Файл: Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций.pdf

3

ВВЕДЕНИЕ

Предметом курса является изучение основ теории, режимов работы, устройства и основных правил эксплуатации насосов, вентиляторов, комцрессоров и холодильных установок, объединяе­ мых общим названием - механическое оборудование и установки.

Различные типы насосов широко применяются в оистѳмах водо­ снабжения и теплоснабжения, при перекачке промстоков и топли­ ва, а также являются неотъемлемой составной частью гидравли­ ческих приводов, силовых и знергѳтяческах установок.

Обеспечение нормальных условий работы и отдыха личного состава в насыщенных техникой сооружениях приводит к необходи­ мости создания вентиляционных систем, требующих значительного количества вентиляторов. Кроме того, вентиляторное дутье нахо­ дит применение для повышения экономичности работы котельных установок.

Эксплуатация техники в настоящее время связана с примене­ нием сжатого воздуха и других газов, подучаемых с помощью компрессоров. Сжатый воздух, например, требуется для работы систем пневматического привода и управления, для работы пневма­ тических систем водоснабжения, для сжигания топлива в камерах

сгорания газотурбинных установок, для наддува в продувки двига­ телей внутреннего сгорания, а также для их запуска.

Холодильные установки на войсковых объектах предназначают­ ся для поддержания требуемого температурно-влажностного режима в хранилищах вооружения и скоропортящихся пищевых продуктов.

Крупными потребителями холода являются также системы кондицио­ нирования воздуха, обеспечивающие по сравнению с системами вентиляции лучшие условия обитаемости личного состава.

Таким образом, повседневная и боевая деятельность войско­ вых объектов невозможна без надежных и безотказно действующих механических установок и оборудования.

4

Появление наоосных установок в Россия было непосредственно овязано о развитием горного дела. Ухе в ІУШ в. К.д.Фролов и другие руоокиѳ мастера применяли установки о поршневыми насо­ сами для целей водоотлива из шахт. Источником двигательной

силы являлась обычно анергия падающей воды.

Приоритет в изобретении и создания центробежных и осевых вентиляторов и насосов в нашей стране прянадлѳхит военному инженеру А.д.Сабдукову. В 1832 г. Саблуков изобретает центро­ бежный вентилятор, представляющий собой круглый кожух с двух­ сторонним всасыванием и колесом, снабженным четырьмя лопатками,

азатем изобретает я осевой вентилятор,приближающийся по охѳме

ксовременным типам.

В1840 г. Саблуков приспосабливает своя вентиляторы для поднятия воды, т.е. изобретает цѳніробежннй и осевой наоооы.

Теоретические основы работы лопаточных машин были разрабо­ таны в КУШ в. выдающимся математиком и физиком, членом Россий­ ской Академии наук Л.Эйлером.

Вразвитие теории компрессорных машин большой вклад внесли такие рурские ученые, как Ломоносов, Бернулли, Чаплыгин.

Особое значение имели работы Н.й.Жуковокого "Видоизменение метода Кирхгофа" и "Теория воздушных винтов". В первой я в н ы х дано теоретическое обоснование метода расчета подъемной силы крыла, распространяемого теперь на лопасти наоосов и компрес­ соров. Этот метод не только служит для расчета подъемной силы, но и указывает пути разработки рациональных профилей лопаток современных машин. Вторая отмеченная работа лежит в основе

теории осевых вентиляторов и насосов, разработанной его учени­ ками.

H.S .Жуковским, которого В.И.Ленян назвал "отцом руоокой авиации”, разработаны важнейшие направления развития гидро­ аэромеханики, а его учениками были разрешены теоретические и практические вопросы современного насосо - и турбостроения.

В организованном Жуковским Центральном азрогидродинамичѳокои институте (ЦАГИ) в течение нескольких десятилетий были сосредо­ точены основные исследования воздушных и газовых машин.

С именем одного из основоположников отечественного гидро­ машиностроения И.а.Вознѳсѳнского овязано появление и развитие пропеллерных (осевых) насосов. Под его руководством были созда­ ны мощные насосы для канала имени Москвы и Волго-Донского ка­ нала.

5

Нельзя нѳ отметить крупную роль отечественных ученых и в развитии холодильной техники.

Большой вклад в науку о низких температурах сделал М.В.Ломо­ носов. В его диссертации "Размышление о тепле я холоде" дан анализ процѳооов, протекающих в охлаждающих омѳоях.

Академик Ловиц, продолжавший работы Ломоносова, получил о помощью охлаждающих смесей температуру до - 50 % . Пользуясь работами Ловица, другие ученые получили в жидком состоянии ашиак, серный ангидрид и другие вещества, которые впослед­ ствии стали применяться в холодильной технике.

Большую роль сыграли работы Д.И.Менделеева (I860 г.) а затем А.Г .Столетова (1882 г.), раскрывшие физвчѳокую оущность процессов перехода вещества из газообразного состояния в жид­ кое и обратно. Позднее использование кипения жидкостей для получения холодильного эффекта нашло широкое применение.

За годы Советской власти в нашей стране созданы десятки первоклассных заводов,выпускающих все необходимые типы насо­ сов, вентиляторов, компрессоров и холодильных машин как для народного хозяйства, так и для нужд обороны.

Комцрессоростроениѳ в нашей отранѳ стало развиваться толь­ ко в тридцатые годы. За последние годы в компрѳссоростроении достигнуты значительные успехи. Например, сконструированы уни­ кальные поршневые компрессоры производительностью 16000 ы3/час на 320 атм и производительностью 300 ьР/чаа на 1500 атм.

Отечественная холодильная промышленность подучила широкое развитие жить после Великой Октябрьской социалистической рево­ люции и особенно в послевоенные годы. В настоящее время в нашей стране создана мощная база холодильного машиностроения.

Изготавливаемые отечественными заводами насосы, вентиля­ торы, компрессоры и холодильные установки компактны, эконо­ мичны и по своим эксплуатационным качествам значительно пре­ восходят заграничные образцы. Ежегодный'выпуск этих машин ис­ числяется сотнями тысяч, а приводная мощность - десятками мил­ лионов киловатт.

Решения Х Н У съезда КПСС предусматривают дальнейшее бур­ ное развитие науки и промышленности страны, что гарантирует дальнейшее укрепление экономического и военного могущества нашей Родины.

7

Р А З Д Е Л I

НАСОСУ

ОБЩИЕ гтвр,тплнвд

Насосом называется машина, служащая для преооразоваяия ме­ ханической энергии двигателя в энергию поднимаемой и перемеща­ емой жидкости. Насос соединяется с системой, работу которой он обеспечивает.Обычно система состоит из приемного резервуара, всасывающего и нагнетательного трубопровода, по которому жид­ кость подается потребителю. Насос вместе с двигателем и систе­ мой образует насосную установку. Примерами насосной установки являются водопроводная насосная станция, насосная установка ко­ тельного агрегата, в которой насос используется для подачи воды в котел, насосная станция по перекачке жидкого топлива и т.д.

Насосы классифицируют по следующим основным признакам: прин­ ципу действия, назначению, роду перекачиваемой жидкости, типу привода и конструктивному исполнению.

Наиболее важной является классификация насосов по принципу действия, характеризующему физическую сущность происходящих в насосе процессов и указывающему на способ передачи энергии по­ току жидкости его рабочими органами.

По принципу действия насосы можно разделить на три группы:

-лопастные;

-объемные;

-бесприводныѳ.

Клопастным насосам относятся: центробежные, осевые (про­ пеллерные) и вихревые. В насосах этой группы рабочим органом являются колеса с лопастями'различной формы. При вращении ко­ леса лопасти сообщают находящейся в насосе жидкости энергию давления и скоростной напор (кинетическую энергию).

Лопастные насосы применяются для получения низких и сред­ них давлений жидкости (до 80 атм) при большой производитель-

ѳ

ности и отличаются простотой конструкции, компактностью, высо­ ким к.п.д., а така удобством соединения с быстроходными типами современных двигателей

Кобъемным насосам относятся поршневые, ротационные и диа­ фрагменные. В группу ротационных насосов входят шестеренчатые, пластинчатые, винтовые, аксиально-поршневые и радиально-поршне­ вые насосы. В объемных насосах преооразование энергии осущест­ вляется в процессе сжатия и вытеснения жядъ. ..ти из рабочей по­ лости Насосы данной группы сооощают жидкости энергию в стати­ ческой форме. Их к.п.д. не уступает к.п.д. лопастных насосов.

Областью применения объемных насосов являются высокие дав­ ления (дс ІООО и более атм) при относительно малых производи­ тельностях. Объемные насосы в отличие от лопастных более слож­ ны по своей конструкции, имеют з’^чительно большие размера и, за исключением ротационных, для соединения с двигателями тре­ буют применения кривошипного механизма.

Кбесприводным насосам относятся струйные насосы (эжекторы, инжекторы, гидроэлеваторы идр.), эрлифты (воздушные водоподъ­ емники), вибрационные водоподъемники и гидравлические тараны.

Основное преимущество насосов этой группы заключается в том, что в них отсутствует подвижный рабочий орган, передающий энер­ гию потоку перекачиваемой жидкости. І'акие насосы обладают боль­ шой надежностью в работе и широко используются для откачки раз­ личных жидкостей.

В струйных насосах передача энергии жидкости происходят от так называемого рабочего тела (жидкости, газа или пара), обладаощѳго большим запасом удельной энергии, чем перекачиваемая жидкость; к.п.д. струйных насосов сравнительно невысок.

В эрлифтах используется энергия сжатого воздуха, который

смешивается с поднимаемой жидкостью и образует эмульсию (вода + + воздух), имеющую меньший удельный вес. Действие эрлифта осно­ вано на разности удельных весов жидкости и эмульсии в сообщаю­ щихся сосудах. Эрлифты используются для откачки воды из арте­ зианских скважин. Однако они имеют низкий к.п.д.

В вибрационных подъемниках для подъема жидкости■использует­ ся -энергия колебаний, которая через трубу сообщает жидкости ускорение больше у (9,81 м/сек**), что способствует ее подъему. Вибрационные подъемники позволяют перекачивать воду с содержа­ нием песка до 30% при высоте подъема до 50 м.

В гидравлических таранах источником энергии для подъема

9

воды служит сила гидравлического удара воды, поступающей из за­ борного источника самотеком.

Различные типы насосов на войсковых объектах находят сле­ дующее применение:

а) в системах отопления - для подачи питательной воды в котлы, для перекачки жидкого топлива и подачи его к форсункам котлов;

б) в системах водоснабжения - для поднятия воды из арте­ зианских скважин и водоемов и подачи ее к потребителям;

в) в системах кондиционирования воздуха - для подачи воды к форсункам камер орошения;

г) в системах охлаждения силовых агрегатов дизельных элек­ тростанций, компрессорных и холодильных установок - для подачи воды к охлаждаемым агрегатам и охладительным устройствам;

д) в системах питания двигателей внутреннего сгорания-для подачи топлива к форсункам;

е) в системах смазки и управления силового оборудования - для подачи масла, обеспечивающего работу этих систем;

ж) на складах топлив - для перекачки различных топлив;

з) в системах нейтрализации агрессивных жидкостей;

4

и) в системах канализации - для перекачки загрязненных жид­ костей;

к) при производстве строительных работ - для понижения грунтовых вод, откачки воды из котлованов и траншей, подачи пульпы (вода + грунт) к местам намывки площадок, а также для транспортирования строительных материалов.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАСОСЫ

§ 1 . 1 . СХЕМА УСТРОЙСТВА И ПРИНЩІ1 ДЕЙСТВИЯ

На рис.І.І показана схема простейшего центробежного насоса. Основными его частями являются рабочее колесо I с изогнутыми лопатками 2, насаженное на вал 3, и полый спиральный корпус 8. Рабочее колесо состоит из двух дисков: переднего 5 и заднего 4,

ІО

мевду которыми размещаются лопатки. Корпус насоса соединен па­ трубками с трубопроводами - всасывающим 6 и нагнетательным 7.

Перед пуском в действие корпус насоса и всасывающий трубо­ провод заполняют жидкостью. При вращении рабочего колеса жад­ ность, залитая в насос, увлекается лопатками и под действием

тельный патрубок; 8 - спиральный корпус

центробежных сил движется от центра колеса к периферии. Вслед­ ствие этого на входе в насос создается разрежение, под дейст­ вием которого вода из всасывающего патрубка непрерывно подсасы­ вается в насос. Необходимость заливки насоса водой перед пуском объясняется тем, что разрежение, создаваемое при вращении рабо­ чего колеса в воздушной среде, недостаточно для подъема воды

кнасосу.

Врабочем колесе насоса увеличивается скорость движения жидкости и ее давление. Абсолютная скорость жидкости на выходе из каналов рабочего колеса (20 - 80 м/сек) всегда выше допусти­ мой скорости движения в трубопроводах по условиям гидравличе­ ских сопротивлений ( 3 - 5 м/сек). Для уменьшения скорости по­ тока, а также для преобразования его кинетической энергии в по­ тенциальную, насос оборудуется отводящим устройством. Наиболее распространенным отводящим устройством является спиральная ка­ мера (улитка), представляющая собой криволинейный канал, пло-