Литерутура с портала (нагнеталка) / Лекция 7

ТЕМА 7 ПЕРЕМЕЩЕНИЕ И СЖАТИЕ ГАЗОВ

7.1. Общие сведения.

7.2. Перемещение газов

7.2.1. Центробежные вентиляторы

7.2.2. Осевые вентиляторы

7.1. Общие сведения.

Процесс сжатия паров является основополагающим процессом при производстве искусственного холода. Без перемещения газов не обходится ни одна система аспирации и кондиционирования воздуха. В пищевой промышленности сжатые газы используются для работы пневматических инструментов и исполнительных механизмов, их используют для перемещения и транспортировки различных материалов и жидкостей.

Устройства для сжатия (компрессирования) паров или газов до давлений выше атмосферного называют компрессорными машинами. В основу дальнейшей классификации положено давление развиваемое устройствами. Так если устройство создает давление 0,3 МПа и выше оно относится к компрессорам. Воздуходувки создают давление от 0,11 до 0,3 МПа, а вентиляторы– до 0,15 МПа. Устройства всасывающие газы для создания разряжения т.е. давления ниже атмосферного, сжимающие эти газы до давления чуть выше атмосферного и выбрасывающие эти газы в атмосферу называются вакуум– насосами.

Кроме этого компрессорные машины, работающие с газами, характеризуются и степенью сжатия, отношением давления на выходе из устройства р₂ к давлению на входе р₁. Так для вентиляторов , они предназначены для перемещения больших количеств газа. Газодувки предназначены для перемещения газов по газопроводам с относительно большим сопротивлением для них . Компрессоры имеют степень сжатия и предназначены для создания высоких давлений.

По принципу действия все компрессорные машины (вентиляторы, газодувки и компрессоры) также как и насосы делят на два класса: динамические и объемные. Однако принцип действия компрессорных машин несколько отличается от принципа действия насосов. Это отличие обусловлено тем, что пары и газы существенно уменьшают свой объем при сжатии, в то время как жидкости являются мало сжимаемыми средами. При любом способе сжатия газов должна производиться внешняя работа против сил препятствующих повышению давления газа т.е. процесс сжатия требует затрат энергии, подводимой из вне. Во всех случаях газу сообщается определенное количество потенциальной (давления) и кинетической энергии.

В одних машинах газу сообщается преимущественно потенциальная энергия (давление) путем сжатия его поршнем с возвратно – поступательным движением (поршневые компрессоры), либо при вращательном (ротационные компрессоры), в других – преимущественно кинетическая энергия, преобразуется затем в энергию давления (центробежные, осевые, струйные компрессоры).

7.2. Перемещение газов

Вентиляторы – устройства для перемещения газов при давлении до 12 кПа. По конструктивному признаку вентиляторы делят на: центробежные, осевые, диагональные и диаметральные. Схемы основных типов вентиляторов представлены на рисунке 7.1. Все они относятся к устройствам динамического типа, вносящие энергию в поток газа при его взаимодействии с лопастями рабочего колеса вентилятора.

А) б) в)

Рисунок 7.1 – Схемы радиального а), осевого б) и диаметрального вентиляторов.

1 – рабочее колесо; 2 – кожух; 3 – патрубок; 4 – направляющий аппарат; 5 – обтекатель; А и С – зоны входа и выхода воздуха; В – зона воздуха внутри рабочего колеса

Полное давление, развиваемое вентилятором представляет собою сумму статического давления р_ст и динамического или скоростного р_ск . Статическое давление равно потерям в воздуховодах и аппаратах, через которые движется газ во всасывающей и нагнетательной линиях. Динамическое давление определяется по скорости газа в нагнетательном патрубке вентилятора:

(7.1)

Таким образом полное давление, развиваемое вентилятором:

(7.2)

Вентиляторы также как и насосы, имеют рабочие характеристики, выражающие зависимость давления, мощности и КПД от объемной производительности при постоянном числе оборотов (n=const) и постоянной плотности газа (ρ=const). Характеристики устанавливают опытным путем, причем результаты испытаний обычно относят к постоянной плотности воздуха ρ₀=1,2 кг/м³ т.к. вентиляторы рассчитывают на стандартные условия. ( р_а=760 мм рт. ст.; t=20°C; φ=50%).Поэтому при перемещении вентилятором другого газа либо воздуха при отличных от указанных параметров состояния напор вентилятора Н и развиваемую мощность рассчитывают по следующим соотношениям:

; (7.3)

Производительность вентиляторов характеризует количество воздуха проходящего через вентилятор при заданных условиях входа:

(7.4)

где опытный коэффициент производительности, зависящий от аэродинамических и конструктивных особенностей вентилятора. Его значение колеблется в пределах от 0,01 до 0,09; окружная скорость газового потока при сходе с рабочего колеса. ; наружный диаметр рабочего колеса.

Для вентиляторов его технические показатели: производительность , развиваемый напор, давление ( ) и полезная мощность ( ) в зависимости от числа оборотов выражаются через законы пропорциональности, а именно:

; ; (7.5)

Рабочий режим вентилятора определяется по его рабочей точке – точке пересечения его характеристики с напорной характеристикой воздуховода (рисунок 4.2). Регулирование производительности вентиляторов проводят изменением сопротивления воздуховода с помощью заслонки поворотной или шиберной, а также в последнее время начали применять регулирование производительности изменением частоты вращения вала электродвигателя.

7.2.1. Центробежные вентиляторы

Центробежные вентиляторы условно делят на три группы по величине развиваемого давления. Первая группа - вентиляторы низкого давления (p<10³Н/м²), вторая – группа вентиляторы среднего давления (10³ < p < 3·10³Н/м²), третья – вентиляторы высокого давления (p =3·10³÷10⁴Н/м²).

В спиралеобразном корпусе вентилятора 8 (рисунок 7.2) вращается рабочее колесо 9 в виде барабана с большим количеством лопаток 2. Отношение ширины лопатки к ее длине зависит от развиваемого давления и является наименьшим для вентиляторов высокого давления. Газ поступает в вентилятор по центральному патрубку 1 и покидает вентилятор по тангенциально расположенному нагнетательному патрубку 4.

Рисунок 7.2 – Схема и общий вид центробежного вентилятора.

1 – входной патрубок вентилятора; 2 – лопатки рабочего колеса; 3 – порог; 4 – нагнетательный патрубок; 5 – посадочная втулка рабочего колеса; 6 – вал привода; 7 – ведущий диск рабочего колеса; 8 – серповидный канал вентилятора; 9 – ведомый диск рабочего колеса.

Лопатки вентилятора обычно выполняют загнутыми вперед (угол , см рисунок 7.3), или загнутыми назад ( ) по направлению вращения колеса. При лопатках, загнутых вперед, заданный напор получают при меньшей окружной скорости колеса, соответственно при меньшем его диаметре чем при лопатках, загнутых назад.

При полный теоретический напор складывается из одинаковых скоростных и потенциальных напоров т.е. кинетическая и потенциальная энергии распределяются поровну. При уменьшении угла полный теоретический напор падает, но доля в нем статического напора растет. Для вентиляторов высокого давления выгоднее применять рабочие колеса с лопатками, загнутыми назад, такие колеса создают наибольший статический напор или развивают максимальное давление. Таким образом рабочие колеса с лопатками, загнутыми вперед, применяются в вентиляторах низкого и среднего давления. Где необходима значительная производительность, а развиваемое давление играет меньшую роль.

Рисунок 7.3 – Треугольники скоростей для различных типов лопаток

а – лопатки отогнуты в сторону вращения ( ); б – радиальные лопатки ( ); в – лопатки загнуты в сторону вращения ( ).

7.2.2. Осевые вентиляторы

Для подачи больших объемов газа при малых напорах нашли применение осевые вентиляторы, состоящие из корпуса 1(рисунок 7.4) и рабочего колеса на ступице которого закреплены лопасти 2 (с числом лопастей от 2 до 16).

Рисунок 7.4 – Схема и общий вид осевого вентилятора

1 – корпус; 2 – ступица рабочего колеса; 3 – лопасти колеса; 4 – электродвигатель; 5 – опорная конструкция под электродвигатель; 6 – рама вентилятора.

При вращении колеса газ поступает в корпус по оси вентилятора. Под воздействием лопаток приобретает кинетическую энергию и покидает корпус вентилятора. На ступице 2 лопатки установлены под углом относительно оси и имеют форму, напоминающую по профилю лопасть винта самолета.

К числу достоинств осевых вентиляторов относится прямоточное движение газа вдоль оси вентилятора, отсутствие резкого изменения направления потока, компактность и реверсивность. Коэффициент полезного действия этих вентиляторов выше, чем у центробежных.

Подобно осевым насосам осевые вентиляторы имеют широкую область не устойчивой работы, круто падающую нисходящую ветвь напорной характеристики (рисунок 5.2а) и кривой зависимости КПД от производительности и напора (рисунок 5.2б).