Лекция 1
Нагнетателями называются машины, служащие для перемещения жидкостей и газов и повышения их потенциальной и кинетической энергии.
В зависимости от вида перемещаемого рабочего тела нагнетатели разделяются на две группы: насосы - машины, подающие жидкости; вентиляторы и компрессоры - машины, подающие воздух и технические газы.
Насос – машина, служащая для перемещения жидкостей, а также увеличения их потенциальной энергии (давления).
Вентилятор – машина, служащая для перемещения газов.
Компрессор – машина, служащая для повышения потенциальной энергии газов (давления).
Общие сведения и основные понятия о нагнетателях
1.1. Основные типы и классификация нагнетателей
Нагнетатели можно классифицировать по различным признакам: по конструкции, способу действия, развиваемому давлению, роду перемещаемой среды, назначению в технологическом процессе. В пределах каждой классификационной группы нагнетатели могут подразделяться по вторичным признакам.
По способу действия нагнетатели подразделяются на две основные группы: динамические и объемные.
Динамическим нагнетателем будем называть машину, повышающую энергию жидкости или газа путем использования работы массовых сил потока в полости, постоянно соединенной с входом и выходом нагнетателя.
В объемных нагнетателях повышение энергии рабочего тела достигается силовым воздействием твердых рабочих тел, например поршней в поршневых машинах, в рабочем пространстве цилиндра, периодически соединяемом при помощи клапанов со входом или выходом нагнетателя.
Нагнетатели динамические:
-
для
жидкости
-лопастные насосы
-центробежные насосы
-осевые насосы
-вихревые насосы
-для газов
-лопастные компрессоры
-осевые вентиляторы
-центробежные вентиляторы
-центробежные компрессоры
-осевые компрессоры
-струйные компрессоры
-эжекторы
Нагнетатели объемные
-для жидкости
-поршневые насосы
-роторные насосы
-для газов
-поршневые компрессоры
-роторные компрессоры
На рис. 1.1 приведена схема динамического центробежного нагнетателя. Рабочее колесо, снабженное изогнутыми лопатками 1, вращается двигателем, расположенным в корпусе 2. Рабочее тело (жидкость, газ), входящее в центральную полость колеса через патрубок 3, заполняет весь корпус и криволинейные каналы колеса между лопатками 1. При вращении рабочего колеса под действием центробежных сил масса рабочего тела, находящегося в этих каналах, повышает энергию потока и выбрасывается потоком в спиральный канал, охватывающий рабочее колесо. Далее поток поступает в напорный патрубок 4 и трубопровод 5.
Процесс всасывания и подачи в таких нагнетателях происходит непрерывно и равномерно (при постоянстве скорости вращения рабочего колеса).
Для подачи жидкостей и газов находят применение динамические лопастные нагнетатели осевого типа (рис. 1.3).
На рис. 1.4 показана схема вихревого нагнетателя. В корпусе 1 концентрично располагается колесо с плоскими радиальными лопатками 2. Рабочее тело поступает через всасывающий патрубок в кольцевой канал 3, увлекается лопатками 2, совершая сложное вихревое движение и повышая энергию, выходит через напорный патрубок 4 в трубопровод.
Схема простейшего объемного нагнетателя-насоса дана на рис. 1.5. Цилиндр 1 и клапанная коробка 2 плотно соединены в единый блок. В коробке размещены всасывающий 3 и напорный 4 клапаны. Поршень 5, 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 ограничивают допустимую скорость вращения кривошипного вала. Поэтому применяются объемные нагнетатели роторного типа, допускающие прямое соединение с высокоскоростными двигателями.
На рис. 1.6 дано представление о пластинчатом роторном нагнетателе. Массивный ротор 1 c радиальными прорезями помещен эксцентрично в корпус 2. В прорези вставлены прямоугольные стальные пластинки 3, свободно отжимаемые до упора в корпус центробежными силами. При вращении ротора двигателем рабочее тело будет всасываться через патрубок 4 и подаваться через полости переменного сечения 5 и 6 напорный патрубок 7 в трубопроводную систему. 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. 1.7).
Поток рабочей жидкости выходит с высокой скоростью через суживающееся сопло и проходит через камеру 2. Из-за большой скорости поток захватывает частицы среды и уносит их с собой через диффузор 4. В камере устанавливается низкое давление. Под влиянием разности давлений на поверхности жидкости и в камере происходит подъем жидкости по трубе 3 и смешение ее с рабочей жидкостью, выбрасываемой из сопла. Смесь жидкостей - рабочей и поднимаемой по трубе 3 - транспортируется через диффузор 4 и напорную трубу 5 на высоту Н.
В системах промышленного водоснабжения, нефтедобычи, сельском и коммунальном хозяйствах применяются нагнетатели особого типа - эрлифты и газлифты, использующие для подъема жидкостей сжатый воздух или газ. Подъемники такого типа применяются для подъема воды и нефти из глубоких буровых скважин.