Глава 1. Классификация нагнетателей и область их применения

1.1.Классификация нагнетателей

Насосы и вентиляторы относятся к классу гидравлических машин. Гидравлическая машина – это устройство, преобразующее механическую работу твердого тела в энергию потока жидкости или наоборот. Гидравлическая машина, в которой механическая энергия жидкости преобразуется в механическую работу (вращение вала, возвратно-поступательное движение поршня и т.д.), называется турбиной или гидродвигателем. Гидравлическая машина, в которой механическая работа преобразуется в механическую энергию жидкости, называется нагнетателем. В зависимости от рода перемещаемой среды нагнетатели подразделяются на насосы и воздуходувные машины.

Насос – это устройство, предназначенное для перемещения капельной жидкости.

Воздуходувные машины служат для перемещения воздуха и других газов. В зависимости от степени сжатия перемещаемой среды воздуходувные машины подразделяются на вентиляторы, воздуходувки (газодувки) и компрессоры.

Вентилятор – воздуходувная машина, предназначенная для подачи воздуха или другого газа под давлением до 15 кПа.

Компрессор – воздуходувная машина, предназначенная для сжатия и подачи воздуха или другого газа под давлением не ниже 0,2 МПа.

Применяемая в конкретном случае конструкция нагнетателя зависит от типа и свойств перемещаемой среды (газ, чистая жидкость, агрессивная жидкость, сжиженный газ, среда, загрязненная твердыми примесями, и т.д.), а также ее температуры, требуемого давления, условий эксплуатации. Поэтому названия многих нагнетателей установлены на основе их назначения (конденсатные насосы, дымососы, пылевые вентиляторы и т.д.).

По конструкции нагнетатели подразделяются на объемные и динамические.

Объемные нагнетатели работают по принципу вытеснения. Сжатие перемещаемой среды происходит за счет движения твердого рабочего тела, совершающего возвратно-поступательное движение (диафрагменные, поршневые нагнетатели) или вращательное движение (роторные нагнетатели).

В динамических нагнетателях перемещение производится за счет работы сил трения (нагнетатели трения: вихревые, дисковые, струйные и др.) или за счет вращения колеса с профилированными лопатками (лопастные нагнетатели: центробежные, осевые и др.).

1.2. Основные параметры работы нагнетателей

Работа нагнетателей характеризуется рядом параметров, из которых основными являются: подача (производительность), напор H, давление P, потребляемая мощность N, коэффициент полезного действия (КПД) η

Подача (производительность). В практике применяются понятия: объемная L и массовая G подача. Объем жидкости, подаваемой нагнетателем в единицу времени (м³/ч, л/с), называется объемной подачей.

Масса жидкости, подаваемая нагнетателем в единицу времени (кг/ч, кг/с), называется массовой подачей G=ρL, где ρ– плотность перемещаемой среды, кг/м³.

При отсутствии утечек массовая подача одинакова для всех сечений проточной части машины. Объемная подача практически одинакова по всей длине проточной полости только в насосах и приблизительно одинакова в вентиляторах. В компрессорах, вследствие существенного сжатия перемещаемой среды, объемная подача по длине проточной части уменьшается. Поэтому объемную подачу компрессоров исчисляют при так называемых нормальных условиях: температура Т=293 К, давление Р=100 кПа, ρ=1,2 кг/м³.

Напор.Работу, совершаемую рабочим органом насоса, принято относить к весу жидкости, проходящей через насос. Эта величина называется напором H и измеряется в метрах водяного столба (м вод.ст.). Иными словами, напор –это энергия, сообщенная единице веса жидкости, прошедшей через насос:

, (1.1)

где C₂ , C₁ – скорость жидкости, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м²/с;

Z₂ , Z₁ – высота уровня, м;

Pст₂ – статическое давление на выходе из насоса, Па;

Pст₁ – статическое давление на входе в насос, Па;

γ – удельный вес, Н/м³

Давление. Работу, совершаемую рабочим органом газодувной машины (вентиляторы, компрессоры) принято относить к объему газа, прошедшего через машину. В этом случае уравнение (1.1) принимает следующий вид:

(1.2)

Произведение H называется давлением и представляет собой энергию, сообщенную единице объема газа, прошедшего через нагнетатель. Так как Z значительно меньше остальных слагаемых в выражении (1.2), то можно получить следующую формулу для давления:

. (1.3)

Мощность. Мощностью называется энергия, сообщаемая или затрачиваемая в единицу времени. Работа, сообщаемая нагнетателем в секунду подаваемой среде, называется полезной мощностью. Для насоса

. (1.4)

Для воздуходувной машины

. (1.5)

Вследствие потерь энергии в приводе и системе передачи электродвигателя, мощность на валу нагнетателя

, (1.6)

где N_э – мощность электродвигателя, кВт;

_э – КПД привода;

_пер – КПД передачи.

В свою очередь, вследствие потерь энергии в нагнетателе, полезная мощность нагнетателя будет меньше мощности на валу:

, (1.7)

где _н – КПД нагнетателя.

КПД нагнетателя. Потери энергии в нагнетателях подразделяются на гидравлические, объемные и механические.

Механическими потерями называются потери мощности на трение в рабочем органе нагнетателя N. Механический КПД

. (1.8)

Объемные потери L возникают вследствие утечек жидкости через уплотнения в нагнетателе и перетоков из областей высокого давления в области низких давлений. Объемный КПД:

. (1.9)

Гидравлический КПД учитывает гидравлические потери энергии P_г внутри нагнетателя:

(1.10)

КПД нагнетателя равен произведению этих трех КПД:

. (1.11)

Для оценки энергетической эффективности системы элетродвигатель-нагнетатель применяется КПД установки:

. (1.12)

Энергетическая эффективность применения нагнетателей в инженерных системах зависит от степени рациональности этих систем, методов регулирования подачи перемещаемой среды, качества монтажа и эксплуатации.