4. Вихревые насосы Вентиляторы
 Скачать 78.5 Kb.
|
|
СОДЕРЖАНИЕ
Введение Силовые общепромышленные установки - это установки, которые имеются практически на каждом промышленном предприятии независимо от специфики и характера технологического процесса. К общепромышленным установкам относят компрессорные, насосные, вентиляционные, воздуходувные установки и подъемно-транспортные устройства. Расход электроэнергии силовыми общепромышленными установками составляет 45 - 60% общезаводского электропотребления, а именно (для крупного машиностроительного завода): 20 - 25% электроэнергии потребляют компрессорные для выработки сжатого воздуха; 15 - 20% - вентиляционные установки; 5 - 6% - насосные водозабора и перекачки воды; 7 - 8 % - подъемно-транспортные устройства. В силовых установках применяют асинхронные и синхронные двигатели трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и напряжением от 127 В до 10 кВ, а при необходимости регулирования производительности установок - двигатели постоянного тока. Мощность таких силовых установок в общем случае изменяется в широком диапазоне от долей единицы, единиц (например, электродвигатели задвижек, затворов, подачи масла) до десятков (30 - 60) мегаватт (кислородные турбокомпрессоры и воздуходувки доменных печей). Насосами называются машины, служащие для перекачки и создания напора жидкостей всех видов, механической смеси жидкостей с твердыми и коллоидными веществами и газов. Следует заметить, что машины для перекачки и создания напора газов (газообразных жидкостей) выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и компрессоров. 2. Компрессоры 2.1 Общие сведения Компрессорами называются нагнетатели, служащие для подачи сжатого воздуха или газа под избыточным давлением более 0,2-0,3 МПа. Повышенная степень сжатия в компрессорах обусловливает изменение термодинамических условий состояния воздуха или газов. Области применения поршневых и центробежных компрессоров различны и соответствуют особенностям этих машин. Центробежные компрессоры (турбокомпрессоры) конструктивно и по принципу действия сходны с многоступенчатыми центробежными насосами. Отличие заключается в том, что рабочим телом является сжимаемый газ и поэтому имеют место тепловые процессы. Использование центробежных компрессоров наиболее целесообразно при подаче больших количеств воздуха (не менее 50 м3/мии) при сравнительно невысоком давлении (0,7-0,8 МПа). У каждого из типов компрессорных машин имеются свои преимущества и недостатки, которые должны быть учтены при выборе установки в каждом конкретном случае. Центробежные машины имеют ряд существенных преимуществ перед поршневыми. У центробежных машин отсутствуют быстро изнашивающиеся части - поршни, клапаны и т. д. Они не требуют внутренней смазки и поэтому не загрязняют сжатый воздух или газ, что очень важно в пищевых производствах. Благодаря большой частоте вращения роторов центробежных компрессоров их можно непосредственно соединять с электродвигателями или паровыми турбинами. Установки с трубокомпрессорами более компактны - они имеют меньший вес, занимают меньшую производственную площадь. Так как воздух или газ проходит равномерно через компрессор в одном направлении, отпадает необходимость установки рессиверов между отдельными ступенями. При работе турбокомпрессоров не возникают инерционные усилия, а поэтому их фундаменты легче, чем фундаменты поршневых компрессоров. Существенным недостатком турбокомпрессоров является их меньший КПД и невозможность получения высоких давлений при относительно малых подачах. 2.2 Поршневые компрессоры Принцип действия поршневого компрессора такой же, как и поршневого насоса. Отличием является только то, что поршень насоса выталкивает жидкость в течение всего нагнетательного хода, а компрессор выталкивает воздух или газ лишь после того, как давление в цилиндре компрессора превысит давление в нагнетательной линии. По своему назначению различают компрессоры воздушные, кислородные, аммиачные, углекислотные и др. В пищевых предприятиях применяются стационарные и передвижные компрессоры. Основные элементы компрессорной установки. Обычная компрессорная установка производственного назначения должна обладать также некоторым вспомогательным оборудованием, необходимым для нормальной работы компрессора . 2.3 Ротационные компрессоры Ротационные компрессоры работают по тому же принципу, что и поршневые машины, т. е. по принципу вытеснения. Основная часть энергии, передаваемой газу, сообщается при непосредственном сжатии. Сущность действия ротационного компрессора заключается в том, что, независимо от его конструктивных особенностей, всасывание газа или воздуха производится той полостью компрессора, объем которой увеличивается при вращении ротора. 2.4Турбокомпрессоры Турбокомпрессоры - это центробежные компрессорные машины, работающие по такой же схеме, как центробежные насосы. Применяют их преимущественно при подаче относительно больших количеств газа или воздуха под небольшим давлением (0,15- 1,0 МПа). Ввиду того, что плотность воздуха значительно меньше плотности капельных жидкостей, степень сжатия p2/p1 в одной ступени турбокомпрессора не превышает значений 1,2-1,3 при обычно применяемых окружных скоростях на ободе рабочих колес 2= 150-200 м/с. Для получения более высоких степеней сжатия 1,6-1,8 необходимо довести окружную скорость до 400 м/с, что связано с применением стали высокого качества для изготовления рабочих колес. Часто для увеличения степени сжатия воздуха применяют многоступенчатые машины с сохранением обычных окружных скоростей. 3. Насосы 3.1 Общие сведения Насосы в настоящее время являются самым распространенным видом машин. По принципу действия насосы подразделяются на: а) центробежные, у которых перекачка и создание напора происходят вследствие центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса; б) осевые (пропеллерные) насосы, рабочим органом у которых служит лопастное колесо пропеллерного типа. Жидкость в этих насосах перемещается вдоль оси вращения колеса; в) поршневые и скальчатые насосы, в которых жидкость перемещается при возвратно-поступательном движении поршня или скалки. К этой группе можно отнести простейший вид поршневых насосов - диафрагмовые насосы, у которых рабочим органом служит резиновая или кожаная диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения; г) тараны, работающие за счет энергии гидравлического удара; д) струйные насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется за счет энергии потока вспомогательной жидкости, пара или газа; е) эрлифты, в которых рабочим телом является сжатый воздух. Насосы, применяемые в различных производственных установках, должны выполнять одну, две или все три перечисленные функции. Насосная установка состоит из собственно насоса; резервуара, из которого насос всасывает жидкость при помощи всасывающего трубопровода; напорного резервуара, в который подается жидкость с помощью нагнетательного трубопровода. 3.2 Поршневые вакуум-насосы Насосы, всасывающие газ или воздух при давлении ниже атмосферного и выталкивающие их в атмосферу, называются вакуум-насосами. В пищевой промышленности вакуум-насосы применяются, главным образом, для отсасывания не сконденсировавшихся паров и газов в выпарных станциях, варочных станциях заводов и фабрик, оборудованных вакуум-аппаратами, а также для создания вакуума в секциях вакуум-фильтров. По принципу действия вакуум-насосы являются компрессорами, всасывающими газ при пониженном давлении, сжимающими, а затем и нагнетающими его. 3.3 Устройство и принцип действия поршневых насосов Поршневые насосы относятся к числу объемных насосов, в которых перемещение жидкости осуществляется путем ее вытеснения из неподвижных рабочих камер вытеснителями. Рабочей камерой объемного насоса называют ограниченное пространство, попеременно сообщающееся со входом и выходом насоса. Вытеснителем называется рабочий орган насоса, который совершает вытеснение жидкости из рабочих камер (плунжер, поршень, диафрагма). Классифицируются поршневые насосы по следующим показателям: - по типу вытеснителей: плунжерные, поршневые и диафрагменные; - по характеру движения ведущего звена: возвратно-поступательное движение ведущего звена; вращательное движение ведущего звена (кривошипные и кулачковые насосы); - по числу циклов нагнетания и всасывания за один двойной ход: одностороннего действия; двухстороннего действия. - по количеству поршней: однопоршневые; двухпоршневые; многопоршневые. 3.4 Насос простого действия Поршень связан с кривошипно-шатунным механизмом через шток, в результате чего он совершает возвратно-поступательное движение в цилиндре. Поршень при ходе вправо создает разрежение в рабочей камере, вследствие чего всасывающий клапан поднимается и жидкость из расходного резервуара по всасывающему трубопроводу поступает в рабочую камеру. При обратном ходе поршня (влево) всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается, и жидкость нагнетается в напорный трубопровод. 3.5 Дифференциальный насос Дифференциальный насос. В дифференциальном насосе поршень перемещается в гладко обработанном цилиндре. Уплотнением поршня служит сальник или малый зазор со стенкой цилиндра. Насос имеет два клапана: всасывающий и нагнетательный, а также вспомогательную камеру. Всасывание происходит за один ход поршня, а нагнетание за оба хода. 3.6 Насос двойного действия Насос двойного действия. Более равномерная и увеличенная подача жидкости, по сравнению с насосом простого действия, может быть достигнута насосом двойного действия ,в котором каждому ходу поршня соответствуют одновременно процессы всасывания и нагнетания. Эти насосы выполняются горизонтальными и вертикальными, причем последние наиболее компактны. 3.7 Диафрагменные насосы Насосы представляет собой мембрану, поршнем, выполненную из эластичного материала (резины, кожи, ткани, пропитанной лаком, и др.). Мембрана отделяет рабочую камеру от пространства, в которое жидкость не должна проникнуть. В диафрагменном насосе клапанная коробка с всасывающим и нагнетательным клапанами расположена отдельно, а прогиб диафрагмы осуществляется благодаря возвратно-поступательному движению плунжера в цилиндре насоса, заполненном специальной жидкостью. Диафрагменные насосы подобного типа часто применяются для перекачки жидкостей, загрязненных различными примесями (песком, илом, абразивными материалами), а также химически активных жидкостей и строительных растворов. 3.8 Устройство и классификация центробежных насосов Центробежные насосы классифицируют по: - числу колес (одноколесные многоколесные); кроме того, одноколесные насосы выполняют с консольным расположением вала - консольные; - напору (низкого напора до 2 кгс/см2 (0,2 МН/м2), среднего напора от 2 до 6 кгс/см2 (от 0,2 до 0,6 МН/м2), высокого напора больше 6 кгс/см2 (0,6 МН/м2)); - способу подвода воды к рабочему колесу (с односторонним входом воды на рабочее колесо, с двусторонним входом воды (двойного всасывания)); - расположению вала (горизонтальные, вертикальные); - способу разъема корпуса (с горизонтальным разъемом корпуса, с вертикальным разъемом корпуса); - способу отвода жидкости из рабочего колеса в спиральный канал корпуса (спиральные и турбинные). В спиральных насосах жидкость отводится непосредственно в спиральный канал; в турбинных жидкость, прежде чем попасть в спиральный канал, проходит через специальное устройство - направляющий аппарат (неподвижное колесо с лопатками); - степени быстроходности рабочего колеса (тихоходные, нормальные, быстроходные); - роду перекачиваемой жидкости (водопроводные, канализационные, кислотные и щелочные, нефтяные, землесосные и др.); - способу соединения с двигателем (приводные (с редуктором или со шкивом), непосредственного соединения с электродвигателем с помощью муфт). Насосы со шкивным приводом встречаются в настоящее время редко. Основными частями центробежного насоса являются: корпус насоса со всасывающим и нагнетательным патрубками. Внутри корпуса имеется рабочее колесо, жестко посаженное на вал. В корпусе вокруг рабочего колеса смонтирован направляющий аппарат. Корпус насоса с патрубками служит для подхода жидкости к рабочему колесу и для отвода жидкости после воздействия на нее рабочего колеса в нагнетательный трубопровод. При вращении рабочее колесо своими лопастями непосредственно воздействует на жидкость, а также создает внутри насоса поле центробежных сил за счет энергии двигателя. Обычно рабочее колесо центробежного насоса представляет собой два диска: один плоский со втулкой, а второй имеет вид широкого кольца. Между дисками смонтированы лопасти рабочего колеса, образующие расширяющиеся каналы. В центральной части колеса имеется втулка, при помощи которой оно монтируется на валу, Все перечисленные элементы рабочего колеса изготовляются в виде единой отливки либо при помощи сварки. Принцип работы центробежного насоса состоит в следующем. При пуске корпус насоса должен быть заполнен капельной жидкостью. При быстром вращении рабочего колеса его лопасти оказывают непосредственное силовое воздействие на частицы жидкости. Кроме того, создается поле центробежных сил в жидкости, находящейся в межлопастном пространстве рабочего колеса. Таким образом, жидкость, подвергаясь силовому воздействию лопастей рабочего колеса, с большой скоростью перемещается от центра к периферии, освобождая межлопастные каналы рабочего колеса. Поэтому в центральной части рабочего колеса давление снижается и под действием внешнего, чаще всего атмосферного давления, жидкость входит во всасывающий патрубок и вновь подводится к центральной части рабочего колеса. Жидкость, выходящая из каналов рабочего колеса по его выходному диаметру, попадает в межлопастное пространство неподвижного направляющего аппарата. В направляющем аппарате жидкость, имеющая большую скорость, как бы тормозится и ее кинетическая энергия частично преобразуется в потенциальную энергию давления в благоприятных условиях течения через плавно изменяющиеся каналы. Если направляющий аппарат отсутствует, то преобразование кинетической энергии потока в потенциальную энергию давления происходит в спиральном корпусе насоса в условиях менее благоприятных. Спиральная форма корпуса насоса и эксцентричное расположение в нем рабочего колеса обусловлены следующим. В корпусе насоса по направлению вращения рабочего колеса собирается все больший объем жидкости, выходящей из межлопастных каналов. Вся эта жидкость направляется к нагнетательному патрубку и отводится в нагнетательный трубопровод. Спиральная форма обеспечивает увеличение внутреннего объема корпуса насоса, примерно пропорциональное количеству жидкости, направляющейся к нагнетательному патрубку. Поэтому скорость жидкости, проходящей через корпус насоса, во всех сечениях примерно одинакова. Очень часто нагнетательный патрубок насоса имеет вид диффузора. В этом случае преобразование кинетической энергии в потенциальную продолжается и при движении жидкости через нагнетательный патрубок. В принципе, при отсутствии специального направляющего аппарата, преобразование кинетической энергии, приобретенной жидкостью в рабочем колесе центробежного насоса, должно происходить именно в этом диффузоре. 3.9 Пропеллерные (осевые) насосы Пропеллерные насосы являются наиболее быстроходными из вращательных лопастных машин (ns=500-1200). Они применяются при относительно больших подачах от Q=0,1 м3/с до Q = 25-30 м3/с и напорах до H = 12-15 м. Высота их всасывания незначительна до Hвс=2-3 м. Чаще всего они работают погруженными в жидкость, не требуя специальной заливки перед пуском. Эти насосы, работающие с подпором, в значительной степени ограждены от кавитации. КПД пропеллерных насосов довольно высок и для крупных насосов достигает значений =0,9-0,92. У таких насосов лопасти рабочего колеса делаются поворотными. Это дает возможность регулировать подачу насоса без снижения его КПД. 4. Вихревые насосы Для создания относительно высоких напоров при малой подаче чистых невязких жидкостей применяют вихревые насосы. Наиболее распространенным является насос типа В-одноступенчатый с вихревым рабочим колесом, консольно посаженным на вал насоса. Вихревые насосы предназначены для перекачки воды н других невязких жидкостей с подачей Q = l-35 м3/ч при напоре от H=9,5 м до H=90 м с температурой до 90° С без абразивных примесей. Вязкость жидкости не должна превышать 0,36 см2/с, при большей вязкости характеристика насоса значительно изменяется. 5. Вентиляторы 5.1 Конструкция Электрические вентиляторы состоят из набора вращающихся лопаток, которые размещены в защитном корпусе, позволяющем воздуху проходить через него. Лопасти вращаются электродвигателем. Для больших промышленных вентиляторов используются трёхфазные асинхронные двигатели . Меньшие вентиляторы часто приводятся в действие посредством электродвигателя переменного тока с экранированным полюсом, щёточными или бесщёточными двигателями постоянного тока. Вентиляторы с приводом от двигателей переменного тока обычно используют напряжение электросети. Вентиляторы с приводом от двигателя постоянного тока используют низкое напряжение, обычно 24 В, 12 В или 5 В. В вентиляторах охлаждения для компьютерного оборудования используют исключительно бесщёточные двигатели постоянного тока, которые производят намного меньше электромагнитных помех при работе. В машинах, которые уже имеют двигатель, вентилятор часто соединяется непосредственно с ним - это можно видеть в автомобилях, в больших системах охлаждения и веятельных машинах. Также вентиляторы насажены на валы многих электродвигателей мощностью 1 кВт и более, протягивая через обмотки двигателя охлаждающий воздух - это называется самовентиляцией электродвигателя. Для предотвращения распространения вибрации по каналу вентиляторы комплектуются тканевыми компенсаторами или гибкими вставками. 5.2 Типы вентиляторов В общем случае вентилятор - ротор, на котором определенным образом закреплены лопатки, которые при вращении ротора, сталкиваясь с воздухом, отбрасывают его. От положения и формы лопаток зависит направление, в котором отбрасывается воздух. Существует несколько основных видов по типу конструкции вентиляторов, используемых для перемещения воздуха: - осевые (аксиальные); - центробежные (радиальные); - диаметральные (тангенциальные); - безлопастные (принципиально новый тип). 5.3 Осевой (аксиальный) вентилятор Данный вид вентилятора содержит лопасти (в некоторых случаях вместо понятия «лопасти» применяется понятие «лопатки»), которые перемещают воздух вдоль оси, вокруг которой они вращаются. В виду совпадения направления движения всасываемого и нагнетаемого воздуха, а также, в большинстве случаев, простоты изготовления, этот вид вентилятора является наиболее распространенным. Примеры применения аксиальных вентиляторов: малые вентиляторы охлаждения электроники (кулеры ,бытовые вентиляторы, вентиляторы для турбовентиляторных авиационных двигателей, шахтные вентиляторы, вентиляторы дымоудаления , вентиляторы аэродинамических труб). 5.4 Центробежный (радиальный) вентилятор Данный вид вентилятора имеет вращающийся ротор, состоящий из лопаток спиральной формы. Воздух через входное отверстие засасывается во внутрь ротора, где он приобретает вращательное движение и, за счет центробежной силы и специальной формы лопаток, направляется в выходное отверстие специального спирального кожуха (так называемой «улитки», от внешнего сходства). Таким образом, выходной поток воздуха находится под прямым углом к входному. Данный вид вентилятора широко применяется в промышленности. Преимуществами радиальных вентиляторов с лопатками рабочего колеса, загнутыми вперёд, являются меньший диаметр колеса, а соответственно и меньшие размеры самого вентилятора, и более низкая частота вращения, что создаёт меньший шум. Центробежные (радиальные) вентиляторы подразделяются на вентиляторы высокого, среднего и низкого давления. 5.5 Вентилятор диаметрального сечения (тангенциальный) Имеет ротор типа «беличье колесо» (ротор пустой в центре и лопатки осевого вентилятора вдоль периферии - обычно выполнен в форме перца. Вместо стенок у цилиндра крыльчатка из загнутых вперед лопастей. Крыльчатка тангенциального вентилятора встроена в корпус в форму диффузора, напоминающий корпус центробежного вентилятора. Только воздух забирается не с торца вентилятора, а по всей его длине с фронтальной стороны устройства. Воздух увлекается вращающимися лопатками, а потом благодаря диффузору приобретает ускорение в нужном направлении. То есть в тангенциальных (тангенсальных) вентиляторах воздух поступает вдоль периферии ротора, и движется к выходу подобно тому, как это происходит в центробежном вентиляторе. Такие вентиляторы производят равномерный воздушный поток вдоль всей ширины вентилятора и бесшумны при работе. Они сравнительно громоздки, и воздушное давление низкое. Тангенциальные вентиляторы широко применяются в кондиционерах, воздушных завесах, фанкойлах и других устройствах, где не важен напор воздуха. Отличительной особенностью тангенциальных вентиляторов можно назвать большой расход воздуха, низкий уровень шума и низкий создаваемый напор. Последняя особенность определяет невозможность осуществлять глубокую фильтрацию воздуха при помощи бытового кондиционера. 5.6 Безлопастный вентилятор В "безлопастном вентиляторе" воздушный поток формирует нагнетатель, спрятанный в основании и подающий воздух сквозь узкие щели в большой рамке, через которую проходит основной поток перемещаемого воздуха. Также вентиляторы разделяют по способу исполнения: - многозональные ; - канальные ; - крышные ; - потолочные ; 6. Заключение В заключении, необходимо отметить, что насосы,вентиляторы и компрессоры довольно широко распространены в любых отраслях и в наше время. Любой тип как компрессора, так и насоса имеет свою область применения, свои уникальные характеристики, что позволяет им оставаться востребованными и по сей день. Но прогресс не стоит на месте и необходимо разрабатывать все новые и более усовершенствованные установки. 7. Список литературы 1. Суворин, А. В. Приемники и потребители электрической энергии систем электроснабжения Электронный ресурс] : учеб. пособие / А. В. Суворин. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2014. – 354 с. 2. Передача и распределение электрической энергии: А. А. Герасименко, В. Т. Федин — Санкт-Петербург, Феникс, 2008 г.- 720 с. 3. Техническая эксплуатация электроустановок промышленных предприятий: Ю. Д. Сибикин — Санкт-Петербург, РадиоСофт, 2014 г.- 488 с. 4. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. Учебное пособие: Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин, В. А. Яшков — Москва, Форум, Инфра-М, 2015 г.- 368 с. 5. Справочник по энергоснабжению и электрооборудованию предприятий и общественных зданий : справоч. изд. / под общ ред. С. И. Гамазина, Б. И. Кудрина, С. А. Цырука . - М. : Издат. дом МЭИ , 2010 . - 751 с. : ил 6. Панасенко, М. В. Приемники и потребители электри-ческой энергии систем электроснабжения: учеб. пособие / М. В. Панасенко, Ю. В. Лебедева. – Волгоград: ИУНЛ ВолгГТУ, 2015. – 64 с. |