Тема 9. Нагнетательные машины
1. Виды и классификация нагнетателей
2. Применение нагнетательных машин
3. Рабочие параметры нагнетательных машин
4. Основы теории центробежных нагнетателей
5. Действительные характеристики центробежного нагнетателя при постоянной частоте вращения
6. Подобие центробежных машин. Формулы пропорциональности
7. Регулирование подачи центробежных нагнетателей
8. Сводные графики полей (зон) рабочих характеристик нагнетателей
9.
Параллельное и последовательное
соединения
нагнетателей
10. Центробежные насосы
11. Центробежные вентиляторы
12. Центробежные компрессоры
13. Поршневые насосы
14. Поршневые компрессоры
15. Газокомпрессорные станции 59
15.1. Назначение и описание компрессорной станции
15.2. Компоновка газоперекачивающих агрегатов на станции 62
15.3. Нагнетатели природного газа. 64
15.4. Электроснабжение газотурбинных КС и ГПА 65
15.5. Обслуживание агрегата и систем КС в процессе работы 67
15.6. Система маслоснабжения КС и ГПА, маслоочистительные
машины и аппараты воздушного охлаждения масла 69
15.7. Устройство и работа системы управления 75
15.8. Работа ПЭВМ АРМ ОПЕРАТОРА 78
16. Насосная станция перекачки нефти 81
17. Подбор насосного оборудования и режимы его работы 88
18. Насосное оборудование западных фирм 100
19. Анализ и сравнение регулируемых электроприводов 103
1. Виды и классификация нагнетателей
Нагнетателями называются машины, служащие для перемещения жидкости и газов и повышения их потенциальной и кинетической энергии.
Известно, что большинство современных технологических процессов связано с перемещением потоков жидких и газообразных сред, и поэтому нагнетатели имеют очень широкое применение во всех отраслях промышленности, сельском и коммунальном хозяйствах.
В зависимости от вида перемещаемого рабочего тела нагнетательные машины подразделяются на две большие группы: насосы — машины, подающие жидкости; вентиляторы и компрессоры — машины, подающие воздух и технические газы.
Вентилятор — машина, перемещающая газовую среду при степени повышения давления ер < 1,15 (степень повышения давления ер — отношение давления газовой среды на выходе из машины к давлению ее на входе).
Компрессор — машина, сжимающая газ с ер » 1,15 и имеющая искусственное (обычно водяное) охлаждение полостей, в которых происходит сжатие газов.
Согласно ГОСТ 17398—72 нагнетатели (насосы) подразделяются на две основные группы: насосы динамические и объемные.
В динамических нагнетателях передача энергии жидкости или газу происходит путем работы массовых сил потока в полости, постоянно соединенной с входом и выходом нагнетателя.
В объемных нагнетателях повышение энергии рабочего тела (жидкости или газа) достигается силовым воздействием твердых тел, например поршней в поршневых машинах в рабочем пространстве цилиндра, периодически соединяемым при помощи клапанов с входом и выходом нагнетателя.
Рис. 1. Классификация нагнетателей
Классификация нагнетателей производится также по конструктивным признакам, давлению, развиваемому машиной, назначению в технологическом процессе.
Н
а
рис. 1 представлена классификация
нагнетателей по принципу
действия и конструктивным признакам.
Рис. .2. Центробежный нагнетатель:
1 — корпус; 2 — трубопровод; 3 — напорный патрубок; 4 —лопатки; 5 — патрубок
На рис. 1.2 приведена схема динамического центробежного нагнетателя. Рабочее колесо, снабженное изогнутыми лопаткам 4, вращается двигателем, расположенным в корпусе 1. Рабочее тело (жидкость или газ), входящее в центральную полость колеса через патрубок 5, заполняет весь корпус и линейные каналы колеса между лопатками 4. При вращении рабочего колеса под действием центробежных сил масса рабочего тела, находящегося и этих каналах, повышает энергию потока и выбрасывается потоком в спиральный канал, охватывающий рабочее колесо. Далее поток поступает в напорный парубок 3 и трубопровод 2.
Процесс всасывания и подачи в таких нагнетателях происходит непрерывно и равномерно (при постоянной скорости вращения рабочего колеса).
Д
ля
подачи жидкостей и газов применяются
также динамическиелопастные
нагнетатели осевого типа (рис. 3).
Нагнетатель состоит из колеса с
рабочими лопастями 4,
насаженными
под определенным углом на ступицу
колеса с обтекателем 1,
корпуса
2
и
спрямляющего
лопаточного аппарата 5, неподвижно
закрепленного в
корпусе.
При вращении колеса лопатки передают
энергию рабочему
телу и перемещают рабочее тело (патрубок
3
—
всасывающий,
патрубок 6
—
напорный).
Рис. 3. Осевой нагнетатель: 1— обтекатель; 2 — корпус; 3 —всасывающий патрубок; 4 — лопасти; 5 — лопаточный аппарат;6 — напорный патрубок
На рис. 4 показана схема вихревого нагнетателя. В корпусе 4 концентрично располагается колесо с плоскими радиальными лопатками 3. Рабочее тело поступает через всасывающий патрубок в кольцевой канал 2, увлекается лопатками 3, совершая сложное вихревое движение и повышая энергию, выходит через напорный патрубок 1 в трубопровод.
Схема простейшего объемного нагнетателя-насоса приведена на рис.5. Цилиндр 3 и клапанная коробка 7 плотно соединены в единый блок. В коробке размешены всасывающий 5 и напорный 2 клапаны. Поршень 4, двигаясь возвратно-поступательно, производит всасывание и подачу.
Ускорение поршня, двигающегося синусоидально, вызывает появление инерционных сил, влияющих на прочность ходовой системы нагнетателя и вызывающих разрывы сплошности потока. Это ограничивает допустимую скорость вращения кривошипного вала. Поэтому применяются объемные нагнетатели роторного типа, допускающие прямое соединение с высокоскоростными двигателями.
Рис. 6 дает представление об устройстве и принципе действия пластинчатого роторного нагнетателя. Массивный ротор 2 с радиальными прорезями помещен эксцентрично в корпус 1. В прорези вставлены прямоугольные стальные пластинки 7, свободно отжимаемые до упора в корпус центробежными силами. При вращении ротора двигателем рабочее тело будет всасываться через пат рубок 5 и подаваться через полости переменного сечения 6 и 3 в напорный патрубок 4 трубопроводной системы. Нагнетатель реверсивен: при изменении направления вращения ротора нагнетатель меняет направление потока рабочего тела.
Для перемещения жидкостей и газов в промышленных и лабораторных установках находят применение струйные нагнетатели (рис. 7). Поток рабочей жидкости выходит с высокой скороcтью через суживающееся сопло 1 в камеру 2, где устанавливается низкое давление. Под влиянием разности давлений на поверхности жидкости и в камере происходит подъем жидкости по трубе 5 и смешение ее с рабочей жидкостью, выбрасываемой из сопла. Смесь жидкостей — рабочей и поднимаемой по трубе 5— транспортируется через диффузор 3 и напорную трубу 4 на высоту Нг.
Рис. 4. Вихревой нагнетатель:
1— напорный патрубок; 2 — кольцевой канал; 3 — лопатки; 4 — корпус
Р
ис.
5. Поршневой нагнетатель:
1— нагнетательный трубопровод; 2 — напорный клапан; 3 — цилиндр; 4~ поршень; 5— всасывающий клапан; 6— всасывающий трубопровод; 7 — клапанная коробка
Рис. 6. Роторный нагнетатель:
1 — корпус; 2 — ротор; 3, 6 -полости переменного сечения; 4— напорный патрубок; 5— всасывающий патрубок; 7 — подвижные
пластинки
Рис. 7. Струйный нагнетатель: 1— сопло; 2 — камера; 3 — диффузор;
4 — напорная труба; 5— труба
В системах промышленного водоснабжения, нефтедобычи, сельском и коммунальном хозяйствах применяются нагнетатели особого типа — эрлифты и газлифты, использующие для подъема жидкостей сжатый воздух или газ (рис. 8). Подъемники такого типа применяются для подъема воды и нефти из глубоких буровых скважин.
В обсадную трубу 1 опущена подъемная труба 2. Воздух или технический газ поступает из компрессора К по воздухопроводу (показанному пунктирной линией) в нижний конец подъемной трубы через барботажное устройство. Здесь образуется пузырьковая смесь воздуха или газа с жидкостью. Плотность этой смеси меньше плотности чистой жидкости в обсадной трубе.
По закону сообщающихся сосудов столб жидкости высотой Н, в обсадной трубе вытесняет столб смеси в подъемной трубе на высоту Н2. При ударе об отбойный конус 4 воздух (газ) из смеси удаляется, жидкость собирается в резервуаре 3 и направляется насосами в трубопроводную систему.