Вентиляторы: «Классификация нагнетателей. Общие сведения о нагнетателях. Дина­мические, струйные и объемные вентиляторы»

Нагнетатели относятся к классу гид­равлических  машин.  Гидравлическая  машина,  в  которой  энергия жидкости передается другому носителю (в том числе и с преобразо­ванием в другой вид энергии), называется гидравлическим двигате­лем. Одним из видов гидравлических двигателей является турбина, преобразующая, например, энергию пара в механическую энергию вращающегося  вала,  которая  далее  в  генераторе  преобразуется  в электрическую энергию.

Нагнетатели выполняют функцию, обратную назначению гид­равлических двигателей. По виду перемещаемых жидкостей нагне­татели делятся на две группы: насосы (перемещают капельные жид­кости) и газодувные машины (перемещают газы).

Газодувные машины, в свою очередь, подразделяются на вен­тиляторы, газодувки и компрессоры.

Вентилятор (лат. ventilator ~ букв, веяльщик; от ventilo - вею,махаю,  дую) -  устройство,  создающее  избыточное  (до  15 ООО Па)

давление воздуха или другого газа, в том числе и при наличии в пе­ремещаемой среде примесей.  По развиваемому давлению вентиля­

торы делятся на вентиляторы низкого (до 1000 Па), среднего (1000—3000 Па)  и  высокого  (3000-15000 Па)  давления.  Размеры  рабочих

органов выпускаемых промышленностью вентиляторов изменяются в достаточно широких пределах. От нескольких сантиметров в мало­

габаритных вентиляторах и до 8 м в вентиляторах специального на­значения.  Производительность  отдельных  образцов  вентиляторов

составляет от нескольких литров до миллионов м3/ч перемещаемого воздуха.

Газодувки  и  компрессоры  развивают  давление  свыше 15 000 Па. Различие между ними состоит в наличии или отсутствии

искусственного охлаждения рабочих органов. У газодувок отсутст­вуют системы искусственного охлаждения полостей, где происходит

сжатие перемещаемого газа.

Насос -  устройство для перемещения капельной жидкости  в результате передачи ей энергии (потенциальной  и (или) кинетиче­ской) от внешнего источника. Наиболее крупные образцы современ­ных типов насосов перемещают 100 000 м /ч жидкости и развивают

напор 3500 м и более. По развиваемому напору насосы делятся на низконапорные (Н< 20 м), средненапорные (20 < Н < 60 м) и высо­конапорные (Н > 60 м). По характеру и параметрам перемещаемой среды нагнетатели делятся  на  нагнетатели  общего  применения  (общетехнические)  и

специальные. В нагнетателях специального применения учтены осо­бенности  воздействия перемещаемой жидкости на  конструктивные

элементы  нагнетателя.  Общетехнические нагнетатели предназначе­ны для перемещения условно чистых воздуха или воды с парамет­рами, 

близкими  к нормальным.  Вентиляторы  специального приме­нения бывают крышные,  пылевые,  искробезопасные, коррозионно-стойкие, дымососы, тропического исполнения и т.д. К специальным насосам  относят  теплофикационные,  подпиточные,  циркуляцион­ные, конденсатные и т.п.

Классификация  или  разделение  нагнетателей  на  группы  с близкими  или совпадающими  свойствам  (параметрами,  характери­стиками)  достаточно  сложная  задача,  вызванная  прежде  всего  их большим разнообразием. В этой связи достаточно отметить, что по

ГОСТ 17398 «Насосы. Термины и определения» имеют собственные названия 130 различных насосов.

В  настоящее время  наиболее часто  применяется  классифика­ция по способу повышения энергии перемещаемой жидкости и ха­рактеру течения  ее  в  проточных частях  нагнетателя. 

Большинство нагнетателей по способу повышения энергии пе­ремещаемой жидкости можно отнести к одной из трех групп:

дина­мические, струйные и объемные.

Динамические нагнетатели передают энергию жидкости в ре­зультате  силового  взаимодействия  их  рабочих  органов  с  переме­щаемым потоком. В струйных нагнетателях повышение энергии пе­ремещаемой жидкости осуществляется за счет энергии струи другой жидкости.  Нагнетатели этих  групп  повышают  и  потенциальную  и кинетическую энергию перемещаемой среды. В объемных нагнета­телях повышается потенциальная энергия жидкости за счет сжатия ее  в  рабочих  полостях  этой  группы  нагнетателей.  Далее  энергия сжатой среды может преобразовываться в кинетическую, расходо­ваться  на  перемещение  жидкости  по трубопроводной  сети,  совер­шать работу в технологических установках и т.д.

  Представленные выше сведения о нагнетателях, а также крат­кая и в некоторой степени условная их классификация дают далеко не полные сведения обо всем многообразии данной группы гидрав­лических машин. Сбор полной информации о применяемых нагнета­телях требует многолетних временных затрат целого трудового кол­лектива и с точки зрения отдельной узкой сферы их применения неимеет существенной практической пользы.

Радиальные  (центробежные)  нагнетатели являются  самыми массовыми по применению в промышленных установках.

Правильней  применение  термина  «ступица». Этот термин в дальнейшем и будет применяться в тексте учебника.

Рассматриваемый тип вентиляторов и насосов имеет одинако­вый  принцип  действия.  Вращающееся  рабочее  колесо  лопатками

секционировано  на отдельные  межлопаточные  каналы-ячейки.  На­ходящаяся в них жидкость закручивается, и в этом состоянии на нее

действует центробежная  сила  Г,  направленная  вдоль радиуса  и  от оси вращения.

Общий характер движения жидкости в пределах рабочего ко­леса — вдоль радиуса, т.е. радиальный. В вентиляторостроении в ми­ровой практике этот тип нагнетателя традиционно называют по ха­рактеру перемещения жидкости в рабочем колесе, т.е. радиальный.

В  насосо- и компрессоростроении такие нагнетатели  получили  на­ звание центробежных, т.е. по характеру силы, действующей на по­ток перемещаемой жидкости.

При  изменении  направления  вращения  колеса  направление действующей  на  жидкость  силы  не  меняется.  Она  будет  переме­щаться тоже в том же направлении. Однако в этом случае направле­ние движения жидкости в спиральном канале не будет совпадать с направлением вращения рабочего колеса и последнее,  в силу фор­мируемого на выходе поля скоростей, будет способствовать сниже­нию производительности нагнетателя. Расход жидкости в обслужи­ваемой нагнетателем сети значительно снизится.

В  радиальных  (центробежных)  нагнетателях  рабочее  колесо должно  вращаться  в  направлении  раскрытия  спирального  ка­нала.

Радиальные  (центробежные)  нагнетатели  относятся  к  классу нереверсивных.  Изменение направления  вращения рабочего колеса

не приводит к изменению направления перемещения рабочей жид­кости.Этот тип нагнетателей при пол­ной схожести параметров и размеров имеет промышленные образцы с вращением рабочего колеса «по» и «против» часовой стрелки, если смотреть со стороны всасывающего патрубка. При  схожести  принципа действия рассматриваемый  вентиля­тор и насос имеют конструктивные отличия. Они обуславливаются существенным  различием  физических  параметров  перемещаемых жидкостей, и прежде всего различием объемной массы и вязкости.

В настоящее время радиальные нагнетатели, как уже было от­мечено  выше,  являются  самыми  массовыми  нагнетателями  про­мышленного применения. Например, диаметр рабочего колеса применяемых в промышленности образцов вентиляторов изменяется от нескольких сантиметров до 5 м. Вентиляторы с таким рабочим коле­сом  применяются  для  проветривания  горных  выработок  и  имеют производительность около 1 ООО ООО м3/ч. Широк диапазон и развиваемого промышленными образцами радиальных (центробежных) нагнетателей давления:  от нескольких сотен Па у вентиляторов и до сотен МПа у насосов.

Этому типу нагнетателей научные и конструкторские учреж­дения уделяют значительное внимание, и по этой причине он имеет и  наиболее  совершенную  конструкцию.  Лучшие  образцы  радиаль­ных вентиляторов созданы  в Центральном аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) им. Н.Е. Жуковского. Максимальный КПД этого типа  промышленных  образцов  нагнетателей  имеет  значение  91%.

Единственный их недостаток обусловлен характером взаимного по­ложения всасывающего и нагнетающего патрубков. Они могут быть включены в сеть только в месте поворота ее на угол в 90° и со сме­щением оси подводящих и отводящих трубопроводов.