентиляторы целесообразно применять для перемещения среды, которую нельзя подвергать механическому повреждению, а также для пневматического транспортирования материалов, вызывающих большой износ лопаток и дисков рабочих колес.

Дисковые вентиляторы благодаря своей малошумности устанавливаются в местных кондиционерах для вентиляции помещений, где недопустим шум, и в других специальных установках. Разработаны конструкции дисковых насосов, обладающих высокими антикавитационными качествами.

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора при малой подаче. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.

Диаметральные вентиляторы благодаря их конструктивным особенностям начинают широко использоваться в системах вентиляции и кондиционирования воздуха кабин самоходных сельскохозяйственных машин, в лазерных технологических установках, в электротермическом оборудовании, в бытовых установках и т.п.

Поршневые насосы применяются для питания паровых котлоагрегатов малой паропроизводительности и в качестве дозаторов реагентов для поддержания требуемого качества питательной и котловой воды крупных котлоагрегатов. На тепловых электростанциях поршневые компрессоры служат для обдува поверхностей нагрева котельных агрегатов с целью их очистки от летучих золы и сажи, а также для снабжения сжатым воздухом пневматического инструмента.

Роторные нагнетатели применяются на электростанциях в системах смазки и регулирования турбин (шестеренные насосы), часто используются в качестве компрессоров.

Струйные нагнетатели получили широкое применение во многих отраслях народного хозяйства: в промышленной теплоэнергетике; в теплофикационных установках - в качестве элеваторов на вводах теплосети в здания; в системах вентиляции цехов химических предприятий, взрыво- и пожароопасных помещений - в качестве эжекторов в вытяжных установках; в холодильных установках и для питания паровых котлов в передвижных паросиловых установках - в качестве инжекторов; в установках пневмо- и гидротранспорта, водоснабжения и др.

Применение газлифтов целесообразно в случае подачи агрессивных жидкостей на небольшую высоту. Такие случаи встречаются в химической и пищевой отраслях промышленности. Газлифты иногда применяют на тепловых электростанциях для подъема воды из буровых скважин основного или резервного хозяйственного водоснабжения.

Центробежные компрессоры являются основным видом компрессорных машин в химическом и металлургическом производствах. Эти машины получают распространение в системах магистрального газоснабжения.

Компрессоры используются практически во всех отраслях народного хозяйства. Сжатый воздух как энергоноситель применяется в различных пневматических устройствах на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах, в горнодобывающей и нефтяной промышленности, при производстве строительных и ремонтных работ. Компрессоры необходимы в газовой промышленности при добыче, транспортировке и использовании природных и искусственных газов.

В установках умеренного и глубокого холода, а также в газотурбинных установках компрессоры являются органической частью, в значительной степени, определяющей экономичность агрегатов.