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

при одновременных изменениях (колебаниях) числа оборотов на­ гнетателей и сопротивлений сети (рис. IV.24,в).

Если сеть имеет небольшую емкость жидкости, то изменение расхода в сети равно изменению производительности нагнетателя.

меньшем (по сравнению с произЁодительностью нагнетателя) рас­ ходе через сеть производительность начинает уменьшаться, так как противодавление в сети увеличивается. Графически этому соответ­ ствует плавное перемещение рабочей точки по характеристике на­ гнетателя влево (из точки а в сторону точки б на рис. ІѴ.25).

После того, как рабочая точка достигнет на гребне седловины характеристики наибольшей величины давления (точка б), проти­ водавление сети превысит наибольшее в этом квадранте давление нагнетателя и жидкость, изменив направление своего движения, устремится обратно через нагнетатель.

Графически этому будет соответствовать окачок рабочей точки из первого квадранта характеристики во второй (из точки б в точ­ ку в), где давление может быть большим.

Вследствие обратного вытекания жидкости через нагнетатель противодавление в сети будет понижаться. После того момента, когда рабочая точка достигает наименьшего давления (точка г), давление нагнетателя превзойдет противодавление сети, и жид­ кость устремится обратно в сеть. Графически этому будет соответ­ ствовать скачок рабочей точки из второго квадранта характеристи­ ки в первый (из точки &в точку а). После этого процесс возобнов­ ляется.

90

Достаточно наглядно представление- о помпаже можно полу­ чить при наполнении газом с помощью , вентилятора какой-либо упругой оболочки (например, резинового баллона). В первый мо­ мент наполнения противодавление оболочки будет небольшим, а производительность вентилятора значительной. Постепенно обо­ лочка будет наполняться, растягиваться, а производительность ввиду упругости стенок оболочки и увеличения противодавления — уменьшаться. Затем, если характеристика вентилятора имеет сед­ ловину, часть воздуха из оболочки будет сброшена через вентиля­

нулевой производительности. В связи с этим при меньшем, чем про­ изводительность вентилятора, расходе жидкости через сеть увели­ чение противодавления будет соответствовать непрерывному уменьшению производительности до нулевой, после чего подача воздуха в баллон прекратится. Помпаж можно наблюдать при ра­ боте насоса (с седлообразной характеристикой), накачивающего воду в вертикальный трубопровод. После достижения определен­ ного уровня воды, соответствующего наибольшему давлению насо­ са по характеристике, произойдет сброс части воды обратно через насос (при отсутствии обратного клапана), затем накачивание на­ чинается снова и т. д.

Чтобы обеспечить устойчивость работы нагнетателей и предот­ вратить помпаж, стремятся конструировать насосы и турбокомп­ рессоры таким образом, чтобы характеристика их была непрерыв­ но падающей. Для вентиляторов в большинстве случаев соблю­ дать указанные условия нет необходимости.

§ IV.5. РЕГУЛИРОВКА РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

Регулировать работу нагнетателей можно качественным мето­ дом— изменением характеристики нагнетателя (рис. IV.27, а) или количественным — изменением характеристики сети (рис. IV.27,б).

Производительность лопаточных нагнетателей можно регули­ ровать и тем и другим методом, тогда как производительность объ­ емных нагнетателей количественным. , методом регулировать

91

уменьшить полезный расход через сеть обратным перепуском на­ гнетаемой жидкости во всасывающую линию или сбросом ее на­ ружу.

Количественный метод, заключающийся в анализе увеличенно­ го сопротивления сети при помощи задвижки или дросселя, весьма

аппаратов. При изменении угловой скорости меняются характери­ стика нагнетателя и его производительность.

В последние годы подавляющее большинство нагнетателей при-, водят в действие электрическими двигателями переменного тока, угловая скорость которых зависит от частоты тока и числа пар по­ люсов магнитной системы. Более распространены двигатели с 720, 960, 1440 и 2880 об/мин, причем с изменением нагрузки число обо­ ротов меняется незначительно. Существуют электродвигатели, да­ ющие возможность переключать число пар полюсов — так назы­ ваемые многоскоростные (преимущественно двухскоростные), позволяющие скачкообразно менять число оборотов (2880, 1440, 960 об/мин и т. д.). Однако последние типы электродвигателей по­ ка мало распространены. Возможна также регулировка изменени­ ем чистоты тока.

При непосредственном соединении электродвигателей перемен* ного тока с нагнетателями (более целесообразном по соображени­ ям надежности эксплуатации, уменьшению шума, габаритов уста­ новки, а также предотвращению потери мощности в передаче) регулировка изменением угловой скорости затруднена. Угловую скорость электродвигателей постоянного тока небольших мощно­ стей весьма просто и экономично регулируют реостатами. Одна­ ко постоянный ток для силовых целей применяют редко.

При наличии промежуточной передачи, которая на основе ска­ занного выше менее желательна, угловая скорость нагнетателя регулируется изменением передаточного числа. При часто приме­ няемой ременной передаче угловую скорость регулируют измене­ нием диаметра шкивов.

92

В случае использования специальных клиновидных ремней можно применять разжимной шкив, после изменения диаметра ко­ торого меняется и передаточное число. Использовать такие вариа­ торы целесообразно для вентиляторных и насосных установок, применяемых в сантехнике. Еще более перспективно применение гидравлических и электромагнитных муфт.

Геометрические параметры нагнетателя изменяют самыми раз­ нообразными способами. У осевых нагнетателей для этого пово­ рачивают лопатки или изменяют их число; диаметр литого колеса центробежного насоса можно уменьшить проточкой. У поршневых нагнетателей изменяют величину хода поршня, объем вредного пространства, а у пластинчатых — величину эксцентриситета. Поршневые нагнетатели можно регулировать также отжимом вса­ сывающих клапанов, вследствие чего невозможно полностью или частично произвести сжатие и выталкивание.

Весьма простым, но неэкономичным способом регулировки вся­ ких нагнетателей является перепуск нагнетаемой жидкости поми­ мо сети обратно во всасывающую линию.

В последнее время для качественной регулировки центробеж­ ных нагнетателей с большим успехом используют устанавливае­

отметить, что при таком способе уменьшения производительности

и /а' = 15 000 кГ/м2. В этих условиях мощность будет равна

,6,6-15 000

—3600 -102-0,6 ~ 0,5 квт'

что составляет лишь 30% от принятой ранее.

93

Экономия мощности получается за счет того, что отсутствуют потери дав­ ления в дросселе величиной 44 000—15 000= 29 000 кГІм2.

Приведенный пример свидетельствует о неэкономичности дрос­ селирования.

р п

§ІѴ.6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТАНОВОЧНОЙ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ

КНАГНЕТАТЕЛЯМ

Мощность двигателя, соединенного с нагнетателем, передается перемещаемой жидкости, а также частично расходуется на пре­ одоление потерь внутри нагнетателя (гидравлических, тепловых) и на перетекание через зазор. Кроме того, мощность расходуется на трение колеса о жидкость (нулевая или паразитная мощность) и на преодоление механических потерь (трение в приводе от на­

гнетателя к двигателю, в подшипниках).

Полезную мощность насосов и вентиляторов, как уже указы­ валось, определяют по формуле

где р — выражено в кГ/м2, L — в м3/сек, а N — в кет.

Гидравлическая мощность, т. е. передаваемая жидкости и из-за несовершенства процесса частично расходуемая на гидравлические потери и на перетекание через зазор, составляет .

А^ — А^лол + ААпот+ А/заз — |'о2 ѵ)Л'

94

Мощность на колесе насоса или вентилятора, т. е. без учета механических потерь, требуется большая вследствие трения дисков о жидкость (нулевой мощности)

N= N b + N » = m

Вслучае, если жидкость засорена механическими примесями,

Lp 71 — 102N •

В зависимости от способа соединения напнетателей с двигате­ лями необходимо учесть дополнительные потери мощности.

Мощность на валу насоса или вентилятора, т. е. мощность с учетом потерь в подшипниках, определяют по формуле

Lp

102т)7|в'

где т)в = 0,95 -т-0,97 в зависимости от типа, числа и состояния под­ шипников.

Мощность на валу двигателя, т. е. мощность с учетом потерь в передаче, будет равна

п1 0 2 ирівііп ’

где для клиноременной передачи т]п=0,9-ь 0.95.

Для передач иного типа (фрикционных, зубчатых и др.) при­ меняют иные значения т)п, принимаемые по соответствующим спра­ вочникам.

Если насос или вентилятор соединяют с двигателем на одном

В действительности при работе насосов и вентиляторов в сети, как уже говорилось, в результате неточности расчетов, отступле­ ний от проекта при монтаже, несоответствия оборудования, негер-

95

метичности .сети и многих других причин мощность может отли­ чаться от расчетной.

Ввиду практической невозможности и нецелесообразности уче­ та всех указанных влияний порознь, рекомендуется принимать расчетную мощность с запасом

N n

Lpn

102т]7]вТ|п ’

где к — коэффициент запаса мощности.

Вследствие того что мощность центробежных насосов и венти­ ляторов с лопатками, загнутыми вперед, заметно меняется с изме­ нением их производительности, рекомендуется для них принимать к= 1,1 -н 1,15. Для центробежных насосов и вентиляторов с лопат­ ками, загнутыми назад, и для осевых насосов и вентиляторов, мощ­ ность которых мало меняется при изменении производительности, следует принимать к= 1,05-*-1,1.

После определения мощности подбирают соответствующие по типу двигатели, у которых установочная мощность на валу долж­ на быть ближайшей большей к подсчитанной:

Ny > У Ѵ Р .

Часто при определении установочной мощности электродвига­ телей принимают дополнительный запас в зависимости от абсо­ лютных значений мощности. Однако этот запас оправдан только для электродвигателей мощностью до 0,5 кет.

Заметим, что для привода нагнетателей в подавляющем боль­ шинстве случаев применяют электродвигатели. В отдельных слу­

Мощность для компрессоров и струйных аппаратов определя­ ют несколько иначе, о чем будет сказано дальше.

§ ІѴ.7. ПОДБОР НАГНЕТАТЕЛЕЙ

Главной целью подбора нагнетателя является правильный вы­ бор его типа и размера, обеспечивающих наиболее экономичную работу.

В § 1.3 приведена классификация нагнетателей и характерные особенности каждого типа. Лопаточные нагнетатели особенно удобно классифицировать по удельному числу оборотов. Установ­ лено, например, что при Пу >80-^100 более целесообразно исполь­ зовать осевые вентиляторы, так как центробежные при этом рабо­

с т]<0,7 (по отношению к мощности на колесе, т. е. без учета ме­ ханических потерь) считается неудовлетворительной.

96

При подборе нагнетателей всегда необходимо помнить, что да­ же при незначительном увеличении к. п.д. удорожание самого нагнетателя и его монтажа быстро компенсируется при эксплуа­ тации за счет экономии на электроэнергии.

В некоторых случаях, как будет показано ниже, при рассмот­ рении конструкций и особенностей работы различных нагнетате­ лей главными целями подбора являются обеспечение компактно­ сти, возможности непосредственного соединения с электродвига­ телем, бесшумности, устойчивости работы нагнетателя и т. д. Для обеспечения устойчивости работы, например, лопаточные машины, особенно насосы, следует выбирать с крутопадающими характе­ ристиками, а для устранения осевого давления — с двойным вса­ сыванием.

Определение для заданного нагнетателя по его характеристике необходимой угловой скорости и мощности не вызывает затруд­ нений. При рассмотрении характеристик нагнетателей мы уже ка­ сались весьма простой и наглядной методики такого определения.

При подборе многих типов нагнетателей приходится пользо­ ваться не характеристиками, а таблицами опытных данных. Это в первую очередь, относится к насосам. Обычно в таблицах для насосов данного типа и размера при нескольких значениях дав­ лений указывают соответствующую производительность, угловую скорость и иногда мощность или к. п. д.

При подборе насосов следовало бы эти данные вместе с харак­ теристикой сети наносить на специально составляемый для этого график, чтобы можно было более наглядно и точно с применени­ ем метода наложения характеристик выполнять необходимую ин­ терполяцию.

Пример. Требуется определить угловую скорость и мощность насоса при его

для системы центрального водяного отопления. В этом случае можно восполь­ зоваться для подбора насоса соответствующими формулами пересчета. Для этой цели в таблице подбираем ближайшие к заданным производительности и напо­ ру большие или меньшие их значения. Например, Z-i=20 м3/ч и Н\=6 м вод. ст. при П| = 1100 об/мин.

Далее из формулы і : / . і = л : л і и условия обеспечения заданной производи­ тельности L определяем число оборотов п:

п — 1100 -go* - 825 об/мин,

аиз выражения

иусловия обеспечения заданного напора Н определяем п'і

Г л а в а V

КОНСТРУКЦИИ НАГНЕТАТЕЛЕЙ И ОСОБЕННОСТИ ИХ ЭКСПЛУАТАЦИИ

А.НАСОСЫ

§Ѵ.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О НАСОСАХ

Кроме воды, насосы могут перемещать нефть, бензин, керосин, жидкие масла, смесь жидкостей с твердыми телами — пульпу (на­ пример, в канализации) и т. п.

Перемещаемые насосами капельные жидкости, в отличие от газов, практически несжимаемы, они обладают несравненно боль­ шей плотностью, большей вязкостью и некоторыми другими фи­ зическими особенностями.

Из-за этих физических особенностей капельных жидкостей на­ сосы для их перекачки имеют ряд конструктивных и эксплуатаци­ онных особенностей. Например, для обеспечения большей прочно­

геометрического давления, потери давления во всасывающем тру­ бопроводе и динамического давления при входе в насос.

Это суммарное давление (разряжение), называемое вакуумметрическим, показывает вакуумметр, устанавливаемый перед входом в насос. В практике использования насосов давление при­ нято выражать уравновешивающими высотами водяного столба — напорами.

* Гидротараны, эрлифты (мамут-насосы), монжусы, паровые пульсометры, насосы Гемфри, цепные и некоторые другие специальные насосы, как практиче­ ски не применяемые в установках теплогазоснабжения и вентиляции, в этом курсе не рассматриваются.

Черпальные и фрикционные механизмы, обычно перемещающие жидкости при атмосферном давлении, не являются нагнетателями и также здесь не рас­ сматриваются.

99