Основные условные обозначения

 

Q - расход; подача насоса

L - расход; подача вентилятора

p, ,  - полное, динамическое и статическое давление соответственно

Н - напор

N - мощность

с, u - абсолютная, относительная и переносная скорость потока

,  - проекция абсолютной скорости на переносную на вхо­де и выходе потока в рабочем колесе

b, D - ширина и диаметр рабочего колеса лопастного нагне­тателя

R - удельная работа сил трения в потоке

V - удельный объем

U - удельная внутренняя энергия потока жидкости

,  - потери напора; потери давления

d - диаметр трубопровода

q - количество теплоты, передаваемое единице массы жид­кости; объем утечек и перетоков

g - удельный вес

r - плотность

w - живое сечение потока, относительная скорость потока

 - угловая частота вращения

x - коэффициенты местных сопротивлений

Г - циркуляция скорости

,  - углы установки лопатки в рабочем колесе на входе и выходе соответственно

 - коэффициент закручивания потока

 - коэффициент давления

ВВЕДЕНИЕ

 

Развитие различных отраслей промышленности, расширение объемов строительства, создание благоприятных условий для высоко­производительного труда во многом зависят от эффективности ра­боты систем тепло- и холодоснабжения, вентиляции и кондициониро­вания воздуха. Общим для этих систем является наличие в них машин, предназначенных для перемещения рабочей среды. В систе­мах общеобменной вентиляции и кондиционирования такой средой является воздух, в системах технологической вентиляции - смесь различных газов, в системах тепло- и водоснабжения - вода.

Название самой машины (насос, вентилятор, воздуходувка, ком­прессор и др.) определяется как видом перемещаемой среды, так и создаваемым давлением. Эти машины вместе с гидравлическими двигателями и гидропередачами составляют класс гидравлических машин.

История существования гидравлических машин насчитывает не­сколько тысячелетий. Первый насос был поршневым, появился, по-видимому, за несколько веков до нашей эры в странах древней культуры. Изобретение этого насоса связано с созданием водоподъ­емных устройств. Поршневой насос был хорошо известен в Древ­ней Греции и Риме. Изобретателем двухцилиндрового поршневого пожарного насоса является древнегреческий механик Ктесибий (око­ло II-I вв. до н. э.).

Изобретение центробежного насоса приписывается итальянцу Д. Жордану, давшему первый рисунок такого насоса. Одной из пер­вых удачных конструкций центробежного насоса является насос французского физика Д. Палена, предложенный им в 1689 г., для откачки грунтовых вод, представлявший собой усовершенствован­ную конструкцию ранее известной воздуходувки.

В России внедрение насосов в промышленность непосредствен­но связано с развитием горно-рудного дела. В XVIII в. К. Д. Фролов и другие мастера горного дела применяли установки с поршневыми насосами для откачки воды из шахт (диаметр колеса приводной машины составлял 16-19 м). Источником двигательной силы здесь была энергия воды.

В XVIII в. был изобретен паровой двигатель. В 1738 г. Д. Бернулли вывел основополагающее уравнение движения жидкости, которое носит его имя. В 1750 г. Л. Эйлер впервые сделал математический анализ рабочего процесса, происходящего в центробежном насосе и реактивной турбине, и дал основное уравнение рабочего процесса турбомашин. Теоретические положения, касающиеся работы гидрома­шин и лопастных насосов, разработанные Д. Бернулли и Л. Эйле­ром, оставались неиспользованными около 150 лет, пока в каче­стве приводящего двигателя для насосов не стали применять элект­родвигатель и паровую турбину.

Классическая схема одноколесного центробежного насоса, при­меняющегося в различных модификациях и поныне, была предложе­на Андревсом (США) в 1818 г. и значительно улучшена им же в 1846 г. Исследования Андревса привели к созданию многоступенча­того центробежного насоса, запатентованного в 1851 г. Однако его конструкция была весьма несовершенна.

Блестящее развитие теоретических основ механики в XIX в., по­зволивших ближе подойти к решению практических задач движе­ния реальных жидкостей, связано с трудами О. Коши, Г. Гельмгольца, Г. Кирхгофа, Дж. Г. Стокса, Н. Е. Жуковского, С. А. Чаплыги­на, Г. Хагена, Ж. Л. Пуазейля, О. Рейнольдса, Л. Прандтля.

Примерно с начала 20-х годов этого века изменилось само на­значение насосов. Если первоначально они предназначались только для подъема воды, то с этого времени они все шире применяются для перемещения жидкостей с различными вязкостью и концентра­цией взвешенных частиц, а также химических жидкостей с различ­ными степенью агрессивности и температурой. В 1924 г. вышла в свет книга немецкого гидравлика К. Пфлейдерера «Центробежные насосы», оказавшая значительное влияние на развитие теории цент­робежных насосов и методов их расчета.

В СССР уже к 1930 г. сложились три научные школы насосостроения: на кафедре и в лаборатории гидравлических машин МВТУ им. Н. Э. Баумана под руководством проф. И. И. Куколевского, изучавшая рабочий процесс турбин и насосов и развивавшая экспериментальные методы исследования насосов; на кафедре и в лаборатории гидравлических машин Харьковского политехнического института под руководством акад. Г. Ф. Проскуры, которая зани­малась исследованием гидромашин, в частности разработкой тео­рии рабочего процесса осевых (пропеллерных) насосов; на кафедре и в лаборатории гидравлических машин Ленинградского политех­нического института под руководством чл.-корр. И. Н. Вознесенско­го, развивавшая новые методы расчета лопастных нагнетателей на основе теории потенциального течения и теории вихрей. В эти же годы проф. П. Н. Каменев разработал теорию расчета струйных аппаратов и осуществил их практическое использование с высоким КПД. В настоящее время научные исследования работы насосов ве­дутся такими организациями, как ВНИИгидромаш, НИИхиммаш, а также на специальных кафедрах Ленинградского и Харьковского по­литехнических институтов, МВТУ им. Н. Э. Баумана и др.

Машины для перемещения воздуха и газов появились значи­тельно позже насосов. Изобретателем воздушного поршневого на­гнетателя - прототипа современных компрессоров с одной ступенью сжатия - считается немецкий физик О. Герике (1640 г.). Во второй половине XVIII в. в Англии Вилькинсон запатентовал двухцилиндро­вый поршневой компрессор и в это же время Д. Уатт изготовил воздуходувную машину с паровым приводом. Многоступенчатый компрессор с межступенчатыми охладителями был предложен в 1849 г. Ратеном (Германия).

Изобретение центробежного вентилятора принадлежит генерал-лейтенанту корпуса горных инженеров А. А. Саблукову (1832 г.). Им же была предложена передовая по тому врмени методика рас­чета таких вентиляторов. В дальнейшем А. А. Саблуков усовершенствовал свой вентилятор («воздушный насос»), представлявший со­бой цилиндрический кожух с двухсторонним всасыванием, внутри которого располагалось колесо с четырьмя прямыми лопатками. Впервые действие вентилятора А. А. Саблукова было испытано на кожевенном и сахарном заводах; при ручном приводе (два чело­века) подавалось до 2000 м³ воздуха в 1 ч. В 1834 г. вентиляторы А. А. Саблукова были успешно применены на морских судах, а в 1835 г. - для проветривания Чагирского рудника на Алтае. В 1838 г. А. А. Саблуков создал конструкцию центробежного насоса, назван­ного им «водогоном», Вентиляторы системы А. А. Саблукова нашли широкое распространение в России и за границей.

В 1892 г. француз П. Мортье изобрел диаметральный вентилятор. Некоторое время вентиляторы Мортье использовались в качестве шахтных вентиляторов, однако затем они были заменены цент­робежными вентиляторами, имеющими более высокий КПД. После этого диаметральные вентиляторы в течение долгого времени не изучались и были почти забыты. Вновь интерес к диаметральным вентиляторам возродился лишь в середине нашего столетия снача­ла в западных странах, а позже и в нашей стране, где большую работу по созданию совершенных конструкций диаметральных вен­тиляторов проводит Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ) им. Н. Е. Жуковского.

Развитие вентиляторостроения шло параллельно с развитием турбомашиностроения. Теория и расчет осевых вентиляторов при­няли современный вид только после создания Н. Е. Жуковским вихревой теории крыла (1906 г.). Приоритет в разработке совре­менных теорий расчета вентиляторов принадлежит советским уче­ным. В результате работ ЦАГИ, созданного в 1918 г., в 1926- 1930 гг. впервые были предложены физически обоснованные теории осевых и радиальных (центробежных) вентиляторов. Это позво­лило сконструировать машины, далеко превосходящие по своим аэродинамическим и конструктивным данным созданные в этой об­ласти за рубежом. В 1930-1933 гг. В. И. Поликовским был разра­ботан эмпирический метод расчета радиальных вентиляторов, ос­нованный на результатах аэродинамических испытаний большой се­рии машин. В 1949 г. за разработку и внедрение в промышленность высокоэффективных вентиляторов М. И. Невельсон, К. А. Ушаков и А. М. Комаров были удостоены государственной премии. Кроме упомянутых ученых, большой вклад в разработку теории и прак­тики вентиляторостроения внесли И. В Брусиловский, А. Г. Быч­ков, Г. Г. Вахвахов, М. Я. Гембаржевский, М. П. Калинушкин, И. О. Керстен, А. Г. Коровкин, Т. С. Соломахова и др.

В настояще время решение многих социальных задач, направ­ленных на создание благоприятных условий как на предприятиях, так и в районах проживания людей, невозможно без увеличения номенклатуры и улучшения качества нагнетателей. В последние го­ды ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского ведется работа по созданию нового унифицированного ряда высокоэффективных вентиляторов. Такие передовые предприятия, как, например, Московский вентиляторный завод, переходят на поставку заказчикам вентиляторных установок, т. е. вентиляторов в комплекте с рационально спроектированными входными элементами присоединения их к сети, а также виброизо­ляторами. Это позволяет сократить сроки и повысить качество монтажных работ и уменьшить потери давления в системах.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: