Нагнетательные машины (вентилятор, компрессор, насос) и их классификации.

Нагнетателями называются машины, служащие для перемещения жидкости и газов и повышения их потенциальной и кинетической энергии. Известно, что большинство современных технологических процессов связано с перемещением потоков жидких и газообразных сред, и поэтому нагнетатели имеют очень широкое применение во всех отраслях промышленности.

В зависимости от вида перемещаемого рабочего тела нагнетательные машины подразделяются на три большие группы: насосы, вентиляторы и компрессоры.

По принципу действия насосы разделяют на две основные группы: динамические и объемные. Динамическими называют насосы, в которых жидкость под воздействием гидродинамических сил получает приращение энергии и непрерывно перемещается в камере, постоянно сообщающейся с входом и выходом.

Объемными называют насосы, в которых жидкость получает приращение энергии и перемещается в виде отдельных порций путем периодического изменения геометрического объема камеры, попеременно сообщающейся с входом и выходом насоса.

Под вентиляцией понимают смену воздуха в помещениях в необходимых случаях с предварительной подготовкой подаваемого в помещения воздуха.

Компрессор – машина, сжимающая газ и имеющая искусственное (обычно водяное) охлаждение полостей, в которых происходит сжатие газов.

На выставке представлена научно-техническая литература, в которой указаны технические характеристики нагнетательных машин, нашедших весьма широкое применение в современной практике проектирования систем жизнеобеспечения.

Литература на выставке систематизирована по трем основным разделам:

1. насосы,

2. вентиляторы,

3. компрессоры.

Выставка представляет интерес для преподавателей и студентов энергетических специальностей, а также для инженеров, техников и мастеров, занятых в эксплуатации систем энергосбережения.

Насосное оборудование используется во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства и строительства.

Классификация насосного оборудования в настоящее время осуществляется по двум принципам: функциональному и конструктивному.

Функциональный принцип был создан для удобства и закреплен общесоюзным классификатором.

В соответствии с общесоюзным классификатором промышленной и сельскохозяйственной продукции (ОКП) всё общепромышленное насосное оборудование подразделяется на насосы центробежные (код ОКП-36.3100), насосы поршневые (36.3200), насосы и агрегаты вакуумные и высоко-вакуумные (36.4800).

На основании изложенного и для удобства пользования обзор состоит

из двух разделов:

первая часть - насосы центробежные;

вторая часть - насосы объемные, насосы и агрегаты вакуумные и высоковакуумные, насосное оборудование, выпус­каемое а странах, ранее входящих в СЭВ, запасные части к насосному оборудованию.

Отход от условными названиями групп, а такие появление новых прейскурантов, информационных сборников и каталогов, где "размываются" общепринятые названия групп, создают у потребителей сложности с систематизацией насосного оборудования.

При переходе к рассмотрению насосного оборудования по группам целесообразно иметь в виду классификацию насосного оборудования, исходя из принципа действия.

Всё насосное оборудование, предназначенное для перекачивания жидкости (36.3000) можно подразделить на два вида в зависимости от характера воздействия рабочих органов насоса на жидкость: насосы динамические и насосы объемные.

Насосы динамические подразделяются на насосы:

 центробежные

 осевые

 вихревые

 шнековые, черпаковые

 струйные

Насосы объемные подразделяются на насосы:

 поршневые приводные, в том числе мембранные

 поршневые паровые и пневмонасосы

 винтовые

 шестеренные, коловратные, шланговые, шиберные, поршеньковые

 ручные

Обзор групп насосов будет скомпонован, по возможности, по принципу работы (центробежные, вихревые, осевые). Если принцип работы насоса уже рассматривался при обзоре предыдущей группы, то описание его не будет повторно приводиться.

В разделе " центробежные насосы " будут изложены принципы и характерные признаки работы насосов динамических, которые в значительной степени отражают существо этого понятия, а для объемных насосов это будет сделано во втором разделе.

В силу того, что отдельные насосы объемного типа, например, маслонасосы попадут в раздел "центробежные насосы", в этом разделе будут приведены особенности работы этого вида насосов в объеме, необходимом для рассмотрения особенностей их работы (этих типов насосов).

Компрессор – устройство для повышения давления и перемещения газов. При работе компрессора происходит преобразование электрической энергии в энергию сжатого вещества (газа).

Компрессоры имеют большое разнообразие конструкций и типов, различаются по давлению, производительности, сжимаемой среде, условиям окружающей среды.

Компрессоры используются практически во всех отраслях производства:

· в энергетике

· в газовой отрасли (агрессивные и взрывоопасные газы)

· в нефтехимической промышленности

· в химической отрасли

· в металлургии

· в электрохимической промышленности

· в различных добывающих отраслях и т. д.

В зависимости от назначения компрессоры классифицируются по отрасли производства, для которой они предназначены (химические, энергетические, общего назначения и т.д.)

Различают компрессоры и по роду сжимаемого газа - воздушный, кислородный, хлорный, азотный, гелиевый и т.д.

Разделяют компрессоры по конечному давлению:

· вакуум-компрессоры – машины, которые откачивают газ из пространства с давлением ниже атмосферного или выше;

· компрессоры низкого давления - предназначены для нагнетания газа при давлении от 0,15 до 1,2 МПа;

· среднего давления – давление от 1,2 до 10 МПа;

· высокого давления – от 10 до 100 МПа;

· сверхвысокого давления - предназначены для сжатия газа выше 100 МПа.

Кроме того, различают компрессоры по способу отвода тепла (воздушное или водяное охлаждение) и по типу приводного двигателя.

По особенностям самого процесса повышения давления, т.е. принципу действия устройства компрессоры подразделяются на объемные и лопастные.

· Объемный компрессор – устройство, в котором процесс сжатия происходит в рабочих камерах, изменение давления происходит за счет периодического изменения объема этих камер, попеременно сообщающихся с входом и выходом компрессора. Объемные компрессоры можно разделить по геометрической форме рабочих органов и способу изменения объема рабочих камер на следующие:

o поршневые - наиболее распространенные из всех компрессоров они, в свою очередь, могут быть различных видов: одинарного или двойного действия, смазываемые или без применения смазки (сухого трения), с разным количеством цилиндров и их расположением (горизонтальным, вертикальным, угловым).

o роторные - с вращающим сжимающим элементом. К ним относятся:

§ винтовые, конструкция которых запатентована в 1934г., имеют ведущий и ведомый роторы, вращение которых совершается навстречу друг другу, уменьшая пространство между ними и корпусом. Винтовые компрессоры не имеют клапанов и неуравновешенных механических сил, что дает возможность работать с высокой скоростью вращения вала, т.е. получать большую производительность при малых габаритных размерах. Могут быть безмасляные, безмасляные с нагнетанием жидкости, маслозаполненные.

§ спиральные - с неподвижной и подвижной эксцентрической спиралями, установленные со сдвигом по фазе на 180° так, чтобы образовывались полости с изменяющимся объемом.

§ роторно-пластинчатые, рабочим органом которых является эксцентрично установленный в корпусе ротор с пластинами, которые могут перемещаться в радиальном направлении.

§ жидкостно-кольцевые, в которых ротор с фиксированными лопатками эксцентрично установлен в корпусе, частично заполненном жидкостью.

· Лопастной компрессор – устройство динамического действия, в котором сжатие газа происходит в результате взаимодействия потока с вращающейся и неподвижной решетками лопастей. К лопастным компрессорам относятся:

o радиальные (центробежные);

o радиально-осевые (диагональные);

осевые. По степени достижения итогового давления компрессоры разделяют на устройства низкого давления (итоговое значение давления – 1 МПа.), среднего давления (итоговое значение давления может подниматься до 10 МПа.), высокого давления (до 100 МПа.), и, наконец, сверхвысокого давления (итоговое значение давления более 100 МПа.).

По принципу действия, в основе которого лежат особенности конструкции каждой модели, компрессоры делят на устройства мембранного типа, осевого, поршневого, ротационного, струйного и центробежного типа. Принцип функционирования ротационного и поршневого компрессорного оборудования практически идентичен – в обоих случаях процесс повышения давления протекает в рабочем цилиндре, однако в разное время.

В зависимости от свойств рабочей среды выделяют следующие виды компрессоров – воздушные, которые применяются для сжатия воздуха; газовые, применяемые, соответственно, для сжатия любых смесей газов; циркуляционные, которые обеспечивают необходимую для замкнутых технологических контуров циркуляцию газа. Так же существуют специальные виды компрессорного оборудования – многоцелевое, необходимое для переменного сжатия газов, и многослужебное, которое применяется при необходимости одновременного сжатия газов. В зависимости от способов эксплуатации машинных установок, в состав которых входит устройство повышения давления, компрессорное оборудование делят на передвижное, стационарное, транспортное, прицепное, переносное и самоходное.

Загрузка...

В настоящее время двигатель внутреннего сгорания является основным видом автомобильного двигателя. Двигателем внутреннего сгорания (сокращенное наименование – ДВС) называется тепловая машина, преобразующая химическую энергию топлива в механическую работу.

Различают следующие основные типы ДВС:

· поршневой двигатель внутреннего сгорания;

· роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания;

· газотурбинный двигатель внутреннего сгорания.

Из представленных типов двигателей самым распространенным является поршневой ДВС, поэтому устройство и принцип работы рассмотрены на его примере.

Достоинствами поршневого двигателя внутреннего сгорания, обеспечившими его широкое применение, являются:

· автономность;

· универсальность (сочетание с различными потребителями);

· невысокая стоимость;

· компактность;

· малая масса;

· возможность быстрого запуска;

· многотопливность.

Вместе с тем, двигатели внутреннего сгорания имеют ряд существенных недостатков, к которым относятся:

· высокий уровень шума;

· большая частота вращения коленчатого вала;

· токсичность отработавших газов;

· невысокий ресурс;

· низкий коэффициент полезного действия.

В зависимости от вида применяемого топлива различают следующие поршенвые ДВС:

· бензиновые двигатели;

· дизельные двигатели.

Альтернативными видами топлива, используемыми в двигателях внутреннего сгорания, являются природный газ, спиртовые топлива – метанол и этанол, водород.

Водородный двигатель с точки зрения экологии является перспективным, т.к. не создает вредных выбросов. Наряду с ДВС водород используется для создания электрической энергии в топливных элементах автомобилей.

Поршневой двигатель внутреннего сгорания имеет следующее общее устройство:

· корпус;

· кривошипно-шатунный механизм;

· газораспределительный механизм;

· впускная система;

· топливная система;

· система зажигания (бензиновые двигатели);

· система смазки;

· система охлаждения;

· выпускная система;

· система управления.

Корпус двигателя объединяет блок цилиндров и головку блока цилиндров. Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Газораспределительный механизм обеспечивает своевременную подачу в цилиндры воздуха или топливно-воздушной смеси и выпуск отработавших газов.

Впускная система предназначена для подачи в двигатель воздуха. Топливная система питает двигатель топливом. Совместная работа данных систем обеспечивает образование топливно-воздушной смеси. Основу топливной системы составляет система впрыска.

Система зажигания осуществляет принудительное воспламенение топливно-воздушной смеси в бензиновых двигателях. В дизельных двигателях происходит самовоспламенение смеси.

Система смазки выполняет функцию снижения трения между сопряженными деталями двигателя. Охлаждение деталей двигателя, нагреваемых в результате работы, обеспечивает система охлаждения. Важные функции отвода отработавших газов от цилиндров двигателя, снижения их шума и токсичности предписаны выпускной системе.

Система управления двигателем обеспечивает электронное управление работой систем двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания основан на эффекте теплового расширения газов, возникающего при сгорании топливно-воздушной смеси и обеспечивающего перемещение поршня в цилиндре.

Работа поршневого ДВС осуществляется циклически. Каждый рабочий цикл происходит за два оборота коленчатого вала и включает четыре такта (четырехтактный двигатель):

· впуск;

· сжатие;

· рабочий ход;

· выпуск.

Во время тактов впуск и рабочий ход происходит движение поршня вниз, а тактов сжатие и выпуск – вверх. Рабочие циклы в каждом из цилиндров двигателя не совпадают по фазе, чем достигается равномерность работы ДВС. В некоторых конструкциях двигателей внутреннего сгорания рабочий цикл реализуется за два такта – сжатие и рабочий ход (двухтактный двигатель).

На такте впуск впускная и топливная системы обеспечивают образование топливно-воздушной смеси. В зависимости от конструкции смесь образуется во впускном коллекторе (центральный и распределенный впрыск бензиновых двигателей) или непосредственно в камере сгорания (непосредственный впрыск бензиновых двигателей, впрыск дизельных двигателей). При открытии впускных клапанов газораспределительного механизма воздух или топливно-воздушная смесь за счет разряжения, возникающего при движении поршня вниз, подается в камеру сгорания.

На такте сжатия впускные клапаны закрываются, и топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндрах двигателя.

Такт рабочий ход сопровождается воспламенением топливно-воздушной смеси (принудительное или самовоспламенение). В результате возгорания образуется большое количество газов, которые давят на поршень и заставляют его двигаться вниз. Движение поршня через кривошипно-шатунный механизм преобразуется во вращательное движение коленчатого вала, которое затем используется для движения автомобиля.

При такте выпуск открываются выпускные клапаны газораспределительного механизма, и отработавшие газы удаляются из цилиндров в выпускную систему, где производится их очистка, охлаждение и снижение шума. Далее газы поступают в атмосферу.

Рассмотренный принцип работы двигателя внутреннего сгорания позволяет понять, почему ДВС имеет небольшой коэффициент полезного действия - порядка 40%. В конкретный момент времени как правило только в одном цилиндре совершается полезная работа, в остальных – обеспечивающие такты: впуск, сжатие, выпуск.

Вентиляторы - механические устройства, служащие для перемещения воздуха по воздуховодам, или непосредственной подачи либо забора воздуха из помещения. Перемещение воздуха происходит из-за создания перепада давления между входом и выходом вентилятора.

Классификации вентиляторов

Вентиляторы классифицируются по многим параметрам, таким как:

а) конструкция и принцип действия: могут быть осевыми, радиальными и диаметральными

б) в зависимости от величины полного давления: могут быть низкого (до 1 кПа), среднего (до 3 кПа) и высокого давления (до 12 кПа)

в) в зависимости от направления вращения рабочего колеса: могут быть правого и левого вращения

г) в зависимости от состава перемещаемой среды: обычные, термостойкие, взрывобезопасные, пылевые и т.д.

д) по месту установки: обычные, устанавливаемые на специальной опоре (раме,фундамент и т.д.); канальные, устанавливаемые непосредственно в воздуховоде; крышные, размещаемые на кровле.

Основными характеристиками вентиляторов являются следующие параметры:

· расход воздуха, м³/ч;

· полное давление. Па;

· частота вращения, об/мин;

· потребляемая мощность, затрачиваемая на привод вентилятора, кВт;

· КПД - коэффициент полезного действия вентилятора, учитывающий, механические потери мощности на различные виды трения в рабочих органах вентилятора., объемные потери. результате утечек через уплотнение и аэродинамические потери в проточной части вентилятора;

· уровень звукового давления, дБ.