Турбодетандеры и поршневые детандеры: особенности работы, области применения, изображения процессов, характеристики турбодетандеров.

Классификация нагнетателей.

  Нагнетатели можно классифицировать по различным признакам: по конструкции, способу действия, развиваемому давлению, роду перемещаемой среды. В пределах каждой классификационной группы нагнетатели могут подразделяться по вторичным признакам.

  Согласно ГОСТ 17398-72 «Насосы. Термины и определения» насосы подразделяются на две основные группы:

1. насосы динамические;

2. насосы объёмные.

  Такое разделение принято для всего класса нагнетателей, независимо от рода перемещаемой среды.

  ОПР: Динамическим нагнетателем называется машина, повышающая энергию жидкости или газа путём использования работы массовых сил потока в полости, постоянно соединенной с входом и выходом нагнетателя.

  Например, в центробежном нагнетателе рабочее тело повышает энергию вследствие воздействия центробежных сил при движении через межлопастные каналы рабочего колеса.

  ОПР: Объёмным нагнетателем называется машина, в которой повышение энергии рабочего тела достигается силовым воздействием твёрдых рабочих тел, например, поршней в поршневых машинах, в рабочем пространстве цилиндра, периодически соединяемом при помощи клапанов со входом и выходом нагнетателя.

  Приведём классификацию нагнетателей по способу действия и конструктивным признакам рис. 1.

      

 

Рис.1 Классификация нагнетателей.

  Принципы работы:

Лопастные машины представлены тремя основными группами – центробежными, осевыми и вихревыми. Большое распространение их объясняется достаточно высоким КПД, компактностью и удобством комбинирования их с приводными электродвигателями.

  Схема динамического центробежного нагнетателя (насоса) представлена на рис. 1. Рабочее колесо, снабженное изогнутыми лопатками 1, вращается двигателем, расположенным в корпусе 2. Рабочее тело (жидкость, газ), входящее в центральную полость колеса через патрубок 3, заполняет весь корпус и криволинейные каналы колеса между лопатками 1. При вращении рабочего колеса под действием центробежных сил масса рабочего тела, находящегося в этих каналах, повышает энергию потока и выбрасывается потоком в спиральный канал, охватывающий рабочее колесо. Далее поток поступает в напорный патрубок 4 и трубопровод 5. Процесс всасывания и подачи в таких нагнетателях происходит непрерывно и равномерно (при постоянной скорости вращения рабочего колеса).

  Для подачи жидкостей и газов находят применение динамические лопастные нагнетатели осевого типа рис. 2. Лопасти 1 осевого нагнетателя закреплены на втулке 2 под некоторым углом к плоскости, нормальной к оси. При вращении лопасти взаимодействуют с потоком жидкости, сообщая ей энергию и перемещая её вдоль оси насоса.

  Схема вихревого нагнетателя представлена на рис. 3. В корпусе 1 концентрично располагается колесо с плоскими радиальными лопатками 2. Рабочее тело поступает через всасывающий патрубок в кольцевой канал 3, увлекается лопатками 2, совершая сложное вихревое движение и повышая энергию, выходит через напорный патрубок 4 в трубопровод.

  Работа объёмных насосов основана на всасывании и вытеснении жидкости твёрдыми телами (поршнями, пластинами, зубцами), движущимися в рабочих полостях. Схема поршневого насоса приведена на рис. 4. Цилиндр 1 сопряжен с клапанной коробкой 2, в гнёздах которой расположены всасывающий и нагнетательный клапаны 3 и 4. Поршень 5, движущийся в цилиндре возвратно-поступательно, производит попеременно всасывание из трубы 6 и нагнетание в трубу 7. Поршневые насосы обладают неравномерностью подачи, обусловленной периодичностью движения поршней. Это привело к появлению насосов вытеснения вращательного типа, называемых роторными.

  Схема роторного пластинчатого насоса приведена на рис. 5 раздаточного материала. При вращении цилиндра 1 пластинки 3 производят всасывание через приёмный патрубок 4 и нагнетание через напорный патрубок 5. Насос является реверсивным: при изменении направления вращения его вала изменяется направление движения жидкости в трубопроводах, присоединенных к насосу.

  Схема роторного зубчатого шестеренного насоса представления на рис. 6.Сцепляющиеся зубчатые колеса помещены с малыми зазорами в корпусе 3. Одно из колес ведущее, другое – ведомое. При вращении колес в направлении, указанном стрелками, жидкость поступает в полости всасывания 4 во впадины между зубьями и перемещается в напорную полость 5; здесь при сцеплении происходит выдавливание жидкости из впадин.

  Для подачи газов, чистой воды и растворов могут применяться все описанные типы насосов. Для жидкостей с большой вязкостью используют объёмные и лопастные насосы. Смеси золы или грунта с водой по соображениям износа трущихся частей машины подаются обычно струйными и лопастными насосами.

  Основными параметрами каждого насоса являются его подача и давление. Насосы принято разделять на группы по величинам этих параметров. Каждому типу насосов соответствуют определенные области подач и давлений. Например, насосы поршневые и роторные применяются при высоком давлении и относительно низкой подаче. Осевые насосы приспособлены для подачи больших количеств жидкостей при низких давлениях. Используя величины подач и напоров выполненных конструкций насосов и нанося их в координатной системе Q – H, можно получить график областей применения различных типов насосов. Такой график для водяных насосов представлен в логарифмической координатной сетке на рис. 6 раздаточного материала.

Турбодетандеры и поршневые детандеры: особенности работы, области применения, изображения процессов, характеристики турбодетандеров.

Детандер — устройство, преобразующее потенциальную энергию газа в механическую энергию. При этом газ, совершая работу, охлаждается.

Наиболее распространены поршневые детандеры (рис. 1) и турбодетандеры (рис. 2).

Поршневые детандеры — машины объёмного периодического действия, в которых потенциальная энергия сжатого газа преобразуется во внешнюю работу при расширении отдельных порций газа, перемещающих поршень. Они выполняются вертикальными и горизонтальными, одно- и многорядными. Торможение поршневых детандеров осуществляется электрогенератором и реже компрессором.

Применяются в основном в установках с холодильными циклами высокого и среднего давлений.

Турбодетандеры — лопаточные машины непрерывного действия, в которых поток проходит через неподвижные направляющие каналы (сопла), преобразующие часть потенциальной энергии газа в кинетическую, и систему вращающихся лопаточных каналов ротора, где энергия потока преобразуется в механическую работу, в результате чего происходит охлаждение газа.

Характеристика турбодетандера: Они делятся по направлению движения потока на центростремительные, центробежные и осевые; по степени расширения газа в соплах — на активные и реактивные; по числу ступеней расширения — на одно- и многоступенчатые. Наиболее распространён реактивный одноступенчатый центростремительный детандер. Торможение турбинных детандеров осуществляется электрогенератором, гидротормозом, нагнетателем, насосом. Эти машины характеризуются малыми размерами (диаметр рабочего колеса 10—40 мм) и высокой частотой вращения ротора (100000—500000 об/мин).

Области применения: Турбодетандеры применяются главным образом в установках с холодильным циклом низкого давления (4—8 кгс/см²) для объёмных расходов газа 40—4000 м³/ч. Созданы турбодетандеры для холодильных циклов низкого, среднего и высокого давлений с объёмными расходами газа 1,5—40 м³/ч.

Рис. 1. Теоретическая диаграмма рабочего процесса и основные элементы поршневого детандера: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 – рабочий объем; 4 – впускной клапан; 5 – выпускной клапан; 6 – поршневое уплотнение; 7 – шток; 8 – крейцкопф; 9 – шатун; 10 – кривошип; 11 – генератор для отбора мощности

Реальные процессы в поршневом детандере существенно отличаются от идеального. На рис. 1 показана также теоретическая диаграмма клапанного поршневого детандера, имеющего вредный объем , который от объема , описываемого поршнем, составляет от 4 до 12 % в клапанном детандере, т. е. Полный рабочий объем  равен сумме :   Описываемый объем поршнем  определяется внутренним диаметром цилиндра d и ходом поршня S. .

Рис. 2. Схема центростремительного реактивного турбодетандера: 1 — спиральный подвод газа; 2 — направляющий сопловой аппарат; 3 — ротор; 4 — отводной диффузор.

 

Турбодетандер в схеме газокомпрессионной установки.

 

Изображение процессов турбодетандера в Тs диаграмме (точки 3-4 действительный процесс расширения; 3-4т теоретический процесс расширения).  ­­­- мощность детандера

 

38.  Классификация, принципы работы и области применения основных типов нагнетателей.

1234Следующая ⇒

Поделиться: