2302
.pdfВ. Д. Г а л д и н
ВЕНТИЛЯТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ
Учебное пособие
Омск - 2007
0
Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
(СибАДИ)
В. Д. Г а л д и н
ВЕНТИЛЯТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ
Учебное пособие
Омск Издательство СибАДИ
2007
1
УДК 621.51 ББК 31.39 Г 15
Рецензенты:
д-р техн. наук, проф. В.И. Гриценко (ОмГТУ), канд. техн. наук, доц. П.А. Лисин (ОмГАУ)
Работа одобрена редакционно-издательским советом академии в качестве учебного пособия для специальности 290107 "Теплогазоснабжение и вентиляция".
Г.15. Галдин В.Д. Вентиляторы и компрессоры: Учебное пособие. Омск:
Изд-во СибАДИ, 2007. 105 с.
ISBN 978-5-93204-351-6
Рассмотрены принцип работы и конструкции осевых и центробежных вентиляторов. Приведены примеры построения аэродинамических характеристик вентилятора и сети. Описана совместная работа вентиляторов в сети. Рассмотрены конструктивные особенности компрессоров объемного и динамического действия. Выполнен термодинамический анализ процессов сжатия.
Пособие предназначено для студентов специальности 290700 "Теплогазоснабжение и вентиляция", а также специалистов, работающих в области создания установок газоснабжения.
Табл. 6. Ил. 61. Библиогр.: 19 назв.
ISBN 978-5-93204-351-6 |
С В.Д. Галдин, 2007 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение………………………………………………...………………………….. 4
1.Вентиляторы ………...……………………………………………………….….. 7
1.1.Радиальные вентиляторы………………… ………………….……………. 8
1.2.Осевые вентиляторы ………………………………………………………. 16
1.3.Сравнение осевых и радиальных вентиляторов …………..…...…………. 22
1.4.Звуко- и шумоизоляция……………... …………………………………..... 22
1.5.Крышные вентиляторы…………………....…………………………….…. 23
1.6.Аэродинамические характеристики вентиляторов……………...………. 24
1.7.Совместная работа вентиляторов в сети…………………………………....26
1.8.Примеры построения характеристик вентилятора и сети……………….. 29
2.Компрессоры…………………………………………………………………… 38
2.1.Поршневые компрессоры…...……………………………………….…….. 38
2.2.Роторные компрессоры..………………………………………………….. 60
2.3.Компрессоры динамического действия ..………………………………... 69
2.3.1.Центробежные компрессоры……………………………………..…...70
2.3.2.Нагнетатели природного газа……………………………………..…..79
2.3.3.Осевые компрессоры………………………………………..…………86
Приложения ……………………………………………………………………….. 91 Библиографический список …………………………………………………….105
3
ВВЕДЕНИЕ
Классификация газодувных машин. Вентиляторами и компрес-
сорами называют газодувные машины для перемещения воздуха и газа. Они потребляют энергию от привода (например, электродвигателя) и сообщают ее рабочему веществу – воздуху (газу). Эта энергия вызывает движение газа в трубопроводах, причем полный запас энергии газа после газодувной машины больше, чем до нее. Давление газа за газодувной машиной больше, чем перед ней.
Принципиальная схема газодувной установки представлена на рис. 1. Двигатель 1 приводит в движение рабочий орган газодувной машины 2. Газ поступает в машину через всасывающий трубопровод 3 с давлением рН и скоростью сН . В газодувной машине газу сообщается энергия, и в напорном трубопроводе 4 давление рК больше начального.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В случае, |
если |
степень |
|
cК , рК |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
повышения |
давления |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
газодувной |
машины К = |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
cН , рН |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= рК / рН невелико, напри- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мер К 1,1, газ можно |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
практически |
рассматри- |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вать |
как |
несжимаемую |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
жидкость. |
Так, |
при |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К < 1,1 плотность газа в |
|||
Рис. 1. Принципиальная схема |
|
|
|
|
газодувной машине повы- |
||||||||||||||||||||||
газодувной установки |
|
|
|
|
шается |
не более |
чем на |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 % . |
Поэтому целесооб- |
разно газодувные машины разделять на две группы:
вентиляторы, характеризующиеся отношением давления К < 1,1;
компрессоры, у которых К > 1,1.
Поскольку в вентиляторах можно пренебречь изменением плотности газа, теория вентиляторов и насосов должна быть единой.
Следует сказать, что вентиляторы для перемещения дымовых газов называются дымососами, а компрессоры, создающие разряжения, –
вакуум-насосами.
По принципу действия газодувные машины можно разделить на три группы: поршневые, лопастные, ротационные.
Поршневые машины. Схема поршневого компрессора показана на рис. 2. При движении поршня 1 из крайнего левого положения вправо
4
за счет разряжения открывается всасывающий клапан 2 и газ поступает в цилиндр 3. Нагнетательный клапан в это время закрыт (прижат к седлу избыточным давлением в нагнетательной линии). Обратное движение вызывает возрастание давления, вследствие чего всасывающий клапан закрывается и открывается нагнетательный клапан, газ из цилиндра поступает в напорную линию 4.
Характерными особенностями |
4 |
1 |
поршневых машин являются: |
возвратно-поступательное
движение |
рабочего |
органа – |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
поршня, сопровождающееся тре- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
нием поршня (поршневых колец) |
|
|
2 3 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
||||||||||||
о стенки цилиндра; |
|
Рис. 2. Схема поршневого компрессора |
|||||||||||||
|
принудительное |
выталки- |
|||||||||||||
вание |
газа |
путем перемещения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
поршня;прерывная подача газа.
Возвратно-поступательное движение связано с появлением больших сил инерции, что вынуждает ограничивать среднюю скорость движения поршня. Для поршневых компрессоров – обычно не более
5 м/с.
Лопастные машины. К лопастным относятся осевые и радиальные (центробежные) машины. В качестве примеров на рис. 3, а приведена схема радиального вентилятора, а на рис. 3, б – осевого вентилятора.
а |
б |
Рис. 3. Схемы лопастных машин: а – радиальный; |
б – осевой; 1 – вса- |
сывающее отверстие; 2 – вал; 3 – лопастное колесо; 4 – спиральный кожух; 5 – нагнетательное отверстие; 6 – цилиндрический кожух
В радиальном вентиляторе (см. рис. 3, а) воздух через входной патрубок 1 поступает на лопатки рабочего колеса 2, которые сообщают воздуху энергию, а затем – в спиральную камеру и далее в
5
напорный воздуховод. В осевом вентиляторе простейшей схемы (см. рис. 3, б) воздух поступает на рабочие лопатки, а затем – в напорную линию.
Лопастные машины характеризуются:
вращательным движением рабочего органа (рабочего колеса), причем отсутствует трение рабочего колеса о корпус;
энергия газу сообщается за счет изменения количества движения под воздействием лопастей;
подача газа непрерывная и равномерная.
Вращательное движение рабочего колеса с отсутствием трения о корпус позволяет применять большие окружные скорости, доходящие в осерадиальных колесах до 400 500 м/с.
Кроме того, возникающие на лопастях силы, а следовательно, и сообщенная газу энергия пропорциональны квадрату окружной скорости. Следовательно, большие давления могут быть достигнуты либо при очень больших окружных скоростях, либо путем увеличения числа ступеней. Известны, например, осевые компрессоры с числом ступеней z = 15 20 при отношении давлений К = 5 7. Большие осевые скорости потока в осевых машинах обуславливают большие подачи их, в то время как подача поршневых компрессоров из-за малых скоростей движения поршня обычно не превышает 3 м/с.
Ротационные машины сочетают некоторые особенности поршневых и лопаточных машин и образуют большую группу машин, существенно отличающихся по конструктивному выполнению.
Области применения газодувных машин. Вентиляторы широко применяются для проветривания шахт, рудников, общественных зданий, производственных помещений, для подачи воздуха в топки котлов и т.д. И хотя потребляемая отдельным вентилятором мощность невелика, на вентиляторы и дымососы в России идет около 8 % всей вырабатываемой электроэнергии.
Не менее широкое применение и компрессоров. Ни один машиностроительный завод не обходится без компрессорной станции, подающей сжатый воздух для привода пневматического инструмента, формовочной машины, воздушных молотов. Сжатый воздух и сжатые газы необходимы в химической, металлургической и других отраслях промышленности. За последние годы центробежные компрессоры широко используются для подачи природного газа.
6
1. ВЕНТИЛЯТОРЫ
Вентиляторы предназначены для перемещения газов и сообщения им энергии с отношением давления К < 1,1. Комплекс – вентилятор, приводной двигатель и коммуникации – образуют вентиляционную установку (рис. 4).
Основные рабочие параметры вентиляторов
Объемная (массовая) пода-
ча V (G) представляет собой объем (массу) газа, подаваемого вентилятором в единицу времени.
Давление, развиваемое вентилятором, Па, называется разностью полных запасов энергии после и до вентилятора, отнесенной к 1 м3 газа,
p pK pH |
c2 |
c2 |
|
K |
H |
, |
|
|
2 |
||
|
|
|
|
2 |
|
pСТВ |
|
5 |
zВ - zА pH |
pK |
|
|
1 |
3 |
|
|
pСТА |
4 |
|
Рис. 4. Схема вентиляционной установки: 1, 2 – приемный и напорный резервуары; 3 – вентилятор; 4, 5 – всасывающий и напорный трубопроводы
где плотность перемещаемого газа, кг/м3 ; с – скорость газа, м/с; индексы н (начальное) и к (конечное) относятся к параметрам в сечениях перед вентилятором и за ним.
Наблюдаемое давление вентилятора, Па, работающего на данную сеть, находят из выражения
p pCTB pCTA p pC ,
где pCTB и pCTA избыточное статическое давление в напорном и приемном резервуарах; p сопротивление газового (воздушного) тракта, включая потерю давления с выходной скоростью; рС – самотяга, Па:
pC B Г g zB zA ,
7
где В – плотность наружного воздуха; Г – средняя плотность перемещаемого газа, кг/м3; zВ и zА – геометрические отметки сечений сбрасывания и приема газа.
Мощность вентилятора
pV Ne 1000 e .
1.1.Радиальные вентиляторы
Врадиальном вентиляторе воздух поступает через входное отверстие, которое всегда имеет круглую форму, и выходит через выходное отверстие, имеющее квадратную или прямоугольную форму.
Зазор между колесом и входным патрубком не должен быть больше 1 % диаметра колеса. При больших зазорах работа вентилятора резко ухудшается из-за увеличения протечек.
Кожухи вентиляторов изготавливаются из листовой стали сварными или клепаными. В малых вентиляторах кожухи крепят к станине, в больших – на специальных опорах. Станины отливаются из чугуна или сваривают из листовой и угловой стали. На станинах в подшипниках устанавливают валы.
Радиальные вентиляторы классифицируются [5]:
по создаваемому давлению:
низкого давления, до 1000 Па;
среднего давления, до 3000 Па;
высокого давления, свыше 3000 Па.
Следует отметить, что вентиляторы низкого давления при увеличении числа оборотов могут развивать среднее давление, следовательно, классификация по этому признаку является условной.
по назначению:
а) общего назначения – для перемещения чистого воздуха и неагрессивных газов при температуре до 180 0С и воздуха, содержащего пыль в количестве не более 150 мг/м3; такие вентиляторы применяют в системах вентиляции, воздушного отопления и для производственных целей;
б) для технологических нужд при перемещении агрессивных сред
– винипластовые, во взрывобезопасном исполнении – алюминиевые; пылевые – для перемещения воздуха, засоренного механическими примесями, и пневматического транспортирования материалов;
8
в) дымососы – для перемещения дымовых газов (применяются в тяговых установках котельных).
по направлению вращения рабочего колеса:
правого вращения – если колесо вращается по часовой стреле (со стороны станины);
левого вращения, если колесо вращается против часовой стрел-
ки.
по расположению выходного отверстия: верхнее типа В; правое –
П; левое – Л; нижнее – Н. Возможны промежуточные положения выходного отверстия (под углом к горизонтали в 450.
по способу привода: на ременной передаче и на одном валу с двигателем.
а
г
Рис. 5. Кожухи и рабочие колеса радиальных вентиляторов: а низкого давления с числом лопастей 12, 24, 36 или 48; б среднего давления с числом лопастей 12 или 24; в пылевого с 6 лопастями; г высокого давления
9