Нагнетатели, компрессоры

Воздуходувные и компрессорные машины используются для сжатия и перемещения воздуха по трубам (воздуховодам). Сжатый воздух низкого давления применяется в системах водоснабжения и водоотведения в техно-логических целях. Подача воздуха осуществляется в сооружения очистки сточных вод (аэротенки, преаэраторы, биореакторы), в сооружения механического обезвоживания осадков (вакуум-фильтры и фильтры-прессы), в аэробные минерализаторы. Воздух используется в реагнетных хозяйствах для растворения, перемешивания и поддержания во взвешенном состоянии реагентов, а также при водовоздушной промывке фильтровальных сооружений.

Воздуходувные и компрессорные машины являются сходными по принципу действия, однако имеют небольшие конструктивные различия. Они подразделяются на динамические и объемные. К динамическим относятся лопастные (центробежные и осевые), к объемным – поршневые, пластинчатые и др.

Основными параметрами, характеризующими работу воздуходувок и компрессоров являются: объемная подача (м³/ч); начальное давление (Па); конечное давление (Па); частота вращения ; мощность (кВт).

Мощность воздуходувки определяется по формуле

, (1.83)

где		- плотность воздуха, кг/м3;
		- работа адиабатического сжатия воздуха, Дж/м3;
		- объемная подача воздуха, м3/ч;
		- механический КПД (0,8…0,9);
		- адиабатический КПД, выражающий отношение работы адиабатического сжатия к полной работе воздуходувки (0,65…0,85);
		- объемный КПД, учитывающий утечки и переток воздуха (0,95…0,98).

Работу адиабатического сжатия воздуха, как правило, определяют по формуле

(1.84)

Центробежные воздуходувки получили широкое применение в системах водоснабжения и водоотведения. Принцип их действия аналогичен центробежным насосам. Схема многоступенчатой центробежной воздухо-дувки типа ТВ приведена на рис. 1.43.

Ступень воздуходувки состоит из рабочего колеса, лопаточных направляющего и обратно-направляющего аппаратов. Воздух к рабочему колесу первой ступени подводится через спиральный подвод, а из последней ступени выходит также в спиральный отвод. Всасывающий и нагнетательный патрубки размещены горизонтально в нижней части корпуса воздуходувки. Рабочие колеса насажены на вал через призматические шпонки и разделены между собой гайками и контргайками. Вал вращается в подшипниках, размещенных в чугунных ваннах, заполненных маслом. В корпусах подшипников имеются водяные камеры, в которые подается вода для охлаждения масла. Охлаждение корпуса таких воздуходувок не предусматривается, так как степень сжатия воздуха относительно небольшая и его температура не превышает 200⁰С.

Маркировка центробежных воздуходувок включает буквенные и числовые обозначения. Например, ТВ-50-1,6 (ТВ – турбовоздуходувка; 50 – подача воздуха, м³/мин; 1,6 – конечное абсолютное давление, кгс/см²).

Кроме турбовоздуходувок для подачи воздуха на очистные сооружения используются нагнетатели типа 360-21-1, 750-23-6 и 1200-25-3 соответственно с подачей 22500, 43200, 47400 м³/ч и конечным давлением 0,18; 0,162; 0,155 МПа.

Технические данные турбовоздуходувок и нагнетателей, применяемых в системах водоснабжения и водоотведения, приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Технические данные турбовоздуходувок и нагнетателей

Центробежные компрессоры в отличие от воздуходувок значительно увеличивают плотность воздуха. Поэтому процесс сжатия воздуха в компресссоре сопровождается выделением значительного количества теплоты, которую необходимо охлаждать. С этой целью компрессор оборудован промежуточными холодильниками.

На рис. 1.44 приведена схема устройства шестиступенчатого центро-бежного компрессора. Отбор горячей среды для охлаждения производится после второй (7) и четвертой (9) ступеней. Из холодильников охлажденный воздух по каналам (12) и (13) подводится к третьей (8) и пятой (10) ступеням для дальнейшего сжатия. Конечное сжатие воздуха происходит в шестой (11) ступени.

Регулирование работы центробежного компрессора осуществляется изменением частоты вращения ротора, что обеспечивает постоянство давления воздуха при переменной подаче или постоянство подачи воздуха при переменном давлении. Регулирование можно также производить затворами, всасывающим клапаном и направляющими аппаратами. В этом случае в отличие от насосов предпочтительнее регулирование со стороны всасывания.

Осевые компрессоры (рис. 1.45) по сравнению с центробежными имеют большое число ступеней, так как степень повышения давления осевой ступени значительно меньше центробежной. Каждая ступень осевого компрессора состоит из вращающегося венца, рабочих лопаток и неподвижного венца направляющих. Рабочие лопатки закреплены на дисках или барабане ротора, направляющие жестко посажены в пазы корпуса компрессора. У осевого компрессора предусмотрен промежуточный отбор сжатого воздуха через патрубок 6 после восьмой ступени.

Регулирование подачи и давления осевых компрессоров производится также за счет изменения частоты вращения ротора.

Пластинчатые компрессоры по конструкции аналогичны шиберным насосам. Как правило, пластинчатый компрессор конструктивно объеди-няется с охлаждающим устройство.

В двуступенчатом пластинчатом компрессоре (рис. 1.46) воздух, сжатый в первой ступени, поступает в трубы охладителя, в межтрубном пространстве которого циркулирует охлажденная вода. Далее охлажденный воздух поступает во вторую ступень и получив дополнительное сжатие, повторно поступает в охладитель, после чего отводится в технологические воздуховоды. Холодная вода также используется для охлаждения рубашки корпуса и крышек компрессора, циркулируя в замкнутом пространстве.

Изменение подачи пластинчатых компрессоров осуществляется изменением частоты вращения ротора, а также дросселированием потока на всасывающей стороне и перепуском части сжатого воздуха из нагнета-тельного трубопровода во всасывающий.

Поршневые компрессоры в отличие от объемных насосов имеют камеры охлаждения цилиндров, в которые подается охлаждающая вода. В поршневых компрессорах также отсутствуют колпаки.

На рис. 1.47 приведена схема устройства одноступенчатого поршне-вого компрессора. Цилиндр компрессора обычно отливают из чугуна и устраивают на них штуцера для подвода и отвода охлаждающей воды и смазки. Поршень изготавливается из чугуна или стали и снабжается чугунными уплотняющими кольцами. Всасывающий и нагнетательные клапаны преиму-щественно выполняются в виде самодействующих, открывающихся и закры-вающихся автоматически благодаря разности давлений, действующих по обе стороны клапана.

Подача поршневого компрессора пропорциональна частоте вращения его вала. Поэтому регулирование подачи одноступечатых компрессоров удобно производить изменением частоты вращения вала. Кроме того регулирование подачи может осуществляться введением во всасывающий тракт компрессора дополнительного сопротивления (дросселирование при всасывании), отжиманием пластин всасывающего клапана, изменением объема мертвого пространства, перепуском сжатого воздуха из всасывающего в нагнетательные воздуховоды. В целях недопущения повышения температуры конца сжатия воздуха сверх критической в многоступенчатых компрессорах подачу их ступеней необходимо регулировать одновременно.

Контрольные вопросы

к части 1 «Насосы и машины для подачи и сжатия воздуха»

1. Назначение насосных и воздуходувных станций в системах водоснабжения и водоотведения.

2. Устройство насосной установки.

3. Классификация насосов. Основные требования к их конструкции.

4. Устройство и принцип действия центробежного насоса. Классификация центробежных насосов.

5. Способы заливки центробежных насосов перед пуском.

6. Основные энергетические параметры насосной установки: подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия.

7. Высота всасывания насосов.

8. Кавитация в насосах. Допустимое значение высоты всасывания. Отметка оси насоса.

9. Характеристика центробежного насоса.

10. Характеристика системы трубопроводов.

11. Совместная работа насоса и трубопровода. Рабочий режим насоса.

12. Изменение характеристики центробежного насоса при изменении частоты вращения рабочего колеса.

13. Пересчет характеристики насоса с одной частоты вращения рабочего колеса на другую на заданные параметры.

14. Пересчет характеристики насоса с одного диаметра рабочего колеса на другой.

15. Регулирование подачи насоса задвижкой на напорной линии.

16. Регулирование подачи насоса перепуском расхода из напорной линии в приемный резервуар.

17. Параллельная работа одинаковых центробежных насосов.

18. Параллельная работа центробежных насосов с разными характе-ристиками.

19. Параллельная работа центробежных насосов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.

20. Последовательная работа центробежных насосов с одинаковыми и разными характеристиками.

21. Последовательная работа центробежных насосов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга.

22. Кинематика движения жидкости в рабочих органах насоса. Парал-лелограммы скоростей.

23. Основное уравнение центробежного насоса. Теоретический напор.

24. Влияние формы лопаток рабочего колеса насоса на значение теоретического напора.

25. Уравнение теоретической подачи центробежного насоса.

26. Теоретические характеристики центробежного насоса.

27. Признаки геометрического, кинематического и динамического подобия для насосов.

28. Законы подобия насосов.

29. Коэффициент быстроходности для лопастных насосов.

30. Классификация лопастных насосов по коэффициенту быстроходности.

31. Осевые и диагональные насосы.

32. Вихревые и центробежно-вихревые насосы.

33. Водокольцевые вакуум-насосы.

34. Струйные насосы; принцип.

35. Воздушные водоподъемники (эрлифты).

36. Объемные насосы: поршневые, плунжерные, диафрагменные,

насосы – дозаторы.

37. Объемные насосы: винтовые, шестерные, шиберные, шланговые.

38. Вибрационные насосы.

39. Шнековые насосы.

40. Воздуходувные и компрессорные машины: воздуходувки, нагнетатели, компрессоры.