2302

В. Д. Г а л д и н

ВЕНТИЛЯТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ

Учебное пособие

Омск - 2007

0

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

В. Д. Г а л д и н

ВЕНТИЛЯТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ

Учебное пособие

Омск Издательство СибАДИ

2007

1

УДК 621.51 ББК 31.39 Г 15

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.И. Гриценко (ОмГТУ), канд. техн. наук, доц. П.А. Лисин (ОмГАУ)

Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для специальности 290107 "Теплогазоснабжение и вентиляция".

Г.15. Галдин В.Д. Вентиляторы и компрессоры: Учебное пособие. Омск:

Изд-во СибАДИ, 2007. 105 с.

ISBN 978-5-93204-351-6

Рассмотрены принцип работы и конструкции осевых и центробежных вентиляторов. Приведены примеры построения аэродинамических характеристик вентилятора и сети. Описана совместная работа вентиляторов в сети. Рассмотрены конструктивные особенности компрессоров объемного и динамического действия. Выполнен термодинамический анализ процессов сжатия.

Пособие предназначено для студентов специальности 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция", а также специалистов, работающих в области создания установок газоснабжения.

Табл. 6. Ил. 61. Библиогр.: 19 назв.

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………...………………………….. 4

1.Вентиляторы ………...……………………………………………………….….. 7

1.1.Радиальные вентиляторы………………… ………………….……………. 8

1.2.Осевые вентиляторы ………………………………………………………. 16

1.3.Сравнение осевых и радиальных вентиляторов …………..…...…………. 22

1.4.Звуко- и шумоизоляция……………... …………………………………..... 22

1.5.Крышные вентиляторы…………………....…………………………….…. 23

1.6.Аэродинамические характеристики вентиляторов……………...………. 24

1.7.Совместная работа вентиляторов в сети…………………………………....26

1.8.Примеры построения характеристик вентилятора и сети……………….. 29

2.Компрессоры…………………………………………………………………… 38

2.1.Поршневые компрессоры…...……………………………………….…….. 38

2.2.Роторные компрессоры..………………………………………………….. 60

2.3.Компрессоры динамического действия ..………………………………... 69

2.3.1.Центробежные компрессоры……………………………………..…...70

2.3.2.Нагнетатели природного газа……………………………………..…..79

2.3.3.Осевые компрессоры………………………………………..…………86

Приложения ……………………………………………………………………….. 91 Библиографический список …………………………………………………….105

3

ВВЕДЕНИЕ

Классификация газодувных машин. Вентиляторами и компрес-

сорами называют газодувные машины для перемещения воздуха и газа. Они потребляют энергию от привода (например, электродвигателя) и сообщают ее рабочему веществу – воздуху (газу). Эта энергия вызывает движение газа в трубопроводах, причем полный запас энергии газа после газодувной машины больше, чем до нее. Давление газа за газодувной машиной больше, чем перед ней.

Принципиальная схема газодувной установки представлена на рис. 1. Двигатель 1 приводит в движение рабочий орган газодувной машины 2. Газ поступает в машину через всасывающий трубопровод 3 с давлением рН и скоростью сН . В газодувной машине газу сообщается энергия, и в напорном трубопроводе 4 давление рК больше начального.

разно газодувные машины разделять на две группы:

вентиляторы, характеризующиеся отношением давления К < 1,1;

компрессоры, у которых К > 1,1.

Поскольку в вентиляторах можно пренебречь изменением плотности газа, теория вентиляторов и насосов должна быть единой.

Следует сказать, что вентиляторы для перемещения дымовых газов называются дымососами, а компрессоры, создающие разряжения, –

вакуум-насосами.

По принципу действия газодувные машины можно разделить на три группы: поршневые, лопастные, ротационные.

Поршневые машины. Схема поршневого компрессора показана на рис. 2. При движении поршня 1 из крайнего левого положения вправо

4

за счет разряжения открывается всасывающий клапан 2 и газ поступает в цилиндр 3. Нагнетательный клапан в это время закрыт (прижат к седлу избыточным давлением в нагнетательной линии). Обратное движение вызывает возрастание давления, вследствие чего всасывающий клапан закрывается и открывается нагнетательный клапан, газ из цилиндра поступает в напорную линию 4.

возвратно-поступательное

поршня;прерывная подача газа.

Возвратно-поступательное движение связано с появлением больших сил инерции, что вынуждает ограничивать среднюю скорость движения поршня. Для поршневых компрессоров – обычно не более

5 м/с.

Лопастные машины. К лопастным относятся осевые и радиальные (центробежные) машины. В качестве примеров на рис. 3, а приведена схема радиального вентилятора, а на рис. 3, б – осевого вентилятора.

сывающее отверстие; 2 – вал; 3 – лопастное колесо; 4 – спиральный кожух; 5 – нагнетательное отверстие; 6 – цилиндрический кожух

В радиальном вентиляторе (см. рис. 3, а) воздух через входной патрубок 1 поступает на лопатки рабочего колеса 2, которые сообщают воздуху энергию, а затем – в спиральную камеру и далее в

5

напорный воздуховод. В осевом вентиляторе простейшей схемы (см. рис. 3, б) воздух поступает на рабочие лопатки, а затем – в напорную линию.

Лопастные машины характеризуются:

вращательным движением рабочего органа (рабочего колеса), причем отсутствует трение рабочего колеса о корпус;

энергия газу сообщается за счет изменения количества движения под воздействием лопастей;

подача газа непрерывная и равномерная.

Вращательное движение рабочего колеса с отсутствием трения о корпус позволяет применять большие окружные скорости, доходящие в осерадиальных колесах до 400 500 м/с.

Кроме того, возникающие на лопастях силы, а следовательно, и сообщенная газу энергия пропорциональны квадрату окружной скорости. Следовательно, большие давления могут быть достигнуты либо при очень больших окружных скоростях, либо путем увеличения числа ступеней. Известны, например, осевые компрессоры с числом ступеней z = 15 20 при отношении давлений К = 5 7. Большие осевые скорости потока в осевых машинах обуславливают большие подачи их, в то время как подача поршневых компрессоров из-за малых скоростей движения поршня обычно не превышает 3 м/с.

Ротационные машины сочетают некоторые особенности поршневых и лопаточных машин и образуют большую группу машин, существенно отличающихся по конструктивному выполнению.

Области применения газодувных машин. Вентиляторы широко применяются для проветривания шахт, рудников, общественных зданий, производственных помещений, для подачи воздуха в топки котлов и т.д. И хотя потребляемая отдельным вентилятором мощность невелика, на вентиляторы и дымососы в России идет около 8 % всей вырабатываемой электроэнергии.

Не менее широкое применение и компрессоров. Ни один машиностроительный завод не обходится без компрессорной станции, подающей сжатый воздух для привода пневматического инструмента, формовочной машины, воздушных молотов. Сжатый воздух и сжатые газы необходимы в химической, металлургической и других отраслях промышленности. За последние годы центробежные компрессоры широко используются для подачи природного газа.

6

где В – плотность наружного воздуха; Г – средняя плотность перемещаемого газа, кг/м3; zВ и zА – геометрические отметки сечений сбрасывания и приема газа.

Мощность вентилятора

pV Ne 1000 e .

1.1.Радиальные вентиляторы

Врадиальном вентиляторе воздух поступает через входное отверстие, которое всегда имеет круглую форму, и выходит через выходное отверстие, имеющее квадратную или прямоугольную форму.

Зазор между колесом и входным патрубком не должен быть больше 1 % диаметра колеса. При больших зазорах работа вентилятора резко ухудшается из-за увеличения протечек.

Кожухи вентиляторов изготавливаются из листовой стали сварными или клепаными. В малых вентиляторах кожухи крепят к станине, в больших – на специальных опорах. Станины отливаются из чугуна или сваривают из листовой и угловой стали. На станинах в подшипниках устанавливают валы.

Радиальные вентиляторы классифицируются [5]:

по создаваемому давлению:

низкого давления, до 1000 Па;

среднего давления, до 3000 Па;

высокого давления, свыше 3000 Па.

Следует отметить, что вентиляторы низкого давления при увеличении числа оборотов могут развивать среднее давление, следовательно, классификация по этому признаку является условной.

по назначению:

а) общего назначения – для перемещения чистого воздуха и неагрессивных газов при температуре до 180 0С и воздуха, содержащего пыль в количестве не более 150 мг/м3; такие вентиляторы применяют в системах вентиляции, воздушного отопления и для производственных целей;

б) для технологических нужд при перемещении агрессивных сред

– винипластовые, во взрывобезопасном исполнении – алюминиевые; пылевые – для перемещения воздуха, засоренного механическими примесями, и пневматического транспортирования материалов;

8

в) дымососы – для перемещения дымовых газов (применяются в тяговых установках котельных).

по направлению вращения рабочего колеса:

правого вращения – если колесо вращается по часовой стреле (со стороны станины);

левого вращения, если колесо вращается против часовой стрел-

ки.

по расположению выходного отверстия: верхнее типа В; правое –

П; левое – Л; нижнее – Н. Возможны промежуточные положения выходного отверстия (под углом к горизонтали в 450.

по способу привода: на ременной передаче и на одном валу с двигателем.

а

г

Рис. 5. Кожухи и рабочие колеса радиальных вентиляторов: а низкого давления с числом лопастей 12, 24, 36 или 48; б среднего давления с числом лопастей 12 или 24; в пылевого с 6 лопастями; г высокого давления

9