НАСОСЫ ВЕНТИЛЯТОРЫ КОМПРЕССОРЫ Курс лекций для специальности ТГСи

НАСОСЫ, ВЕНТИЛЯТОРЫ, КОМПРЕССОРЫ Курс лекций для специальности ТГСи. В Автор: к. т. н. Сперанский Павел Владимирович доцент кафедры «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Глава 1 КЛАССИФИКАЦИЯ НАГНЕТАТЕЛЕЙ. ТРЕБОВАНИЯ К НАГНЕТАТЕЛЯМ 2 Гидравлическая машина — устройство, преобразующее механическую работу в энергию потока жидкости (нагнетатель) и наоборот (турбина). Нагнетатели Насосы Воздуходувные машины Вентиляторы ( до 15 к. Па) Компрессоры (от 0. 2 МПа) Насос – устройство, служащее для напорного перемещения (всасывания, нагнетания) капельной жидкости в результате сообщения ей энергии. Воздуходувные машины служат для повышения давления и подачи воздуха или другого газа. 2 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

КЛАССИФИКАЦИЯ НАГНЕТАТЕЛЕЙ ПО ПРИНЦИПУ ДЕЙСТВИЯ Объемные Возвратно Динамические Роторные Лопастные -поступательные Диафрагменные Поршневые Плунжерные 3 Нагнетатели трения Радиальнопоршневые Зубчатые Винтовые Центробежные Вихревые Осевые Дисковые Диаметральные Струйные Объемные нагнетатели работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия Динамические нагнетатели работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду 3 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НАГНЕТАТЕЛЯМ 4 1. Соответствие фактических параметров работы заданным расчетным условиям 2. Экономичность 3. Возможность регулирования подачи и напора в определенных пределах 4. Устойчивость и надежность в работе 5. Простота монтажа 6. Бесшумность при работе 7. Долговечность 8. Простота обслуживания 9. Низкая стоимость 4 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Глава 2 5 ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ • Радиальные (центробежные) вентиляторы • Центробежные насосы • Центробежные компрессоры Центробежные нагнетатели на сегодняшний день получили наибольшее распространение. 5 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

СХЕМА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ 1 – всасывающий патрубок, 2 – рабочее колесо, 3 – корпус (кожух), 4 – напорный патрубок, а – ведомый диск рабочего колеса, б – ведущий диск рабочего колеса, в – лопатки рабочего колеса 6 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 6

7 Принцип работы центробежных нагнетателей: перемещаемая среда, двигаясь в осевом направлении через всасывающий патрубок, попадает на лопатки вращающегося рабочего колеса, изменяет направление своего движения к периферии колеса, закручивается в направлении вращения, под действием центробежной силы выбрасывается в спиральный кожух и затем через напорный патрубок выходит из нагнетателя. Рабочее колесо сидит на валу и приводится во вращение приводом. Вал вращается в подшипниках, укрепленных на станине или непосредственно на корпусе. В качестве привода используются: -асинхронные электромоторы -дизельные и карбюраторные двигатели -ручной привод 7 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ (практически во всех областях народного хозяйства) в системах отопления 8 Серия TOP-S (циркуляционные насосы) Серия Wilo-BL в системах теплоснабжения (центробежные насосы для подачи сетевой воды) Серия Wilo-IL-E в теплоэнергетических установках (центробежные насосы для питания котлоагрегатов, подачи конденсата, циркуляционной воды, в системах гидрозолоудаления; радиальные вентиляторы для отсасывания дымовых газов, для пневмотранспорта угольной пыли) в приточно-вытяжных вентиляционных установках, кондиционерах (радиальные вентиляторы низкого и среднего давления; циркуляционные насосы для теплоносителя) Серия Wilo-Star-Z в системах горячего водоснабжения 8 Насосы, вентиляторы, компрессоры (циркуляционные насосы) 17. 02. 2018

2. 1 ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ 9 В качестве примера рассмотрим работу центробежного насоса. Для вывода уравнения примем следующие допущения: - работа, совершаемая насосом, происходит без гидравлических потерь; - рабочее колесо насоса имеет бесконечно большое число лопаток (т. е. жидкость движется в виде элементарных струек); - перемещаемая жидкость идеальная отсутствуют потери на трение). (однородная, несжимаемая, Уравнение центробежных насосов выводится на основании уравнения моментов количества движения: изменение момента количества движения массы жидкости, протекающей в 1 с при переходе от одного сечения к другому, равно моменту внешних сил, приложенных к потоку между этими сечениями. 9 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ДИАГРАММА СКОРОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ В РАБОЧЕМ КОЛЕСЕ НАСОСА 10 U – окружная скорость W – относительная скорость С – абсолютная скорость β – угол наклона лопаток 10 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

11 Внешние силы прикладываются к потоку под действием лопаток рабочего колеса. Момент количества движения потока на радиусе R 1 у входа в колесо (2. 1) где - удельный вес жидкости, кгс/м 3; QТ – расход жидкости, протекающей через колесо, м 3/с; с1 – абсолютная скорость движения жидкости на входе в рабочее колесо, м/с; l 1 – плечо внешних сил на входе в рабочее колесо, м. , Момент количества движения на радиусе R 2 у выхода из колеса (2. 2) где с2 – абсолютная скорость движения жидкости на выходе из колеса, м/с; l 2 – плечо внешних сил на выходе из колеса, м. 11 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

12 Момент внешних сил (2. 3) Из треугольника (2. 4) Подставляя найденные значения l 2 и l 1, имеем (2. 5) 12 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

13 Умножив обе части уравнения на угловую скорость ω, получим (2. 6) где Мω представляет собой мощность в кгс*м/с, затраченную на передачу энергии жидкости (2. 7) где Нт – теоретический напор, создаваемый колесом, м. 13 Кроме того, Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

14 Поэтому, или (2. 8) Где u 1 и u 2 – окружные скорости вращения рабочего колеса на входе и на выходе жидкости соответственно. Так как где c 2 u и c 1 u – проекции абсолютной скорости на направление окружной скорости вращения колеса, то основное уравнение можно переписать в виде 14 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

15 (2. 9) Тангенциальная проекция абсолютной скорости с1 u в формуле (2. 9) представляет собой скорость закручивания потока жидкости до того, как жидкость поступила в рабочее колесо. В большинстве конструкций насосов жидкость подводится к рабочему колесу без закручивания. В этом случае (2. 10) 15 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

16 Основное уравнение для центробежного насоса показывает, что напор центробежного насоса тем больше, чем больше окружная скорость на внешней окружности рабочего колеса, т. е. чем больше его диаметр D 2 и число оборотов n и чем больше проекция абсолютной скорости с2 u на окружную скорость т. е. чем меньше угол 2 и чем больше угол 2 16 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

17 В действительности напор, создаваемый насосом, меньше теоретического по двум причинам: - вследствие гидравлических сопротивлений внутри насоса, для преодоления которых расходуется часть напора; - вследствие того, что при конечном числе лопаток рабочего колеса не все частицы жидкости равномерно отклоняются лопатками, что вызывает уменьшение абсолютной скорости или проекции абсолютной скорости на окружную. Для учета конечного числа лопаток вводят поправку k, а для учета гидравлических сопротивлений вводят гидравлический КПД г. Тогда уравнение напора окончательно примет вид (2. 11) 17 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 2 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ 18 Зависимость между производительностью Q и напором Н при постоянном числе оборотов рабочего колеса n, выраженная графически, называется характеристикой насоса Q-H. Для теоретического определения характеристики Q-H используют основное уравнение центробежного насоса Окружная скорость является постоянной, так как число оборотов постоянно. Рассмотрим, как будет изменяться НТ при изменении подачи QТ, если число оборотов остается постоянным. 18 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

19 Из параллелограмма скоростей при выходе из колеса имеем: (2. 12) где: (2. 13) где с2 r – радиальная составляющая абсолютной скорости, D 2 – диаметр рабочего колеса, b 2 – ширина рабочего колеса на выходе, 2 – угол наклона лопаток. 19 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

20 Учитывая стеснение сечения потока лопатками, получаем (2. 14) где ψ2 – коэффициент, учитывающий стеснение площади выхода лопатками рабочего колеса и имеющий значение 0, 87 -0, 95. Тогда (2. 15) 20 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

21 Подставляя формулу (2. 15) в основное уравнение теоретического напора, имеем (2. 16) При постоянном числе оборотов уравнение (2. 16) геометрически изображается прямыми линиями в координатах HT и QT; наклон этих прямых зависит от величины угла β 2 21 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА 22 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 22

23 Полученные теоретические характеристики I соответствуют идеальной жидкости и колесу с бесконечным числом лопаток. Теоретический напор при конечном числе лопаток будет всегда меньше (прямая II). Для получения расчетной характеристики ординаты прямой II должны быть уменьшены на величину потерь напора в насосе. Различают два вида потерь: - потери от трения в каналах и вследствие наличия местных сопротивлений; - потери на удар при входе на лопатки рабочего колеса и направляющего аппарата. 23 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

24 Потери первого вида для турбулентного движения практически можно считать пропорциональными квадрату расхода, и поэтому зависимость их от расхода выразится параболой с вершиной в начале координат. Откладывая величины этих потерь вниз от линии II, получим кривую III При расчетном режиме работы, на который произведен гидравлический расчет насоса, потери второго рода равны 0, и работа насоса будет протекать без ударов (точка А). При отклонении от этого режима работы течение жидкости через внутренние устройства будет сопровождаться ударами, причем интенсивность ударов будет тем больше, чем значительнее отклонение режима работы насоса от расчетного. Величины происходящих при этом потерь изменяются по параболе с вершиной в точке безударного входа. Откладывая величины этих потерь вниз от линии III, получим кривую IV изменения действительного напора насоса при различных значениях теоретической подачи. 24 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 25 ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ, РАСХОД, . ПОДАЧА Q = V, м 3/час НАПОР H = pн/ g =(p 2 + с22/2 )/ g – (p 1 + c 21/2 )/ g , м H = pн/ g = (p 2 – p 1)/ g , м [м] = [Дж/Н] – удельная энергия 25 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

26 ПОЛЕЗНАЯ МОЩНОСТЬ Nпол = Q γ Н/ 367 , к. Вт ПОТРЕБЛЯЕМАЯ МОЩНОСТЬ Р 2 (МОЩНОСТЬ НА ВАЛУ) Р 2 = Nпол / Н = Q γ Н / (367 Н ) МОЩНОСТЬ ПОТРЕБЛЯЕМАЯ НАГНЕТАТЕЛЕМ и МОТОРОМ (МОЩНОСТЬ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ ИЗ ЭЛЕКТРОСЕТИ) Р 1 = Р 2 / м , к. Вт 26 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Мощность 27 Насосы, вентиляторы, компрессоры 27 17. 02. 2018

2. 3 РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 28 Построение характеристик насоса путем теоретического расчета представляет большие трудности, причем действительная характеристика насоса все же не получается ввиду большого числа факторов, которые не поддаются точному определению. Поэтому рабочие характеристики насоса находятся опытным путем. Изготовленные на заводе насосы подвергаются испытанию, при котором определяются зависимости: напора, КПД и потребляемой мощности от производительности насоса. Характеристики строят следующим образом. Регулируя степень открытия задвижки на напорной трубе, получают различные производительности и соответствующие им напоры для данного насоса при постоянном числе оборотов. Наносят по оси абсцисс замеренные производительности, а по оси ординат – рабочий напор, подсчитанный по показаниям манометра и вакуумметра с учетом прироста скоростного напора. 28 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ХАРАКТЕРИСТИКИ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 29 или НА NPSH Во время испытания при каждом данном расходе замеряют потребляемую мощность насоса Р 2 и или Р 1 подсчитывают значение КПД насоса . Кривые Q-H; Q-Р 2; Q- н называют рабочими характеристиками Р 1 – мощность насоса с мокрым ротором центробежного насоса. НА – КПД насоса с мокрым ротором 29 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Формы характеристики Q-H центробежных нагнетателей ПОЛОГАЯ КРУТОПАДАЮЩАЯ ВОЗРАСТАЮЩАЯ 30 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 30

2. 4 ВЛИЯНИЕ ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАГНЕТАТЕЛЯ НА 31 ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ Напор Н 2 = Н 1 (n 2/n 1)2 (2. 17) Производительность Q 2 = Q 1(n 2/n 1) (2. 18) Мощность Р 22 = Р 21 (n 2/n 1)3 31 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 (2. 19)

2. 5 ВЛИЯНИЕ ДИАМЕТРА РАБОЧЕГО КОЛЕСА НАГНЕТАТЕЛЯ НА ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКИ 32 Напор Н 2 = Н 1 (D 2/D 1)2 (2. 20) Производительность Q 2 = Q 1(D 2/D 1)3 Мощность Р 22= Р 21 (D 2/D 1)5 (2. 22) 32 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 (2. 21)

33 33 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 6 ЗАКОНЫ ПОДОБИЯ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ НАСОСОВ 34 Различные группы рабочих колес центробежных насосов могут быть объединены по принципу их геометрического и кинематического подобия. Геометрическое подобие рабочих колес предполагает пропорциональность всех размеров проточной части. Кинематическое подобие предполагает одинаковое направление величин скоростей во всех точках потока. 34 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

35 Если геометрически и кинематически подобные рабочие колеса диаметром D и D 1 вращаются соответственно с числами оборотов n и n 1 то законы подобия для этих колес: (2. 23) (2. 24) (2. 25) 35 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

36 Законы подобия дают возможность с большой точностью рассчитать основные параметры проектируемого насоса, если известны параметры насоса, геометрически подобного этому насосу. Экспериментальные исследования нового типа насоса производят на моделях, значительно меньших натурного насоса. Такой метод значительно облегчает и удешевляет усовершенствование конструкции насоса. Кроме того, законы подобия дают возможность, испытав насос при одном числе оборотов, пересчитать характеристику на другое число оборотов. 36 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 7 КОЭФФИЦИЕНТ БЫСТРОХОДНОСТИ 37 Для сравнения различных типов колес центробежных и осевых насосов, выполненных для различных напоров и производительностей, можно пользоваться коэффициентом быстроходности (удельным числом оборотов), объединяя различные группы колес по принципу их геометрического и кинематического подобия. Коэффициентом быстроходности называется число оборотов колеса, которое во всех деталях геометрически подобно рассматриваемому колесу и создает расход 75 л/с при напоре 1 м. 37 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

38 Коэффициент быстроходности можно определить, воспользовавшись законом подобия для различных диаметров колеса и при переменном числе оборотов: (2. 26) где Q выражается в м 3/с, Н – в м. В зависимости от величины коэффициента быстроходности, различают: • тихоходные (50

2. 8 РАБОТА ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАГНЕТАТЕЛЯ В СЕТИ 2. 8. 1 ХАРАКТЕРИСТИКА СЕТИ 39 Сетью называют систему трубопроводов отдельных агрегатов, присоединенных нагнетателю. и к Различают сети простые, состоящие из последовательно соединенных участков, и сложные (разветвленные), соединение отдельных участков в которых может быть параллельным. Каждая сеть характеризуется потерями давления (напора), которые можно разделить на потери давления на трение и потери давления в местных сопротивлениях (2. 27) 39 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

40 Суммарная характеристика последовательно соединенных участков определяется как сумма потерь давления на каждом из участков (2. 28) Если рассматривать параллельно соединенные участки, то при установившемся течении перепад давлений на каждом из участков одинаков (2. 29) 40 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

41 Как известно из гидравлики, h зависит от конфигурации участков сети, состояния их поверхности, плотности и вязкости перемещаемой среды, а также от расхода, подаваемого по трубопроводу (2. 30) где s – параметр, характеризующий сопротивление заданной сети. Уравнение (2. 30) называют характеристикой сети, которая устанавливает связь между потерями давления в сети и расходом жидкости. 41 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 8. 2 РАБОТА НАГНЕТАТЕЛЯ В СЕТИ 42 При проектировании, а также при анализе работы нагнетателей на действующей станции возникает необходимость в определении рабочих режимов нагнетателей. Наиболее просто это может быть сделано графически. Полный напор насоса, работающего в сети, равен Hпотр = НГ + (p 3 – p 1)/ g + hпот всас + hпот напор (2. 31) где HГ – геометрическая высота подъема жидкости Shпот всас – потери напора во всасывающем трубопроводе Shпот напор – потери напора в напорном трубопроводе р3 и р1 – давления в приемном и подающем резервуарах: или 42 Hпотр = НГ + (p 3 – p 1)/ g + s. Q 2 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 (2. 32)

43 РАБОТА НАСОСА В СИСТЕМЕ ВОДОСНАБЖЕНИЯ рабочая точка Hпотр = f(Q) = Нст + s. Q 2 43 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

РАБОТА НАСОСА В СИСТЕМЕ ОТОПЛЕНИЯ (вентиляторная установка) Hпотр = f(Q) = k. Q 2 44 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 44

РАБОТА НАСОСА В СИСТЕМЕ ВОДООТВЕДЕНИЯ 45 Hпотр = f(Q) = - НГ + s. Q 2 45 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

46 Характеристика насоса Q-H пересекает характеристику сети в точке Р. Т. Эта точка называется рабочей точкой насоса, работающего на заданный трубопровод. Точкой Р. Т. определяются все данные, характеризующие рабочий режим насоса: производительность, напор, мощность на валу, КПД. При подборе насоса нужно стремиться к тому, чтобы рабочая точка лежала в области максимальных значений КПД. Большую производительность, чем Q в Р. Т. насос, подающий воду в данную систему, развить не может, а для получения меньшей производительности необходимо прикрыть задвижку на напорном трубопроводе (т. е. увеличить сопротивление сети). Данный способ определения рабочей точки нагнетателя называется методом наложения характеристик. Указанный метод применим не только для центробежных, но и для осевых нагнетателей. 46 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 9 ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА НАГНЕТАТЕЛЕЙ 47 В ряде случаев возникает необходимость в совместной работе нескольких одинаковых или разных по производительности нагнетателей. Совместная работа нескольких нагнетателей на один общий трубопровод называется параллельной работой. Параллельная установка нагнетателей 47 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Два одинаковых насоса при параллельном режиме работы 48 Н, (м) Правило совместной работы насосов: для получения общей характеристики двух насосов следует сложить расходы каждого из двух насосов взятых при одном и том же напоре Q 1+2 Q 1 P 1+2 P 1 P 2 P 1, 2 H 1+2 H 1 0 48 Насосы, вентиляторы, компрессоры Q 0 Q, (м 3/ч) 17. 02. 2018

Параллельная работа насосов с разными характеристиками 49 ВНИМАНИЕ 1 Насосы не должны работать при расходе меньшем расхода, при котором напор одного из них равен напору на закрытую задвижку. 49 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ РАБОТА НАСОСОВ (продолжение) ВНИМАНИЕ 2 При работе в сети расход двух насосов не равен сумме расходов насосов 50 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 50

2. 10 ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ РАБОТА НАГНЕТАТЕЛЕЙ 51 Последовательной называется работа насосов, при которой один насос подает воду во всасывающий патрубок другого насоса, а последний подает воду в напорную линию. P 2 P 1 51 Последовательное включение применяется в тех случаях, когда необходимо при постоянном расходе увеличить напор, который не может быть создан одним колесом. Для построения суммарной характеристики Q-H последовательной работы двух одинаковых насосов необходимо сложить напоры при одинаковой производительности. Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Два одинаковых насоса при последовательном режиме работы 52 Н, (м) P 1+2 P 1, 2 P 1 H 1, 2 H 1 0 Q 1 Q, (м 3/ч) Q 1, 2 52 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ РАБОТА НАСОСОВ С РАЗНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ 53 ВНИМАНИЕ 3. Насосы не должны работать при расходе большем расхода, при котором напор одного из них равен 0. 53 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНАЯ РАБОТА НАСОСОВ (продолжение) 54 ВНИМАНИЕ 4. Суммарный напор двух насосов не равен сумме напоров двух насосов 54 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 11 Кавитация 55 Под кавитацией понимают образование пузырьков газа в толще движущейся жидкости при снижении гидростатического давления и конденсацию этих пузырьков внутри жидкости в зоне, где гидростатическое давление повышается. В месте конденсации пузырька возникает резкое увеличение давления (до тысяч атмосфер). Если в этот момент пузырек пара находился на поверхности рабочего колеса или лопатки, то удар приходится на эту поверхность, что вызывает эрозию металла. Кавитация в лопастных насосах сопровождается резким шумом, треском, вибрацией, падением напора, мощности, подачи и КПД. 55 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ОБЛАСТИ ПОЯВЛЕНИЯ КАВИТАЦИИ В ЦЕНТРОБЕЖНОМ НАСОСЕ 56 Давление Pmin значительно ниже давления во всасывающем патрубке насоса Рвх из-за местного возрастания скорости при натекании на лопатку рабочего колеса Основным средством, предупреждающим появление кавитации, является создание такого давления во всасывающем трубопроводе, при котором невозможно образование пузырьков газа в толще жидкости. 56 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

57 Кавитационный запас (NPSH) – минимальное превышение полного давления жидкости во всасывающем патрубке насоса над упругостью ее водяных паров Рп, при котором насос работает без кавитации. NPSH 57 Насосы, вентиляторы, компрессоры Необходимый кавитационный запас зависит от конструкции насоса и приводится в его технических характеристиках. 17. 02. 2018

58 УСЛОВИЕ БЕСКАВИТАЦИОННОЙ РАБОТЫ НАСОСА (pвх - pп )/ g – NPSH > 0. 5 – 1 м Установка насоса «под залив» А) pвх = ратм + g НГвс – g hпот вс В) pвх = р1 + g НГвс – g hпот вс C) pвх = р1 – g НГвс – g hпот вс - pп и берутся для перекачиваемой жидкости при расчетной температуре - при расчете полного абсолютного давления на входе в насос pвх, динамической составляющей давления пренебрегаем 58 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

59 ПРИЗНАКИ ПОЯВЛЕНИЯ КАВИТАЦИИ В НАСОСЕ 1. Насос шумит 2. Вакууметр показывает низкое давление 3. Низкое давление на выходе насоса 1. 2. 3. 4. ПРИЧИНЫ КАВИТАЦИИ, вызванные не правильной проектировкой системы Низкое давление на входе в насос Всасывающий трубопровод слишком длинный Диаметр всасывающего трубопровода слишком мал Высота установки насоса над уровнем воды в резервуаре слишком велика. ПРИЧИНЫ КАВИТАЦИИ, вызванные не правильной эксплуатацией насоса 1. Вентиль на всасывающем трубопроводе сильно закрыт 2. Засорение всасывающего трубопровода. 59 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ЧТОБЫ ИЗБЕЖАТЬ или УСТРАНИТЬ КАВИТАЦИЮ на уровне 60 проектирования системы и выбора насоса можно предпринять: 1. Увеличить диаметр и уменьшить длину всасывающего трубопровода 4. Использовать насосы с меньшими NPSH (имеющими меньшие числа 2. Уменьшить высоту монтажа насоса над уровнем воды в резервуаре оборотов или другой конструкции). 3. Подвинуть насос ближе к резервуару ЧТОБЫ ИЗБЕЖАТЬ или УСТРАНИТЬ КАВИТАЦИЮ во время эксплуатации насоса можно предпринять: 1. Удалить загрязнения из всасывающего трубопровода 4. Снизить расход жидкости через насос или температуру перекачиваемой жидкости (это соответствует уменьшению значения 2. Полностью открыть вентиль на входе в насос давления пара). 3. Повысить давление на входе в насос (опустить насос, увеличить давление в приемном резервуаре). Производительность насоса от этого не изменится. 60 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 12 Выбор нагнетателей 61 Подбор нагнетателей осуществляется по двум параметрам: напору Н и расходу Q. Кроме того, для правильного выбора нагнетателя необходимо знать: - область применения; - вид и свойства перекачиваемой среды (химический состав, наличие примесей, температуру, вязкость); - располагаемый кавитационный запас; - режим эксплуатации (постоянный, периодический); - место и способ установки, параметры окружающей среды; - диапазон регулирования; - допустимый уровень шума и пр. 61 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Последовательность выбора нагнетателя: 62 1. По области применения (отопление, отвод стоков и пр. ) 2. По свойствам перекачиваемой среды, окружающей среды, режиму работы, уровню шума, способу установки 3. По напору Н и расходу Q для воды с температурой 200 С оптимально I II III 1/3 62 1/3 Насосы, вентиляторы, компрессоры Первоначально подбирается агрегат по заданной величине расхода, поскольку подавать жидкость в меньшем или большем количестве в большинстве случаев недопустимо по технологическим соображениям. 17. 02. 2018

63 Далее подбор осуществляется по заданной ли напора. ь величине меньше требуемого, то необходим дальнейший поиск. Если напор нагнетателя равен или больше заданного, то такой нагнетатель подходит для использования в заданных условиях. Однако, исходя из соображений экономичности, превышение напора нагнетателя над заданной величиной должно быть минимальным. В некоторых случаях выбирать следует насос с меньшими параметрами. Предпочтительнее проводить подбор нагнетателей по их графическим характеристикам, учитывая КПД при различных режимах. 63 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

64 4. Перерасчет мощности насоса для жидкости отличной от воды и t < 200 C 5. Проверка кавитационного запаса 6. Выбор насоса с учетом цены и стоимости жизненного цикла ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММ ПОДБОРА 64 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

65 Подбор насосов для систем отопления Какой из насосов выбрать ? Напор Н, (м) Характеристика насоса 1 Расчетная рабочая точка (заданная величина) Характеристика насоса 2 Фактические рабочие точки 0 65 Производительность Q, (м 3/ч) Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

66 Система 90°/70° - Разница температур 20°C Количество тепла % 112 2% 100 83 50 10% 0 50 66 Насосы, вентиляторы, компрессоры 100 Производительность % 17. 02. 2018 200

67 Выбор регулируемого насоса следует проводить по средней характеристике 67 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 13 Регулирование центробежных нагнетателей 68 Характеристика насоса Напор Н, (м) Обычно нагнетатели подбирают по максимальному значению требуемой подачи. Характеристика сети 0 Производительность V, (м 3/ч) 68 Насосы, вентиляторы, компрессоры В условиях эксплуатации часто возникают случаи, когда подачу нагнетателя необходимо изменить. Изменить подачу можно в результате изменения характеристики или нагнетателя или сети. 17. 02. 2018

2. 13. 1 Дросселирование 69 Данный способ заключается в искусственном введении в сеть (в напорный трубопровод) дополнительного сопротивления в виде задвижки, дроссель-клапана и других подобных элементов. Сопротивления сети при этом возрастает, характеристика сети становится более крутой и рабочая точка передвигается по характеристике нагнетателя влево вверх. Дросселирование – самый неэкономичный способ регулирования, но весьма распространенный. 69 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Напор Н, (м) 2. 13. 2 Изменение частоты вращения рабочего колеса 70 Характеристика насоса при числе оборотов n 1 Характеристика насоса при числе оборотов n 2 H 1 Н 2 = Н 1 (n 2/n 1)2 H 2 Q 2 = Q 1(n 2/n 1) 0 Q 2 Q 1 Производительность Q, (м 3/ч) 70 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Достоинства метода 71 - возможность бесступенчатого регулирования - высокая точность регулирования - простота автоматизации - ЭКОНОМИЧНОСТЬ ! Р 22 = Р 21 (n 2/n 1)3 71 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

СРАВНЕНИЕ С МЕТОДОМ ДРОССЕЛИРОВАНИЯ Рабочая точка (1): Q = 23 м 3/час Н = 6. 5 м и P 1(1) = 880 Вт Рабочая точка (2): Q = 17 м 3/час Н = 8. 5 м и P 1(2) = 800 Вт P 1 = P 1(1) - P 1(2) = 80 Вт Рабочая точка (1): Q = 23 м 3/час Н = 6. 5 м и P 1(1) = 880 Вт n(1) = 2700 об/мин Рабочая точка (2): Q = 17 м 3/час Н = 3. 6 м и P 1(2) = 500 Вт n(2) = 2000 об/мин P 1 = P 1(1) - P 1(2) = 380 Вт 72 Насосы, вентиляторы, компрессоры 72 17. 02. 2018

Способы регулирования частоты вращения рабочего колеса С изменением частоты вращения мотора: переключение обмоток электромотора регулирование частоты тока регулирование напряжения С постоянной частотой вращения мотора: с помощью гидромуфты с помощью индукторной муфты скольжения с помощью ременного вариатора частоты 73 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 73

ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОННОГО НАСОСА Обычные насосы Для автоматического регулирования требуется внешний прибор управления 74 Насосы, вентиляторы, компрессоры 74 Электронные насосы Регулирующий механизм и регулирующая электроника встроены в насос ! 17. 02. 2018

Способы электронного регулирования А) Датчик определяет текущее значение напора (точка 2) р - const H H 2 H 1 nmax n n n 2 3 Q 1 75 75 В) Электроника сравнивает текущее значение напора с заданным (точка 1) Насос с n = const С) Частотный преобразователь уменьшает частоту вращения, чтобы достичь заданного напора (точка 3) 1 Q 2 Насосы, вентиляторы, компрессоры Q 17. 02. 2018

76 Способы электронного регулирования р - var H nmax 2 nизм Hуст ½ Hуст p-v 1 3 Q 76 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Сравнение способов регулирования 77 P 1 [ W ] nmax Max. characteristic line (unregulated) flow [m³/h] Расход Q, m³/час 77 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Выбор вида регулирования p-constant или p-variabel Два принципиальных случая применения в двухтрубной системе: 1 Сопротивление трубы мало по сравнению с сопротивлением термостатного вентиля Независимо от количества открытых термостатных вентилей требуется поддерживать всегда одинаковый перепад давления °C Регулирование p-constant 78 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 78

79 Выбор вида регулирования p-constant или p-variabel 2 Сопротивление труб примерно также велико, как и сопротивление термостатных вентилей Необходимый перепад давления уменьшается со снижением производительности °C Регулирование p-variabel 79 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Выбор вида регулирования p-constant или p-variabel 80 Итог: l характеристики реальных систем лежат, как правило, между описанными двумя идеальными случаями, то есть требуется оценка фактических условий l p-constant - это некритичный вид регулирования, поэтому он устанавливается заводом „по умолчанию“ l если в режиме p-constant при снижении расхода теплоносителя в системе возникают шумы, то можно использовать режим p-variabel l в режиме p-variabel возможен недостаточный прогрев отдельных циркуляционных колец 80 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Способы электронного регулирования 81 р - сv H 3 H 100% 75% p-cv 1, 5 1, 2 Q 81 Насосы, вентиляторы, компрессоры p-cv 2, 7 17. 02. 2018 Q

Способы электронного регулирования 82 Н р - Т Положительное изм. Hmax Hvar. Отрицательное изм. Hmin Tmax Tжид Qmin Qmax Q 82 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Преимущества насосов с электронным управлением 83 -точность регулирования комфорт в помещении -экономия тепловой и электрической энергии - отсутствие шумов в арматуре и трубопроводах - простота монтажа и настройки -использование электронных насосов практически не удорожает систему! 83 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

84 Преимущества насосов с электронным управлением Обычные насосы Электронные насосы Оборудование Кол-во Общая стоимость TOP-S 25/7 2 шт. 470 Евро TOP-Е 25/1 -7 2 шт. 1042 Евро SK 712 1 шт. 560 Евро IF-модуль PLR 2 шт. 154 Евро 1030 Евро Итого 1196 Евро 16, 1 % ЗА ВСЕ ДОСТОИНСТВА ЭЛЕКТРОННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ 84 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

85 Wilo-Stratos 85 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Работа насоса Star-E в системе отопления 86 Насосы, вентиляторы, компрессоры 86 17. 02. 2018

2. 13. 3 Регулирование перепуском (для центробежных насосов) 87 Когда задвижка на обводной линии закрыта, то подача насоса равна максимальной. Открытие задвижки как бы смещает характеристику насоса влево. При этом полезный напор, создаваемый насосом, уменьшается, и обеспечивается изменение расхода от максимального до 0. 87 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 13. 4 Регулирование изменением относительной скорости (для вентиляторов) 88 Данный способ регулирования заключается в изменении ширины рабочего колеса с помощью передвижных дисков, вращающихся вместе с рабочим колесом, или передвижного входного патрубка. При перестановке диска или патрубка часть рабочего колеса перестает участвовать в создании активного потока. Уменьшение подачи сопровождается снижением потребляемой мощности. Рабочее колесо с передвижным диском 88 Насосы, вентиляторы, компрессоры Вентилятор с передвижным входным патрубком 17. 02. 2018

2. 13. 5 Регулирование закручиванием потока перед рабочим колесом 89 Устройства, осуществляющие закручивание потока перед рабочим колесом, называются направляющими аппаратами. Работа всех типов направляющих аппаратов основана на одном принципе – создание в потоке жидкости перед рабочим колесом некоторого момента количества движения в результате закручивания потока. Этот момент должен быть тем больше, чем большее уменьшение подачи требуется. Осевой направляющий аппарат ОНА представляет собой набор радиально расположенных во входном патрубке нагнетателя лопаток, которые можно одновременно поворачивать на любой угол вокруг радиальных осей, увеличивая степень закручивания потока. 89 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 14. 1 Осевое давление и способы его разгрузки 90 Осевая сила А возникает главным образом из-за разности сил давления, действующих справа и слева на рабочее колесо, и направлена в сторону входа. 90 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

91 Давление р2 на выходе из рабочего колеса больше давления р1 на входе в него. В области от R 2 до Rу давления справа и слева равны и уравновешиваются. В области от Rу до Rв давления слева, равное давлению у входа в насос, значительно меньше, чем справа. Это ведет к возникновению осевой силы А, равной объему эпюры разности давлений на правую и левую наружные поверхности рабочего колеса. Приблизительно осевое усилие на роторе насоса можно определить по уравнению А = (Rу2 – Rв 2) Н g , где Н – напор насоса. 91 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

92 Для многоступенчатых насосов осевая сила может достигать значительных значений и может быть причиной выхода из строя подшипников. Для уменьшения осевой силы в конструкциях насоса предусматривают: - установку уплотнения на ведущем диске рабочего колеса, - разгрузочные отверстия у ступицы, 92 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

93 - применение рабочих колес с двухсторонним подводом жидкости Д - установку гидравлической пяты (для многоступенчатых насосов большой мощности). Благодаря этим мероприятиям удается почти полностью выровнять давления с обеих сторон рабочего колеса, уменьшить осевую силу, действующую на ротор насоса. Остаточное усилие воспринимается радиальноупорным или радиальным подшипником. 93 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 14. 2 Радиальная нагрузка и способы ее снижения 94 Радиальная сила действует на рабочее колесо вследствие неравномерности распределения давления в спиралевидном корпусе насоса. Радиальная сила уменьшает ресурс подшипников. Стандартный корпус 94 Насосы, вентиляторы, компрессоры Корпус с двойной спиралью - при напорах свыше 80 м - как правило для насосов Д 17. 02. 2018

2. 15 Центробежные насосы НАСОСЫ С СУХИМ РОТОРОМ Wilo-IP E НАСОСЫ С МОКРЫМ РОТОРОМ Wilo-TOP S Электронный Inline-насос с сухим ротором 95 95 Насосы, вентиляторы, компрессоры Стандартный насос для cистем отопления 17. 02. 2018

2. 14. 1 Центробежные насосы с сухим ротором 96 Насосы, вентиляторы, компрессоры 96 17. 02. 2018

САЛЬНИКОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 97 1 – сальниковые кольца, 2 – крышка, 3 – шпильки, 4 – гидравлический затвор, 5 – корпус, 6 – втулка вала - Требует больших затрат на проведение технического обслуживания. - Низкие эксплуатационные качества из-за требуемой гарантированной минимальной утечки через сальниковые кольца. Высокая надежность на «отказ» 97 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

СКОЛЬЗЯЩЕЕ ТОРЦЕВОЕ УПЛОТНЕНИЕ 98 Основные элементы: Скользящая пара = запрессованный элемент (кольцо 6 и проставка 5) + вращающееся кольцо 7 Манжета 2 Пружина 3 НЕ ТРЕБУЕТ ТЕХНИЧЕСКОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ НА ПРОТЯЖЕНИИ ВСЕГО СРОКА СЛУЖБЫ Недостатки: - быстрое (15 -20 сек) разрушение при «сухом ходе» - ограничение по минимальным оборотам (для образования гидродинамической пленки) - быстрый износ при попадании на поверхности трения абразивных частиц 98 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

99 Недостатки насосов с сухим ротором: -требуют технического обслуживания (вследствие наличия уплотнения вала) -высокий уровень шума (шарикоподшипники, вентилятор для охлаждения мотора) -утечки при использовании сальниковых уплотнений Достоинства насосов с сухим ротором: -высокий КПД Насосы с сухим ротором могут использоваться для создания любых мощностей. 99 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Конструкции насосов с сухим ротором а) Консольные насосы 100 Wilo-NP Достоинства: -высокий КПД -небольшой NPSH Недостатки: -необходимость центровки муфты -громоздкость -большая масса -сложность монтажа -необходимость строительства фундамента -высокий уровень шума 100 Рационально использовать для создания больших мощностей. Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

101 б) Блочные насосы Достоинства (по сравнению с консольными): -не требуется центровка муфты Недостатки (по сравнению с консольными) -ограничена максимальная мощность в) Насосы с двухсторонним входом жидкости WILO BL Для большой производительности Достоинства (по сравнению с консольными): -уменьшено осевое давление Недостатки (по сравнению с консольными) -более сложная конструкция 101 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

г) Многоступенчатые насосы 102 СХЕМА МНОГОСТУПЕНЧАТОГО НАСОСА 1 – подвод, 2 – рабочее колесо, 3 – направляющий аппарат, 4 – диффузор отвода 102 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

103 В многоколесных насосах вода проходит последовательно через несколько колес, смонтированных в одном корпусе. Напор такого насоса равен сумме напоров последовательно расположенных колес. 103 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

д) in-line насосы 104 всасывающий и напорный патрубки одинакового диаметра и расположены на одной линии 104 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Сравнение насосов in-line с консольными насосами 105 ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ, % 40 -60 105 Насосы, вентиляторы, компрессоры 100 17. 02. 2018

Сравнение насосов in-line с консольными насосами 106 МАССА НАСОСА, % 40 -65 106 Насосы, вентиляторы, компрессоры 100 17. 02. 2018

Сравнение насосов in-line с консольными насосами 107 ИСПОЛНЕНИЕ Inline-исполнение (входной и выходной патрубки с одинаковыми фланцами расположены на одной линии) 107 Насосы, вентиляторы, компрессоры Входной и выходной патрубки с различными фланцами. Входной патрубок расположен по центру, выходной - аксиально 17. 02. 2018

Сравнение насосов in-line с консольными насосами 108 МОНТАЖ Непосредственно на трубопровод без фундамента 108 Насосы, вентиляторы, компрессоры Бетонный фундамент, опорная рама 17. 02. 2018

Сравнение насосов in-line с консольными насосами 109 СОЕДИНЕНИЕ МОТОРА С НАСОСОМ Фланцевое соединение мотора непосредственно с корпусом насоса 109 Насосы, вентиляторы, компрессоры Соединение мотора с насосом через полумуфту 17. 02. 2018

Сравнение насосов in-line с консольными насосами 110 РЕЗЕРВ Возможно использование одного сдвоенного насоса вместо двух одинарных 110 Насосы, вентиляторы, компрессоры Сдвоенные насосы не выпускаются 17. 02. 2018

Сравнение насосов in-line с консольными насосами 111 Консольные насосы имеют более высокий КПД и меньший кавитационный запас NPSH по сравнению с in-line насосами 111 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

е) сдвоенные насосы 112 Достоинства: экономия пространства проще монтаж сдвоенный насос дешевле двух одинарных проще проектирование Недостатки: - необходимо останавливать насос на период замены одного из модулей 112 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

ж) специальные насосы для жидкостей с высокой температурой (до 1600 С) 113 Теплообменник для охлаждения жидкости перед торцевым уплотнением 113 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

з) химические насосы 114 Насосы, вентиляторы, компрессоры 114 17. 02. 2018

и) насосы для отвода стоков 115 TC 80 (до 80 мм) TP 80 to 150 (до 100 мм) Насос с длинным валом VC Насосы с режущим инструментом TP 40 S/25, TP 40 S – промышленный 115 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

116 Тип рабочего колеса: одно, многолопастное центробежное или свободно вихревое выбирается из : -Способности перекачивать твердые частицы; -Способности перекачивать длинноволокнистые волокна; -Способности перекачивать газовую фазу; -Обеспечения макс. эффективности. Свободный проход насоса определяет максимальный диаметр частиц в перекачиваемой жидкости, которые могут пройти через насос без его засорения 116 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Схемы монтажа дренажных насосов Мобильная установка Стационарная «сухая» установка 117 Насосы, вентиляторы, компрессоры 117 Стационарная погружная установка 17. 02. 2018

к) самовсасывающие насосы 118 Все центробежные насосы способны поднимать (всасывать) жидкость с уровня воды, расположенного ниже оси насоса. Схема установки насоса выше уровня жидкости Геометрическая высота всасывания (SH) зависит от разности давлений в приемном резервуаре и во всасывающем патрубке насоса (от создаваемого разряжения). При заборе воды из открытого резервуара максимальная высота всасывания теоретически может быть равна 10 м. 118 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

119 Практически, геометрическая высота установки насоса всегда меньше по следующим причинам: - ни один насос не может создать абсолютный вакуум, - атмосферное давление часто меньше 1 ат. , - при достижении определенного разряжения во всасывающем патрубке начинается кавитация -при движении жидкости во всасывающем патрубке возникают гидравлические потери. Допустимая высота установки насоса над уровнем жидкости определяется по его величине NPSH (п. 2. 11). Перед каждым пуском обычного нормальновсасывающего центробежного насоса, необходимо заполнить водой его корпус и всасывающий трубопровод. Самовсасывающие насосы не требуют заливки всасывающего трубопровода. Заливается только корпус насоса перед первым пуском. После выключения насоса вода остается в корпусе. 119 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Конструкция самовсасывающего насоса Wilo WJ 120 Самовсасывающая способность достигается установкой эжектора в корпусе насоса 120 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 14. 2 Центробежные насосы с мокрым ротором 121 Преимущества: 1. Полностью исключена утечка жидкости во внешнее пространство Недостаток: не высокий КПД насоса 25 -30% (максимально до 50%) 121 Насосы, вентиляторы, компрессоры 2. Отсутствие любых уплотнений, т. е. не требует техобслуживан ия 3. Низкий уровень шума 17. 02. 2018

Насосы мокрого ротора 122 для отопления, климатических систем Высокоэффективные энергосберегающие насосы Серия Stratos, Stratos - D Серия Star – E (- EP, - EL) TOP – E ( ED) Энергосберегающие насосы Серия Star – RS (- RSD) TOP – S (SD) Стандартные насосы RP, P, TOP – D, DOP 122 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Насосы мокрого ротора 123 для горячего водоснабжения l Системы ГВС l Насосная часть из латуни l ГВС: до 18°d. H, до +65°C WILO-Star-Z 15 l. Отопление: -10°C до +110°C l Защита от накипи Температура двигателя 61°C при температуре перекачиваемой жидкости 60°C 123 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Насосы мокрого ротора для повышения давления 124 Насос Серии MVISE Вертикальный центробежный насос высокого давления с мокрым ротором из нержавеющей стали со встроенным частотным преобразователем Достоинства: • • • не требует техобслуживания бесшумный с автоматическим удалением воздуха • широкий диапазон регулирования 124 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Скважинные насосы 125 -установка в скважине в погруженном состоянии -многоступенчатая конструкция -охлаждение мотора за счет обтекания его перекачиваемой жидкостью (диаметр насоса должен соответствовать диаметру скважины) -мотор заполняется водогликолевой смесью -кабель и все соединения должны быть герметичны -часто имеется встроенный обратный клапан -материал насоса: нержавеющая сталь, пластик, бронза 125 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Бустерные насосы (скважинный насос в напорном кожухе) 126 Горизонтальная, вертикальная или наклонная установка насосов Простая замена и расширение существующих станций Необходимо небольшое пространство Малый уровень шума Нечувствительны к влажности и температурным колебаниям Не требуют обслуживания 126 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 15 Центробежные (радиальные) вентиляторы 127 Основные элементы радиального вентилятора: рабочее колесо и спиральный корпус. Конструктивные исполнения рабочих колес а – барабанное колесо; б – кольцевое колесо; в – с коническим передним диском; г – трехдисковое колесо; д – однодисковое колесо; е – бездисковое колесо Лопатки соединяются с дисками сварными швами, на шипах или заклепками. 127 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

128 Спиральный корпус, как правило, представляет собой конструкцию, сваренную из листового металла. Кроме того, используются алюминий, пластмассы. Вентиляторы изготавливают одностороннего и двустороннего всасывания правого (по часовой стрелке со стороны входа воздуха) и левого вращения. Вентиляторы общего назначения имеют семь положений корпуса Положение корпуса радиальных вентиляторов 128 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Способы соединения вентиляторов с 129 электродвигателями рабочее колесо вентилятора закреплено непосредственно на валу электродвигателя (1); - с помощью эластичной муфты (2, 3, 5); клиноременной передачей с постоянным передаточным отношением (4, 6, 7); - через гидравлические или индукторные муфты скольжения, ременный вариатор 129 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Вентиляторы общего назначения 130 Для перемещения неагрессивных газов, с содержанием пыли менее 100 мг/м 3 применяют вентиляторы общего назначения. Отечественные вентиляторы данного типа имеют обозначение, состоящее из буквы Ц (центробежный), пятикратного значения коэффициента полного давления и коэффициента быстроходности в оптимальном режиме работы, округленных до целых чисел. К этому обозначению добавляют номер вентилятора, численно равный диаметру колеса в дециметрах. Коэффициент полного давления – это отношение полного давления к динамическому давлению при скорости потока, равной окружной скорости u 2. Коэффициент полного давления определяется опытным путем в лабораторных условиях. 130 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Вентиляторы, применяемые в системах вентиляции 131 Помимо вентиляторов общего назначения для систем вентиляции выпускаются специальные конструкции радиальных вентиляторов: -крышные вентиляторы, устанавливаемые на кровле -радиальные канальные вентиляторы -вентиляторы для перемещения теплого воздуха от каминов (t до 1200 С) 131 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Вентиляторы специального назначения: 132 -пылевые типа П (имеют рабочее колесо без переднего диска с небольшим числом лопаток из твердых сплавов); -искрозащищенные (из алюминиевых сплавов с антистатическим пластмассовым покрытием или без него); - коррозионно-стойкие винипласта); 132 Насосы, вентиляторы, компрессоры (из нержавеющей стали, 17. 02. 2018 титана,

133 - дымососы (Д) применяются для отсасывания дымовых газов с температурой до 2000 С из топок котлоагрегатов. Лопатки рабочего колеса выполняют утолщенными, внутреннюю поверхность обечайки покрывают броневыми листами. Предусматривается охлаждение ходовой части дымососа. - дутьевые вентиляторы предназначены для подачи воздуха в топочные камеры (ВД). Температура подаваемого воздуха до 4000 С. - мельничные вентиляторы предназначены для пневматического транспорта. 133 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

2. 16 Центробежные компресоры 134 Центробежные компрессоры по своему устройству и принципу действия подобны центробежным насосам и служат для подачи больших объемов воздуха под давлением от 0. 1 до 10 ат (турбовоздуходувки – до 3 ат, турбокомпрессоры – от 3 до 10 ат). В зависимости от требуемого давления турбокомпрессоры могут быть одноступенчатые с одним рабочим колесом и многоступенчатые – с несколькими рабочими колесами. При сжатии газ нагревается, поэтому необходимо охлаждать воздух после каждой ступени или охлаждать корпус компрессора. Одноступенчатые компрессоры работают без охлаждения. 134 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Глава 3 ОСЕВЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ 135 К осевым (пропеллерным) нагнетателям относят осевые вентиляторы, осевые компрессоры и осевые насосы. Схема осевого нагнетателя 1 — коллектор; 2 — входной направляющий аппарат; 3 — рабочее колесо; 4 — выходной направляющий аппарат; 5 — кожух (корпус); 6 — обтекатель 135 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Принцип работы осевого нагнетателя 136 В осевом нагнетателе поток движется преимущественно в направлении оси вращения, и некоторое закручивание приобретает лишь при выходе из колеса. Поток через коллектор поступает во входной направляющий аппарат, затем в рабочее колесо и в выходной направляющий аппарат. Выходной направляющий аппарат служит для устранения вращательного движения среды. Колесо сидит на валу, вращающемся в подшипниках, укрепленных на стойках. Колесо и направляющие аппараты заключены в кожух (обечайку). Втулка рабочего колеса имеет обтекатель. Передача энергии от двигателя потоку происходит во вращающемся рабочем колесе. 136 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Достоинства осевых нагнетателей — — 137 простота в изготовлении; компактность; реверсивность; имеют высокие КПД и подачу при низком напоре; Недостатки осевых нагнетателей — низкий напор. Область применения осевых нагнетателей — системы вентиляции гражданских и промышленных зданий — для вентиляции отдельных выработок, стволов и участков шахтной вентиляционной сети; — для проветривания станций и перегонных тоннелей метрополитена; — в вентиляторных градирнях тепловых электростанций; — для подачи циркуляционной воды в конденсаторы паровых турбин. 137 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

138 Осевые вентиляторы По назначению осевые вентиляторы делят на вентиляторы общего назначения и специальные (крышные, шахтные, потолочные, коррозионно-устойчивые и т. д. ). Характеристика давления осевых вентиляторов часто имеет седлообразную форму. Полная аэродинамическая характеристика осевого вентилятора 138 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Способы соединения осевых вентиляторов с электродвигателями 139 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 139

Осевые насосы 140 Осевое рабочее колесо Погружной осевой насос Wilo. EMU KPR 340 смонтированный в трубе Осевые насосы применяются для больших расходов при малом напоре 140 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Осевые компрессоры 141 Осевые компрессоры представляют собой многоступенчатые машины, в которых рабочее колесо имеет несколько последовательно расположенных рядов лопаток. Осевые компрессоры более компактны и имеют более высокий КПД по сравнению с центробежными в компрессорами. Применяются установках. Рабочее колесо (одна ступень) Аэродинамическая схема движения воздуха в многоступенчатом компрессоре 141 Насосы, вентиляторы, компрессоры Многоступенчатый двхкорпусный осевой компрессор 17. 02. 2018

142 Способы регулирования подачи осевых нагнетателей: -изменение частоты вращения лопастного колеса; -поворот лопастей рабочего колеса; -поворот лопастей входного направляющего аппарата; - дросселирование. 142 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Глава 4 ДИАМЕТРАЛЬНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ 143 Поток входит в колесо в диаметральном направлении (перпендикулярно оси вращения колеса), и выходит также в диаметральном направлении. Угол между входом и выходом потока может быть разным от 90 до 180. Рис. 1. 5. Схема диаметрального вентилятора; 1 -входной коллектор, 2 -лопатки колеса, 3 -корпус, 4 -выход потока 143 Насосы, вентиляторы, компрессоры В диаметральных вентиляторах используются радиальные колеса с лопатками, загнутыми вперед. 17. 02. 2018

144 Достоинства: — возможность непосредственного присоединения к воздуховодам, имеющим сечение в форме вытянутого прямоугольника; — создание значительного давления даже при невысоких окружных скоростях рабочих колес, поскольку поток воздуха дважды пересекает лопаточное колесо. Недостатки: — КПД не превышает 65%; — повышенный уровень шума; — возможность появления неустойчивых режимов работы в области, где с увеличением подачи наблюдается рост давления; — существенные перегрузки электродвигателя при уменьшении сопротивления сети. Область применения: — в системах вентиляции и кондиционирования воздуха кабин самоходных сельскохозяйственных машин; — в лазерных технологических установках и т. п. 144 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Глава 5 НАГНЕТАТЕЛИ ТРЕНИЯ 145 5. 1 Вихревые насосы 145 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Конструкция вихревого насоса 146 1 – рабочее колесо 2 – лопатка 3 – корпус 4 – всасывающее отверстие 5 – выходное отверстие Рабочим органом насоса является рабочее колесо с радиальными или наклонными лопатками. Колесо вращается в цилиндрическом корпусе с малыми торцевыми зазорами. Жидкость поступает через всасывающее отверстие в канал, перемещается по нему рабочим колесом и выбрасывается через выходное отверстие. 146 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Характеристика вихревого насоса 147 Регулирование вихревого насоса дросселированием нецелесообразно, т. к. при уменьшении производительности возрастает потребляемая мощность Более выгодным является регулирование перепуском или изменением частоты вращения 147 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

148 Достоинства (по сравнению с центробежными): — создаваемое давление в 3 — 5 раз больше при одинаковых размерах и частоте вращения рабочего колеса; — конструкция проще и дешевле; — обладает самовсасывающей способностью (требуется заполнить только корпус насоса перед первым пуском); — может работать на смеси жидкости и газа; — подача меньше зависит от противодавления сети. Недостатки: — КПД не превышает 45%; — непригодность для подачи жидкости, содержащей абразивные частицы. Область применения (для создания большого напора при малой подаче): — бытовое водоснабжение — в химической промышленности для подачи агрессивных реагентов; — в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления; — в системах перекачки сжиженного газа. 148 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

5. 2 Струйные нагнетатели 149 Схема эжектора: 1 – сопло 2 – камера смешения 3 – диффузор 149 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

150 Струйный аппарат состоит из сопла, куда подается рабочая жидкость (вода, газ, пар), камеры смешения, где смешиваются рабочая и подсасываемая жидкости, и диффузора, в котором осуществляется преобразование кинетической энергии в потенциальную, т. е. создается давление. Принцип действия: Рабочая жидкость выходит из сопла с большой скоростью в виде струи, несущей большой запас кинетической энергии. Активная рабочая струя захватывает окружающую жидкость и переедет ей часть своей энергии. Образовавшийся смешанный поток движется в проточной части аппарата. Перекачиваемая жидкость попадает в камеру смещения за счет того, что вследствие резкого увеличения скорости потока при выходе из сопла, статическое давление в камере смешения значительно уменьшается и становится меньше атмосферного. 150 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

151 Достоинства: - простота конструкции; - отсутствие подвижных элементов. Недостатки: - очень низкий КПД (не более 35%); - необходим дополнительный нагнетатель для рабочей жидкости. Область применения: - подача воды из скважин, колодцев - в промышленной теплоэнергетике: - в теплофикационных установках; - в холодильных установках; - для питания паровых котлов. 151 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

5. 3 Дисковый вентилятор 152 Рабочее колесо дискового вентилятора представляет собой пакет дисков (колец), расположенных с небольшим зазором перпендикулярно оси вращения колеса. Передача энергии от колеса потоку жидкости происходит в результате действия сил трения в пограничном слое, образующемся на дисках. Корпус 152 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

153 Достоинства: — устойчивая работа с малым шумом. Недостатки: — КПД не превышает 40 - 45 %. Область применения: — в местных кондиционерах для вентиляции помещений, где недопустим шум. 153 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Глава 6 ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ НАГНЕТАТЕЛИ 154 Схема газлифта (эрлифта): 1 – газовая труба 2 – обсадная труба скважины 3 – подъемная труба Принцип действия: Сжатый воздух (газ) под давлением нагнетается в скважину по газовой трубе. В подъемной трубе образуется смесь жидкости и газа. Пузырьки воздуха устремляются вверх, увлекая с собой жидкость. Достигнув верха трубы, эмульсия изливается. 154 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

155 Недостатки: - низкий КПД; - необходим компрессор для подачи воздуха. Достоинства: - простота устройства; - отсутствие в скважине механизмов: - надежность и бесперебойность действия; - невысокие требования к качеству жидкости. Область применения: - для подачи агрессивных жидкостей на небольшую высоту; - для подъема воды из буровых скважин хозяйственного водоснабжения. 155 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Глава 7 ПОРШНЕВЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ 156 Схема поршневого нагнетателя: 1 — корпус; 2 — поршень; 3 — всасывающий клапан; 4 — нагнетательный клапан 156 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

157 Принцип действия: Поршень совершает в корпусе возвратнопоступательное движение. Преобразование вращательного движения привода в возвратно-поступательное движение поршня осуществляется с помощью кривошипно-шатунного механизма. При движении поршня вправо открывается клапан 3, и жидкость заполняет пространство внутри корпуса. При этом клапан 4 закрыт. При движении поршня влево клапан 3 закрыт, открывается клапан 4, и жидкость выталкивается в нагнетательный трубопровод. 157 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Поршневой насос двойного действия 158 Теоретическая производительность насоса простого действия Qт = F×L×n, м 3/мин где F – площадь сечения поршня, м 2, L – длина хода поршня, м, n – число оборотов, мин-1. Теоретическая производительность насоса двойного действия Qт = F×L×n + (F–f)×L×n = Ln (2×F –f), м 3/мин где f – площадь поперечного сечения штока, м 2. Т. к. f << F, то производительность насоса двойного действия вдвое выше производительности насоса простого действия. 158 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

159 Давление, создаваемое поршневым насосом, не зависит от противодавления сети, а определяется мощностью двигателя и прочностью деталей насоса. По конструкции рабочего органа поршневые насосы делят на: - поршневые; - плунжерные; -диафрагмовые. Поршневые насосы обладают самовсасывающей способностью, однако при большой высоте нагнетания часто приходится заливать насос перед пуском. Поршневые компрессоры по своему устройству и принципу действия подобны поршневым насосам и служат для подачи газа под давлением от 0. 1 до 350 ат. Регулирование подачи поршневых нагнетателей возможно путем изменения числа ходов поршня, либо длины хода поршня. 159 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Диафрагмовый насос-дозатор Wilo 160 Насос-дозатор Grunbeck 160 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Достоинства: — создает высокое давление; — возможность запуска в работу без предварительного залива; — высокий КПД (до 95%); — независимость подачи от противодавления сети. 161 Недостатки: - громоздкость конструкции; - невозможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей; - сложность регулирования подачи; - неравномерность подачи Область применения: - для питания паровых котлоагрегатов малой производительности; - для дозирования реагентов; - для снабжения сжатым воздухом пневматического инструмента. 161 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Глава 8 РОТОРНЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ 162 8. 1 Зубчатый (шестеренный насос) Схема зубчатого насоса: 1 – шестерня; 2 – напорный патрубок 3 – всасывающий патрубок Принцип действия: Одна из шестерен приводится в действие электродвигателем, а вторая получает вращение от первой благодаря плотному зацеплению зубьев. При работе жидкость захватывается зубьями колес, отжимается к стенкам корпуса и перемещается со стороны всасывания на сторону нагнетания. Переток жидкости в обратном направлении практически отсутствует из-за плотного сцепления зубьев. 162 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

Схема восьмерочного нагнетателя 163 Если число зубьев уменьшить до двух, то вращающиеся элементы будут иметь очертания, напоминающие восьмерку (восьмерочный нагнетатель). В таком нагнетателе необходимо обеспечить привод от двигателя обеих “восьмерок”. Восьмерочные нагнетатели широко используются в качестве компрессоров. 163 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

164 Достоинства: - компактность; - простота конструкции; - независимость подачи от противодавления; - реверсивность; - возможность получения высоких давлений. Недостатки: - быстрый износ рабочих органов; - невысокая подача; - КПД не превышает 75 %. Область применения: - на электростанциях в системах смазки турбин; - в качестве компрессоров. 164 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

8. 2 Пластинчатый нагнетатель 165 2 1 – корпус 2 – ротор 3 - пластины К пластинчатым нагнетателям относят пластинчатые насосы и пластинчатые компрессоры. 1 3 165 Принцип действия: При вращении ротора пластины под действием центробежных сил выходят из пазов, прижимаются к внутренней поверхности корпуса, захватывают на стороне всасывания жидкость и перемещают ее к нагнетательному трубопроводу, т. е. пластины как бы выполняют роль поршня. Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

166 Достоинства: — высокая равномерность подачи; — возможность непосредственного соединения электродвигателем; — реверсивность; — независимость подачи от противодавления сети. Недостатки: — чувствительность к качеству перекачиваемой жидкости; — быстрый износ пластин; — КПД не превышает 50%. Область применения: - гидропривод станков и машин - в качестве вакуум-насосов 166 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018 с

8. 3 Винтовой нагнетатель 167 Винтовые нагнетатели (насосы, компрессоры) представляют собой одну или несколько пар зацепляющихся винтов, плотно посаженных в расточки корпуса. При вращении винтов их нарезки, взаимно смыкаясь, отсекают во впадинах некоторый объем жидкости и перемещают его вдоль оси к напорному патрубку. Характеристики винтовых нагнетателей мало отличаются от характеристик шестеренных. 167 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

8. 5 Водокольцевые компрессоры 168 При вращении рабочего колеса в корпусе образуется кольцо жидкости, поверхность которого точно касается втулки колеса. Рабочие пространства 2 возрастают, в результате чего через входное отверстие происходит всасывание газа. Во второй половине рабочего объема пространства 2 уменьшаются, происходит сжатие газа и выталкивание его через нагнетательное отверстие. 1 – водяное кольцо 2 – перемещаемый воздух 168 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018

169 Достоинства: - простота конструкции; - безотказность в работе; - невысокие требования к качеству воздуха; - создают вакуум до 99, 9%. В процессе работы вода нагревается, поэтому необходима ее замена. Применяются для создания вакуума. 169 Насосы, вентиляторы, компрессоры 17. 02. 2018