Центробежные насосы, вентиляторы, компрессоры. Принцип действия и устройство. Уравнение Эйлера для центробежных нагнетателей, треугольники скоростей, развиваемый напор

Передача энергии потоку жидкости с вала центробежной машины осуществляется рабочим колесом с кривыми лопастями. Жидкость (газ), поступая в межлопастные каналы, вращается вокруг оси рабочего колеса, под влиянием центробежных сил перемещается к периферии колеса и выбрасывается в канал, окружающий колесо. Работа центробежных сил на пути от входа в межлопастных каналы до выхода из них приводит к увеличению энергии потока.

Главными частями центробежного насоса являются:

- рабочее колесо с изогнутыми лопатками, насаженное на валу. Бывают с односторонним поводом жидкости и двухсторонним. Материал – серый конструкционный чугун (малые насосы), легированная хромом саль (питательные насосы вакуумных деаэраторов для высокой температуры), белый чугун (для перекачки грунтошлакосмесей). Колёса больших размеров имеют ступицу большой длины, что затрудняет их точную посадку на вал, поэтому ступицу растачивают внутри на два диаметра: посадочный и облегчающий посадку, поверхность колёс должна быть с малой шероховатостью, чтобы уменьшить внутренние потери на трение.

- вал,который при вращении подвергается действию больших поперечных сил, крутящего момента, собственного веса, веса деталей. Поэтому валы рассчитывают на критическую частоту вращения с 30 % запасом. Материал – углеродистая конструкционная сталь, специальная легированная сталь.

- разгрузочный диск (гидравлическая пята) – для уравновешивания осевой силы.

1 – цилиндрическая втулка предохраняет вал от истирания сальниковой набивкой. В левый конец втулки 1 упирается торцовая поверхность разгрузочного диска 2, который стопорится от поворачивания на валу закладной шпонкой 3. В левый конец ступицы диска 2 упирается торец ступицы третьего рабочего колеса 4, которое крепится на валу закладной шпонкой 5. Рабочие колёса отделяются друг от друга дистанционными втулками 6. К ступице первого рабочего колеса примыкает левая предохранительная втулка 7.

 

- подшипники шариковые с подпятниками (насосы малой мощности, смазка маслом), роликовые (насосы средней мощности), скользящего трения (крупные насосы).

- соединительные муфты для соединения валов насосов с валами двигателя.

- корпус спиральной формы, изолирующий колесо от внешней среды. Корпус насоса имеет патрубок для присоединения к всасывающему трубопроводу и патрубок к нагнетательному трубопроводу. Отверстия в корпусе, через которые пропускается вал, снабжаются сальниками. В некоторых конструкциях центробежных насосов на выходе из колеса установлен направляющий аппарат - это лопатки отогнутые в сторону, противоположную направлению выхода воды из лопаток колеса - назначение его направлять жидкость в спиральную камеру. Корпус может быть секционным, что создаёт возможность создания из одинаковых секций насосов различных давлений, но усложняет монтаж и доступ к рабочим колёсам для осмотра; может быть с горизонтальным разъёмом.

Центробежные насосы различают:

1) по числу колёс: одноколёсные (одноступенчатые);многоколёсные(многоступенчатые).

2) по создаваемому давлению: - низконапорные до 0,2мПа,

— средненапорные до 0,6мПа, — высоконапорные свыше 0,6мПа.

3) по способу подвода жидкости к колесу: 1 и 2.

4) по способу разъёма корпуса.

5) по расположению вала.

6) по способу отвода жидкости.

7) по способу соединения с двигателем.

8) по назначению.

Центробежные вентиляторы работают по тому же принципу, что и центробежные насосы. Это машины для перемещения газов и смесей газов с мелкими твёрдыми материалами, со степенью повышения давления не более 1,15 при плотности потока 1,2 кг/м³. Применяются для подачи воздуха в топочные камеры, перемещения топливных смесей, отсоса и транспортировки дымовых газов.

Рабочее колесо вентилятора состоит из литой ступицы 1, жёстко сопряжённой с основным диском 2. Рабочие лопатки крепятся к основному диску 2 и к переднему диску 4, обеспечивающему необходимую жесткость лопастной решётки 5. Корпус 6 крепится к станине 9, на которой располагаются подшипники 10,несущие вал с колесом; 7 и 8 – фланцы крепления всасывающей и напорной труб. 11 – шкив привода вентилятора.

Вентиляторы подразделяют: низкого давления до 1000 Па; среднего давления до 3000 Па; высокого давления более 3000 Па.

Вентиляторы классифицируются по назначению и быстроходности.

Напор, развиваемый вентилятором: , где

 

 

- избыточное статическое давление, Па;

ρ_в, ρ_г – плотность воздуха и газов, кг/м³;

h_W - потери напора, м;

ρ_в = ρ_г – самотяга =0 при любой Н_тр;

ρ_в < ρ_г – самотяга = «-»;

ρ_в > ρ_г – самотяга = «+».

Давление, развиваемое вентилятором:

.

Полезная мощность вентилятора: , кВт, где

Р -давление, н/м²=Па;

Q-объёмная подача,м³/с.

Центробежные компрессоры: схема действия такая же как у центробежного насоса. Центробежный компрессор состоит из нескольких центробежных колёс, закреплённых на одном валу. Во избежание обратного расширения сжатого воздуха при переходе его от колеса к колесу, последующие колёса выполняются меньшей ширины или меньшего диаметра. Воздух, всасываемый в компрессор, поступает от одного колеса к другому, постепенно сжимается. Степень сжатия в одном колесе невелика: Р₂ =1,2 - 1,3 (может достигать 1,5 -5-1,8). Для увеличения давления на выходе из машины и уменьшения Р₁ потерь в газопроводе на выходе из каждого колеса устанавливают направляющие аппараты. Число ступеней колеблется от 3 до 7. Для уменьшения мощности на привод компрессора, нагретый воздух охлаждают между ступенями и на выходе из компрессора. Напор, развиваемый рабочим колесом, центробежной машины зависит от скорости потока, проходящего через рабочее колесо, и от размеров его.

Уравнение Эйлера (1754г.) при бесконечном числе лопастей центробежных нагнетателей:

Энергия, передаваемая жидкости (газу) рабочим колесом, определяется абсолютной υ, относительной w и окружной u скоростей на входе выходе из межлопастных каналов.

Угол между векторами окружной и абсолютной скоростей угол α, угол между векторами относительной и обратным окружной скоростей угол β.

Абсолютная скорость равна сумме векторов окружной и относительной скоростей:

.

Уравнение Эйлера:

, где

υ- абсолютные средние скорости на входе и выходе межлопастных каналов;

u – окружные скорости; u=ω∙R.

Если α₁ =90⁰, то cosα₁=0, тогда .

Действительный напор, создаваемый колесом, меньше теоретического, при бесконечном количестве лопастей:

- некоторое количество энергии, получаемой жидкостью в рабочем колесе, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений в проточной части. Эти потери учитываются гидравлическим кпд: ;

- в действительности картина течения отклоняется от предполагаемой струйной при бесконечном количестве лопастей, что учитывается введением поправочного коэффициента ε_{Z .}

Действительный напор можно снять с одного рабочего колеса:

Н= , где:

η_г гидравлический кпд, η=0,8-0,96;

ψ - опытный коэффициент, зависящий от угла β_2;

ψ = 0,92÷1,4 – насосы, компрессоры с лопастями, изогнутыми назад;

ψ = 0,92÷1,1 – насосы, компрессоры с лопастями, изогнутыми вперёд;

ψ = 0,8÷1,2 – турбогазодувки, компрессоры;

ψ = 1,4÷2,3 – вентиляторы с лопастями, изогнутыми вперёд.

 

 

№3