книги / Насосы и вентиляторы

оболочки (например, резинового баллона). В первый момент напол­

нения противодавление оболочки будет небольшим, а подача вен­

тилятора значительной. Постепенно оболочка будет наполняться, растягиваться, а подача ввиду упругости стенок оболочки и увели­

чения противодавления — уменьшаться. Затем, если характеристи­

ка вентилятора имеет седловину, часть воздуха из оболочки будет

сброшена через вентилятор обратно. После этого вентилятор опять

начнет накачивать воздух в оболочку до нового сброса.

Если в первом квадранте на характеристике вентилятора име­

ются точки с давлением большим, чем на гребне выгиба, то скачки

подачи происходят без изменения направления движения (рис. IV.32, кривые а—г).

При непрерывно падающей характеристике вентилятора наиболь­ шее давление его соответствует нулевой подаче. В связи с этим при меньшем, чем подача вентилятора, расходе жидкости через сеть уве­

личение противодавления будет соответствовать непрерывному уменьшению подачи до нулевой, после чего подача воздуха в бал­

тикальный трубопровод. После достижения определенного уровня

воды, соответствующего наибольшему давлению насоса по харак­

теристике, произойдет сброс части воды обратно через насос (при отсутствии обратного клапана), затем накачивание начинается снова и т. д.

Чтобы обеспечить устойчивость работы нагнетателей и предот­

вратить помпаж, стремятся конструировать насосы и турбокомпрес­

соры таким образом, чтобы характеристика их была непрерывно

падающей. Для вентиляторов в большинстве случаев соблюдать

указанные условия нет необходимости.

Глава V

ПОДБОР НАГНЕТАТЕЛЕЙ И ДВИГАТЕЛЕЙ К НИМ

V.I. Подбор нагнетателей

Исходными для подбора нагнетателей являются полученные из

расчета сети величины L и /?, а также соображения конструктивно­ го и эксплуатационного характера. Но всегда необходимо стремить­ ся к выбору такого нагнетателя, который будет работать наиболее

экономично, т. е. при наибольшем КПД.

Перед выбором нагнетателя, рассчитывая на его наиболее удоб­

ное непосредственное соединение с электродвигателем, весьма по­ лезно -подсчитать значение удельной быстроходности для относи­ тельной скорости со в 75, 100, 150, 300 с~1 (п в 720, 960, 1450,

Если лу>100, то выгоден осевой вентилятор, если же пу<100, то предпочтительнее радиальный. Можно сообразоваться и со зна­

чением рутак как при р> 300 Па одноступенчатые обычные осевые

вентиляторы должны работать при больших окружных скоростях со значительным шумом. Ввиду этого приходится выбирать венти­ лятор из числа радиальных, имеющих больший коэффициент дав­ ления. При малых давлениях предпочтение можно отдавать осевым вентиляторам, как упоминалось, благодаря удобству их реверси­

рования и регулировки поворотом лопастей, и вследствие меньшей зависимости их мощности от изменения производительности.

После определения типа вентилятора следует выбрать наиболее

подходящую серию из числа выпускаемых промышленностью. При

выборе центробежных (радиальных) нагнетателей можно восполь­ зоваться значением подсчитанной удельной быстроходности — она

входит в наименование серии. Здесь определяющим также явля­

ется расчетное давление, так как для каждой серии лопастных на­

гнетателей в зависимости от конструкции рабочего колеса завод-из­

готовитель лимитирует по соображениям прочности окружную скорость, а значит, и давление.

Очень важным для оценки серии, как уже упоминалось, явля­ ется значение максимального КПД, которое должно быть как можно

большим.

При перемещении загрязненных твердыми примесями жидко­

стей приходится, однако, использовать пылевые вентиляторы или,

например, фекальные насосы, имеющие пониженный КПД, но спе­ циальную конструкцию. Для удаления агрессивных и взрывоопас­ ных газов выбирают вентиляторы только специальной защищенной

конструкции.

Когда выбрана и серия, то остается выбрать размер нагнетателя

(номер) и на его характеристике по точке пересечения координат

заданных L и р определить соответствующие N и г). Здесь определяю­

щими должны быть наибольший т], а если желательно вентилятор

непосредственно соединить с электродвигателем — его стандартная со. Поэтому сравнивают г| и со для нескольких номеров и выбирают

оптимальный вариант (для некоторых видов универсальных харак­

теристик номер определяется однозначно).

Когда подбор закончен, полезно, а иногда и необходимо (на­

пример, при совместном использовании) выяснить все промежуточ­

ные и конечные режимы работы нагнетателя при нулевой и макси­

мальной производительности. Для этого можно использовать для

вентиляторов предложенные автором в ЦАГИ еще в 1933 г. и опи­ санные выше полные универсальные характеристики.

Что касается иногда наносимых на характеристики кривых мощ­ ности, то они только их загромождают. Подсчитать необходимую мощность (без запаса) можно по формуле N = L p /(l000 т]), где N по­ лучают в кВт, если L выражено в м3/с и р — в Па.

При подборе многих типов нагнетателей приходится пользовать­ ся не характеристиками, а таблицами опытных данных. Это в пер­

вую очередь относится к насосам. Обычно в таблицах для насосов

данного типа и размера при нескольких значениях давлений ука­

зывают соответствующую производительность, частоту вращения и

иногда мощность или КПД.

V.2. Определение установочной мощности двигателя

Мощность двигателя, соединенного с лопастным нагнетателем,

полезно передается перемещаемой жидкости, а также частично рас­ ходуется на преодоление потерь внутри (гидравлических и на пере­ текание через зазор). Кроме того, мощность расходуется на трение

дисков колеса о жидкость (нулевая мощность) и на преодоление механических потерь (трение в подшипниках, приводе).

Полезную мощность лопастного нагнетателя, как известно, оп­

ределяют по формуле Nn0Jl=L p/ 1000т), где L — подача, м3/с; р —

давление, Па; N — мощность, кВт.

Гидравлическая мощность, т. е. мощность, передаваемая жид­ кости и в силу несовершенства процесса частично расходуемая на гидравлические потери NnoT и на перетекание жидкости через зазор

внутри нагнетателя N3a3: Nh= N n0Jl+ N n0T+ N 3a3.

Мощность на колесе нагнетателя, т. е. без учета механических

потерь, будет больше вследствие трения дисков колеса о жидкость

(нулевой мощности — N0) и составит N = N h+ N о = |0 Щ •

Именно эту мощность принимают при подборе нагнетателей по

характеристикам.

В зависимости от способа соединения нагнетателя с двигателя­ ми должны быть учтены дополнительные потери мощности. Мощность

на валу нагнетателя, т. е. с учетом потерь ее на трение в подшипни­

ках: NB= L p/ (1000 г|Т]п), где т)п — 0,96...0,97 в зависимости от типа, числа и состояния подшипников.

Мощность на валу двигателя, определяемая с учетом потерь в передаче от нагнетателя к двигателю (в редукторе), выразится фор­ мулой

N= ___LE___

рlOOOîpbV

где для клиноременной передачи т]р=0,90...0,95.

Для передачи иного типа (фрикционных, зубчатых и др.) зна­ чения принимают по соответствующим справочникам.

Если нагнетатель соединен с двигателем на одном валу (см.

рис. V I.39, U 2), то т)п= 1 ; т)р= 1.

В действительности при работе нагнетателя в сети фактическая мощность может отличаться от расчетной из-за неточности расчетов, отступлений от проекта при монтаже, несоответствия оборудования,

негерметичности и многих других причин.

Ввиду практической сложности и нецелесообразности учитывать

все эти влияния порознь, рекомендуется принимать расчетную мощ­ ность с запасом

N = ___ _____ k

3 ЮООпЛпЛр ’

где k — коэффициент запаса мощности, учитывающий не выявлен­

ные расчетом факторы. Этот запас исключает необходимость в запа­

сах для L и /?, полученных из расчета сети.

Вследствие того что мощность центробежных (радиальных) на­

...1,15. Для центробежных (радиальных) нагнетателей с лопастями,

загнутыми назад, а также для осевых нагнетателей, мощность кото­

вующие но типу двигатели, у которых установочная мощность на

валу (номинальная) должна быть ближайшей большей в сравнении

с подсчитанной.

Иногда рекомендуется при определении установочной мощности

электродвигателей принимать дополнительный запас в зависимости от ее абсолютных значений. Но такой запас может быть оправдан только для двигателей мощностью до 0,5 кВт.

V.3. Электродвигатели

Нагнетатели приводятся в действие главным-образом с помощью электродвигателей. В отдельных случаях (например, в качестве ре­ зерва) можно применять паровые и бензиновые двигатели. В прило­ жении приведены технические данные об электродвигателях, выпускаемых отечественной промышленностью.

Электродвигатели могут работать с большой частотой вращения,

обладают высоким КПД, компактны, недороги и просты в эксплуа­ тации.

Простейший электродвигатель (рис. V.1) состоит из неподвиж­

ного статора с лапами /, крышки 3 и вращающегося в подшипни­ ках на валу ротора 2. На выпущенном конце вала обычно разме­

щают шкив. Для непосредственного соединения с нагнетателями

удобны фланцевые электродвигатели.

Электродвигатели постоянного тока в нагнетательных установ­ ках применяют редко, так как постоянный ток для силовых нужд

щения электродвигателей в зависимости от числа полюсов указана ниже:

Чем больше частота вращения (меньше пар полюсов), тем ком­

пактнее, дешевле и экономичнее электродвигатель. Отсюда следует, что предпочтительнее использовать электродвигатели с наибольшей

частотой вращения. Наибольшей синхронной частотой вращения у

электродвигателей переменного тока обычной частоты в 50 с" 1 явля­

ется 300 с“ \ что соответствует одной паре полюсов.

В нагнетательных установках используются и многоскоростные электродвигатели с переключением числа пар полюсов. Желатель­

но подбирать такие электродвигатели, частота вращения которых

совпадает с частотой вращения подобранных нагнетателей, что дает

возможность соединить их непосредственно. Но вследствие того,

что это не всегда осуществимо, приходится применять промежуточ­

ную передачу.

Ременная передача по сравнению с непосредственным соединени­

ем имеет следующие недостатки: уменьшается надежность эксплуа­ тации вследствие возможного скольжения при ослаблении натяже­

ния ремня; снижается экономичность эксплуатации из-за дополни­ тельных механических потерь; увеличиваются габариты и стоимость

установки; усиливается шум.

Напряжение в электрических сетях нашей страны применяют равным 127, 220, 380, 500, 600 В и более, в соответствии с чем конст­ руируют и электродвигатели.

Чем выше напряжение, тем меньшие сечения проводов могут по­

требоваться для подвода той же мощности, тем компактнее и дешев­

ле получаются установки.

В большинстве нагнетательных установок преимущественно при­

меняются электродвигатели напряжением в 127/220 и 220/380 В.

Для использования одного и того электродвигателя при двух раз­ ных напряжениях соответствующим образом пересоединяют обмот­

ку статоров (на звезду — большее напряжение, на треугольник — меньшее).

Установка электродвигателей с неоправданным запасом и полу­

чающаяся в результате этого недогрузка уменьшают cos ф и, сле­ довательно, удорожают эксплуатацию.

В течение длительного времени предприятия электропромыш­

ленности выпускают асинхронные электродвигатели серий А и А2 мощностью от 0,1 до 100 кВт в четырех основных исполнениях: А и А2 — защищенные в чугунном корпусе, АЛ и А2Л — защищен­

ния неравномерности подачи в поршневых насосах устанавливают воздушные колпаки и т. д.

Высота всасывания. Кавитация. Разрежение, которое создает работающий насос, не может быть по абсолютному значению боль­

Геометрическая высота всасывания (расстояние между осью колеса насоса и поверхностью свободного уровня) соответствует геометрическому давлению; при нормальных условиях она обычно составляет 4. .6 м. Вакуумметрическая высота всасывания

несколько больше этой величины.

При увеличении высоты всасывания в воде, поступающей в на­

сос, может создаться такое пониженное абсолютное давление, при

котором жидкость закипит, что неблагоприятно отразится на работе насоса.

вать насосами только при подпоре. В насосных системах централь­ ного отопления, например для создания подпора, расширительный сосуд подключается перед насосом (рис. VI. 1).

Допустимая вакуумметрическая высота всасывания также за­ висит от производительности насоса, частоты вращения и для нормальных условий (температура воды + 2 0 °С, атмосферное дав­

ление 760 мм рт. ст.) обычно по результатам испытаний обознача­

ется на характеристиках.

Явление, связанное с образованием в капельной жидкости пу­ стот — пузырьков, наполненных паром или воздухом, называется

кавитацией. Внутри лопастных насосов, как уже отмечалось выше,

кавитация возникает при закипании жидкости. Внутри насоса

слышатся хлопки, чувствуются сотрясения, нарушается гидравли­

ческий режим работы — прерываются подачи, снижаются давление

и КПД.

Результатом кавитации может стать разрушение насоса, в пер­ вую очередь концов лопастей колеса под действием мощных местных гидравлических ударов, возникающих при конденсации на этих

щим к стенкам кожуха, или продолговатым цилиндром — плунже­ ром (рис. V I.3).

Уплотнение в последнем случае требуется только в месте прохода

плунжера, что осуществлять значительно проще, чем при дисковом

Дифференциальный насос (рис. VI.5) работает на всасывающей

стороне по принципу одинарного действия., а на нагнетательной — по принципу двойного.

В дифференциальном насосе жидкость, выталкиваемая из рабо­

чей камеры, поступает в дополнительную камеру, объем которой попеременно заполняется удлиненным плунжером или значитель­ но меньшим по диаметру штоком. В этой камере при нахождении

здесь штока часть нагнетаемой жидкости задерживается, а при

возвращении плунжера выталкивается дальше. Это обеспечивает при отсутствии второй пары клапанов более равномерную подачу, хотя производительность при этом не увеличивается.

Насосы штангового типа с проходным лоршнем ,(рис. V I.6) при­ меняют для откачивания воды из скважин.

В этих насосах поршень 1 со сквозным отверстием 2, прикры­ ваемым сверху клапаном 3, с помощью штанги 4 перемещается вниз и вверх по расположенному в скважине цилиндру, в котором

ниже имеется второй (обратный) клапан 5.

При движении поршня клапан 5 открывается и жидкость заса­

сывается в цилиндр. При движении поршня вниз клапан 5 закры­

вается и жидкость устремляется вверх через отверстие 2, открывая клапан 3. При следующем движении поршня вверх клапан 3 закры­ вается, так как давление под ним уменьшается, и жидкость выталки­