Тепловые двигатели и нагнетатели
161 Деление газовых нагнетателей на компрессоры, газодувки и вентиляторы. Другие виды нагнетателей.
Нагнетатели для перемещения газов называются – компрессорами, вентиляторами и газодувками. Вентилятор – машина, перемещающая газовую среду при степени повышения давления до 1,15. Газодувками обычно называют компрессоры небольших давлений. По развиваемому давлению область применения компрессоров и насосов практически не ограничена, а вентиляторов в соответствии с ГОСТом ограничивается давлением – 15 кПа.
По принципу действия нагнетатели подразделяются на объемные, лопастные (динамические), струйные и пневматические. Объемные нагнетатели, работающие при поступательном движении рабочего органа – это поршневые, при вращательном – пластинчатые и зубчатые. Лопастные или динамические нагнетатели, работают при вращательном движении рабочего органа (колеса), - это центробежные, осевые и вихревые. Центробежные насосы так и продолжают называться центробежными, а центробежные вентиляторы называются – радиальными. Давление в объемных нагнетателях повышается за счет непосредственного сжатия жидкости, а в лопастных – при ее закручивании. Центробежные нагнетатели в свою очередь подразделяются на прямоточные, дисковые, смерчевые и диаметральные.
Нагнетатели классифицируются также по целому ряду других признаков в зависимости от:1. привода: электрический, ручной, пневматический, паровой; 2.вида соединения: одноступенчатые, многоступенчатые, многопоточные (параллельно-ступенчатые);
3.особенности расположения:-насосы – вертикальные, погруженные (артезианские),
вентиляторы – крышные; 4.используемые для перемещения нагретых жидкостей – насосы: сетевые, конденсатные, дутьевые вентиляторы и дымососы; 5.для перемещения жидкости с твердыми примесями: -насосы: фекальные (канализация), баггерные (гидро-золошлакоудаления), песковые, землесосные, шламовые; -вентиляторы: пылевые, смерчевые, мельничные;6.для перемещения агрессивных жидкостей:-насосы – кислотные, бензиновые;-вентиляторы – защищенные от взрыва, коррозии, и т.д.
В теплоэнергетике широко применяются тепловые машины: паровые, газовые и парогазовые турбины; а также нагнетатели различного го назначения: питательные, циркуляционные, конденсатные, баггерные насосы и насосы-дозаторы; дымососы, дутьевые вентиляторы, вентиляторы горячего дутья, компрессоры и т.д..
162 Назначение и классификация компрессоров. Допустимые степени повышения давления, многоступенчатое сжатие.
Компрессор — устройство промышленного применения для сжатия и подачи воздуха и других газов под давлением. Общепринятая классификация механических компрессоров по принципу действия, под принципом действия понимают основную особенность процесса повышения давления, зависящую от конструкции компрессора. По принципу действия все компрессоры можно разделить на две большие группы: динамические и объёмные.
Объёмные компрессры. В машинах объёмного принципа действия рабочий процесс осуществляется в результате изменения объёма рабочей камеры. Номенклатура машин данного типа разнообразна, и насчитывает более десятка, основные из них: поршневые, винтовые, роторно-шестерёнчатые, мембранные, жидкостно-кольцевые, воздуходувки Рутса, спиральные, компрессор с катящимся ротором.
Поршневые компрессры могут быть одностороннего или двухстороннего действия, смазываемые и без применения смазки (сухого трения или сухого сжатия), при высоких давлениях сжатия применяются также плунжерные.
Роторные компрессоры — машины с вращающим сжимающим элементом, конструктивно подразделяются на винтовые, ротационно-пластинчатые, жидкостно-кольцевые, встречаются и другие конструкции.
Винтовые компрессоры. Конструкция винтового блока состоит из двух массивных винтов и корпуса. При этом винты во время работы находятся на некотором расстоянии друг от друга, и этот зазор уплотняется масляной пленкой. Трущихся элементов нет. Таким образом, ресурс винтового блока практически неограничен и достигает более чем 200—300 тыс. часов.
Пластинчато-роторные компрессоры Конструкция пластинчато-роторного блока состоит из одного ротора, статора и минимум восьми пластин, масса которых, а соответственно и толщина ограничены. На пластину в процессе работы действуют силы: центробежная и трения/упругости масляной пленки. Чем большее давление должен нагнетать такой блок, тем большая разницы давлений в соседних камерах сжатия, и тем большая должна быть центробежная сила для недопускания перетоков сжимаемого воздуха из камеры с большим давлением в камеру с меньшим.
Степень повышения давления в компрессоре λ не может быть очень большой из-за многих причин: утечки, механическая и тепловая напряжённость, износ деталей и др. Поэтому для получения высоких давлений используются многоступенчатые компрессоры, у которых выход предыдущей ступени сжатия соединяют со входом последующей. Для повышения экономичности многоступенчатых компрессоров между ступенями сжатия, как правило, устанавливают промежуточные охладители, в которых газ охлаждают до начальной температуры. Индикаторная диаграмма идеального многоступенчатого компрессора приведена на рис. Заштрихованная на диаграмме площадь отражает экономию работы на привод компрессора, получаемую за счёт промежуточного охлаждения. Многоступенчатое сжатие применяют для получения высоких давлений газа. Процесс многоступенчатого сжатия осуществляют в многоступенчатых компрессорах, в которых газ проходит последовательно ряд ступеней, постепенно сжимаясь до конечного давления.
Поскольку при сжатии газ нагревается, то между ступенями газ подвергают охлаждению в промежуточных холодильниках, объемы цилиндров постепенно уменьшаются от первой к последней ступени.
Допустимые степени повышения давления λ = рвых / рвх
Если λ < 1,15, то такие агрегаты называют вентиляторами. При сравнительно невысоких λ (λ 2…3) и отсутствии принудительного охлаждения, машины называют газодувками, а когда λ > 3 – компрессорами.
Многоступенчатое сжатие
Для достижения значительных конечных давлений сжатого газа применяется многоступенчатое сжатие, та как существуют пределы по температуре смазки и величине объемного коэффициента ограничивающие давления сжатия в цилиндре компрессора. Кроме того, нетрудно убедиться, что при одноступенчатом сжатии увеличение отношений давлений ведет к отклонению процесса сжатия от изотермы, что увеличивает затраты работы цикла. Увеличение степени сжатия в одноступенчатом компрессоре свыше 5 приводит к снижению к. п. д. компрессора, кроме того, сильно возрастают температура сжатого газа и расход энергии на сжатие.
Чтобы обеспечить работу компрессора с высоким к. п. д., применяют многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением газа между ступенями.
Трёхступенчатое сжатие Индикаторная диаграмма
163 Газо и гидродинамические основы расчета турбогидромашин. Уравнения Бернулли, Эйлера, неразрывности для установившихся режимов течения.
164 Устройство осевых компрессоров. Решетки направляющего аппарата и рабочих лопаток.
Уже говорилось, что осевой компрессор- это как бы обращённая осевая турбина. Здесь с помощью рабочих лопаток на вращающем валу машины газ разгоняется до высокой скорости, а зачем входит входит в неподвижный направляющийся аппарат, где его кинетическая энергия трансформируется в энергию давления при резком торможении.
Проходное сечение и лопаточных решёток и каналов направляющего аппарата по ходу движения газа увеличивается (диффузор), поэтому и растет давление газа. По особенностям сжатия газа ступени компрессора также делят на активные и реактивные. Если повышение давления происходит только в межлопаточных каналах рабочего колеса, а направляющий аппарат служит только для измерения направления потока, то такую ступень называют реактивной (степень реактивности Ω = 1,0). Такие условия создаются при несимметричных лопатках в рабочем и направляющем венцах. Однако чаще всего применяются симметричные лопаточные профили (см. рис. 5.9), поскольку это упрощает конструкцию машины, обеспечивая такое же, как в рабочем колесе, повышение давления и при течении газа через лопатки направляющего аппарата. Степень реактивности таких компрессоров Ω = 0,5.Треугольники скоростей в характерных точках осевого компрессора, определение напора и работы на привод. Внутренний политропный КПД осевого компрессора. Устройство и рабочий процесс центробежного компрессора. Теоретический напор и подача центробежного компрессора. Работа на привод и потребляемая мощность компрессора.
165 Треугольники скоростей в характерных точках осевого компрессора, определение напора и работы на привод. Внутренний политропный кпд осевого компрессора.
Изображено в виде векторного треугольника, который называется треугольником скоростей.
Напор
Политропный напор — это механическая работа, которую необходимо сообщить каждому килограмму газа для повышения его давления от начальной величины 1 p до конечного давления 2 p и его перемещения из области низкого в область высокого давления (обозначения сечений «1» и «2» могут быть другими, в зависимости от рассматриваемого элемента проточной части). Как следует из курса термодинамики, политропный напор в общем случае рассчитывается по формуле
где n — показатель политропы
Динамический напор — это разность кинетических энергий газа в конечном и начальном сечениях
Политропный КПД
Даже не знаю, что ещё написать. Он есть и всё. Больше про него ничего, нигде нет.
Работы на привод 
166 Определение числа оборотов, диаметра рабочего колеса и числа лопаток осевого компрессора.
167. Устройство и рабочий процесс центробежного компрессора. Теоретический напор и подача центробежного компрессора. Работа на привод и потребляемая мощность компрессора.
Как уже отмечалось, у центробежных компрессоров разгон, последующее сжатие и проталкивание газа осуществляется под действием центробежных сил, возникающих в результате вращения рабочего колеса с радиальными лопатками. Схема, наглядно иллюстрирующая особенности устройства и принцип работы одной ступени центробежного компрессора, приведена на рис. 5.14. Газ из расположенной вблизи от оси вращения камеры всасывания засасывается в рабочее колесо, попадает в его межлопаточные каналы и центробежными силами проталкивается через эти каналы на выход из колеса.
При таком движении на газ действует постоянно увеличивающаяся центробежная сила 
, где mг – масса некоторого объёма газа, перемещающегося в канале; r – текущее значение радиуса вращения; ω – угловая скорость вращения. Под действием этой силы происходит разгон газа
Из рабочего колеса газ попадает в неподвижный лопаточный диффузор, где происходит его торможение при соответствующем увеличении давления.
Далее поток в обратном направляющем аппарате поворачивается снова к оси вала и там проходит по межлопаточным каналам с увеличивающимся сечением. Подчеркнём при этом, что ширина каналов уменьшается по конструктивным ограничениям, но одновременно увеличивается поперечное сечение канала, и поэтому давление газа продолжает увеличиваться.
Теоретический напор
