книги / Насосы, компрессоры, вентиляторы
..pdfВ.М. ЧЕ Р КАССКИЙ, T. м. Р О МА Н О В А
Р.А. К АУЛ Ь
НАСОСЫ,
КОМПРЕССОРЫ,
ВЕНТИЛЯТОРЫ
Издание второе, переработанное и дополненное
Допущено
Министерством высшего и среднего специального образования РСФСР
о качестве учебного пособия для энергетических вузов и факультетов
«ЭНЕРГИЯ»
Книга выпущена к пятидесятилетнему юбилею Ивановского энергетического института имени В. И. Ленина
УДК 621.65/68 + 542.78 + 621.63 (075.8)
4-45 |
Черкасский В. М. и др. |
|
|
|
|
Насосы, вентиляторы, компрессоры |
|
||||
|
Учебное пособие для энергетических вузов и факуль |
||||
|
тетов. Изд. 2-е, переработ. и доп. М. «Энергия», |
||||
|
1968. |
|
|
|
|
|
304 с. с |
илл. |
|
Романова T. М. и |
|
|
Перед |
загл. авт.: Черкасский В. М., |
|||
|
Кауль Р. А. |
|
|
|
|
|
Книга написана в соответствии с программой курса «На |
||||
|
сосы, вентиляторы, компрессоры» для эксплуатационных спе |
||||
|
циальностей энергетических вузов и факультетов. В книге |
||||
|
рассмотрена |
классификация |
машин для |
подачи |
жидкостей |
|
и газов, изложены основы теории этих машин, кратко осве |
||||
|
щены вопросы приближенных аэродинамического и гидравли |
||||
|
ческого расчетов некоторых типов насосов, вентиляторов и |
||||
|
компрессоров. В пределах, ограниченных |
объемом |
программ, |
||
|
в книге рассмотрены конструкции машин и их элементов. |
||||
|
Уделено внимание новым конструкциям насосов и вентиля |
||||
|
торов. Книга предназначена служить учебным пособием для |
||||
|
студентов эксплуатационных |
специальностей энергетических |
|||
|
вузов и может быть использована инженерно-техническим |
||||
|
персоналом |
промышленности. |
|
|
|
|
3-13-5 |
|
|
|
|
9-68
6П5.7
Черкасский Владимир Михайлович, Романова Тамара Михайловна, Кауль Рафаил Александрович
|
Насосы, вентиляторы, |
компрессоры |
|
|
Редактор А. Н. Шерстюк |
|
Технический редактор Т. И. Павлова |
||
Переплет художника Е. В. Никитина |
|
Корректор |
Н. В. Лобанова |
|
Сдано в набор 27/ХН 1967 г. |
Подписано к печати 8/IV 1968 г. |
Т-00318 |
||
Формат 70X108V16 |
|
Бумага типографская № 2 |
||
Уел. печ. л. |
26,6 |
Цена 1 |
Уч.-изд. л. 24,51 |
|
Тираж 20000 |
экз. |
р. 05 к. |
Зак. 669 |
|
Издательство „Энергия“ |
Москва, |
Ж -114, Шлюзовая наб., |
10. |
Московская типография № 10 Главполиграфпрома Комитета по печати при Совете Министров СССР.
Шлюзовая наб., 10.
П Р Е Д И С Л О В И Е
Книга предназначена для изучения курса «Насосы, вентиляторы, компрессоры» студентами эксплуатационных теплоэнергетических спе циальностей высших учебных заведений.
В книге излагаются основы теории и рассматриваются конструкции машин для подачи жидкостей и газов, применяющихся в теплоэнергети ке (центробежные, осевые, поршневые и ротационные).
Большое внимание уделено рассмотрению характеристик машин и их регулированию.
Теории центробежных насосов и вентиляторов объединены в книге в разделе «Основы теории центробежных машин».
По сравнению с первым изданием книга получила в некоторых раз делах существенные изменения.
Заново введены разделы «Вихревые насосы», «Водокольцевые ва куумные насосы», «Новые конструкции центробежных насосов».
При подготовке второго издания авторы сохранили системы единиц, принятые в первом издании. Переход к системе СИ внес бы значитель ные трудности при использовании книги, так как существующая и вы пускаемая справочная литература по гидравлическим машинам и харак теристики их пока даются в старой системе. Однако основные энергети ческие соотношения даны в книге в двух системах измерений: мкГсек и СИ.
Переход к системе СИ, там, где это необходимо, легко выполняется по следующим соотношениям между основными единицами:
сила 1 асГ = 9,81 я;
давление 1 кГ/м2=9у8 н/м2, или 1 кГ/см2= 0,981 бар; мощность 1 кГм/сек = 9у81 вт, или 102 кГм/сек=1 кет.
Книга написана по плану и под общим руководством В. М. Черкас ского. Глава 10 написана Р. А. Каулем, глава 6 и раздел 2 главы 9— T. М. Романовой. Весь остальной материал написан В. М- Черкасским.
Коллектив авторов выражает глубокую благодарность доктору техн. наук А. Н. Шерстюку, проведшему тщательное редактирование ру кописи, за ряд ценных замечаний, направленных на повышение науч ного и методического уровня книги.
Авторы примут с признательностью все замечания по материалу п изложению книги и в последующем устранят замеченные недостатки.
Авторы
Геометрические величины
г, R |
м, мм — радиусы сечений, ра |
||||
бочих |
колес, |
отводов; расстояния точек |
|||
в потоках |
от |
центра; |
|
||
d, D |
Л£, мм — диаметры сечений, ра |
||||
бочих |
колес; |
|
|
|
|
b |
Mt |
мм — ширина лопасти, длина |
|||
хорды |
сечения лопасти; |
лопасти; |
|||
I |
Му |
мм — длина (высота) |
|||
В |
Му |
мм — ширина решетки лопа |
|||
стей; |
Му |
мм — шаг |
лопастей решетки; |
||
t |
|||||
Н |
м — высота; |
|
|
||
Ô |
мм — зазор; |
поршня; |
|
||
5 |
Му мм — ход |
|
|||
fi, |
о |
м2— площадь сечения; |
|||
V |
м? — объем |
жидкости, |
газа; |
||
Ру |
град — угол |
установки |
лопасти |
||
в решетке; |
|
|
|
||
!рл |
град — угол между осью решет |
ки и касательной к средней линии про филя; угол между вектором отрицатель
ной |
окружной |
скорости |
и |
касательной |
||||||||
к средней |
линии профиля |
(для центро |
||||||||||
бежных |
машин); |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
iP |
|
град — угол между векторами от |
|||||||||
рицательной переносной |
и относительной |
|||||||||||
скоростей |
(для |
центробежных |
машин); |
|||||||||
ля; |
0 |
|
град — угол |
изогнутости |
профи |
|||||||
угол расхождения |
диффузора |
или |
||||||||||
схождения |
конфузора; |
|
|
углов; |
||||||||
|
Да, Др |
град — изменение |
||||||||||
|
z — количество |
лопастей, |
ступеней. |
|||||||||
|
|
|
Кинематические |
величины |
|
|
||||||
|
о) |
|
\/сек — угловая |
скорость; |
тяже |
|||||||
сти; |
g |
|
м/сек2— ускорение |
силы |
||||||||
с, |
иу w |
м/сек — абсолютная, окруж |
||||||||||
ная, |
||||||||||||
относительная |
скорости; |
|
|
|
||||||||
или |
Ас, Au |
м/сек — изменения скоростей |
||||||||||
их |
проекций; |
между |
абсолютной и |
|||||||||
|
а |
|
град — угол |
|||||||||
окружной |
скоростями |
в |
треугольнике |
|||||||||
скоростей; |
|
|
атаки при обтекании |
|||||||||
|
1 |
град — угол |
||||||||||
лопасти жидкостью, газом; |
|
при |
схо |
|||||||||
|
а |
|
град — угол |
отставания |
||||||||
де жидкости или газа с лопасти; |
|
|
||||||||||
|
Г |
|
м2/сек — циркуляция |
скорости; |
||||||||
|
V |
|
м2/сеКу |
см2]сек — кинематический |
||||||||
коэффициент вязкости жидкости, |
газа; |
|||||||||||
|
п |
|
об/мин — число |
оборотов |
|
Бала |
||||||
машин. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Механические величины |
Р |
кГу н — сила; |
М |
кГ • Му кГ • ему нм — момент |
силы;
N кГм/сеКу кету л. с. — мощность.
Аэрогидродинамические и термодинамические величины
у кГ/м2у н!мг — удельный вес жидко сти, газа;
и м3/кГ — удельный объем жидко
сти, газа; |
кг/м3 — плотность |
р кГ • сек2/мАу |
(масса одной кубической единицы объе ма жидкости или газа);
р кГ/м2у кГ/см2у н/м2— давление жидкости, газа;
Q мъ/сеКу м?/миНу мъ/ч — объемная производительность (расход);
G кГ/сеКу кГ/миНу кГ/ч — весовая
производительность (расход);
М кг/сеКу |
кг/мин, |
кг/ч — массовая |
производительность (расход); |
||
Н кГ *м/кГ — напор |
или энергия, |
|
отнесенная к 1 |
кГ веса |
жидкости, газа; |
hy 2/i кГ • м/кГ — потери напора или энергии, отнесенные к 1 кГ веса
жидкости, |
газа; |
|
|
|
темпера |
||
Т |
граду абс. — абсолютная |
||||||
тура; |
q |
ккаЛу |
ккал/кГ — количество |
||||
Q, |
|||||||
тепла; |
ккал/кГ •°С — теплоемкость; |
|
|||||
с |
|
||||||
А |
ккал/кГ — тепловой |
эквивалент |
|||||
работы; |
|
|
|
работа |
тер |
||
L |
кГм/кГ — удельная |
||||||
модинамического |
процесса; |
|
|
|
|||
5 |
ккал/кГ ° • абс — энтропия; |
про |
|||||
k — показатель |
адиабатного |
||||||
цесса; |
|
|
|
политропного |
про |
||
п — показатель |
|||||||
цесса; |
ккал/кГ — энтальпия. |
|
|
||||
i |
|
|
|||||
Коэффициенты и относительные |
|||||||
|
|
величины |
|
|
|
||
т| — к. п. д. |
машины, |
ступени, |
про |
||||
точной |
части; |
|
|
|
|
|
|
р — степень реактивности; |
потери |
||||||
Ç — коэффициент |
местной |
||||||
энергии (напора); |
заполнения |
сече |
|||||
р. — коэффициент |
ния активным потоком; коэффициент за-
крутки |
(отношение |
тангенциальной |
со |
||||||||
ставляющей |
абсолютной |
|
скорости |
к |
|||||||
окружной скорости); |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
V — втулочное |
отношение; |
|
|
ло |
||||||
|
т — относительный |
шаг решетки |
|||||||||
пастей; |
|
|
|
|
|
лопастей; |
|
|
|||
|
г — густота решетки |
|
|
||||||||
|
сху |
cv — аэродинамические |
коэффи |
||||||||
циенты лобовой и подъемной сил; |
|
|
|||||||||
ние |
Ф — коэффициент |
|
расхода |
(отноше |
|||||||
осевой |
составляющей |
абсолютной |
|||||||||
скорости к окружной |
скорости); |
|
|
||||||||
|
ф — коэффициент |
напора; |
|
истин |
|||||||
ной |
М — число Маха |
|
(отношение |
||||||||
скорости |
течения |
к |
скорости |
звука |
|||||||
в данной газовой |
среде); |
|
|
|
|
|
|||||
|
К— объемный |
коэффициент; |
|
|
|||||||
|
е — степень сжатия; |
|
|
мертвого |
|||||||
|
а — относительный объем |
||||||||||
пространства |
поршневого |
компрессора; |
|||||||||
|
б — коэффициент |
(масштаб) |
подо |
||||||||
бия. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Значения |
индексов |
|
|
|
|||||
на |
г — радиальный |
|
(спроектированный |
||||||||
радиус); |
|
|
|
(спроектированный |
|||||||
на |
а, |
осев — осевой |
|
||||||||
ось |
машины); |
|
|
|
(спроектирован |
||||||
|
и — тангенциальный |
||||||||||
ный на касательную); |
|
|
|
|
к |
ло |
|||||
|
л — лопастный |
(относящийся |
|||||||||
пасти |
машины) ; |
|
|
|
|
|
|
|
|
п — полезный; т — теоретический;
ск — скоростной; ст — статический; относящийся к сту
пени;
Г, |
г — геометрический; |
|
1, |
2, 3 ... — относящийся к сечени |
|
ям — первому, второму, третьему... |
||
оо — эквивалентный; |
бесконечный; |
|
приблизительный; |
(относящийся |
|
опт, о — оптимальный |
к режиму с максимальным к. п. д.; эко
номически наивыгоднейший); |
|
|
|
вн — внутренний; |
к |
на |
|
н — натурный; |
относящийся |
||
турной конструкции, к началу |
|
про |
|
цесса; |
относящийся |
к |
пер |
о — объемный; |
воначальному состоянию, к нормальному процессу;
м — механический; |
|
относящийся |
к модельной конструкции; |
всасыванию; |
|
вс — относящийся |
ко |
|
доп — допустимый |
(по тем или иным |
|
соображениям); |
|
|
кр — критический; |
|
|
макс — максимальный; |
|
|
мин — минимальный; |
режиму регу |
|
per — относящийся к |
||
лирования; |
|
|
* — относящийся |
к заторможенному |
|
потоку; |
|
|
а — адиабатный; из — изотермический;
п, пол — нолитропный; относящийся к профилю;
is — изоэнтропный;
i — внутренний |
(индикаторный) ; |
е — эффективный; |
|
к — конечный |
(относящийся к кон |
цу процесса).
В В Е Д Е Н И Е
Книга содержит основы теории, обзор конструкций и сведения по эксплуатации машин для подачи жидкостей и газов. В современной тех нике эти машины подразделяют на насосы, компрессоры, газодувки и вентиляторы, причем насосами называют машины для подачи только жидкостей. Названия газовой машины — компрессор, газодувка, венти лятор— обусловлены величиной давления, создаваемого машиной. Та кое подразделение довольно условно. Руководствуясь назначением этих
машин, следовало бы назвать их |
насосами, добавляя (в зависимости |
от рода перемещаемой ими среды) |
определения «водяной», «газовый», |
«воздушный» и т. д. Такая тенденция обобщения понятия «насос» в со временной технике существует и при изложении материала данного курса это имеется в виду.
История создания первых насосов уходит в далекое прошлое. Про стейшие типы насосов (поршневых) были известны и применялись еще во времена Аристотеля (4-й в. до н. э.). Водоподъемные машины, приво дившиеся в действие силой людей и животных, применялись в Египте за несколько тысячелетий до нашей эры.
Как следует из сочинений итальянского зодчего Витрувия, водяные поршневые насосы широко применялись в Римской империи еще в цар ствование Цезаря Августа (1-й в. до н. э.).
Машины для перемещения воздуха и газов появились значительно позднее. Изобретение воздушного поршневого насоса связано с именем германского физика Отто Герике (1640 г.).
Изобретателем центробежного насоса является, по-видимому, италь янец Джиованни Жордан, давший первый рисунок такого насоса; изго товление первого простейшего центробежного насоса приписывается Де ни Папину (1703 г.).
Внедрение насосов в промышленность России было непосредствен но связано с горнорудным делом. Уже в XVIII в. К. Д. Фролов и дру гие мастера горного дела применяли установки с поршневыми насоса ми для целей водоотлива из шахт и промывания россыпей. Источником двигательной силы здесь обычно являлась энергия воды, использовав шаяся при помощи водяных колес.
Последующее, более широкое распространение насосов в промыш ленности было обусловлено введением в производство паровых и — позднее — электрических двигателей.
Важную роль в развитии насосостроения сыграл электрический дви гатель трехфазного тока, удобно сопрягающийся с центробежными и осевыми насосами.
В 1832 г. инж. А. Саблуков предложил конструкцию центробежно го вентилятора для целей вентилирования заводских помещений и шахт. А. Саблуков явился первым теоретиком и практиком вентиляторостроения.
Основное теоретическое уравнение центробежной машины было да но Л. Эйлером во второй половине XVIII в. (см. § 3-2).
G
Теоретические работы О. Рейнольдса (Англия), Л. Прандтля (Гер мания) и выдающиеся научные труды H. Е. Жуковского (Россия), отно сящиеся к концу XIX и началу XX вв., привели к созданию современной научной основы насосостроения.
Особое значение имели работы H. Е. Жуковского «Видоизменение метода Кирхгофа» и «Теория воздушных винтов». В первой из них дано теоретическое обоснование метода расчета подъемной силы крыла, рас пространяемого теперь на лопасти насосов и компрессоров. Этот метод не только служит для расчета подъемной силы лопасти, но и указывает пути разработки рациональных профилей лопастей современных машин. Вторая отмеченная выше работа содержит теорию и метод расчета про пеллеров. Эта работа легла в основу теории осевых вентиляторов и на сосов, разработанной учениками H. Е. Жуковского (К. А. Уша ков и др.).
Значение научной и организационной деятельности H. Е. Жуков ского не может быть преувеличено. Им были определены и разработаны важнейшие направления развития современной гидроаэромеханики; уче никами его научной школы в СССР разрабатываются теоретические и практические вопросы современных насосо- и турбостроения.
Исключительно большое значение для развития рассматриваемой области машиностроения имела работа Центрального аэрогидродинамического института (ЦАГИ), организованного H. Е. Жуковским в 1918 г. В этом институте авиационного направления в течение многих лет были сосредоточены исследования воздушных и гидравлических ма шин.
В настоящее время научно-исследовательская работа по насосо- и компрессоростроению в основном сосредоточена во Всесоюзном инсти туте гидромашиностроения (ВНИИГ) и Научно-исследовательском институте химического машиностроения (НИИХИММАШ), Централь ном котлотурбинном институте (ЦКТИ), ЦАГИ и других организациях. Вместе с тем большое значение имели работы кафедр высших учеб ных заведений, руководимых выдающимися деятелями современной науки.
Выдающуюся роль сыграли некоторые заводские лаборатории и конструкторские бюро ведущих заводов СССР: Ленинградского метал лического, Невского машиностроительного, имени Калинина (Москва) и некоторых других. Выполненные в них работы по исследованию машин и дальнейшему конструктивному улучшению их исключительно важны.
Среди деятелей рассматриваемой области техники в СССР могут быть названы многие имена: С. С. Руднев, А. А. Ломакин (насосостроение), В. И. Поликовский, М. И. Невельсон, В. Ф. Рис, М. Н. Френкель
(компрессоростроение) и др. |
рубежом следует отметить |
Среди современных деятелей за |
|
К. Пфлейдерера — автора классического |
руководства по машинам для |
подачи жидкостей и газов, Б. Эккерта и А. И. Степанова.
Значение насосов, вентиляторов и компрессоров в народном хозяй стве СССР возрастает непрерывно вместе с ростом промышленности. Особо важна их роль на тепловых электростанциях и промышленных предприятиях. Здесь бесперебойность, надежность и энергетическая эффективность производства неразрывно связаны с совершенством на сосного и компрессорного оборудования, включенного в технологический цикл. Ежегодный выпуск этих машин исчисляется сотнями тысяч еди ниц, а приводная мощность — десятками миллионов киловатт. Так, по данным ВНИИгидромаш 1 в 1964 г. выпуск насосов различного назна чения составил 588 тыс. шт. общим весом 180 тыс. ти общей мощностью
1 ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, информ. сборник «Насосостроение и арматуростроение», вып. 2, 1965.
привода 8 млн. кет. Последняя цифра составляла около 7% установ ленной мощности электростанций СССР (на начало 1965 Г.).
Потребление электроэнергии для привода вентиляторов, работаю щих в промышленности, кроме вентиляторов и дымососов тепловых элек трических станций, составляет около 4% количества всей электроэнер гии, производимой в СССР
Приведенные цифры указывают на бол&шой удельный вес насосов, вентиляторов и компрессоров в балансе электропотребления и требуют самого серьезного отношения специалистов К вопросам проектирования, выбора и эксплуатации этих видов машин.1
1 Труды конференции по вентиляторам общепромышленного назначения, Москва.
1965.
ЧАСТЬ I
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Глава первая
КЛАССИФИКАЦИЯ. ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ
I I. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ: НАСОСЫ И ДВИГАТЕЛИ
Насосами называют машины, предназначенные для перемещения жидкостей или газов и сообщения им энергии.
Работающий насос превращает механическую энергию, подводимую от двигателя, в потенциальную, кинетическую и тепловую энергию пото
ка жидкости или газа. |
газ |
и создающие |
полный |
напор до |
|
Насосы, |
перемещающие |
||||
1 500 мм вод. ст., называют вентиляторами. |
выше |
1500 кГ/м2 |
|||
Для машин, развивающих полное давление |
|||||
(14 700 н/м2) |
и работающих |
без |
искусственного охлаждения, приняты |
||
названия нагнетатели, газодувки, воздуходувки. |
|
|
Схема I
Компрессорами называют машины, работающие с искусственным охлаждением, дающие степень сжатия е^3,5 *.
В противоположность насосам машины, превращающие гидравли ческую энергию потока жидкости в механическую энергию, называют гидравлическими двигателями.
* Степень сжатия е — отношение давления газа на выходе из машины к давле нию его на входе.
В настоящее время в промышленности -находят применение так называемые гидропередачи — гидравлические устройства для передачи механической энергии с вала двигателя на вал приводимой им машины. Гидропередача состоит из насоса и гидравлического двигателя, совме
щенных в одном конструктивном блоке. Гидравлические двигатели, на сосы и гидропередачи -составляют класс гидравлических машин.
Приводимая схема 1 дает представление о классификации гидрав лических машин по энергетическому и конструктивному признакам, а
в схеме 2 приведена классификация насосов по свойствам перемещаемой среды и конструктивным -признакам.
ства центрСобежногоТРна- |
>‘2. ЛОПАСТНЫЕ НАСОСЫ |
|||
соса- |
Эти машины представлены в со |
|||
|
временной |
промышленности |
тремя |
|
|
основными |
группами — центробеж |
||
|
ными, осевыми и вихревыми насоса |
|||
|
ми. Две первые группы широко при |
|||
|
меняются для жидкостей и газов, |
|||
|
третья — только |
для жидкостей. |
||
|
Большое распространение их объяс |
|||
|
няется достаточно высоким к. п. д., |
|||
|
компактностью |
и удобством |
комби |
|
|
нирования их с приводными элек |
|||
|
тродвигателями. |
насоса |
||
|
Схема |
центробежного |
представлена на рис. 1-1. Рабочее ко лесо насоса, несущее лопасти У, за
Рис. 1-3. Схема вихревого насоса.
ключено в корпус 2 спиральной фор мы. При вращении колеса жидкость
(газ) перемещается центробежной силой к периферии, выбрасывается в спиральную камеру и поступает в напорный трубопровод. Через прием ное отверстие 3 происходит всасывание жидкости (газа).
Характерным признаком центробежного насоса является общее на правление потока жидкости от центра к периферии.