9430

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В.И. Бодров, А.В. Кубарев, С.С. Козлов

НАСОСЫ, ВЕНТИЛЯТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Тепловые двигатели и

нагнетатели» для обучающихся по направлению подготовки 13.03.01.

Теплоэнергетика и теплотехника

Нижний Новгород

2016

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

В.И. Бодров, А.В. Кубарев, С.С. Козлов

НАСОСЫ ВЕНТИЛЯТОРЫ КОМПРЕССОРЫ

Учебно-методическое пособие по подготовке к лекциям по дисциплине «Тепловые двигатели и

нагнетатели» для обучающихся по направлению подготовки 13.03.01.

Теплоэнергетика и теплотехника

Нижний Новгород ННГАСУ

2016

УДК 621.221

Бодров В.И. Насосы, вентиляторы и компрессоры. [Электронный ресурс]: учеб. - метод. пос. / В.И. Бодров, А.В. Кубарев, С.С. Козлов; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун - т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – 205 с; электрон. опт. диск (CD-RW)

Ключевые слова: насосы, вентиляторы, компрессоры

Приведены теоретические и практические материалы по дисциплине «Тепловые двигатели и нагнетатели» на основе современных достижений

отечественной и мировой практики в области обеспечения микроклимата в зданиях различного назначения

Предназначено обучающимся в ННГАСУ для подготовки к лекциям по направлению подготовки 13.03.01. Теплоэнергетика и теплотехника

©В.И. Бодров, А.В. Кубарев,С.С. Козлов, 2016

©ННГАСУ, 2016.

3

От авторов

Учебное пособие “ Насосы, вентиляторы и компрессоры ”написано в соот- ветствии с государственным образовательным стандартом. Наряду со студен- тами и специалистами по теплогазоснабжению и вентиляции в учебном посо- бии необходимые сведения по гидравлическим машинам могут получить спе- циалисты смежных специальностей.

Задача учебного пособия заключается в представлении в как можно более доступном виде:

−общих сведений о гидравлических машинах, включающих свойства жид- костей и газов, классификацию и область применения нагнетателей;

−теорию и элементы расчетов гидравлических машин, в том числе основ- ные сведения по гидроаэродинамике, по особенностям работы лопастных колес нагнетателей, по основным закономерностям расчета лопастных, поршневых и струйных гидравлических машин;

−особенности работы гидравлических машин в сети, причем особый упор сделан на эксплуатационные параметры, включающие применение способа на- ложения характеристик различных видов нагнетателей и сети, совместной па- раллельной и последовательной работы нагнетателей, регулированию произво- дительности насосов и вентиляторов;

−конструкций радиальных (центробежных), осевых, диаметральных, струйных, поршневых гидравлических машин;

−сведений по основным техническим характеристикам компрессоров, применяемых в настоящее время в холодильной технике, являющейся неотъем- лемой частью систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

При изложении материала и в процессе написания учебного пособия авто- ры опирались на превосходный как с методической и познавательной, так и по лаконичности, четкости, технической грамотности изложения материала точек зрения учебник талантливого ученого и практика, обладающего уникальными универсальными знаниями к.т.н., профессора Михаила Федоровича Бромлея

4

“Гидравлические машины и холодильные установки” (М.: Стройиздат, 1971). Необходимость написания учебного пособия вызвана появлением на оте-

чественном рынке новых типов вентиляторов, насосов, компрессоров как рос- сийского. так и зарубежного производства. Внешне привлекательные каталоги нового оборудования очень часто не дают (а в некоторых случаях сознательно скрывают) четкого представления о конкретных технических характеристиках произведенных гидравлических машин, об особенностях их работы в сети, о надежности эксплуатации, о методах подбора и т.п. Одной из задач данного учебного пособия является привлечение внимания потребителей к установле- нию и выявлению перечисленных выше характеристик и режимах работ нагне- тателей в конкретной сети.

5

Введение

Развитие различных отраслей промышленности, расширение объемов строительства, создание благоприятных условий для жизни людей, высоко-

производительного труда во многом зависят от эффективности работы систем тепло- и холодоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Общим для этих систем является наличие в них машин, предназначенных для переме- щения рабочей среды. В системах вентиляции и кондиционирования воздуха такой средой является воздух; в системах газоснабжения, в котельный установ-

ках − смесь различных газов; в системах тепло- и водоснабжения − вода.

Название самих машин: насос, вентилятор, воздуходувка, компрессор − определяется как видом перемещаемой среды, так и создаваемым ими давлени- ем. Эти машины вместе с гидравлическими двигателями и гидропередачами со- ставляют класс гидравлических машин.

История существования гидравлических машин насчитывает несколько тысячелетий. Первый насос был поршневым, появился, по-видимому, за не- сколько веков до нашей эры в странах древней культуры. Изобретение этого насоса связано с созданием водоподъемных устройств. Изобретение центро- бежного насоса приписывается итальянцу Д. Жордану, давшему первый рису- нок такого насоса. Одной из первых удачных конструкций центробежного на- соса является насос французского физика Д. Палена, предложенный им в 1689 г. для откачки грунтовых вод.

ВРоссии внедрение насосов в промышленность непосредственно связано с развитием горнорудного дела. В XVIII веке К. Д. Фролов и другие мастера гор-

ного дела применяли установки с поршневыми насосами для откачки воды из шахт. Источником двигательной силы здесь была энергия воды (диаметр коле- са приводной машины составлял 16...19 м).

В1738 г. Д. Бернулли вывел основополагающее уравнение движения жид- кости, которое носит его имя. В 1750 г. Л. Эйлер впервые математически обос- новал рабочий процесс, происходящий в центробежном насосе и реактивной

6

турбине, и дал основное уравнение рабочего процесса турбомашин. Классиче- ская схема одноколесного центробежного насоса, применяющегося в различ- ных модификациях и поныне, была предложена американцем Андревсом в 1818 г. и значительно улучшена им же в 1846 г. Исследования Андревса привели к созданию многоступенчатого центробежного насоса, запатентованного в 1851 г.

Блестящее развитие теоретических основ механики в 19 в., позволивших ближе подойти к решению практических задач движения реальных жидкостей, связано с трудами О. Коши, Г. Гельмгольца, Г. Кирхгофа, Дж. Г. Стокса, Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыгина, Г. Хагена, Ж. Л. Пуазейля, О. Рейнольдса, Л. Прандтля.

Примерно с начала 20-х годов XX века изменилось само назначение насо- сов. Если первоначально они предназначались только для подъема воды, то с этого времени они все шире применяются для перемещения жидкостей с раз- личными температурами, вязкостью и концентрацией взвешенных частиц, а также химических жидкостей с различными степенью агрессивности. В 1924 г. вышла в свет книга немецкого гидравлика К. Пфлейдерера “Центробежные на- сосы”, оказавшая значительное влияние на развитие теории центробежных на- сосов и методов их расчета.

Машины для перемещения воздуха и газов появились значительно позже насосов. Изобретателем воздушного поршневого нагнетателя (прототипа со- временных компрессоров с одной ступенью сжатия) считается немецкий физик О. Герике (1640 г.). Во второй половине XVIII века в Англии Вилькинсон запа- тентовал двухцилиндровый поршневой компрессор, и в это же время Д. Уатт изготовил воздуходувную машину с паровым приводом.

Изобретение центробежного вентилятора принадлежит генерал-лейтенанту корпуса горных инженеров А. А. Саблукову (1832 г.). Им же была предложена передовая по тому времени методика расчета таких вентиляторов. В дальней- шем А. А. Саблуков усовершенствовал свой вентилятор (“воздушный насос”), представлявший собой цилиндрический кожух с двухсторонним всасыванием,

7

внутри которого располагалось колесо с четырьмя прямыми лопатками. При ручном приводе (два человека) подавалось до 2000 м3/ч воздуха. В 1834 г. такие вентиляторы были успешно применены на морских судах, а в 1835 г. − для про- ветривания Чагирского рудника на Алтае. Вентиляторы системы А. А. Саблу- кова нашли широкое распространение в России и за границей.

В1892 г. француз П. Мортье изобрел диаметральный вентилятор. Некото- рое время вентиляторы Мортье использовались в качестве шахтных вентилято- ров, однако затем они были заменены радиальными (центробежными) вентиля- торами, имеющими более высокий кпд. В настоящее время большую работу по

созданию совершенных конструкций диаметральных вентиляторов проводит Центральный аэрогидродинамический институт им. Н. Е. Жуковского (ЦАГИ).

Развитие вентиляторостроения шло параллельно с развитием турбомаши- ностроения. Теория и расчет осевых вентиляторов приняли современный вид только после создания Н. Е. Жуковским вихревой теории крыла (1906 г.). При-

оритет в разработке современных теорий расчета вентиляторов принадлежит советским ученым. В результате работ ЦАГИ в 1926...1930 гг. впервые были предложены физически обоснованные теории осевых и радиальных вентилято- ров. Это позволило сконструировать машины, далеко превосходящие по своим аэродинамическим и конструктивным данным созданные в этой области за ру- бежом. В 1930...1933 гг. В. И. Поликовским был разработан эмпирический ме- тод расчета радиальных вентиляторов, основанный на результатах аэродинами- ческих испытаний значительной серии машин. Большой вклад в разработку теории и практики вентиляторостроения внесли отечественные ученые И. В Брусиловский, А. Г. Бычков, М. Я. Гембаржевский, М. П. Калинушкин, И. О. Керстен, А. Г. Коровкин, Т. С. Соломахова и др.

Внастоящее время решение многих социальных задач, направленных на создание благоприятных условий работы и проживания людей, невозможно без увеличения номенклатуры и улучшения качества всех видов нагнетателей. В последние годы широкое применение получили нагнетатели как отечественно- го, так и импортного производства таких известных мировых производителей

8

как GRUNFOS, DANFOS. Использование высококачественного оборудования позволяет сократить сроки и повысить качество монтажных работ, увеличить надежность, долговечность и экономичность систем теплоснабжения, холодо- снабжения, газоснабжения, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.

9

Основные условные обозначения

b, D - ширина и диаметр рабочего колеса лопастного нагнетателя, м;

D, d - диаметр трубопровода, воздуховода, м;

F – площадь, м2 ;

G – массовый расход, кг/c; кг/ч;

g – ускорение силы тяжести, м/с2 ;

Н - напор, м;

L - расход; производительность вентилятора, м3 / ч, м3 / с; m – масса, кг;

N – мощность, Вт, кВт;

ра ,р( рп ), pд , pcт - абсолютное, полное, динамическое и статическое давления соответственно, кг/м2 , Па;

рс - потери давления в сети, кг/м2 , Па; Q - расход; подача насоса, м3 / ч, м3 / с;

R - газовая постоянная, кг×м/кг×К; удельные потери на трение, кг/м2 1м.п, Па/м;

T – абсолютная температура, К; t – температура, оС;

V - объем, м3;

v – удельный объем, м3/кг; скорость м/с;

γ - удельный вес, кг/м3;

ξ,, λ - коэффициенты местных сопротивлений и трения по длине трубопроводов;

ν - кинематический коэффициент вязкости, м2 /с;

ρ - массовая плотность, кг×с2 /м4 ;

Ψ - коэффициент давления.