№1,2,3

Нагнетатели – насосы, вентиляторы и компрессоры. Определение, классификация и области применения в схемах энергоснабжения промышленных предприятий

Основные параметры нагнетателей – производительность (подача), напор (давление), мощность и КПД. Нагнетатели – нагнетательные машины для перемещения капельных жидкостей называются насосами, а газов – вентиляторами и компрессорами.

Нагнетатели по принципу действия делятся: объёмные и лопастные.

Объемные нагнетатели, работающие при поступательном движении рабочего органа – это поршневые, при вращательном – пластинчатые и зубчатые.

Поршневой

Цилиндр 1 сопряжён с клапанной коробкой 2, в гнёздах которой расположены всасывающий 3 и нагнетательный 4 клапаны.

Поршень 5 движущийся в цилиндре возвратно-поступательно, производит попеременно всасывание из трубы 6 и нагнетание в трубу 7. Привод поршня осуществляется от двигателя через кривошипно-шатунный механизм.

Недостатки

- скорость поршня ограничена действием инерционных сил, поэтому соединение их высокооборотным электродвигателем затруднено.

- обладает неравномерностью подачи.

Пластинчатый.

М ассивный цилиндр 1 с радиальными прорезями постоянной ширины помещается эксцентрично в корпусе 2. Вал цилиндра 1 через сальник выводится из корпуса для соединения с валом двигателя. В прорезь цилиндра 1 вставляются прямоугольные пластинки3, отжимаемые от центра к периферии под действием центробежной силы. При вращении цилиндра 1 пластинки 3 производят всасывание через приёмный патрубок 4 и нагнетание через напорный патрубок 5. Насос реверсивный. Вал может соединяться непосредственно с валом электродвигателя.

Лопастные нагнетатели, работающие при вращательном движении рабочего органа (колеса) – центробежные, вихревые, осевые.

Центробежный

Рабочее колесо насоса, несущее лопасти 1, заключено в корпус 2 спиральной формы. При вращении колеса жидкость перемещается от центра центробежной силой к периферии, выбрасывается в спиральную камеру и поступает в напорный трубопровод. Через приемное отверстие проходит всасывание жидкости.

Центробежные нагнетатели бывают прямоточные, смерчевые, дисковые, диаметральные. Нагнетатели также классифицируются по другим признакам: от привода: электрические, пневматические, паровые, ручные; от вида соединения:— одноступенчатые, многоступенчатые, параллельные.

Вихревой

Жидкость поступает через патрубок 1 на периферию рабочего колеса с лопатками 2, получает от них энергию при движении по концентрическому каналу 3 и отводится в напорный патрубок 4.

Характерная особенность Подвод и отвод жидкости на периферии рабочего колеса.

Осевой

Л опасти 1 закреплены на втулке 2 по некоторым углом к плоскости, нормальной к оси. При вращении лопасти взаимодействуют с потоком жидкости, сообщая ей энергию и перемещая её вдоль оси насоса.

Применение насосов и компрессоров

Лопастные

- центробежные насосы применяются для питания котлов, подачи конденсата, подачи циркводы в конденсаторы турбин, для подачи сетевой воды в систему теплофикации, в техническом, противопожарном водоснабжении, гидрозолоудаление;

- осевые насосы применяются для подачи циркводы в конденсаторы;

- осевые компрессоры применяются при больших подачах для сжатия газа в ГТУ;

- центробежные вентиляторы применяются для дымососов и дутьевых вентиляторов.

Объёмные насосы и компрессоры

- поршневые насосы применяются для питания паровых котлов небольшой производительности, как дозаторы реагентов;

- роторные применяются в системах смазки и регулирования турбоагрегатов, крупных насосов и компрессоров;

- поршневые компрессоры применяются для обдувки поверхностей нагрева котлов и снабжения сжатым воздухом пневмоинструмента.

Основными величинами, характеризующими работу машин, являются подача, напор и давление.

Подача – количество жидкости (газа), перемещаемое машиной в единицу времени.

Если подачу измеряют в единицах объёма, то её называют объёмной и обозначают Q: , м³/с.

Массовая подача – массовое количество жидкости или газа, подаваемое насосом за единицу времени: М= ρ∙ Q, где

ρ – плотность среды ( кг/м³);

Q -объёмная подача (м³/с).

Весовая подача – весовое количество жидкости, подаваемое насосом за единицу времени: G= ρ∙q∙ Q, н/с, где

ρ – плотность среды ( кг/м³);

Q -объёмная подача (м³/с).

Действительная подача

Q = Q_т ∙ η₀, где

Q _т – теоретическая подача, м³/с;

η₀ – объёмный кпд насоса, вентилятора, η₀ = 0,85÷0,97;

η₀ , где

ΔQ_ут – расход утечек;

Объёмную подачу компрессоров принято исчислять при условии всасывания или при н.у.: Т=293 К, Р =100 кПа, р= 1,2 кг/м³.

Давление, развиваемое насосом, определяется зависимостью:

, где Рк и Рн – давление на входе в насос и на выходе из насоса, Па;

ρ – плотность среды ( кг/м³); Сн и Ск – средние скорости потока на входе и выходе, м/с; Zн и Zк – высота расположения центров входного и выходного сечений насоса.

Понятие напора Н =

Полный напор машины представляется как: , где

р^/₂ и р^/₁ – атмосферное давление, Па;

h_ωвс – потери напора в линии всасывания, м;

h _ωн (z_м)– потери напора в линии нагнетания, м;

ρ – плотность среды, кг/м³;

g – ускорение свободного падения, м²/с.

.

Итак, напором называется приращение удельной энергии, получаемое потоком жидкости при прохождении через насос:

, где

Z₁и Z₂ – расстояние от плоскости сравнения до центра тяжести сечений от входа и выхода насосов, м;

α₁, α₂ – коэффициент неравномерности распределения жидкости;

Р₁, Р₂ – абсолютные давления на входе и входе из насоса, Па;

υ₁, υ₂ – средняя скорость на входе и выходе, м/с.

, где

Р_м – давление манометрическое, Па;

Р_в – давление вакууметрическое, Па.

Напор, развиваемый вентилятором выражают иногда в 1 мм вод. ст., что эквивалентно 9,81 Па.

Вакуумметрическая высота всасывания

.

Полезная мощность насоса – приращение энергии, получаемой всем потоком жидкости за единицу времени при прохождении через насос: , кВт, где

Р -давление, н/м²=Па;

Q-расход,м³/с.

Эффективность использования насосом энергии, к нему подводимой, оценивают КПД насоса: η – отношением полезной мощности к полной мощности насоса η_н = , η_н= η₀∙ η_м∙ η_г, где

η₀ – объёмный кпд, характеризует утечки жидкости;

η₀ , где Q = Q_т ∙ η₀ -действительная подача;Q_т – теоретическая подача, м³/с; ΔQ_ут – расход утечек;

η_м – механический кпд, характеризует потери мощности на механическое трение;

η_г – гидравлический кпд, характеризует потери давления при прохождении через насос.

, где - гидравлические потери; Нт – напор развиваемый рабочим колесом.

Мощность вентилятора

η_ст – статический кпд – отношение полезной мощности, расходуемой на развитие статического давления, к мощности подводимой на вал вентилятора от двигателя. Ориентировочно η_ст = (0,7 - 0,8) η

Необходимая мощность вентилятора рассчитывается по формуле:

Мощность компрессора

где

N_из – мощность изотермическая, кВт;

η_из – изотермный кпд, зависит от охлаждения компрессора;

η_м – механический кпд, учитывающий расход энергии на преодоление механического

трения и привод вспомогательных механизмов.

λ - коэффициент подачи;

λ = λ₀ ∙ λ_г ∙ λ_вл ∙ λ_др ∙ λ_Т , где

λ₀ – объёмный коэффициент компрессора, характеризует использование рабочего объёма цилиндра;

λ_г – коэффициент герметичности, учитывает утечки через уплотнения штока, клапанов, поршня;

λ_вл – коэффициент влажности, учитывает водяные пары в составе всасываемого газа;

λ_др – коэффициент дросселирование, учитывает потери давления во всасывающей линии (фильтр, клапан);

λ_Т – температурный коэффициент, учитывает нагрев газа от горячих поверхностей клапана и стенок цилиндра.

Коэффициент эффективности

λ_эф = λ_г ∙ λ_вл ∙ λ_др ∙ λ_т;

λ_эф = 1,01 ÷ 0,022 ∙ , где

ε – степень повышения давления.

Объём мёртвого пространства влияет на подачу компрессора отрицательно.

Мёртвое пространство влияет на подачу тем сильнее, чем выше степень повышения давления компрессора. Если степень повышения давления компрессора превышает 7, то процесс сжатия ведут в нескольких ступенях последовательно включаемых, при этом газ охлаждают на переходе ступеней.

Степень совершенства насоса оценивается также удельной работой L– работой затраченной на перекачивание 1 кг жидкости или газа:

, кВт, где L_п – удельная полезная работа, н∙м/кг; М – массовый расход, кг/с.

№4