Назначение и устройство компрессоров, вентиляторов и насосов Назначение и устройство вентиляторов

Вентиляторы предназначены для вентиляции производственных помеще­ний, отсасывания газов, подачи воздуха или газа в камеры электропечей и т.п.

Из таблицы 2.1 видно, что они имеют небольшой перепад давления (до 10⁴ Па) между всасом и напором.

По конструкции вентиляторы делятся на центробежные и осевые. Центробежные и осевые вентиляторы отличаются конструкцией воздуш­ной полости и расположением приводного электродвигателя (рисунок 4.1).

а) – центробежный б) - осевой

Рис.4.1 Схема центробежного (а)и осевого (б) вентиляторов

У центробежных воздушная полость выполнена в виде «улитки» при распо­ложении электродвигателя вне этой полости, а у осевого — электродвигатель расположен внутри воздуш­ной полости (раструба), что обеспечивает его охлаждение потоком воздуха.

воздуха (газа) через раструб вентилятора.

Рабочее колесо 1 центробежного вентилятора (рисунок 4.1а) расположено в корпусе эксцентрично, что позволяет повысить давление на напоре. Воздух засасывается через боковое отверстие (всас) 3 кожуха и выбрасывается через выходной раструб (напор) 2.

Осевой вентилятор (рисунок 4.1б) имеет рабочее колесо с несколькими лопатками 1, подобными по форме лопаткам гребного или воздушного винта. Колесо вращается электродвигателем 2, укрепленным внутри корпуса 3, и создает поток (тягу) воздуха через раструб.

Q= C₁ω, М=С₂ω ², Р = С₃ω ³,

где Q — производительность вентилятора, м³/с; М — момент на валу венти­лятора, Н ∙ м; Р — статическая мощность на валу вентилятора, кВт; С₁, С₂, С₃ — постоянные коэффициенты; ω - угловая скорость вентилятора (двига­теля), рад/с.

Зависимость Р = C ω ³ представляет собой кубическую параболу и на­зывается вентиляторной характеристикой(рис.4.3а).

Назначение и устройство компрессоров

Машина, предназначенная для получения сжатого воздуха (или другого газа) давлением свыше 4 атмосфер (4·10⁵ Па), называется компрессором. Сжатый воздух широко используется для привода пневматических молотов, пневматического инструмента, для очистки литья и т. п. Разновидностью компрессоров являются воздуходувки, служащие для подачи воздуха или газов под давлением от 1 до 4 атмосфер.

По принципу действия компрессоры делятся на центробежные и поршневые. Центробежные компрессоры по конструкции подразделяются на турбинные и ротационные.

Поршневые компрессоры бывают одинарного и двойного действия. В поршневом компрессоре одинарного действия (рисунок 4.2а) при вращении кривошипного вала 1 поршень 4 совершает возвратно-поступательные движения. При движении поршня вправо газ засасывается через открытый впускной клапан 2. При движении поршня вверх впускной клапан 2 закрывается и происходит сжатие газа, который после открытия выпускного клапана 3 направляется к потребителям. У компрессоров двойного действия сжатие и подача газа происходит при движении поршня в обе стороны. Мгновенная мощность на валу таких механизмов пропорциональна синусу угла поворота α кривошипа у механизмов одинарного действия (рисунок 4.3б) и (риссунок 4.3в) – у механизмов двойного действия. Поршневые компрессоры имеют более сложную конструкцию, чем центробежные и применяются для получения давлений до 100 МПа.

В ротационном компрессоре (рисунок 4.2б) увеличение давления осуществляется путем сжатия газа в камерах, образуемых с помощью пластин 1, которые перемещаются под действием центробежных сил в направляющих ротора 1 при его вращении и прижимаются к стенкам корпуса. Впускной вентиль 2 и выпускной вентиль 3 во время работы компрессора открыты. Для обеспечения работы компрессора при отсутствии потребления газа служит обходной трубопровод 4 с вентилем 5.

Рис. 4.2. Схемы поршневого (а) и центробежных (б),(в) компрессоров.

В турбинном компрессоре (рис.4.2в) ротор 1 с лопастями при вращении захватывает газ из впускного трубопровода 2 и выбрасывает его в выпускной трубопровод 3. Увеличение давления происходит за счет повышения скорости движения частиц газа, и его сжатии между лопастями и корпусом компрессора при эксцентричном расположении ротора.

Рисунок 4.3. Графики зависимости мощности на валу двигателя от скорости - для центробежных механизмов (а) и от угла поворота кривошипа – для поршневых механизмов одинарного (б) и двойного (в) действия

Статическая мощность Р₂ на валу центробежных компрессоров изменяется пропорционально третей степени угловой скорости ω (рисунок 4.3а), если отсутствует противодавление. Достоинствами таких компрессоров являются простота конструкции, надежность в эксплуатации и высокая надежность. Они применяются для получения давлений до 6·10⁵ Па (турбинные) и до 15·10⁵ Па (ротационные).

Особенностью поршневых компрессоров является неравномерность вы­хода воздуха на напоре, что требует дополнительных устройств, выравни­вающих неравномерность, например, установкой маховика на валу при­водного электродвигателя.

Для уменьшения колебаний давления воздуха у потребителя после ком­прессора устанавливают ресивер (промежуточный воздухосборник), кото­рый представляет собой герметичный резервуар.

Наличие трущихся частей, а следовательно, и повышенного нагрева тре­бует вспомогательных обслуживающих систем:

- системы охлаждения (СВО — система водяного охлаждения),

- системы смазки (масляная система).

Наибольшая неравномерность получается у компрессоров одинарного действия (подача воздуха только при движении поршня вверх, как показано на рисуноке 4.3б). Для уменьшения неравномерности применяются компрессоры двойного действия (подача воздуха производится при движении поршня в обе стороны). Высокие давления воздуха (газа) получают в многоступенчатых ком­прессорах, в которых сжатие происходит последовательно в нескольких ци­линдрах или камерах.

Назначение и устройство насосов

Насосы предназначены для перемещения жидкостей в горизонтальном и вертикальном направлениях. Насосы по принципу действия и конструкции бывают: центробежные, поршневые, винтовые и шестеренчатые. Наибольшее распространение получили механизмы центробежного и поршневого типов. Их устройство подобно устройству центробежных и поршневых компрессоров. Поршневые насосы применяются для перекачки вязких жидкостей и воды при напоре (давлении) до 100 Мпа (1000 ат). Как и для поршневых компрессоров, для поршневых насосов одинарного действия характерна неравномерность хода и пульсирующая нагрузка на электродвигатель: всасывание – холостой ход, сжатие – рабочий ход, то есть подача осуществляется только при движении поршня вперед. Такие насосы имеют пульсирующую нагрузочную характеристику, как у поршневых компрессоров (рис.4.3б). Для уменьшения неравномерности нагрузки поршневые насосы могут изготавливаться двойного, тройного и четвертного действия. Механизмы двойного действия осуществляют подачу при ходе поршня в обе стороны, характеристика (4.3в). Механизмы тройного и четвертного действия выполняются двухпоршневыми, в них пульсация нагрузки уменьшается в три и четыре раза, что упрощает работу двигателя. Кроме обусловленной конструкцией неравномерности нагрузки, работа поршневых насосов может сопровождаться гидравлическими ударами и неравномерным течением жидкости в трубопроводе. Для сглаживания пульсаций нагрузки, вызванных указанными действиями, на валу приводного двигателя устанавливают массивный маховик.

Центробежные насосы получили более широкое распространение, чем поршневые. Течение жидкости через механизм насоса во время работы непрерывное и нагрузка на двигатель равномерная. Позволяют получать большие значения подач. Поэтому центробежные насосы имеют вентиляторную характеристику, как и центробежные компрессоры.