книги / Насосы и вентиляторы

Для струйных аппаратов можно построить аналогичную полную характеристику при неизменной скорости истечения через сопло.

Для объемных двигателей также можно построить полную ха­ рактеристику, но для поршневых нагнетателей обычно строят ин­

ле N =M со/1000.

Производительность определяют по изменению объема воды в

=L/F)\ р — плотность жидкости; Др — потеря полного давления на

участках от мест измерения до нагнетателя (величина ее может быть

определена расчетом).

В случае присоединения манометров с помощью трубок, имею­ щих вертикальные участки, следует учитывать имеющийся здесь

геометрический напор (у вакуумметров трубки заполняются воз­

духом, и такую поправку вводить нет необходимости).

Полученные значения р и N откладывают на графике в зависи­ мости от L и через эти точки проводят кривые р—L и N—L. Далее

для ряда произвольно выбираемых значений L по нанесенным кри­

* Ниже описана простейшая методика испытания насосов, а далее и других нагнетателей, применяемая на учебных лабораторных занятиях. Производственные испытания производят по более сложной методике в соот­ ветствии с ГОСТом.

вым определяют р и N, а затем вычисляют v\=Lp/N. Через полу­ ченные точки проводят третью кривую характеристики т]—L.

При испытании насосов следует измерить предельное разреже­

ние (вакуум), предшествующее началу .кавитации р, или

Поршневые насосы, равно как и поршневые компрессоры, испыты­

вают снятием индикаторной диаграммы.

Испытание вентиляторов. Вентиляторы испытывают принци­

пиально по той же методике, что и насосы, но производительность

измеряют с помощью коллектора, диафрагм, трубок Вентури или

другим вышеописанным способом.

*

VII. 19. Схема испытания вентилятора на всасывание

В тех случаях, когда требуется снять характеристику в двух

квадрантах (первом и четвертом), а при осевых вентиляторах —

во всех случаях, испытание ведут в специальной камере 1 с надду­ вом (рис. V II.19). Наддувный вентилятор 2 включают последова­ тельно с испытываемым вентилятором, что позволяет обеспечивать производительность даже при отрицательных давлениях.

При испытании вентиляторов в камере, что способствует лучшей организации испытания различных вентиляторов, давление вентиля­

тора р = р ст+ | у Еь,х, где рС1>— статическое давление в камере (ввиду

большого поперечного сечения динамическим давлением в камере можно пренебречь); ипых — скорость в выходном отверстии венти­ лятора.

Мощность при испытаниях в камерах обычно измеряется дина­ мометром. Возможно испытание вентиляторов и другими способами

в трубах или на нагнетании.

Акустические характеристики вентиляторов (см. рис. III .11) строят на основе проводимых по стандартной методике испытаний в

координатах J — громкость шума и L — подача, причем для сто­ рон всасывания и нагнетания при одной или нескольких частотах.

При лабораторных испытаниях насосов и вентиляторов их подачу можно определять с точностью до 1. .1,5 %. Степень точности измерения давления 1. .2 % и мощности 2. .3 %. Эти величины

показывают, что точность определения КПД при разовом испытании

недостаточно высока и поэтому при ответственных случаях про­

водят испытания нагнетателя несколько раз и принимают среднее

значение КПД.

Испытание других нагнетателей. Испытывать турбокомпрессо­ ры можно аналогично испытанию вентиляторов, но с учетом изме­ нения плотности газа. Испытание поршневых компрессоров, как

уже указывалось, производят аналогично испытанию поршневых

насосов, т. е. снятием индикаторной диаграммы и ее обработкой. Испытание струйных аппаратов по аналогии с насосами и вен­

тиляторами следует производить измерением расходов подсасывае­

мой и рабочей жидкости (расход последней при нормальном испыта­

нии должен сохраняться неизменным) и одновременным измерением

давлений во всасывающей линии перед смешиванием и в нагнета­ тельной линии за диффузором. Эти измерения делают при несколь­ ких положениях задвижки, устанавливаемой на всасывающей ли­ нии, на достаточном расстоянии от места измерения.

VI 1.3. Регулировка нагнетателей

Главная цель регулировки работы нагнетателей — изменение их подачи до нужной величины. Регулировку лопастных нагнетателей

можно производить двумя способами: качественным — путем измене­ ния их характеристик или количественным— путем изменения ха­

рактеристик сетей (рис. V 11.20).

VII.20. Работа вентилятора в сети при регули­ ровке:

1 — качественной; 2 — количественной

пружины; 5 — двигатель; 6 — механизм натяжения рем­ ня; 7 — шкнв

Количественный метод регулировки, при котором увеличивают

сопротивление сети с помощью задвижки или дросселя, очень прост,

однако он крайне неэкономичен и позволяет производить регули­

ровку только в сторону уменьшения подачи.

Качественный метод регулировки более экономичен и осуществ­

ляется путем изменения частоты вращения или геометрических

параметров нагнетателя, а также применением направляющих

аппаратов. При этом меняются характеристики нагнетателя и его подача.

В настоящее время большая часть нагнетателей приводится в

действие электрическими двигателями переменного тока, частота вращения которых зависит от частоты тока и числа пар полюсов

магнитной системы. Наиболее распространены двигатели с частотой вращения 75, 100, 150, 300 с-1 (720, 960, 1440 и 2880 об/мин), причем

с изменением нагрузки частота вращения меняется незначительно.

Выпускаются электродвигатели с переключением числа пар по­ люсов, так называемые многоскоростные, позволяющие менять ча­ стоту вращения скачкообразно (300. .150, 150. .75 с " 1 и т. д.), однако такие электродвигатели громоздки и дороги.

Таким образом, при непосредственном соединении электродви­

гателей переменного тока с нагнетателем (способе, наиболее целесооб-

разном по соображениям надежности эксплуатации, уменьшения шума, уменьшения габаритов установки, а также предотвращения потёри мощности в передаче) регулировка их посредством изменения

частоты вращения затруднительна. Агрегатные же электрические

системы Леонарда (генератор — двигатель), Спидлера (два асинхрон­ ных двигателя) и другие весьма громоздки, сложны, вследствие чего

внагнетательных установках они применения не получили.

Вэлектродвигателях постоянного тока регулировку частоты вра­

щения производят очень просто и экономично — электрическими способами. Однако постоянный ток для силовых целей применяется редко.

При наличии промежуточной передачи, которая на основе ска­

занного выше менее желательна, частоту вращения нагнетателя ре­

гулируют изменением передаточного числа. Наиболее часто приме­

няется ременная передача (плоская или клиновидная). В этом случае

регулировка производится путем изменения диаметров шкивов.

В случае использования специальных клиновидных ремней

можно применять разжимный шкив с изменяющимся диаметром

(рис. VII.21), в результате чего таким вариатором в широких преде­ лах изменяется передаточное число.

Для регулировки крупных установок успешно применяют гидро­

муфты (рис. V II.22), состоящие из двух соосных роторов: ведущего, насаживаемого на вал двигателя, и ведомого, который насаживают на вал нагнетателя. Кольцевое пространство, в котором находятся лопасти ротора, заполнено маслом, и вращение вала двигателя вызы­ вает вращение вала нагнетателя. Частота вращения получается тем

меньшая, чем меньше находится там жидкости или чем меньше ее

давление. Существующие конструкции гидромуфт весьма сложны,

они имеют высокую стоимость и недостаточно высокий КПД при глубоком регулировании, так как он изменяется пропорционально

изменению частоты вращения.

Для регулировки вентиляторов удобно применять электромуф­

ты, действующие по принципу электромагнитной индукции. Элект­

увеличении или уменьшении тока возбуждения изменяются сила магнитного потока и взаимо­

действие между якорем и статором индуктора.

Вследствие этого в широких пределах может из­ меняться частота вращения колеса.

Существенным преимуществом электромуфт является возможность весьма простого дистан­

ционного управления ими, хотя КПД их при

глубоком регулировании, как и у гидромуфт,

недостаточно высок.

Геометрические параметры у лопастных на­

гнетателей в целях регулирования можно из­

менять самыми разнообразными способами. Про­ ще всего это делают у осевых машин — путем поворота лопа­

стей или изменения их числа. Повернуть лопасти у центробежных

(радиальных) машин конструктивно значительно сложнее. Здесь

несколько легче можно осуществить регулировку с помощью пово­ ротных з_акрЫлок (элеронов), размещаемых на выходных кромках лопастей колес-

Весьма эффективно вести регулировку радиальных вентиляторов путем изменения активной ширины колеса с помощью диска, пере­

мещаемого в осевом направлении (рис. VI 1.24). Диск можно переме­

щать стержнем, пропущенным через пустотелый вал колеса вентиля­ тора. Такая регулировка однако затруднительна при криволиней­ ных и двоякоизогнутых лопастях колеса.

У центробежных насосов необратимая регулировка часто осу­ ществляется уменьшением диаметра лопастного колеса путем об­

точки.

В настоящее время для качественной регулировки лопастных нагнетателей fccc шире используют конструктивно простые и доста­ точно эффективные лопастные направляющие аппараты, устанавли­

ваемые перед всасывающими отверстиями. При повороте лопастей аппарата изменяется скорость закручивания входящего в колесо потока (Ciu), В результате чего изменяются развиваемое давление

(Лт—Р^гСги—pttiCiu) и подача. КПД снижается в меньшей степени,

удобно по графикам регулировки, построенным в координатах

N/NQ—L/L0 (здесь мощность N и производительность L с нулевым

индексом — на исходном режиме, а без индекса — на режиме ре­

гулировки).

Чем меньше величина N/N0 при одном и том же значении L/L0j

тем очевиднее, что экономичнее будет способ регулировки.

1 — дроссель; 2 — направляю­ щий аппарат; 3 — муфта

На рис. V II.26 изображен график регулировки радиального вентилятора, построенный по результатам испытаний, проведенных с помощью дросселя, направляющего аппарата и регулировочной

муфты. В данном случае, как и в большинстве других случаев,

расположение кривых на графике показывает преимущество муфты по сравнению с регулирующим аппаратом и в особенности дроссе­ лем.

Пример. Требуется определить мощность центробежного насо­ са (рис. V II.27) при уменьшении его подачи до L i= 6,6 м3/ч, если при со2= 145 с " 1 и т|2 ==0 , 6 подается L 2= 10 м3/ч при /?2= 35 000 Па.

Р е ш е н и е . Мощность при указанном режиме составляет (кВт)

При дросселировании и неизменной частоте вращения величине подачи U =6,6 м3/ч соответствуют на характеристике г)i=0,65, p i— = 4 4 000 Па и мощность (кВт)

© != 1 4 5 - ^ = 95 с " 1,

чему соответствует р = 15 000 Па при неизменном г]1 =0,6 . Мощность

при этих условиях будет составлять (кВт)

дт 6,6-15 000 Л - " 3~~ 3600.1000-0,6 — U»D-

Это значительно меньше предыдущей, так как мощность беспо­

лезно расходовалась на преодоление сопротивления дросселя ( 4 4 000— 15 000 = 29 000 Па).

Рассмотренный пример типичен и свидетельствует о явной не­ экономичности дросселирования.

Что касается объемных нагнетателей, то регулировать их пода­

чу количественным способом, т. е. дросселированием, нельзя —

такая попытка может привести к повреждению такого нагнетателя или обслуживаемой сети.

Помимо качественной регулировки путем изменения числа обо­

ротов или ходов можно только весьма невыгодно уменьшать по­

лезный расход через сеть обратным перепуском нагнетательной

жидкости во всасывающую сеть или сбросом ее наружу.

Поршневые нагнетатели также регулируют величиной хода пор­ шня, объемом вредного пространства и отжимом всасывающих кла­

панов. В последнем случае невозможно полностью или частично

произвести сжатие и выталкивание.

У пластинчатых нагнетателей возможно в целях регулировки менять величину эксцентриситета.

Струйные аппараты обычно регулируются изменением расхода нагнетаемой через сопло жидкости.

МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

VII 1.1. Установка нагнетателей и электродвигателей

Перед установкой проверяют соответствие полученных нагне­

тателей и двигателей данным проекта и техническим условиям.

Особенное внимание у лопастных нагнетателей следует обращать на направление вращения колес, их балансировку, обеспечение требуемых зазоров, состояние подшипников, прочность соединений.

Небольшие по размерам нагнетатели обычно поставляют в со­

бранном виде, и их можно сразу устанавливать на место. Нагнета­ тели больших размеров поступают разобранные, и собирают их

по элементам. Нагнетатели и электродвигатели устанавливают на

заранее подготовленных фундаментах. Однако не следует заранее

заделывать в них крепежные болты, так как их расположение может

не совпадать с разметкой отверстий в станинах. Электродвигатели

же устанавливают на салазках, что позволяет в случае необходи­

мости (например, для натяжки ремней) их перемещать.

Наиболее прост монтаж нагнетателей, колеса которых уже при

заводской сборке насажены непосредственно на валы электродвига­

телей (см. рис. VI.30).

Колеса крупных нагнетателей приходится устанавливать на

самостоятельные валы с подшипниками и с помощью муфт соеди­ нять с электродвигателями (см. рис. VI.30, 2, 3, 4). При этом важно тщательно сцентрировать оси валов. Муфты могут быть жесткие и упругие, состоящие из двух полумуфт, соединяют их

болтами-пальцами. В соединительные отверстия упругих муфт зак­

ладывают кожаные или резиновые втулки, вследствие упругости

которых сглаживается пусковой рывок и можно компенсировать небольшое нарушение центровки.

Промежуточная передача вращения нагнетателей от электро­

двигателей (см. рис. V I.30, 4, 6, 7) чаще всего ременная. В послед­

нее время плоскоременная передача почти повсеместно вытеснена более надежной и компактной клиноременной.

Выбор и расчет той или иной передачи детально регламентирован соответствующими ГОСТами, а методика расчета подробно описы­ вается в справочниках и специальной литературе. Заметим, что при клиноременной передаче передаточное число не должно превышать более 10, а скорость ремня — 25 м/с. Расстояние между центрами

шкивов минимально должно соответствовать диаметру большого шкива, а максимально — удвоенной сумме диаметров обоих шкивов.

Тип и число ремней выбирают с учетом передаваемой мощности,

а длину их — в зависимости от диаметров шкивов и вышеуказанного

расстояния между ними (это расстояние можно регулировать с помощью салазок электродвигателя).

За исходный обычно принимают диаметр шкива нагнетателя, диаметр шкива двигателя определяют из простой обратной пропор­ циональности известных частот вращения.

Для установки используют типовые шкивы ближайших стандарт­ ных диаметров, причем ширина и желобки должны соответствовать

выбранному типу ремней и их числу.

V II9.2. Балансировка колес вентиляторов

При вращении колес нагнетателей может возникнуть вибрация, которая разрушающе действует на подшипники и всю конструк­ цию, а также является причиной шума. Вибрация возникает вслед­ ствие неуравновешенности массы колеса относительно оси вращения, в результате чего образуются силы, действующие на изгиб вала

(рис. V III.1).

Если колесо узкое, сравнительно невелико по диаметру и рас­

считано на работу при небольших окружных скоростях, то силу,

изгибающую вал, считают расположенной в одной плоскости.

Уравновешивание (балансировку) в этом случае можно 'произво­ дить так называемым статическим способом. В других, более общих случаях изгибающие силы могут располагаться в разных плоско,- стях, воздействуя сильнее на вал. В этих условиях балансировку следует производить динамическим способом на специальных стан­ ках..

Рабочие колеса радиальных вентиляторов, у которых ширина

более 30 % диаметра, должны быть динамически уравновешены

при сборке на заводе. Если при монтаже, а в особенности при эксп­ луатации первоначальная заводская балансировка нарушится, ее следует немедленно восстановить.

Статическая балансировка в отличие от динамической осуществ­ ляется без особых трудностей. Для этой цели (рис. V III.2) на рас­ положенные строго горизонтально две металлические призмы (ножи)

опирают вал с насаженным на него колесом. Если колесо не уравно­ вешено, то при поворотах оно все время будет занимать определенное положение — избыточной массой вниз. При балансировке облег­

чают колесо в этом месте (стачиванием, просверливанием) или под­

бирают добавочный грузик для укрепления на противоположной

стороне колеса (прикрепкой, приваркой). Уравновешенное ко­ лесо при легком повороте должно останавливаться в любом по­

ложении.

V I11.3. Подшипники

Для нагнетателей, а также и для электродвигателей, как правило,

применяют шариковые и роликовые подшипники качения. По срав­

нению с подшипниками скольжения такие подшипники более просты в эксплуатации и удобнее при монтаже и демонтаже. Однако при

работе они сильнее шумят.

Наиболее просты по конструкции радиальные однорядные под­

шипники. В том случае, если невозможно обеспечить точную соос­

ность на валу, применяют двухрядные сферические самоустанав-

При установке на гладких валах без заплечников двухрядные

подшипники монтируют на закрепительных втулках.

Подшипники выбирают в соответствии с существующими норма­ тивами. Установленные подшипники следует предохранять от загряз­ нения, промывая их в случае необходимости бензином. Особенно

следует оберегать их от попадания влаги и ржавления. Часть вала,

на которую насаживают подшипники, должна быть тщательно обра­ ботана и иметь припуск по сравнению с внутренним диаметром кольца.

Перед насаживанием подшипников их желательно подогревать

в масле. Насадку следует производить, ударяя по кольцу подшип­

ника медным молотком.

Подшипники на закрепленных втулках устанавливают путем на­

тягивания гайки на коническую разрезную втулку, причем завин­ чивать гайку надо против направления вращения вала.

Корпус подшипника (рис. VII 1.3) должен хорошо защищать под­ шипник от пыли, воды и грязи. Особенно важно обеспечить тща­

тельное уплотнение между валом и корпусом, для чего можно ис­ пользовать лабиринты или войлочные кольца, как показано на рис. VIII.3.