насосы и компрессоры. 1. 1 Классификация гидравлических машин по принципу превращения энергии, по принципу действия, по виду перекачиваемой среды

• Название: 1. 1 Классификация гидравлических машин по принципу превращения энергии, по принципу действия, по виду перекачиваемой среды
• Анкор: насосы и компрессоры
• Дата: 11.12.2022
• Размер: 1.68 Mb.
• Имя файла: nasosy.docx
• Тип: Документы; #838379
• страница: 3 из 3

2.18. Центробежные компрессоры (ЦБК): принцип действия, конструкция и технические параметры.

Компрессор – гидравлическая машина, предназначенная для сжатия и перемещения газа.

Центробежные компрессоры представляют собой оборудование, входящее в группу компрессоров динамического типа с радиальной конструкцией. Главным преимуществом установок данного типа является их высокая производительность, которая в разы превышает показатели компрессоров других видов. Благодаря этому, центробежные воздушные компрессоры, устройство которых позволяет использовать их при интенсивной эксплуатации, широко используются в промышленных масштабах – в нефтеперерабатывающей отрасли, металлообработке и других сферах деятельности.

Компрессорные установки, состоящие в группе оборудования центробежного типа, представляют собой широкое разнообразие агрегатов, различных по своим характеристикам и техническому оснащению. Но при этом, центробежным компрессорам характерно общее стандартное оснащение. Так, оборудование данного типа включает в себя такие основные элементы, как:

• 
  корпус оборудования;
  
• 
  патрубки – входное и выходное устройства;
  
• 
  рабочие колеса;
  
• 
  диффузор;
  
• 
  привод – может быть различных типов (дизельный, электрический и другие).
  
• 
  Конструкция центробежных установок может быть различной в зависимости от количества в оборудовании следующих элементов:
  
• 
  ступеней – одно- и многоступенчатые;
  
• 
  роторов – однороторные и многороторные.
  

Устройство и принцип работы центробежных компрессоров основаны на динамическом сжатии газообразной среды. Основным элементом данного оборудования является ротор, оснащенный валом с рабочими колесами, расположение которых симметрично. В процессе работы оборудования, на частицы газа действует сила инерции, которая возникает благодаря наличию вращательного движения, совершаемого лопатками колеса. При этом происходит перемещение газа от центра компрессора к краю рабочего колеса и в результате газ сжимается и приобретает скорость. Далее скорость газа снижается и последующее сжатие происходит в круговом диффузоре – кинетическая энергия переходит в потенциальную. На следующем этапе газ поступает в обратный направляющий канал и переходит в следующую ступень установки.

Характеристика центробежного компрессора:



Основные технические параметры:

- подача насоса Q – объём жидкости, подаваемой в единицу времени в нагнетательный патрубок насоса;

- напор насоса Н – энергия, собираемся насосом единице веса жидкости для перемещения её вне насоса;

- мощность насоса N – энергия, затрачиваемая в единицу времени двигателем на привод насоса;

- коэффициент полезного действия насоса η – отношение полезной мощности к мощности насоса.

2.19 Характеристика ЦБК и режимы работы. Регулирование режимов работы ЦБК

Основными параметрами, характеризующими работу центробежного компрессора (ЦБК), являются следующие:

· степень повышения полного давления   (p1* и p2* - полное давление соответственно на входе и на выходе из компрессора);

· производительность компрессора Q   или G[   ] (объёмный и массовый расход рабочего тела через компрессор в единицу времени);

· коэффициент полезного действия   =   (L* - работа, сообщаемая рабочим колесом единице массы проходящего через него рабочего тела, Lиз* - изоэнтропийная работа компрессора по заторможенным параметрам);

· частота вращения рабочего колеса (ротора) n[   ].

Характеристиками компрессоров являются графики зависимости конечного давления рк (или степени сжатия), мощности на валу и КПД от подачи компрессора. На одном графике мо гут быть даны характеристики для одной или нескольких частот вращения. Подачу компрессора обычно выражают в единицах объема.



Характеристики получают обычно испытанием моделей и натурных конструкций при постоянной частоте вращения вала привода (п=const). Пересчет характеристик на другую часто ту вращения или при переходе на другой газ осуществляют по формулам (92), (94) и (96).

В качестве примера рассмотрим характеристики компрессора К-3250-41-1 (рис. 162) с паротурбинным приводом. Такие характеристики позволяют судить о совершенстве конструкции компрессора, работающего при различных частотах вращения в разных режимах нагрузки.

На рис. 163 приведена характеристика компрессора К-250-61-1, позволяющая выяснить влияние давления всасывания на рабочие параметры компрессора.

Характеристики лопастных компрессоров обладают некоторыми особенностями, главные из которых следующие.

1. Наклон характеристик p=f(Q), определяемый отношением рк/Q (см. рис. 162), тем круче, чем выше частота вращения вала компрессора. Это объясняется тем, что отношение Рк/Qпропорционально плотности газа, значение которой воз растает с увеличением частоты вращения (при повышении частоты вращения возрастает степень сжатия газа).

2. При больших подачах и частоте вращения напорные характеристики приближаются к вертикальной линии. Это означает, что в некоторых режимах подача компрессора сохраняется постоянной при изменении давления, что обусловлено тем, что высокие п и Q В межлопастных каналах достигают критически значений, равных скорости звука.

3. На работу центробежных компрессоров оказывает существенное влияние пульсация давления и помпаж.

Возникновение пульсации в проточной части компрессоров объясняется периодическим, быстро повторяющимся отрывом вихрей с рабочих и направляющих лопастей. Снижение пульсаций давления часто обеспечивается при уменьшении подачи путем дросселирования. Однако уменьшение подачи может при вести к помпажу компрессора.

Регулирование работы центробежного компрессора

1) Дросселирование задвижкой.

а) на нагнетание.

б) регулирование задвижкой на всасывание.

В компрессорах предпочтительней регулирование на всасывание, т.к. это приводит к меньшему снижению к.п.д.

2) Изменение числа оборотов п.

Расчетное число оборотов п определяется также как и у центробежных насосов по теории подобия.

3) Обточка рабочих колес – она аналогична центробежным насосам.

4) Регулирование поворотом лопаток направляющих аппаратов на всасывание и нагнетание.



5) Регулирование с помощью байпаса – аналогично центробежному насосу.

3.1 Классификация объемных насосов

Объемные насосы - н., в которых силовое воздействие на жидкость происходит в рабочей камере, периодически изменяющей свой объем и попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

К объемным насосам относятся:

1. Возвратно- поступательные (вытеснители совершают только прямолинейное движение; по виду вытеснителей они бывают поршневые, плунжерные и диафрагменные);

2. Роторные (вытеснители совершают вращательное движение (шестеренные и винтовые), или вращательное и возвратно-поступательное движение (пластинчатые (шиберные), радиально и аксиально-поршневые));

3. Крыльчатые насосы — это ручные насосы, играющие вспомогательную роль.

или



3.2 Возвратно-поступательные насосы. Классификация. Принцип действия.

По расположению в пространстве они, как и другие насосы, делятся на горизонтальные и вертикальные.

По выполнению рабочего органа насосы бывают: поршневые, плунжерные и диафрагменные

По числу поршней или плунжеров разли­чают насосы: одно-, двух-, трех- и многопоршневой (плунжерный), а по числу плоскостей, в которых расположены оси рабочих органов - одно-, двух- и многорядный. 

Принцип действия:

Перемещение жидкости происходит в результате осевого движения поршня или мембраны в цилиндре насоса, который через всасывающий и нагнетательный клапаны периодически соединяется с подводящим и напорным трубопроводами. При увеличении рабочего объема насоса вследствие движения поршня или мембраны жидкость всасывается через всасывающий клапан или вентиль, а при обратном ходе поршня из-за уменьшения рабочего объема через нагнетательный клапан или вентиль вытесняется в напорный трубопровод.

3.3 Подача, графики подач, неравномерность подачи.

Подача насоса — объём жидкости, нагнетаемой насосом за единицу времени. Идеальная подача объёмного насоса (без учёта утечек) связана с его рабочим объёмом следующим соотношением : где. — идеальная подача насоса, — рабочий объём насоса; n — количество циклов работы насоса за единицу времени (например, частота вращения вала); k — кратность работы насоса, то есть количество циклов нагнетания и всасывания за один цикл работы.

Особенностью поршневых насосов является периодический, пульсирующий характер подачи (связанный со сменой периодов всасывания и нагнетания в каждом цилиндре), обусловливающий неравномерность давлений и подачи по времени. Для устранения или уменьшения неравномерности подачи поршневые насосы снабжаются впускными и нагнетательными воздушными колпаками.

Одноцилиндровый простого действия



Степень неравномерности



Графики



Одноцилиндровый насос двойного действия



fшт – площадь штока



Без учета площади штока, или для двухцилиндрового насоса простого действия график будет





Трехцилиндровый насос простого действия





Четырехцилиндровый насос простого действия



ъ

Увеличение числа цилиндров больше трех приводит к тому, что все четные насосы имеют степень неравномерности подачи выше, чем нечетные с меньшим числом цилиндров

3.4 Процессы всасывания и нагнетания поршневого насоса. Условия нормальной работы. Пневмокомпенсаторы.

Изучение процессов всасывания и нагнетания в поршневом насосе показывает, что движение жидкости является неустановившимся. Неустановившееся движение жидкости сопровождается возникновением инерционных сил, для преодоления которых требуется дополнительная энергия, что обеспечивается мощностью двигателя, приводящего в действие насос.


1) Процесс всасывания поршневого насоса.

Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-2:



где Hгв – геометрическая высота всасывания (высота расположения насоса над емкостью);

vв – скорость жидкости во всасывающем трубопроводе;

hв.кл – потери на всасывающем клапане;

– потери на всасывающей линии (суммарные: на местном сопротивлении; на трение);

hин.в – инерционные потери на всасывающей линии;

ав – ускорение жидкости во всасывающем трубопроводе;

u – скорость поршня;

F – площадь поршня;

FВ – площадь сечения всасывающего трубопровода;

w – мгновенное ускорение поршня (в зависимости от угла поворота шестеренного колеса ).


2) Процесс нагнетания поршневого насоса.

Запишем уравнение Бернулли для сечений 2-3:





Для нормальной работы поршневого насоса необходимо, чтобы на любой части хода поршня давление было выше давления насыщенных паров:

при =0:  РНП;

при =180о  РНП.

Если давление в цилиндре насоса в процессе всасывания достигает давления насыщенных паров, цилиндр заполняется парами. Когда давление превысит давление насыщенных паров, цилиндр будет заполняться жидкостью. В момент обратного хода поршня произойдет конденсация паров и встречный удар поршня и жидкости.

Пневмокомпенсаторы (воздушные колпаки) служат для создания равномерного течения жидкости в трубах, благодаря чему снижаются пульсация давления и вибрация трубопроводов. С установкой пневмокомпенсатора на нагнетательной стороне выравнивается нагрузка на насос и двигатель. Пневмокомпенсатор на входе в насос улучшает процесс всасывания.

Пневмокомпенсаторы являются местом разрыва сплошности потока. Жидкость от колпака до насоса движется по закону поршня. В основной всасывающей линии движение идет за счет разрежения в колпаке.

В нагнетательной линии процесс аналогичен, а движение по основной линии происходит за счет избыточного давления в колпаке.

Объем колпака должен быть рассчитан так, чтобы за один двойной вход уровень жидкости в колпаке восстановился, а скорость во всасывающем трубопроводе была постоянной. Тогда hин.в .= 0.