Нагнетатели (насосы, компрессоры и вентиляторы) – устройство, назначение, работа, характеристика. Кавитация

Нагнетатели — нагнетательные машины для перемещения капельных жидкостей называются насосами, а газов — вентиляторами и компрессорами. По развиваемому давлению область применения насосов и компрессоров практически не ограничена, а вентиляторов в соответствии с нашими ГОСТами - 15 кПа.

По принципу действия нагнетатели разделяются на объёмные и лопастные. Объёмные нагнетатели, работающие при поступательном движении рабочего органа— поршневые, при вращательном — пластинчатые и зубчатые.
Все лопастные нагнетатели, работающие при вращательном движении рабочего органа (колеса) — центробежные (радиальные), осевые, вихревые.
Центробежные насосы так и продолжают называться центробежными, а центробежные вентиляторы теперь стали называться радиальными.
Давление в объёмных нагнетателях повышается за счет непосредственного сжатия жидкости, а в лопастных — при её закручивании.
Перемещаемые насосами капельные жидкости, в отличие от газов, практически несжимаемы, они обладают несравненно большей плотностью и большей вязкостью.

Явление, связанное с образованием в капельной жидкости пустот — пузырьков, наполненных паром или воздухом, называется кавитацией. Итак кавитация это образование паровоздушных пузырьков в области повышенного давления и их захлопывание в области пониженного давления. При увеличении высоты всасывания - в воде, поступающей в насос, может создаться такое пониженное давление, при котором жидкость закипит, и тут же прекратит кипеть (при постоянной температуре увеличение давления вызовет переход жидкости из состояния насыщения в просто нагретое состояние). Оба указанных процесса могут происходить на лопатках рабочего колеса.
Внутри насоса слышатся хлопки, чувствуются сотрясения, нарушается гидравлический режим работы — прерывается подача, снижаются давление и КПД.
Результатом кавитации может стать разрушение насоса, в первую очередь концов лопастей колеса под действием мощных местных гидравлических ударов, возникающих при конденсации на этих поверхностях пузырьков пара (когда пузырь всхлапывается, происходит удар каплей в центр пузыря). Одновременно материал подвергается интенсивной коррозии, так как в растворенном в воде воздухе содержится повышенное (по сравнению с атмосферным) количество кислорода. Вследствие этого поверхности становятся шероховатыми, затем губчатыми и затем разрушаются.
Особенно подвержены кавитационному разрушению насосные лопастные колеса, отлитые из чугуна или углеродистой стали; более устойчива бронза.

Высота всасывания, при которой вода закипает, как видно ниже, быстро уменьшается при увеличении температуры:

Температура, °С Высота всасывания Н, м вод. ст.

0 7

10 6,5

20 6

30 5,5

40 5

50 4

60 2,5

70 1

75 0

Поэтому - для предупреждения кавитации следует стремиться к понижению температуры перекачиваемой жидкости и (или) обеспечению вакумметрической высоты всасывания меньше допустимой, то есть к уменьшению геометрической высоты всасывания, снижению потерь во всасывающем трубопроводе, скорости движения жидкости и частоты вращения рабочего колеса. На характеристиках всегда наносится кривая начала кавитации.

Горячую воду с температурой выше 75 - 80 °С можно перекачивать насосами только при подпоре. В насосных системах центрального отопления, например для создания подпора, расширительный сосуд подключается перед насосом.

Центробежные насосы:

Такие типы насосов вследствие их конструктивной простоты и удобства эксплуатации имеют в настоящее время наибольшее распространение в установках теплогазоснабжения и вентиляции.

Обычный одноколесный центробежный насос состоит из лопастного колеса 1 и спирального корпуса 2. В некоторых конструкциях на выходе из колеса устанавливают направляющий аппарат 3, способствующий уменьшению гидравлических потерь на выходе с колеса в корпус.
Следует отметить, что в современных конструкциях насосов направляющие аппараты применяют редко, так как они усложняют конструкцию и увеличивают её габариты.

Корпус изготовляют литой (обычно чугунный), причем по мере раскрытия спирали может возрастать и его ширина. Разъём делают по вертикальной или горизонтальной плоскости, т. е. в плоскости вращения колеса или в плоскости, нормальной к ней.
Для уменьшения зазора 4 между всасывающим патрубком корпуса и колесом устраивают лабиринтное уплотнение или даже применяют сальники. Этим уменьшают обратную циркуляцию жидкости внутри насоса («короткое замыкание»), понижающую КПД насоса. Отверстие 5 в корпусе, через которое пропускается вал колеса, также снабжают для герметизации сальником.
Колесо выполняют литым из стали, чугуна, бронзы или других материалов. Для обеспечения более благоприятных условий течения жидкости в каналах между лопастями, а также для уменьшения гидравлических потерь в колесе каналы, как правило, изготовляют с плавным контуром поворотного участка и рабочих лопастей, а также с уменьшением ширины по мере увеличения радиуса (конические колеса).
Особенностью колес центробежных насосов являются отогнутые назад лопасти. Такая конструкция обеспечивает наименьшие гидравлические потери при течении жидкости между лопастями и при входе в кожух.

Характеристика насоса:

При максимальном расходе (Q) характеристика насоса всегда «стремится» к нулевому напору (H), и наоборот – при минимальном расходе (Q) характеристика насоса «стремится» к максимальному напору (H). Подбор характеристики насоса осуществляется по характеристике сети!

Компрессоры предназначаются для подачи газов при больших давлениях (более 15 кПа). Без устройств для охлаждения сжимаемого газа, работающие при давлениях не более 300 кПа (3кгс/см2), часто называют воздуходувками.
Они могут быть объёмными, лопастными, струйными. Из объёмных наибольшее распространение имеют поршневые, из лопастных — радиальные (центробежные). Применяются также зубчатые, пластинчатые, осевые и струйные компрессоры.
Лопастные компрессоры (радиальные и осевые) называют турбокомпрессорами.
Компрессоры, которые конструктивно приспособлены создавать большое разрежение, называют вакуум-насосами.
Поршневые компрессоры обычно применяются в тех случаях, когда необходимо обеспечить большое давление при малой производительности, а лопастные (турбинные), когда требуется большая производительность при сравнительно малом давлении. Также необходимо знать, что жидкости лучше перекачивать (транспортировать) в нагретом состоянии, так как в этом случае уменьшается вязкость жидкости и соответственно её гидравлическое сопротивление, а газы наоборот – охлаждать!

Поршневой компрессор:

По расположению цилиндров компрессоры подразделяются на вертикальные, горизонтальные и угловые. К вертикальным относятся машины с цилиндрами, расположенными вертикально. При горизонтальном расположении цилиндры могут быть размещены как по одну сторону коленчатого вала, такие компрессоры называются горизонтальными с односторонним расположением цилиндров, так и по обе стороны вала — с горизонтальным или двухсторонним расположением цилиндров.

К угловым компрессорам относятся машины с цилиндрами, расположенными в одних рядах вертикально, в других — горизонтально. Такие компрессоры называются прямоугольными. К угловым компрессорам относятся машины с наклонными цилиндрами, установленными V-образно и W-образно (компрессоры называются соответственно V- и W-образными).