Опишите конструкцию узлов и деталей центробежного компрессора, корпуса, рабочего колеса, устройств для восприятия осевого усилия, направляющих аппаратов и обратных канатов
Компрессоры – это устройства для создания направленного потока газа под давлением. Компрессорные установки довольно сильно распространены, они широко используются в холодильных установках, в пневматических устройствах, а также в контрольно-измерительной аппаратуре.
Компрессоры, упрощенно, состоят:
- Электродвигателя или привода;
- Нагнетающей установки;
- Емкостей для сжатого газа;
- Соединительных шлангов и труб. Центробежный компрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметрично расположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ти ступенчатый компрессор разделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, из которых газ поступает в каналы. Во время работы центробежного компрессора частицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщается вращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Под действием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочего колеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость.
Конструкцию холодильного компрессора рассмотрим на примере фреонового двухступенчатого компрессора ТКФ-248 (холодильная машина ХТММФ-248-4000).
Корпус (статор) компрессора литой, чугунный, состоит из двух половин — верхней и нижней, соединенных шпильками. Их взаимное положение фиксируется коническими штифтами. Для облегчения подъема в верхней половине предусмотрены отжимные болты уплотнение горизонтального разъема между половинами корпуса осуществляется паронитовой прокладкой толщиной 0,6 мм, проваренной в глицерине.
Корпус, установленный на литой фундаментной плите, при нагреве имеет возможность перемещения по шпонке. В корпусе предусмотрены отверстия для подвода слива масла, а также для присоединения уравнительных линий. Для подъема и транспортировки компрессора на нижней половине корпуса имеются грузовые крюки (приливы).
Ротор (вращающаяся часть турбокомпрессора) состоит из вала, на котором закреплены два рабочих колеса и разгрузочный поршень (думмис). Ротор - одна из наиболее ответственных частей компрессора. Его детали испытывают сложные напряжения, вызываемые центробежными силами, крутящим моментом, знакопеременными нагрузками, вибрацией, температурной деформацией. Все узлы и детали ротора изготавливают из высококачественной углеродистой или легированной стали. Каждое колесо подвергается статической балансировке и разгонным испытаниям, а ротор в сборе — динамической балансировке. Насадка рабочих колес на вал осуществляется по горячей посадке на шпонке.
Усилия, действующие на каждое колесо в осевом направлении, не уравновешены. Это вызвано тем, что на кольцевую поверхность колеса со стороны входа пара действует давление всасывания, а на соответствующую ей поверхность с противоположной стороны — давление нагнетания. В результате создается осевая сила, которая стремится сдвинуть ротор в сторону всасывания.
Для уменьшения действия осевых сил используют разгрузочный поршень (думмис). Со стороны колеса на думмис действует конечное давление нагнетания, а с противоположной стороны — давление всасывания. При этом возникает результирующая сила, стремящаяся подвинуть ротор в сторону нагнетания. Она уравновешивает осевую силу, действующую на колесо в результате увеличения давления при сжатии пара.
Межступенчатые (лабиринтные) уплотнения применяют гребенчатого типа. Они бывают концевыми и промежуточными. Концевые уплотнения препятствуют переточкам пара в подшипниковые камеры, а промежуточные — из одной ступени в другую, минуя проточную часть. В зависимости от типа уплотнений зазоры составляют от 0,1 до 0,35 мм.
Торцовые уплотнения (сальники) применяют двух типов: для герметизации выходного конца вала ротора и выходного конца вала маслонасоса системы смазки.
Торцовое уплотнение вала ротора представляет собой систему подвижных и неподвижных элементов, обеспечивающих подвижное уплотнение выходного конца вала ротора как при работе, так и при стоянке компрессора. В полости уплотнения циркулирует масло, обеспечивая гидравлический затвор, смазку, трущихся поверхностей и их охлаждение.
Масло в полость сальника подводится в верхнюю часть корпуса от системы смазки. Слив масла производят через зазор в плавающем подшипнике.
Входной направляющий аппарат служит для плавного регулирования производительности. Он состоит из лопаток, которые могут поворачиваться в корпусе с помощью приводного механизма. На хвостовиках лопаток закреплены шестерни, находящиеся в зацеплении с общей конической шестерней, посредством которой поворачиваются лопатки. Приводной валик механизма уплотнен в корпусе сальником, состоящим из резиновых колец, поджатых резьбовой втулкой. Изменением угла установки лопаток изменяют производительность компрессора от 100 до 30% номинального значения.
Компрессор имеет две уравнительные линии: уравновешивающую давление в масляных полостях компрессора и маслобака с давлением всасывания и уравновешивающую давление за думмисом с давлением всасывания. Первая линия служит для предотвращения уноса масла из маслоблока и подшипниковых полостей в испаритель, вторая — для уменьшения осевой силы, действующей на ротор.
Ротор вращается в двух подшипниках, один из которых опорный, другой — опорно-упорный. Корпуса подшипников посредством крышек прикреплены к корпусу компрессора.
Опорные подшипники воспринимают вес ротора и динамические переменные усилия, а также фиксируют положение ротора относительно корпуса в радиальном положении. Подшипник состоит из корпуса и вкладыша с заливкой из баббита Б-83. Масло подается в нижнюю часть подшипника через дроссельную шайбу.
Положение вкладыша в подшипнике и положение ротора относительно корпуса регулируется в радиальном направлении с помощью прокладок, устанавливаемых под опорными сухарями (подушками), прикрепленными к нижнему и верхнему вкладышам.
Опорно-упорный подшипник состоит из опорной и упорной частей. Конструкция опорной части аналогична конструкции опорного подшипника. Упорная часть подшипника служит для восприятия части осевого усилия (за вычетом усилия, воспринимаемого думмисом), она — двусторонняя с шестью упорными колодками с каждой стороны. Колодки упираются в корпус подшипника через дистанционное кольцо, с помощью которого выдерживается необходимый осевой зазор между колодками и упорным диском. Упорная часть колодок залита баббитом Б-83.
Опишите назначение, принцип работы и конструктивное устройство центробежных вентиляторов. Вычертите схемы отдельных узлов
Центробежные вентиляторы широко распространены в промышленности и коммунальном хозяйстве для вентиляции зданий и отсасывания вредных веществ в технологических процессах.
В теплоэнергетических установках центробежные вентиляторы применяются для подачи воздуха в топочные камеры котлов, перемещения топливных смесей в системах пылеприготовления, отсасывания дымовых газов и выброса их в атмосферу. Воздух в вентилятор поступает через входной патрубок 1и направляется в рабочее колесо 2, которое состоит из: ступицы 5, ведущего диска 7, лопастей и (ведомого) покрывного кольцевого диска 9.Обычно рабочее колесо приводится во вращение при помощи ступицы 5, насаженной на рабочий вал 6, который передает движение непосредственно от двигателя или с помощью трансмиссионной передачи. На ступице смонтирован ведущий диск, к которому прикреплены лопасти рабочего колеса. Со стороны входа на лопастях рабочего колеса крепится покрывной кольцевой диск 9
Вращающееся рабочее колесо помещается в неподвижный спиральный кожух 8, имеющий на выходе расширяющийся патрубок 4. Воздух или газ, попадающий через входной патрубок 1 в рабочее колесо 2, лопастями отбрасывается с большой скоростью к периферии. Передача энергии воздуху завершается в рабочем колесе. Часть этой энергии вследствие силового воздействия лопастей рабочего колеса получается в виде потенциальной энергии давления. Другая часть, в зависимости от степени реактивности рабочего колеса, получается в виде кинетической энергии (скоростного напора).
Конструктивное устройство центробежного вентилятора простейшего типа показано на рис. 1.
Рис. 1 – Центробежный вентилятор
1 – ступица; 2 – основной диск; 3 – рабочие лопатки; 4 – передний диск; 5 – лопастная решетка; 6 – корпус; 7 – шкив; 8 – подшипники; 9 – станина; 10, 11 – фланцы
Рабочее колесо вентилятора состоит из литой ступицы 7, жестко сопряженной с основным диском 2. Рабочие лопатки 3 крепятся к основному диску 2 и переднему диску 4, обеспечивающему необходимую жесткость лопастной решетки 5. Корпус 6 вентилятора крепится к литой или сварной станине 9, на которой располагаются подшипники 8, несущие вал вентилятора с посаженным на него рабочим колесом. На корпусе вентилятора установлены фланцы 10 и 11 для крепления всасывающей и напорной труб.
Центробежные вентиляторы выпускаются заводами в определенных геометрических сериях. Каждая серия характеризуется постоянством отношений сходственных размеров; размеры отдельных машин и их рабочие параметры в серии различны.
Обозначение центробежных вентиляторов в соответствии с государственными стандартами включает букву Ц, указывающую на основной признак типа – центробежный, пятикратное значение коэффициента полного давления в режиме при 
max, округленное до целого числа, и значение коэффициента быстроходности в режиме max, также округленное до целого числа. Обозначение вентилятора включает и его номер, представляющий собой значение диаметра D2, выраженное в дециметрах. Например, центробежный вентилятор с диаметром рабочего колеса 400 мм, имеющий при максимальном КПД коэффициент полного давления 0,86 и быстроходность 70, обозначается Ц4–70–4.
Характерной конструктивной величиной центробежного вентилятора является отношение выходного и входного диаметров межлопастных каналов рабочего колеса D2/D1. В обычных конструкциях это отношение выбирается небольшим (1,2–1,45), радиальная длина лопасти составляет (0,084–0,16)D2.
Теоретический напор вентилятора определяется по уравнению Эйлера, которое с учетом радиального входа потока (c1u = 0) можно записать в следующем виде:
Нт = u2c2u/g
Отсюда теоретическое давление вентилятора:
рт = 
u2с2u,
где – средняя плотность перемещаемого газа, кг/м3.
В реальном вентиляторе часть давления теряется в проточной части.
Если поток газа на входе в вентилятор имеет параметры p1ст и с1, а на выходе р2сти с2,то полное давление, развиваемое вентилятором:
где 
– статическое давление потока соответственно на выходе и входе
вентилятора, Па;
с1, с2– соответствующие скорости потока, м/с.
Работа вентилятора при заданной частоте вращения характеризуется объемной подачей Q, полным давлением р, мощностью N и полным КПД 
.
Полезная мощность (Вт) вентилятора определяется по формуле:
Nпол = р·Q,
где Q –объемная подача (производительность) вентилятора, м3/с.
Мощность на валу (эффективная мощность) N обычно определяется при испытании вентилятора.
Вентиляторы характеризуются двумя КПД: полным и статическим, так как в некоторых случаях для вентиляторов характерно не полное давление, ими развиваемое, а лишь статическая часть его рст или соответственно статический напор Нст.
Статический КПД дополняет оценку эффективности вентилятора, так как в полной энергии, сообщаемой потоку газа, существенную долю составляет кинетическая энергия. Ориентировочно ст меньше на 20–30 %.
Мощность двигателя для привода вентилятора (кВт) выбирают с запасом на возможные отклонения рабочего режима от расчетного:
где – полный КПД вентилятора;
– КПД передачи.
При непосредственном соединении валов двигателя и вентилятора = 1, при клиноременной передаче = 0,92.
Коэффициент быстроходности вентилятора характеризует конструкцию рабочего колеса, следовательно, способность создавать давление. Если принять плотность воздуха = 1,2 кг/м3, то
Для каждого типа вентилятора характерно определенное значение коэффициента быстроходности:
Центробежные высокого давления – 10–30,
Центробежные низкого и среднего давления с лопатками:
отогнутыми вперед – 30–60
отогнутыми назад – 50–80
Центробежные двустороннего всасывания – 80–120.
Конструкция вентилятора определяется его аэродинамической схемой, под которой понимается схематический чертеж его проточной части с указанием основных размеров в долях наружного диаметра колеса.
Конструктивная форма и размеры вентилятора определяются его подачей, давлением и частотой вращения.
Формы рабочих колес вентиляторов даны на рис. 2.
Рис. 2 – Формы рабочих колес центробежных вентиляторов
а – барабанная; б – кольцевая, в, г – с коническими покрывающими дисками;
д, е – соответственно однодисковых и бездисковых
Формы, показанные: - на рис. 2а, б, свойственны вентиляторам низкого давления с лопатками, загнутыми вперед; - на рис. 2б–г, характерны для вентиляторов низкого, среднего и высокого давлений с лопатками, загнутыми назад;
- на рис. 2г, применяется для колес большой подачи и находит применение, в частности, для дутьевых вентиляторов и дымососов ТЭС.
Открытые однодисковые и бездисковые колеса форм (рис. 2д, е) применяются в пылевых вентиляторах, служащих для подачи смесей газов с твердыми частицами, например в системах пылеприготовления ТЭС.
В вентиляторах применяются все три типа лопастей.
По назначению вентиляторы подразделяются на следующие группы: вентиляторы общего назначения (Ц); - вентиляторы дутьевые (БД); - дымососы (Д); - вентиляторы горячего дутья (ВГД); - вентиляторы мельничные (ВМ); - вентиляторы специального назначения.
По направлению вращения рабочего колеса различают вентиляторы правого вращения (колесо вращается по направлению движения часовой стрелки, если смотреть со стороны привода) и левого вращения. По направлению выхода газа вентиляторы изготовляются с различными положениями корпуса.
Вентиляторы общего назначения по полному давлению, создаваемому при номинальном режиме, подразделяются на вентиляторы низкого (до 1 кПа), среднего (от 1 до 3 кПа) и высокого (свыше 3 кПа) давления.
К вентиляторам низкого давления относятся вентиляторы средней и большой быстроходности. Рабочие колеса этих вентиляторов имеют широкие листовые лопатки. Окружная скорость вращения колес составляет менее 50 м/с.
Вентиляторы низкого давления используются в вентиляционных системах.
Вентиляторы среднего давления имеют окружную скорость до 80 м/с, лопатки этих вентиляторов выполняются как загнутыми вперед, так и назад и применяются как в вентиляционных, так и технологических установках различного назначения.
Вентиляторы высокого давления имеют окружную скорость свыше 80 м/с, лопатки загнуты назад.