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

Объемный вес сухих газов можно определить из характеристи­ ческого уравнения

-?г = ЯГ,

откуда

Т — R r

где р —давление; у — объемный вес; R — газовая постоянная;

Т— абсолютная температура.

Вобщем случае, когда изменяются р и Т, а R остается посто­ янной, из характеристического уравнения следует, что

В случае изменения состояния газа при постоянной темпера­ туре (7'=const)

т. е. объемный вес изменяется прямо пропорционально давлению. При постоянном давлении (p = const) и переменной темпера­

т. е. объемный вес изменяется обратно пропорционально абсолют­ ной температуре.

Объемный вес газов в весьма малой степени зависит от их влажности. При увеличении относительной влажности атмосфер­ ного воздуха с 0,5 до 1 (т. е. до полного насыщения водяными па­ рами) плотность при обычной температуре уменьшается не более чем на 0,5%. Поэтому относительную влажность в пересчетах обычно не учитывают. Относительной влажностью можно назвать отношение веса содержащихся водяных паров к весу их при насы­ щении данного объема или отношение соответствующих парциаль­ ных давлений.

Окружающий землю атмосферный воздух представляет собой смесь различных газов, а также водяных паров и твердых при­ месей (пыли).

Воздух по весу состоит примерно из 78% азота и 21% кисло­ рода при незначительных примесях водорода, углекислоты, арго­ на, гелия и некоторых других газов. Такой воздух при относитель­ ной влажности сро=0,5, температуре /о=20°С и барометрическом давлении ßo = 760 мм рт. ст. называют стандартным. Объемный

10

нагнетателей. При установившемся движении и неизменном объ­ емном весе уравнение расхода (рис. 1.1) имеет вид

где для соответствующих сечений: Pcr — статическое давление;

zy — весовое давление (z — высота, отсчитываемая от услов­

трех упомянутых-'давлений.

Весовое давление можно исключить, когда канал расположен горизонтально (z\= z2) или объемный вес окружающей жидкости не отличается от объемного веса движущейся по каналу жидкости (например, в вентиляционных установках). В этом случае урав­ нение Д. Бернулли получает упрощенный вид:

Perl + 2 ^ V *= P QT2 + 2 7 ®3 + АР-

12

В соответствии с принятой размерностью параметров {g в м/сек2, г в м, V в м/сек и у в кГ/м3) размерность рст, f^-zr и &Р будет вы­

ражена в кГ/м2.

Высокие давления принято измерять в технических атмосферах. Давление можно отсчитывать от абсолютного вакуума, тогда оно измеряется в абсолютных атмосферах (ата), и от атмосферного давления, тогда оно измеряется в избыточных атмосферах (ати).

В насосных установках напоры обычно измеряют в метрах во­ дяного столба (м вод. ст.), а в вентиляторных установках — в мил­ лиметрах {мм вод. ст.).

' Давление в 1 кГ/м2 уравновешивается напором в 1 мм вод. ст., а 1 техническая атмосфера (1 кГ/см2=Ю000 кГ/м2) уравновеши­ вается столбом ртути (при объемном весе ее 13 600 кг/м3) высотой Н —р/у—10 000 : 13 600= 0,736 м рт. ст.=736 мм рт. ст. Техническая атмосфера (736 мм рт. ст.) меньше нормальной физической (760 мм рт. ст.).

Последний член уравнения Д. Бернулли Ар, как указывалось, представляет собой потерю полного давления на пути движения потока жидкости между выбранными сечениями. Эту потерю дав­ ления, складывающуюся из потерь давления на трение и в мест­ ных сопротивлениях, можно для каждого участка канала (трубо­ провода) определить по формуле

где К— коэффициент сопротивления трению, зависящий от ре­ жима движения и шероховатости стенок (для стальных трубопроводов ориентировочно Х«0,02);

I— длина участка;

d — диаметр поперечного сечения (для некруглых каналов размеры поперечных сечений а и б приводят к эквива­ лентным диаметрам по соответствующим формулам; для прямоугольных сечений, например,

13

S? — сумма коэффициентов местных сопротивлений, завися­ щих главным образом от геометрических параметров, значения их принимаются по справочникам;

2 ^- V2 — динамическое давление жидкости, протекающей через данное поперечное сечение.

§ 1.4. СХЕМЫ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ ТИПОВ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

СХЕМЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

1. Поршневые нагнетатели. Поршневой нагнетатель в простей­ шем виде (рис. 1.2) представляет собой расположенный в цилинд­ рическом кожухе поршень, при движении которого в одну сторону жидкость через всасывающий клапан

-поступает в рабочую камеру, а при движении в другую сжимается и за­

соединения с электродвигателями, наличие клапанов, неравномер­ ность подачи (толчками), вызывающая вибрацию, и сложность регулировки.

Поршневые нагнетатели используют в качестве насосов и комп­ рессоров.

2. Зубчатые нагнетатели. Такой нагнетатель (рис. 1.3) состоит из пары сцепленных между собой шестерен, расположенных в от­ крытом с двух сторон кожухе, с минимальным зазором между зубьями и кожухом. Зубья при вращении захватывают жидкость и без сжатия переносят ее со стороны всасывания в сторону нагне­ тания, причем перенос в обратную сторону практически невозмо­ жен ввиду плотного сцепления зубьев.

Зубчатые нагнетатели конструктивно очень просты, не имеют

ность и более низкий к. п.д. по сравнению с поршневыми нагнета­ телями. Это объясняется потерями через торцовые зазоры и тре­ нием при сцеплении шестерен. Зубчатые нагнетатели используют преимущественно в качестве насосов, причем особенно успешно — для перекачки вязких жидкостей (например, масла).

3. Пластинчатые нагнетатели. Пластинчатый, или ротационный, нагнетатель в простейшем виде (рис. 1.4) представляет собой экс-

14

\

центрично расположенный в цилиндрическом кожухе ротор, в па­ зах которого находятся пластины, выскальзывающие при его вра­ щении. Пластины вследствие уменьшения пространства между ни­ ми и стенками кожуха сжимают засасываемую через отверстие

жидкость и выталкивают ее через другое отверстие в сеть. Прин­ цип действия на жидкость в поршневом и пластинчатом нагнета­ телях сходен, но в первом случае поршень движется поступатель­ но, а во втором — происходит более удобное для привода нагнета­ теля вращательное движение ротора.

Обычно пластинчатые нагнетатели используют как компрессо­ ры, но в специальном исполнении, при котором переносимая жид­ кость между пластинами не сжимается, а также в качестве на­ сосов.

4. Струйный нагнетатель. Такой тип нагнетателя (рис. 1.5) в принципе представляет собой выведенное в трубопровод сопло, через которое с большой скоростью поступает рабочая жидкость. В процессе турбулентного перемешивания струй происходит обмен количеств движения между частицами жидкости, обладающими различными скоростями, благодаря чему в кольцевой зазор между соплом и камерой смешивания устремляется подсасываемая жид­ кость. Конструкция струйного нагнетателя весьма проста, но к. п. д. его невысок.

Струйные нагнетатели используют для отсоса различных жид­ костей- и газов, причем в качестве рабочей среды используют газ, пар и воду, в соответствии с чем их называют эжекторами, инжек­ торами и элеваторами.

5. Центробежный нагнетатель (рис. 1.6) представляет собой лопаточное колесо, расположенное в спиральном кожухе. При вра­ щении колеса жидкость, поступившая в осевом направлении через всасывающее отверстие, отклоняется от этого направления на 90°

15

толчков, подачу; их можно непосредственно соединить с электро­ двигателями и легко регулировать. Производительность центро­ бежных (и осевых) нагнетателей, в отличие от поршневых и пла­ стинчатых, в большей мере зависит от давления.

и вентиляторов, а также компрессоров, причем в последнем слу­

При вращении колеса начинается дви­ жение жидкости, направленное по оси вращения. Осевой нагнетатель по сравнению с центробежным может

иметь более высокий к. п.д., он обладает реверсивностью, т. е. спо­ собностью изменять направление подачи при изменении направле­ ния вращения, более компактен, но давление создается более низ­ кое, так как в нем не используются центробеж­ ные силы.

Осевые нагнетатели применяют в качестве

собой лопаточное колесо, напоминающее центро­ бежное, но располагаемое в кожухе эксцентрич­ но. Жидкость поступает к лопаточному колесу

16

Насосы обычно бывают поршневыми, осевыми и вихревыми; вентиляторы—центробежными и осевыми; компрессоры — порш­ невыми, зубчатыми, пластинчатыми, струйными, центробежными и осевыми.

Конструктивные и классификационные признаки, характеризу­ ющие отдельные типы нагнетателей, указаны ниже в соответству­ ющих разделах.

§ 1.5 УДЕЛЬНОЕ ЧИСЛО ОБОРОТОВ, ИЛИ БЫСТРОХОДНОСТЬ

Лопаточные нагнетатели (центробежные, осевые и вихревые), а также турбины можно классифицировать по значению удельного числа оборотов, которое называют также быстроходностью. При оптимальном режиме* удельное число оборотов определяют в за­ висимости от производительности (L м3/сек), давления (р кГ/м2), угловой скорости (п об/мин) и объемного веса жидкости (у кГ/м3) по формуле

L ^ n

/

где с — числовой коэффициент пропорциональности; g — ускорение силы тяжести, м/сек2.

На стр. 67 дан вывод этой формулы и показано, что геомет­ рически подобные нагнетатели вне зависимости их от абсолютных размеров, угловой скорости и объемного веса перемещаемой жид­ кости имеют одинаковое удельное число оборотов, т. е. величина быстроходности их определяет тип нагнетателя.

Два нагнетателя называют геометрически подобными, или однотипными, ес­ ли все проточные размеры (диаметр входа, ширина колеса, раскрытие, ширина спирального кожуха и т. д.) одного из них можно получить путем умножения на одно и то же число соответствующих размеров другого нагнетателя. Напри­ мер, у вентилятора № 4 диаметр колеса вдвое больше, чем у вентилятора № 2. Если, как это часто делается, выразить все размеры нагнетателя в долях от диаметра колеса, то получатся величины, одинаковые для всех нагнетателей данного типа.

I1/2«

Отсюда следует, что пуд представляет собой число оборотов такого нагнетателя данного типа, который при оптимальном режи­ ме подает 1 м3 жидкости в 1 сек, развивая указанное давление р.

* Оптимальным называется режим, при котором к. п. д. имеет максимальное значение.

18

Важно отметить, что типом нагнетателя однозначно определя­ ется значение яуд, но эта величина еще не определяет тип нагне­ тателя. Например, для одинаковых значений яуд можно выпол­ нить центробежный нагнетатель с лопатками, загнутыми как назад, так и вперед.

Осевые нагнетатели по сравнению с центробежными развивают при прочих равных условиях меньшее давление (знаменатель в формуле меньше), вследствие чего присущие им значения удель­ ного числа оборотов более высокие. Для центробежных нагнетате­ лей с относительно большими проходными сечениями, обеспечива­ ющими при прочих равных условиях большую производительность (числитель в формуле больше), значения удельного числа оборо­ тов тоже большие.

Осевые нагнетатели с большим числом лопаток (рис. 1.10), что обеспечивает и большее давление (знаменатель в формуле боль­ ше), имеют меньшие значения удельного числа оборотов.

Рис. 1.10

Применение критерия яуд облегчает подбор и расчет нагнета­ телей; он входит в обозначение промышленных серий нагнетате­ лей. Например, в индекс насосов серии К (см. приложение I); последняя цифра показывает значение удельного числа оборотов, деленного на 10.

19