Отсюда очевидно, какую огромную роль играет охлаждение воды по пути от котла до нагревательного прибора и как сильно длина этого пути отражается на возбуждении рабочего напора. Так, наир., если бы величина h,=0, то тогда, без учета охлаждения, и рабочий напор равнялся бы Н — 0. Между тем даже при предположении, что 1 — 1 м.. h, — 1 м. и разность температур входящей в нагревательный прибор и выходящей из него воды=85 — 65, рабочий напор равняется
// — b. h (/-{- Л) — 0,4×11,9X2=9,52 миллиметров. вод. ст.,
величина, достаточная для устройства вполне цело сообразной системы отопления.
) См. Н. /. Klinger, „Die Stockwerks Warrowaseer-
heizung“ (Ktagenheizung), Halle (Saale), 1927.
Вышеизложенное имело целью определить величину рабочего напора, который тратится на преодоление сопротивлений трепля 17/е и на преодоление
_ V
местных сопротивлений — L } - у.
Таким образом, в общем случае должно быть удовлетворено условие Н — 1/z (у“ — тО=2//е ~h -С у.
Водяное отопление низкого давления с искусственным побуждением воды. Если системы имеют большую величину, то при
СиройрТТГГ! Закрытый расшири- rnejttmnt сосуе
%Л(огп оаг<а и труба.
Слгесателс _»
_Яоbаюи ая
I Л’онденсатор магистр.
т
_ Лобогре 4атель
;1——
Яароёой котел н. д.
Обратнаялнаеистр
ЖЖИШШшШ
Рисунок 47.
Отоиление с искусственным побуждением инж. Рек.
удовлетворении указанного выше уравнения получаются чересчур “большие диаметры трубопровода, и устройство таких систем практически оказывается неосуществимым. Во избежание этого предлагали делать системы с искусственным побуждением воды. Одним из первых, предложивших такое устройство,
/водогрейный но-тел
I
-ТГсbаеосцак лилгист р
Обратная леагистр
И асос
УУУ/УУУУУУУУУУ7//ШУУУУУ/.
Рисунок 48.
Насосное водяное отопление.
был инженер Рек (Reck). Схема его системы изображена на рисунке 47. Было и еще много подобных систем, но все они оказались сравнительно сложными по уходу и потому не привились.
Водяное отопление низкого давления с насосным побуждением циркуляции воды. Более простым оказалось возбуждать
Циркуляцию воды насосами. Схема подобного устройства изображена на рисунке 48. Такая система дает возможность отапливать огромные районы целых городских кварталов иди поселков из одного центра. Работа, которую должен совершать насос, заключается в преодолении сопротивлений трения и местных, ъ/3
то есть !//е-}-! t> у И миллиметров. вод. столба. Если назвать через /“ температуру воды, выходящей из котла, / — температуру охлажденной воды при выходе из самого отдаленного нагревательного прибора и через W — всю потерю теплоты, как для возмещения охлаждения помещениями, так и теряемую непроизводительно от охлаждения трубопровода при прохождении по подземным каналам, по неотапливаемым помещениям и так далее, тогда количество перемещаемой воды будет W: (/“ — /) кгр.; если величина всех сопротивлений будет Н метров водяного столба, то работа на передвижение этой воды выразитсян W -нвеличиной — килограммометров в час, или
w. и }
з“в00 (t“~— [) килогРаммометРов в секунду: а так как 1 лошадиная силα= 75 килограммр. - м./сек., то вышеуказанная работа выразится в - ——ZTе) 76 КГР- -
м./сек. Соответственно этому подбирается насос и к насосу электромотор.
Водо-водяное отопление. Еще задолго до последней войны московский профессор Чаплин изобрел так называемую водо-водяную систему отопления. Заключается она в том, что горячая вода в центральной котельной нагревается выше ста градусов, обычно до 110° и редко, в исключительных случаях, до 130°. Таким образом, каждый килограмм воды несет значительно большее теплосодержание; так, например, если при возвращении в котельную вода охлаждается до 70°, то, следовательно, каждый килограмм воды, в первом случае, несет 110 — 70=— 40 калорий, тогда как в обычных системах он несет всего 20 калорий. Перегретая вода подается в здания, где она _
или вводится в специальные водо-водяные котлы, где смешивается с водой местной системы и нагревает последнюю воду до нормальной температуры в 90° Ц. при самых сильных морозах, или в водо-водогрейные котлы, в которых перегретая вода передает свою теплоту воде в котле через медные змеевики.
Из водо-водяных котлов поступающая из местных систем охлажденная вода ведется обратной магистралью обратпо в
Центральную котельную для повторного подогревания и так далее Путем примешивания охлажденной воды к перегретой при помощи третьей грубы профессор Чаплин дает возможность в системе отопления любого здания, при помощи струйного аппарата (инжектора), получать воду желаемой температуры, диктуемой наружной температурой воздуха.
4. Водяное отопление среднего давления, вследствие высокой температуры воды, с которой она поступает в нагревательные приборы, доходящей до 120° Ц., неудовлетворительно в гигиеническом отношении. В техническом отношении оно представляет тоже многие неудобства. Применение его встречается в единичных случаях. От водяного отопления низкого давления оно отдирается лишь тем,
Рисунок 49.
что расширительный сосуд у него замкпут от атмосферы (рисунок 49) помощью нагруженного вентиля. Концом а вентиль связан о верхней точкой системы отоодеиыя.
При паровом отоплении высокого давления пар борется или непосредственно от котла, или прошедший через паровую машину, паровую турбину, паровой насоо и прочие В последнем случае такое отопление называется отоплением мятым паром. Схема центральной станции парового отопления выс. давл. указана на рисунке 51. Котлы для парового отопления выс. давл. применяются такие же, как в паро-сило
Рисунок 50.
5. Водяное отоп ние высокого давления применяется лишь для промышленных целей, например в хлебопекарных печах, зерносушилках и т. и. Температура воды в нем достигает 200° Ц., почему трубопровод испытывается в холодном состоянии до 250 атмосфер. Схема этого отопления состоит из груб внутреннего диаметра 23 миллиметров. и наружного диаметра 33 миллиметров., представляющих из себя замкнутое кольцо. В одном месте это кольцо имеет ряд витков (змеевик), представляющих собою котел, а в других местах эти витки образуют нагревательные приборы.
Расширительный сосуд также состоит из замкнутых труб, несколько большего диаметра, чем основные трубы.
6. Паровое отопление высокого давления применяется на фабриках, в банях и тому подобное., но в ввду высокой температуры пара, а, следовательно, и нагревательных приборов, в санитарном отношении оно неудовлетворительно, и потому применение его, как непосредственного отопления, делается все более и более ограниченным. Но зато передача теплоты паром, как в смысле дальности расстояния, так и в смысле удобства любой прокладки трубопровода, а также широкая возможность посредственной передачи теплоты делают паровое отопление весьма распространенным. Как на примеры последнего применения пара можно указать: 1) на передачу теплоты паром для районного отопления городов, поселков и пр., где, смотря по обстоятельствам, оно бывает выгоднее водяного отопления; 2) на посредственную передачу теплоты посредством пароводо
Рисунок 53.
вых установках (смотрите паровые котлы). Трубопровод и нагревательные приборы здесь применяются такие же, как и при водяном отоплении, только вместо кранов двойной регулировки применяют вентили. Прокладка паропровода и отвод получающейся от охлаждения пара конденсационной воды изображены на рисунке 62. В случае гористой местности прокладка паропровода и конденсационного трубопровода ведется по схеме рисунок 63. При пропускании по трубам пара последние, нагреваясь, расширяются, причем для расчетов полагают, что каждый погонный метр трубы дает приращение длины в 2 миллиметров. При длинных паропроводах для воспринятия этого удлинения труб
Остри и пар
Сборни“,о“ Be пса_ иионной соси
Рисунок 52.
грейных аппаратов, т. наз. бойлеров (рисунок 50), когда в водогрейный цилиндр вставляется ряд труб—змеевик, через который циркулирует пар и чорег стенки которого передает свою теплоту воде; и 3) на передачу теплоты паром через калориферы, то есть через нагревательные приборы, питающиеся непосредственно паром, но которые омываются потоком воздуха большой скорости (о чем будет сказано ниже).
в
Рисунок 51.
ставят „компенсаторы“. Они представляют собой иди согнутые в форме лиры (рисунок 54), или в виде буквы Ц петли из тех же труб, из которых прокладывается паропровод, или из медных труб, или из гибких труб. Иногда, там где нельзя проложить указанные компенсаторы, ставят так называемые сальниковые компенсаторы, в них одна труба охватывается сальником, который дает возможность при расширении труб входить этой трубе в сальниковую охват-0ги> ку, укрепленную на V/ конце другой тру-% бы. Этот способ, од-% пако, более сложен и требует за собой постоянного ухода, но эато при нем трубы прокладываются прямо, без изгибов. Существует еще целый ряд компенсаторов, решающих вопрос о вос-принятии на себя расширения труб. В промежутках между компенсаторами трубы укрепляются неподвижно. Эти места называются якорнымн точками. В остальных местах трубопровод должен лежать на укреплениях, снабженных роликами или шариками, или подвешен на гибких подвесках, чтобы трубы □рн нагревании и остывании могли бы легко по нимскользить или отклоняться в сторону. Для прокладка труб в земле устраивают или проходные туннели (рисунок 55), допускающие постоянный надзор за трусами, или специальные трубы из цемента или чугуна (рисунок 56).
Действие парового отопления выо. давл. основано ла законах движения пара по трубопроводам, при нем расчет трубопровода представляет большие трудности сравнительно с другими системами отопления. Однако, и здесь общие принципы остаются те же. Рабочий напор, или давление пара, определяется или в зависимости от давления пара в центральной котельной, или в зависимости от условий конечного и начального давлений пара для данной уотановкн, причем при паре высокого давления эти условия имеют весьма широкие пределы. Итак, Н — допу скает выбор в широких пределах. Выражение дл> потерн давления на погонном метре паропровод»
Рисунок 54
Jjia&n »i и паропроводглбныи
Яонденсоц ионный трубопровод
Снабжение горягей водой
Циркуляция горхгей воды,.
Рисунок 55.
r-Ii=Pl
dm
здесь определяется, в виду изменения объёмного веса и количества пара по мере течения его по трубопроводу, формулами:
— Вх 5.611 .10 / ql
I- Т;вв7 2 удля изолированных тчуб. да
В,—В, _ 8.6П 10 / N,к-
I «,987 1,76 J
для змеевиков. Здесь В7=/е2‘>атг8, причем р7 — давление пара в начале участка в Кгр./кв. м. или миллиметров. водяного столба; Вх=рх1>937$, причем рх — давление пара в конце учаотка в килограммахр./кв. м. или миллиметров. водяного столба; Q — количество пара, доходящего к концу учаотка (потребное количество пара, согласно вада-
Рисунок 56
ния, или разбор пара) в килограммахр./час, q — количество конденсационной воды в килограммахр./час, получающейся вследствие потери теплоты от охлаждения паропровода на протяжении однего погонного метра; N — полезная производительность парового змеевика в килограммахр. пара/час.
Местные сопротивления выражаются в том же
V3
виде Z=ЕС у кгр./кв. м. или миллиметров. водяного столба, Q. 10 ;
а скорость пара v =: -м./сек., но здеоь
Т
3.600
Рисунок 57. Американский чугунный котел .Ргох“.
величина v переменная, зависящая от объёмного веса пара 7, который в свою очередь зависит от давления пара. Поэтому для упрощения расчетов в таблицах «Руководства Ритшеля“ скорости даются для 7=1, а для получения истинных значений v следует табличные значепия делить па 7П, соответствующее относящимся к данным местам давлениям пара рп. В «Руководстве Ритшеля“ даются выработанные, отвечающие указанной теории, рассчетные таблицы, примеры и удобныетрафареты.
7. Паровое отопление низкого давления весьма распространено в Америке для отопления жилых и общественных зданий и пользуется там такой же популярностью, как в Европе водяное отопление низкого давления. Паровые котлы низкого давления бывают железпые и чугунные. Они подобны котлам, описанным в водяном отоплении низкого давления. Чугунные паровые котлы выделываются от самых малых и до самых больших размеров, при
Рпо. 68.
чем, за исключением самых малых рязмеров, они выделываются состоящими из секций.
Нагревательные приборы, трубы и краны вдесь применяются такие же, как и при водяном отоплении низкого давления.
Схема парового отопления нивкого давления изображена на рисунке 68. Темными линиями указаны трубы, по которым пар ведется к нагревательным приборам. В нагревательных приборах пар, охлаждаясь, превращается в воду. В это время он выделяет свою скрытую теплоту, величина которой в среднем составляет 688 калорий о каждого кгр. пара. Количество же теплоты, передаваемое одним кв. метром поверхности нагрева нагревательных приборов, указано в таблице, данной при водяном отоплении ннекого давления (см.
341)- Вода, образовавшаяся при охлаждении, или, как говорят, пр“ конденсации пара, стекает по трубам, изображенным на чертеже белыми линиями, обратно в котел. Эти трубы называются конденсационными. Вода в котле вновь превращается в пар и так далее
Рабочее давление пара при паровом отоплении низкого давления большею частью бывает от 300 до 2.000 килограммр./кв. м. или миллиметров. водяного столба. Под влиянием этого напора пар из котла поступает в паропровод. В то же время, под тем же напором, вода из котла выдавлнваетоя в конденсационный трубопровод на высоту, соответствующую давлению пара. Поступая в паропровод в первый раз, пар должен вытеснить из него воздух. Воздух, как более тяжелый чем пар, стекает вниз и по конденсационному трубопроводу вьттсоняется через воздушную трубку, установленную на втом трубопроводе и расположенную в котельной для удобства надзора. При окончании топки, по мере коидепоацим пара во всей оиотеме, воздух через указанную воздушную трубку проникает обратно в систему отопления. Последнее обстоятельство представляет отрицательное явление, т в проникающий в сырые трубы свежий воздух, окисляя стенки трубопровода, вызывает его ржавление. На рисунке 68, в левой части, в подвале, видна петля трубопровода, опущенная вниз, изображенная белыми линиями. Эта петля называется сифоном. Она делается длинной, соответствующей давлению пара, благодаря чему стекающую в этот сифон воду пар не может выдавить в конденсационную линию и потому пойдет по назначенному пути, а конденсационная вода, которая могла бы образовать в этом месте «водяную пробку“, стечет в сифон, а оттуда в конденсационную линию. От паровой линии около котла отводится труба к предохранительному приспособлению, называемому «выкидной трубой““. Пар, давя на воду в промежуточном сосуде предохранительного приспособления, выдавливает ее в выкидную трубу на высоту, соответствующую давлению пара. Если давление пара в котле поднимается выше нормы, то вода из выкидной трубы будет выброшена, и пар из котла получит свободный выход, чем пред-упредится возможность аварии. Как видно из описания схемы, никогда нельзя держать давление пара в котле парового отопления н. д. выше нор-ма.хьного предела, т. к. иначе вода в конденсационной линии поднимется, затопит паровую линию и нарушит действие снотемы.
Расчет парового отопления низкого давления проще, чем парового отопления высокого давления. Рабочее давление, или напор, как было сказано выше, выбирается произвольно в пределах от 300 до 2.000 килограммр./кв. м., причем, если горизонтальные системы простираются до 200 м., то рабочее давление принимают от 0,03 до 0,1 атмосферы или, что то же, от 300 до 1.000 килограммр./кв. м. или миллиметров. водяного столба; при горизонтальном протяжении до 80и м.— до 0,16 атмосферы и при протяжении до 600 м.—до 0,20 атмосферы. В крайних случаях рабочее давление, нлн напор, в котле можно доводить даже до
Рнс. 59.
0,4 атмосферы. При давлении же свыше 0,6 атмосферы по закону требуется уже применение паровых котлов высокого давления.
Сопротивление от трения пара о стенки паропровода выражается формулами:
1. Для изолированного паропровода
R _ =4Д JhОБ W)’
I ’ d’™
в кгр./кв. м. или миллиметров. водяного столба.
2. Для неизолированного паропровода
Р~Р> =1>1 (UP W)“
I d’7
в кгр./кв. м. или миллиметров. водяного столба.
3. Для паровых змеевиков
в кгр./кв. м. или миллиметров. водяного столба,
и потери на преодоление местных сопротивлений
_ 2/2
Z=IZ 0,635, где W — тепловой поток в концеданного участка в кал./час, М — полезная тепдопро-изводителъность парового змеевика в кал ./час, d — диаметр участка в миллиметров., 0,635== у—объёмному весу пара, соответствующему давлению в 0,10 атмосферы, или кгр./кв. м. или миллиметров. водяного столба.
И здесь „Руководство Рнтшеля“ дает удобныедля практики указания.
душные отопления. Одна из таких характерных установок указана на рисунке 59. Где-либо в центральном месте здания, например в цокольном этаже, устанавливается калорифер, который отапливается паром или водой, подаваемыми из центральной котельной. Воздух гонится при помощи центробежпого вентилятора через этот калорифер, в нем подогревается и нагретый гонится дальше по разводящему воздуховоду и через ответвляющиеся от него отростки нагнетается в отапливаемые помещения. Охлажденный в помещениях воздух частично засасывается вентилятором и вторично подогревается калорифером, частично же выдавливается наружу через неплотности окон, дверей и поры стен, благодаря возбуждаемому вентилятором повышенному давлению в помещениях, или же удаление воздуха происходит через специальные вытяжные каналы. Соответствующий удаляемому количеству воздуха, свежий воздух забирается вентилятором снаружи, и таким образом система отопления соединяется с системой вентиляции. Количество воздуха для вентиляции устанавливается на основании требований гигиены в зависимости от числа людей в помещениях или в зависимости от порчи вовдуха пылью, газами, парами и другимнв ыделениями, сопутствующими производству на данной фабрике или ваводе. Если выделение вредных газов, пыли и так далее велико, то тогда приходится вводить такое количество свежего воздуха, которое делает ненужным обратную циркуляцию воздуха из помещений, или, как теперь стали часто выражаться, подражая американцам — „рециркуляцию“ воздуха.
Развитие промышленности, рост городов и поселков, строительство крупных сооружений отразилось и на технике отопления. В настоящее время вполне целесообразным и весьма экономичным является
Вакуум - паровое отопление представляет собой паровую систему отопления, в которой помощью насоса на конденсационной линии в паропроводе создается вакуум, почему температура пара делается умеренной и возможной для применения в жилых зданиях. Им широко пользуются в Америке для больших зданий, особенно для отопления небоскребов. Расчет этой системы подобен расчету парового отопления высокого давления.
Указанные выше системы отопления представляют собой основные методы отопления. Все последующие системы представляют собой комбинацию первых.
В практике отопления фабрично-заводских зданий ваибольшее распространение имеют паро- и водо-возотопленне из единого центра крупных районов („теплофикация-). Схема устройства центральной отопительной установки в сочетании с силовой станцией, или схема „тепло-силовой станции“ районного водяного отопления, дана на рио. 60.
Станции районного парового отопления мало отличаются от обычных паровых станций.
Литература: Н. Rietschel, „Leitfaden derrHeiz-und Liiftungsteehnik“ (7-te Aufl., 1926; русск. пер. иод ред. проф. В. И. Кашкарова, 1928); проф. В. М. Чаплин, „Курс отопления и вентиляции“; L. A. Harding and А. С. Willard, „Meohanical Equipment о/ Buildings“, V. I and II, New-York; (7. Debcsson, „Le chauf-fage dea habitations“, (Pari9 1920). It. Kuutnupoe
Центробежные вентиляторы и турбокомпрессоры.
Вентиляторы служат для перемещения воздуха или газов (смотрите вентиляция). Ц. в состоит из спирального кожуха, внутри которого вращается колесо с лопатками, приводимое во вращение обычно от электро мотора при помощи ременной передачи или муфты, соединяющей вал вентилятора с валом мотора. Фигура 1 представляет подобный Ц. в., где: А—железный спиральный кожух, В—колесо с лопатками С, Е — вал, лежащий в двух подшипниках F. Обычно подшипники выполняются на шариках. Между опорами находится ременный шкив G.
Подшипники монтируются на чугунной литой станине. В кожухе имеется всасывающее отверотие J для присоединения всасываютцого канала и нагнетательное (выхлопное) отверстие К.
Действие Ц. в сводится к следующему: благодаря вращению колеса о лопатками по направлению стрелки, воздух внутри кожуха вентилятора приходит в движение и вследствие центробежной силы выбрасывается череэ отверстие К. Внутри кожуха получается разрежение, и внешний воздух поступает в кожух через всасывающее отверстие J.
Напор, создаваемый вентилятором, необходим для преодоления сопротивлений, встречающихся по пути движения воздуха (газа). Ц. в имеют широкое применение и служат дтя вентиляции помещений, удаления пыли, транспортирования легких тел (стружки, опилки, хлопок), производства дутья в топках паровых котлов и разных печах, усиления тяги дымовых труб и так далее По роду применения говорят о .всасывающих- и .нагнетающих“ вентиляторах. По существу они работают совершенно одинаково. Если Ц. в всасывает воздух из какого-либо помещения, а нагнетательное отверстие К открыто в атмосферу, говорят, что вентилятор работает как .всасывающий“. При обратном расположении Ц. в наз. .нагнетающим“. Часто всасывающие вентиляторы наз. .эксгаустерами“.
Вентиляторы различаются по величине напора, создаваемого ими, и могут быть разделены на три группы:
1) вентиляторы с малым напором до 50 миллиметров. водян.
столба,
2) . со средним. от 50 до 100 миллиметров.
водян. столба,
8) с большим. от 100 до 300 миллиметров.
водяп. столба.
Это подразделение являетоя приблизительным и у разных заводов дается различно.
Различают статический напор“ hc, скоростной“ (динамический) напор и .полный“ напор h, равный сумме двух первых напоров
h=hc + h (1)
Статический напор hr (выраженный в миллиметров. водяного столба) представляет разность давлений между атмосферой и давлением воздуха (газа), заключенного в каком-либо замкнутом пространстве. Он может быть положительным или отрицательным. В последнем случае наз. .разрежением“. Скоростной напор определяется из формулы
где w — скорость м./сек., f —плотность газа кгр ./к
g —ускорение силы тяжести 9,81
и представляет давление, которое необходимо иметь в замкнутом пространстве, для того чтобы скорость вытекающего из него через насадок воздуха (газа) была, равна величине w.
На фигуре 2 дана схема измерения напоров в трубе, по которой движется воздух по направлению стрелки. Соединив с манометром отверстие А, получим статический напор hc.
Отверстие в стенке трубы должно быть сделано строго нормально к внутренней поверхности трубы, иметь диаметр 2—3 миллиметров., не иметь .заусенцев“. Внутренняя поверхность трубы в этом месте должна быть гладкой, без выступов, шероховатостей и так далее
Соединив с манометром трубку В (так. наз. трубка .Пито“), — измерим полный напор h. Из ур-ния (1)
следует, что до=Ь—hc=, откуда получим
2g (h - Ьс)
(3)
то есть, измерив напоры h и Ьс и взяв их разность, определим по формуле (3) скорость воздуха в данном месте канала.
Для упрощения обмеров, трубки А и В соединяют в одну и получают .комбинированную“ трубку Пито, служащую для определения скоростей газов.
Подобная трубка сист. проф. BrandtГя показана на фаг. 3.
Напоры намеряются в миллиметров. вод. столба. 1 миллиметров. вод. ст. соответствует давлению в 1 килограммр. на 1 кв. метр. Если напоры достигают значительной величины, то для уменьшения размеров манометра применяют более тяжелые жидкости, например ртуть. 1 миллиметров. ртут. столба при 0°С соответствует 13,6 миллиметров. вод. ст. При очень малых напорах применяют более легкую жидкость (спирт) и, кроме того, дают трубке манометра наклон. Если мы имеем, например, трубку манометра, наполненную спиртом с уд. весом -у=0,8 и наклоненную под углом 30°, то напор, соответствующий h миллиметров., прочитанным по шкале, будет равен h миллиметров. вод. ст.:
V=у. кгло =
= 0,8.0,5. h=0,4 h миллиметров. вод. столба.
Схема намерения скорости при помощи комбинирован. трубки Пн-то показана на фигуре 4.
При измерении скоростей необходимо следить эа тем, чтобы направление трубки совпадало с направлением потока газа. Отклонение допустимо в пределах 5°. На фигуре 5 показано распределение напоров во всасывающей и нагнетательной трубе вентилятора. Вентилятор производит во всасывающей трубе разрежение. Поэтому мы можем, отвлекаясь от вентилятора, рассматривать всасывающую трубку как нагнетатель-иую, в которую воздух нагнетается под давлением атмосферы. В виду наличия сопротивлений, абсолютное давление в конец всасывающей трубы Р будет меньше атмосферного Ра:
Р<Ра, след. Р=Рд — h.
|
| |
1 | |
| |
|
| |
с | |
| |
|
1 | |
= | |
I | |
|
=.,!_Т | |
Фигура 4.
Разность давлений h мы можем измерить манометром. Непосредственно за вентилятором абсолютное давление Р“ больше атмосферного давления Ра на величину полного напора за вентилятором Рп== Pfl-f Ь“. Суммарный напор,даваемый вентилятором,
Н=Р“ — Р=(Ра -f h“) - (Ра - h)=h“ + V,
то есть равен сумме полных напоров перед и за вентилятором. Для нагнетательной стороны имеем: h== hc-j-h£, для всасывающей стороны (разрежение) — h=—ЬС4“Ь т. к. скоростной напор всегда положителен. Т. о., для всасывающей стороны hc=h как это и показано на схеме.
Фигура в.
Важной составной частью вентилятора является его колесо. Различают три типа колес (фигура в):
1) колеса с лопатками, загнутыми назад,
2) „ „ радиальными,
8) „ „ - загнутыми вперед.
Для того, чтобы стало ясным различие межд ьтими типами колес, выведем основные зависимости. Если превращение энергии, переданной валу, в анергию подаваемого вентилятором воздуха происходит без потерь, то мы имеем
/
Ра
Vdp=Мо),
(4)
где: V — подаваемый объём м.я/сек., р, — напор во всасывающем канале кгр. м3., р3 — напор в нагнетательном канале кгр./м8., М — момент на валу вентилятора кгр., и> — угловая скоростью
2т:пгде и — число оборотов в минуту. Мы рассматриваем
3 случая для отношения давлений --:
Pj
1) 0<-Ei<l,02; 2) 1,02 < А <1,2; 3) 1,2 <-£-
Р» Pi Pi
ВО
К первому типу относятся вентиляторы, ко второму— воздуходувки, к третьему—турбокомпрессоры, В первом случае (вентиляторы) мы можем считать, что во время процесса сжатия плотность газа остается постоянной. Тогда из ур-ния (4) будем иметь:
V(pa-p,)=Mw. (5)
Основанием для расчета колео служит закон моментов Эйлера: .Момент внешних сил равен раэ-ности вращающих моментов у выхода и входа колеса-
М=— (гаСС08ра — rjCxCospi), (в)
где: G — секундный вес подаваемого газа ——; г, исек.
га — радиусы колеса у входа и выхода м.; р, и ра — углы, обрадованные между скоростями: окружной и и абсолютной с; с и са — абсолютные скорости газа м./сек. (смотрите фигура 7). 
Умножая (6) на о>, имеем:
Mu)=Y (n2C1C0SPa — U]C|OOSp|). (7
Из (б) и (7) получим разность (ра — р,):
р2 — Pi — — (ИзСаС08р3 — U,C,C08p,). (8)
Примем, что вход вовдуха в колесо происходит по направлению пазиуса, то есть р,=90° и совр, =0. По фигура 8 имеем:
СдСОвЗα= ua-f - w3cosota. Тогда уравнение (8) переходит в
Р, - Р,=-g (V + U3W.jC0833).
tV
(»)
(10)
Обозначая член “-, который имеет размерность К
давления, через р0, получим
Pi —Pi _ Ро
1 -1--— С08Я3-
U3
(п)
Т. к. скорость vra пропорциональна подаваемому объёму V, мы можем ур-ние (11) рассматривать, как зависимость между объёмом и напором, при превращении энергии без потерьс‘=c2Sn/32
W,
При постоянном числе оборотов и (а следов, и %= пост.), ур-ние (11) представляет прямую, коэф. наклона которой cosoa будет больше 0 при лопатках, загнутых вперед, равен 0 при радиальных лопатках и меньше 0 при лопатках, загнутых назад.
Фнг. 9 показывает зависимость между ——— и
Ро
— для трех разобранных случаев.
Если Fa—выходное сечение колеса, то расход V будет равен V=Fa. w2 м.8/сек.
Из (б) получаем
Ь=Мш=(р, — p,)F,. v,.
Принимая во внимание уравнение (10),
получаем: cos»a I Fa. (12)
_ Fa. т. паэ _
Т. к. член — —=-=Lq имеет размерность мощности, получим:
L~~Г [t+w
-т—=U иые
g
-Jb + M,
п, u,j
cos»
(13)
1.8
б
1.4
то есть затрата энергии является функцией wa (то есть зависит от расхода) и изобразится параболой.
Фнг. 10 показывает три кривых, построенных для углов а,=46°; 90° и 135°.
Из рассмотрения фнг. 9 и 10 видно, что чем меньше угол о, то есть чем лопатка более загнута вперед,
тем будут боль-2,0 ше, при такой же окружной скорости, напор, подаваемый объём и затрата энергии. Для равных подач, при одинаковых напорах, потребуется тем большая окруж-0 9 пая скорость, чем 0,6 более лопатки эа-гнуты назад. За-0.4 Трата энергии при вперед загнутых лопатках быстро возрастает с увеличением подачи, в то время как для колес с лопатками, загнутыми назад.
будем иметь некоторую подачу о максимальной за тратой анергии, а при дальнейшем увеличении подачи может наступить уменьшение мощности.
Все эти случаи рассмотрены для идеального процесса, без потерь. В действительности, в виду наличия потерь от трения, ударов, внезапного из менення направления струй и так далее — мы имеем другое протекание как кривых напоров, так в мощностей.
|
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
.& | |
| |
| |
|
Cl ‘ | |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
I | |
| |
|
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
w2 | |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
ОЛ
0,4 0.6
Фигура 9.
0.8
0.2
О
IP
Написав ур-ния для подач, напоров и мощностей в иной форме, имеем:
V=Faua
= Fauaf,
£)
ь_: “ 7 (‘+е —)=Ч11 (е
Правые части этих равенств при постоянном числе оборотов (п3 гг поот.) распадаются на две части: постоянные величины и на функции от величины -2-
_ ца
Эти три равенства показывают, что:
а) подача пропорциональна окружной скоростии выходному сечению колеса;
б) напор пропорционален квадрату окружнойскорости и плотности подаваемого газа:
в) мощность пропорциональна кубу окружной скорости, выходному сечению колеса и плотности.
Эти соотношения известны как закон подобия лопаточных машин.
Т. к. окружная скорость и пропорциональна числу оборотов и, то для данного вентилятора мы можем написать:
va
±=(ьХ.ш ь.=(ьХ
а пз) Па пз /
напор и мощностигде: V, h и L — подаваемый объём, вентилятора.
Выше были выведены зависимости для идеального случая работы вент-ра бее потерь. Чтобы получить эти зависимости для действительных условий работы, вентиляторы испытывают в соответствующих лабораториях и получают т. н. „характеристики“ вентиляторов. .Характеристикой вентилятора наз. зависимость напора, мощности и коэффициента полеэно- и _
го действия от подачи при постоянном числе оборотов“.
Коэф. полезн. действ, наз. отношение
’’-ТОе <14>
|
| |
| |
| |
| |
| |
1,8 | |
|
| |
| |
| |
| |
| |
1,6 | |
|
| |
| |
| |
| |
| |
1,4 | |
|
| |
| |
| |
| |
| |
1,2
ЦО
03
0,6
0,4 | |
|
-J | |
-1 | |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
6b | |
| |
| |
|
| |
| |
| |
| |
| |
|
| |
| |
| |
Л2-13 | |
5 | |
|
| |
| |
| |
| |
0,2 | |
|
XTL— | |
| |
н“_ | |
| |
a | |
о.г
О/» 0,6 0.8 1.0
Фигура 10.
где: V—подаваемый секундный объём м.3/сек., h —напор в миллиметров. вод. столба, N — затрата мощности в лош. онлах.
Различают два коэф. пол. действия — „статический“ и „полный“. Статический коеф. пол. дейотвня получим, подставляя вместо h статический напор hc; подставляя вместо h полный напор, получим полный ковф. пол. действт’Я.
Напоры в действительных условиях работы имеют у разных колес различный характер протекания при изменении подачи вентилятора при постоянном числе оборотов, как это видно из фигура б. Здесь CD представляет теоретическую характеристику. Отрезки р дают потери напора на трение воздуха; отревки р— потери на удар. В результате получается окончательная характеристика GKL. На фнг. 11 представлена напорная характеристика вентилятора. В точке d, при п=500 об./мнн.. расход, даваемый вентилятором, равен 8,5 м./сек., при полном напоре b=8б миллиметров.
вод. столба. Увеличив число оборотов до 600 об./мин., мы перейдем по линии постоянного открытия из точки d в точку е, где полный напор составляет 48 миллиметров. вод.
ht, — полный напор: hg — статический напор; hj — динамический наиорст., статический 14 миллиметров. и скоростной 34 миллиметров. Расход при этом увеличении числа оборотов увеличится до
8,5. -=10,2 мЛсек.
500 „
Чтобы при числе оборотов п=600 получить больший напор h=57 миллиметров., необходимо, дрисселируя вентилятор (увеличивая сопротивление),— перейти из точки е в точку f, то есть с кривой постоянного открытия 0,35 перейти на кривую 0,27. Наибольший расход, даваемый данным вентилятором при п=500. соответствует точке b (9,1 м.3/сек.), при этом вентиля тор работает на „выхлоп“, не давая статического напора. В этой точке полный напор равен -коростпому на иору.
Полная хара ктернстнка вентилятора представлена на фигуре 12 (п=пост.)
I — статические напор; 2 — пол ный напор; 3 — кривая мощности; как видно из диаграммы, г виду наличия сопротивлений при холостом ходе (отсутствие расхода), затрата мощности не равна нулю; 4 — кривая коэф. пол. действ, статического и 5 — кривая коэф. пол. действ, полного.
При V=0, т,=0, как это видно из ф-льг (14). Точно также при hc=0 (работа на выхлоп) т, —0.
Отсюда следует, что коэф. пол. действ, имеет максимум при вполне определенном расходе. Характеристика фигура 12 построена для определенного числа оборотов п. Иногда характеристике придают вид фигура 13, где нанесены напоры при разных числах оборотов и кривые постоянных значений коэф.
пол. действ. Такие характеристики удобны при выборэ нанвыгоднейшего режима для данного вентилятора. При заказах вентиляторов характеристики должны даваться заводами. Только наличие подобных характеристик гарантирует от неправильного выбора режима работы вонтилятппп.
Покажем на“ кратком примере определение мощности, необходимой для приведения вентилятора в действие, если известно, что:1)со-протнвлен. трубопроводов: всасывающего — 15 миллиметров. води, ст., нагнетательн. — 50 миллиметров. воде, ст.; 2) скорость воздуха: во всасывающем отверстии —20 м. сек., в на
гнет. отверстии Фиу. 13.
—25 м./сек. Производительностьвентиляторα= 5м.8,сек. Коэффициент полезного действия т)=0,6. Определим прежде всего скоростный напор при выхлопе:
v=-
25“. 1,2
= 38,2 миллиметров. вод. от.
2g 2.9,81 Полный напор со стороны нагнетания h“=50 -f 38,2=88,2 миллиметров. вод. ст. Сопротивление всасывающего трубопровода 15 миллиметров. вод. ст. — равно полному напору со стороны всасывания h. Суммарный напор, даваемый вентилятором: h=b“-j-h=88,2-b 15 103,2 миллиметров. вод. ст.
Фигура 14.
Мощность, необходимая для приведения вентилятора“ в действие:
75. т.
5,0. 103.2 “75.0,6
= 11,5 л. с.
‘
Наиболее распространенным типом Ц. в настоящее время является вентилятор типа „Сирокко“. Колесо этого вентилятора представлено на фигуре 14. 11а фигура 15 показан другой тип колеса с двухсторонним подводом воздуха. Фигура 16 дает представление о внешнем виде вентилятора сист. Кейт.
ному — (вентиляторы, воздуходувки и турбокомпрес-
Pl
соры). При рассмотрении работы вентилятора мы пренебрегаем тепловыми явлениями при процессе’ сжатия воздуха, в виду i е начительноЙ величиныотношения —. Принцип работы турбовоздуходувок
Pi
Вентиляторы высокого напора (200 — 300 миллиметров. вод. столба) имеют обычно кожух литой чугунный. Так как подобные вентиляторы часто употребляются для дутья в горнах кузниц, то они обычно называются кузнечными (фигура 17).
’ Иногда вентиляторы достигают весьма значительных размеров. Колесо фигура 18 дает расход 750.000 ы.я/час., при напоре в 150 миллиметров. воя. столба и п=200 об./мин. Считая, что коэффициент полезного действия этого вентилятора равен 0,6, получим мощность, необходимую для приведения его в действие, равной
750000.105
““ Ш5.76.0,6
гг 700 Л. с.
область прнменепня вентиляторов, как указывалось выше, очень обширна. На фигуре 19 показано применение вентилятора для отсасывания пыли от шлифовальных кругов. На фигуре
20 дана установка вентиляторов в крупной современной котельной для усиления тяги дымовой трубы и для подачи воздуха в воздушный экономайзер. На фигуре 2i
ного зала с установкой вентилятора для вентиляциитуннеля. Вентилятор имеет колесо диаметром 2,8 м.
Бодает 330.000 м.-1 час. воздуха при числе оборотов пренебрегать тепловыми процессами уже нельзя. 240 об. мни.; напор Ь=г62 миллиметров. вод. ст.; мощность N«=
Фигура 15.
покаянд» часть машин- и турбокомпрессоров в основном тот же, что я у П. в..
Рано, в виду значительной величины отношения — -
Pi
Фигура 16.
Фигура 17.
Подсчитывая для этих данных коэффициент полезного действия, получаем:
330000. 62 3600.75. 110
= 0,69,
что служит доказательством хорошего исполнения данного вентилятора.
Турбокомпрессоры. Выше мы установили 3 величины для отношения конечного давления к началь-
Рассмотрим сжатие 1 килограммр. воздуха, представлял этот процесс в pv диаграмме (фигура 22, стр. 334“ 35“).
Но оси абсцисс отложены удельные объёмы воздуха v ——, а по оси ординат—абсолютные давления кгр.
кгр.
р —у-, для трех рассматриваемых случаев.
Заштрихованные площадки представляют вели чину работы, необходнмой для сжатия 1 килограммр. воздуха
Для < 1,02 (вентн-Pi
ляторы) мы можем эту площадку принять за прямоугольник с основанием v, и высотой (ра — рх). Работа сжатия G кгр. воздуха будет равна
L=G. v,(pa-p,)== v(Pa—Pi) кгмтр.
Во втор, случае (турбовоздуходувки), при < 1,2,
мы можем с большой степенью точности считать заштрихован. площадь за трапецию и поэтому получим
L=Tcp 0 (р>“ — Pi).
во Ycp _ 2р,
vi _ Ра + Pi’
т - т 2р‘ ср ‘ р/+р,
откуд»
, след.
G.T,
Ра“ + Р
(Р/-Р.)=
= V
2pi
Pa//_rPi
(Ра“— Р.) кгр.
ском процессе (температура остается постоянной). В поршневых компрессорах, снимая так называемые индикаторные диаграммы (в осях р, v) и подсчитывая их площадь, определяют затрату мощности.
В турбокомпрессорах получение индикаторных диаграмм невозможно. Поэтому предпочитают так называемые энтропийные диаграммы (тепловые), пользуясь которыми для нанесения процесса и определения затраты мощности, достаточно измерить соот-
В третьем случае (турбокомпрессоры)
Ра
> 1,2,
линия сжатия представляет политропу ), и для опреде лення работы сжатия необходимо принять во внимание изменение удельного объёма во время процесса сжатия.
Затрата работы в этом случае выразится интегралом
Ра
Как известно из термодинамики, наименьшая затрата работы на сжатие получается при нзотермиче-
) Политропцческий процесс — изменение состояния газа или пара, происходящее согласно уравне-
ппю pvm=С, где р —давление, v—объём газа или пара, т — какое-нибудь постоянное количество, С — положительное постоянное колич. Четыре простейшие термодинамические процесса в газах — изотермический, изобарический, нзо-хорическнй и адиабатический (смотрите теплота, XLI. ч. VII, 601/02) — суть частные случаи политропиче-окого процесса: а именно, па изотерме т~ 1, на изобаре т == 0, на изохоре т=оо и на адиабате т=к. Кривая, графически изображающая зависимость объёма газа или пара от испытываемого им давления в политропическом процессе, паз. политропой. Главное значение политроп заключается в том, что любой термодинамический процесс в газе или в паре на небольшом протяжении может быть рассматриваем как политропический, а, след., может быть выражаем простым уравнением, указан» ним выше
Отсюда следует, что количество тепла, отведенного во время процесса сжатия по неотерме, равняется тепловому эквиваленту работы сжатия.
Изотерма в TS диаграмме изобразится горизонтальной прямой, и площадь прямоугольника под этой прямой представляет в тепловых единицах (калориях) работу сжатия 1 килограммр. воздуха.
На фигуре 23 в осях рт (слева) показана площадь, соответству-
Рзющая величине vdp, а в осях
Фигура 20.
ветствующие давления и температуры, что всегда можно сделать.
Из термодинамики известно, что
dS=— — CydT APdv
Т
Т
О в)
Ив характеристического ур-ния pv=RT после дифференцирования получим
pdv -р vdp=RdT;
подставляя отсюда значение pdv в (16), получим
Pi
TS (справа)—площадь, соответствующая величине T(Sa —8,)· Если процесс сжатия происходит по адиабате (отсутствие теплообмена), то линия сжатия в диаграмме pv будет лежать выше изотермы (смотрите фигура 24).
Для адиабаты dQ=:0, след, по ур-нию (16) и dS=0, то есть S=пост. Отсюда следует, что адиабата в TS диаграмме изображается вертикальным отрезком.
dQ=CvdT -f- Apdv,
но pdv 4-vdp=RdT, следоват. dQ=CvdT-f ARdT — Avdp, но для адиабаты dQ=0, поэтому
Avdp=CYdT -f- ARdT =s = (Cv -f AR) dT=CpdT.
Считая Cp=пост, (берем средние значения) и интегрируя, получим
Р
A J vdp=Cp(T, — Т,). (18)
Pi
Левая часть этого равенства представляет тепловой эквивалент работы сжатия, представленной заштрихованной площадью в осях pv на фигуре 24.
dS=Cv
Avdp_
Т
«:+ar-
Т ’ Т
с dT-т
-AR
dp
Проинтегрировав это дифференциальное ур-ние, строят в осях TS |нзо6ары (линии постоян и о го д авл е и и я). Есл и процесс сжатия происходит по изотерме, для которой pdr-f-vdp=0, то из ур-ннд dQ=CydT -}- Apdv имеем (dT=0):
dQ=— Avdp. (17)
Из ур-ния (16), следует: dQ== TdS; подставляя в (17)» получим TdS=— Avdp.
Интегрир. (при Т=пост.)» получим T(S2 — S,)=
г з РЗ
= — А vdp; но J vdf=L
Pi Pi
(смотрите ф-лу15), след.
T (S3 — S,)=— AL. (18)
Фигура 22.
Если бы можно было снять нндикаторпую диаграмму процесса сжатия (как уже указывалось, индикаторные диаграммы снимаются только в поршневых машинах), то и тогда мы не получили бы возможности учесть всю работу сжатия. Индикаторная диаграмма дала бы нам площадь, равновеликую сумме площадок, заштрихованных наклонно и горизонтально. Площадку, заштрихованную вертикально, индикатором получить было бы невозможно. Это обстоятельство дает преимущество ТЗ диаграмме, по сравнению с pv диаграммой.
Затрата работы сжатия по политропе (выраженной в калориях) определится из
AL=Ср (Т9 — Т,),
V
Фигура 23.
Правая часть равенства выражает величину заштрихованной площади в осях TS на той же фигуре (справа). В турбокомпрессоре процесо сжатая идет
АДиардТА,
ИЗОТГРИА
V
Схема турбокомпрессора показана на фигуре 2в. Воздух, пройдя всасывающую трубу, вступает в колесо В, и центробежной силой, развивающейся при вращении колеса, отбраоывается к периферии. Затем проходит черев направляющий аппарат (диффузор) D, где часть скоростного напора переходит в статический. Каналом Е воздух подводится к следующему колесу Ви, где происходит новое повышение давления, т. ч., применяя ряд колес, следующих одно за другим, мы можем создать необходимый нам напор. На фигуре 27 показано распределение скоростей и напоров при движении воздуха по колесу и диффузору турбокомпрессора. Как видно из схемы, абсолютная скорость воздуха возрастает по мере движения воздуха по колесу, за счет увеличения окружен ной скорости и. По выходе из колеса воздух вступает в направляющий аппарат (диффузор), площадь поперечного сечения которого увеличиваетсяпо линии, отклоняющейся от адиабаты, в виду трения и ударов воздуха о лопатки, во8дух при движении между лопатками турбокомпрессора подогревается, получая количество тепла, эквивалентное работе трения. Поэтому в pv диаграмме действительный процесо сжатия изобразился бы полнтропой с показателем n > к („к“ — показатель адиабаты pv=пост.), а в TS диаграмме линия сжатия пойдет, отклоняясь от адиабаты вправо (смотрите фигура 25).
Наклонно заштрихованная площадка в TS диаграмме соответствует работе сжатия по адиабате. Горизонтально заштрихованная площадка представляет увеличение работы сжатия в виду того, что процесс сжатия идет по политропе с показателем n >к. Вертикально заштрихованная площадка представляет тепловой эквивалент работы трения. Весь тепловой эквивалент работы сжатия изобразится всей заштрихованной площадью в TS диаграмме.
где Т/ — конечная температура сжатия, а Т, — начальная температура: Сп — теплоемкость при постоянном давлении,
х т/4-т,
вычисленная для средней температуры---
1 вход. 2 — колесо, 3 —диффузор, 4 — абсолютный путь частицы воздуха.
Фигура 26.
Фигура 30 изображает процесс сжатия в TS диаграмме, в 3-х ступенчатой турбовоздуходувке (3 колеса, следующие одно за другим на одном валу). Левая часть фигуры показывает затрату работы сжатияк периферии, благодаря чему окорости уменьшаются, а чаоть потерянного скоростного напора идет на увеличение статического напора. На фигуре 28 показано рабочее колесо турбокомпрессора со снятой передней крышкой, а на фигуре 29—направляющий аппарат диффузор) турбокомпрессора.
л икая трем площадям, указанным выше. При таком изображении мы не имеем площадей, накладывающихся одна на другую, и подсчет упрощается. Сдвиг площадей возможен в силу того, что линии постоянного давления (изобары) в TS диаграмме эквидистантны (могут быть приведены к совпадению путем переноса параллельно самим себе).
Для уменьшения затраты работы на сжатие воздух во время процесса сжатия охлаждают. Следует различать два рода охлаждения. Воздух можно охлаждать, делая стенки, разделяющие одно колесо от другого, полыми и пропуская через эти полости охлаждающую воду. Тогда получим охлаждение 1 каждой ступени. Эффект охлаждения в смысле уменьшения затраты работы сжатия показан на фигуре 31. R -мгиъптт изобразится незаштрнхованной частью
ТТЛОТТГП7ПТ.
Фигура 29.
Другой вид охлаждения заключается в следующем: воздух проходит через ряд колес и при этом нагревается. Перед тем, как направить воздух в следующий ряд колес, его пропускают через так называемым промежуточный охладитель, где происходит прецесо отнятия тепла от воздуха охлаждающей водой, при постоянном давлении. После того, как воздух охладится до первоначальной температуры, он проходит второй ряд колес, после чего снова охлаждается во втором промежуточном охладителе до первоначальной температуры. После этого воздух направляют в последнюю серию колес.
Описанный процесс представлен в TS диаграмме на фигуре 32. Вся заштрихованная площадь представит тепловой эквивалент работы сжатия 1 килограммр. вояха в турбокомпрессоре с двумя промежуточными ox ia-
1 — мимиметривын nttuop, z — аосодютная скорость.
Фигура 27.
в каждой ступени отдельно (1-я ступень заштрихована наклонно, слево направо; 2-я ступень—наклонно справа налево; 3-я ступень—горизонтально). На правой стороне показана суммарная площадь, равноведнтелями. Часть площади, как видно из фигура, перекрывается и поэтому войдет в подсчет в двойном раамере.
Так наз. совершенное- охлаждение, то есть охлаждение в промежуточном охладителе до первоначальной температуры, обычно не применяется, таккак это связано о большим расходом воды и с увеличением размеров промежуточных охладителей.
Обычно комби-нпруютэтидваме-тода охлаждения, то есть применяют охлаждение в „рубашках- и в промежуточных охладителях. В кажд. отдельном случае, зная основные разобранные здесь процессы, нетрудно бывает нанести весь процесс в TS диаграмму и найти затрату мощности. За идеальный процесс сравнения в турбокомпрессорах без охлаждения принимают адиабатический процесс. Адиабатическим коэффициентом полезного действия яаз. Отношение работы сжатия, подсчитанной для адиабаты, к работе сжатия по политропе (действительная работа сжатия), то есть
Фигура 31.
_ V(v
ад — о I.
-Ц
cp“(V-t,) ‘
В виду небольших разностей температур t, и V, теплоемкости Ср можно принять равными. Тогда по сокращении получим:
_ Ср (Ц — t.)
Ьд — — _
т/ад т-ад
В турбокомпрессорах с охлаждением за идеальный процесс сравнения принимают изотермический процесс. Изотермический коэф. пол. действ- т)ИЗ определится нз равенства
_ изтОив--е—
V -1,
(20)
Фигура 33.
Работу изотермического сжатия L„a легко определить, зная пределы давлений и начальную температуру воздуха.
Зная для данного типа машины т)из, определим действительную работу сжатия Ьд.
Результаты испытания турбокомпрессоров даются в виде характеристик. Подобная характеристика давя на фигуре 33.
По оси абсцисс отложена подача в м.3/час., а по оси ординат—давления воздуха в килограммахр./сма. (атм.), затрата мощности в лошадиных силах и изотермический коэффициент полезного действия. Как видно из характеристики, затрата мощности на приведение в действие турбокомпрессора может достигать весьма значительных величин. Для рассматриваемого турбокомпрессора она превышает 4.000 л. с. Изотермический коэффициент полезного действия имеет значение 0,67 для нормальной подачи в 36.000 м.3/час. воздуха. Воздух сжимается при этом до давления в 9,2 атмосфер абс
Определяя из опыта температуры t, и t/, получим величину -Оад.
Обратно, зная для данного типа турбокомпрессора адиабатический коэффициент полезного действия т;ад я пределы давлений, можем нанести в TS диаграмме адиабату сжатия, вычислить затрату работы сжатия по адиабате, а затем и действительную затрату работы.
14000
Фигура а4.
При эксплоатацни турбокомпрессоров иногда на“ блюдаются явления так называемым .перебоев- Чтобы уяснить это явление, рассмотрим напорную характеристику компрессора (смотрите фигура 34). 0“. — нормальнаяпроизводительность машины. РА — нормальное давление нагнетания. Предположим, что нагнетательная труба турбокомпрессора соединена с большой сетью труб, имеющих значительную емкость. При уменьшении подачи, точка А, двигаясь влево по кривой, достигнет точки С. Вместе с тем, давление воздуха в системе трубопроводов постепенно увеличивается.
Если расход будет уменьшаться и далее, то давление воздуха в системе труб превысит давление в выхлопной трубе турбокомпрессора, и воздух потечет обратно из системы труб в машину, нагнетание прекратится, и точка С перейдет в точку В. Если расход воздуха из системы продолжается, давление воздуха в системе труб падает и достигает величины Рв. В этот момент турбокомпрессор снова начинает нагнетать, и точка В переходит в точку К. Когда нагнетаемый объём превышает расходуемый, дав#°нне в системе труб снова начнет повы-
сферу. Если расход воздуха прекратится совершенно, запорный клапан закрывается, а регулирующий будет открыт полностью, пропуская ф0 куб. м. воздуха при давлении Рс. На фигуре 35 клапан показан в этом положении. Порщень D служит буфером и предотвра-
Фигура 35.
гааться и достигнет величины Рс. В этот момент нагпетапне прекращается. След., мы получим неустойчивую работу. На силу и частоту перебоев оказывает влияние емкость сиотемы труб. Во избежание этого явления применяют регуляторы. Наиболее распространенным методом является открытие автоматического вспомогательного клапана, который позволяет выпускать некоторое количество сжатого воздуха в атмосферу. Конструкция такого регулятора показана на фигуре 35. Регулятор ставится на нагнетательной трубе турбокомпрессора. А — шпиндельный запор Ы“ клапан; на той же геометрической оои имеется клапан с двойным седлом В, поддерживаемый пружипой С. Поднятие клапапа А зависит от объёма подаваемого воздуха. Когда этот объём уменьшается до критического Ос шпиндель запорного клапана А приходит в соприкосновение с регулирующим клапаном, открывает последний и позволяет воздух в количестве Ос — 0 выпускать в атмо
|
= | |
_“г | |
|
N
13 | |
| |
|
| |
: г | |
У | |
|
0 | |
9 II | |
| |
|
| |
.!_is | |
| |
глуг“
Фигура 36.
щает удары клапана А. Регулирование подачи воздуха можно также производить при помощи поворотных .лопаток диффузора (смотрите фигура 86). Каждая лопатка (1) может быть повернута около оси (2), уменьшая или увеличивая площадь прохода между двумя соседними лопатками. Лопатки поворачиваются при помощи подвижного кольца (3), которое приводится в движение сиотемою рычагов (4, б) от поршня сергомотора (6 управляемого сжатой пру-
|
g- -г-1- | |
1-- - | |
|
fW] | |
Й | |
|
u_: | |
|
| |
| |
|
| |
| |
фнг. 37.
жиной (7) и воздушным буфером (8), куда воздух попадает через отверстие (9). Утечка воздуха контролируется клапаном (11). При уменьшении расхода ниже нормы, динамический напор уменьшается, вследствие чего открытие клапана (11) увеличится. Давление на правую сторону поршня (6) при этом уменьшится, и поршень под влиянием пружины (7) будет двигаться вправо, вызывая тем самым поворот лопаток (1) и увеличение площади меж лопаткамидиффузора, вследствие чего расход будет увеличиваться, пока не достигнет нормальной величины.
Широкое распространение турбовоздуходувок и турбокомпрессоров вызвано преимуществами, которые онп имеют по сравнению с поршневыми воздуходувками. Различные отрасли техники требуют большого количества воздуха, под тем или другим напором. Сюда относятся: металлургическое производство (доменные печи, копвертеры Бессемера), химическая технология (продувание воздуха и газов через различные растворы) и так далее До появления турбовоздуходувок эта потребность удовлетворялась почти исключительно поршневыми воздуходувками, размеры которых достигали весьма значительных величин. Стремление к экономии места, облегчению фундаментов под машины и было главной причиной развития турбовоздуходувок и турбокомпрессоров. Преимуществом является также отсутствие в сжатом воздухе паров смазочных масел, чего нельзя достигнуть в поршневых воздуходувках. Это обстоятельство особенно важно для химической технологии.
По конструкции турбовоздуходувки весьма сходны между собой. То же можно сказать и про турбокомпрессоры. Поэтому достаточно показать по одному типу машин того и другого рода. Трехступенчатая воздуходувка показ, на фигуре 37. Она дает 700 м.ямнн. воздуха при напоре в 1.700 миллиметров. вод. столба и при п==3.000 об./мин. Для уравновешивания осевого давления служит диск, боковые стороны которого имеют сообщение со всасывающей и нагнетательной сторонами турбовоздуходувки. Для соединения со всасывающей стороной служит труба, показанная на фигуре 87.
На фигуре 38 представлен пятиступенчатый турбокомпрессор с охлаждением посредством охлаждающей рубашки. Он рассчитан на подачу в.500 м.3/час. воздуха с противодавлением в 5,0 м. вод. столба, при 3.000 об./мнн. Приводится в действие от электромотора.
На фигуре 39 представлен общий вид турбокомпрессора, приводимого в движение от паровой турбины, подающего 15.000 м.3/час. воздуха при давление в 7,0 атмосфер аба.
Компактность турбокомпрессоров обязана большому числу оборотов, которые делает вал машины. Но эта компактность была достигнута постепенно. Первые турбокомпрессоры имели свыше 30 колес в одном кожухе. Стремление к экономии места и упрощению конструкции привело к необходимости увеличения окружной скорости. Благодаря увеличению окружной скорости стало возможным уменьшение числа колео до 10 —12, при том конечном давлении, которое раньше создавалось при помощи 30-ти колес. Увеличение окружи.
it Dn _
скорости u=, где D — водиаметр колеса и и — число оборотов в минуту, может идти или за счет увеличения размеров диаметра D, или за счет увеличения числа оборотов. Увеличивая диаметр колес, мы весьма значительно увеличиваем потери. Поэтому дальнейшие улучшения в конструкции турбокомпрессоров идут по линии увеличения числа оборотов. Большие окружные скорости требуют применения материалов наивысшего качества, из лучших сортов стали, в виду больших напряжений от центробежных сил. В настоящее время имеются турбокомпрессоры, делающие до 1S.000 об./мин., а в отдельных случаях превышают эту величину. Дальнейшему увеличению числа оборотов, а, следовательно, и боле»
Фигура 39.
компактной конструкции, предел ставится свойствами материалов (стали), имеющихся в распоряжении современной техники.
Литератуп a. Gonwald Я., „Zentrifugal-Venti-latoren“, 1925. Wiesmann Я., „Die Ventilatoren, 1924. Karg /е., pScKleudergeblase“, 1926. Ostertag P., „Kol-ben- und Turbo-Koinpreseoren-, 1923. Kearton W., „Turbo-Blowers and Compressors“, 1926. Hinz A., „Ther-mod. Grundlagen der Kolben- und Turbokompressoren“, 1914. Статьи в журналах: Zeit. d. Ver. deutsch. Inge-nieure (V. D. I.), Z. f. d. gesam. Turbinenweeen, Glue-kauf, Technique Moderne, Stahl und Kisen и друг.
A. JSedrjmunof 
Фигура 38.
роль Ц.-с. с.; оно может Сыть выражено вышеуказанной формулой. В других случаях источником Ц.-с. с. может являться какое-нибудь тело, которое своим давлением или натяжением постоянно отклоняет тело, описывающее окружность, от того прямолинейного пути, по которому тело двигалось бы вследствие инерции. Напр., если вагон движется по закруглению, он стремится по инерции слететь с рельсов и продолжать движение по касательной: рельсы давлением, которое они производят на колеса вагона, сворачивают его с прямого пути и заставляют описывать дугу: давление рельсов на колеса есть Ц.-с. с. Точно так же, когда математический маятник (смотрите XXVIII, 358) описывает дугу в вертикальной плоскости, то на его шарик действует Ц.-с. с., которая берется из натяжения нити. Применяя 3-ий закон движения (смотрите XVIII. 42), приходим к выводу, что с какой силой рельсы давят на колеса вагона, с такой же силою и колеса давят на рельсы в противоположную сторону 1то есть от центра к окружности); далее, с какою силою натяжение нити маятника действует (по направлению к центру окружности) на шарик, с такою же силой и шарик тянет нить от центра. Вообще, если круговое движение тела осуществляется благодаря наличию некоторого препятствия, ограничивающего свободу движения тела, то на ряду с .действием“ препятствия на тело — Ц.-с. с. — существует „противодействие“ тела на препятствие. Это противодействие паз. центробежной силой. Ц.-б. с., по 3-му закону движения, всегда равна Ц.-с. (след., выражается формулой — ), но направлена от центра.
Кроме такого понимания Ц.-б. с., существует еще другое, которое можно разъяснить на след, примере. Пусть чертеж изображает сечение земного шара по одному из меридианов. N и S — полюсы, EQ — экватор, KL — параллель на широте <р. Пусть на этой параллели в точке К находится некоторое тело, подвешенное на нити (например, грузик отвеса). Если бы земля не вращалась, то это тело под действиемсилы КР ньютоновского тяготения (см XLII, 1) стремилось бы к центру земли; нить своих“ натяжением уравновешивала бы эту силу и, значит, приняла бы направление радиуса КО. На самом же деле земля вращается около оси NS, вследствие чет,о .тело К описывает окрулсность радиуса КС. Необходимая для такого движения Ц.-с.
с. KS, величину которой нетрудно вычислить по формуле берется, каксоставляющая, из приложенной к телу силы КР; другая лее составляющая KR уравновесится натяжением КТ нити, которая поэтому и расположится по продолжению KR1). Сила KR есть „сила тяжести“, или „вес“ тела; нахождение ее величины есть главная цель, которой служит предшествующее рассуждение. Но этой цели молено достигнуть несколько иначе, рассматривая вес тела KR не как разность (геометрическую, см. VIII, 154) сил КР и KS, но как равнодействующую силы КР и фиктивной силы КМ, равной и противопололеной Ц.-с. с. KS. Эта фиктивная сила опять-таки наз. Ц.-б. с. (во втором понимании). Существенное различие обоих пониманий заключается в том, что в первом случае Ц.-с. и Ц.-б. силы приложены к разным телам, тогда как во втором случае они приложены к одному и тому же телу. Поэтому оба понимания Ц.-б. с. несовместимы.
Ц.-б. с. во втором понимании мы назвали фиктивной. Но при известных условиях ее возмолено было бы рассматривать как реальную. Так, если бы земные физики были чужды представления о вращении земли около оси, то, наблюдая изменение силы тяжести с широтой (смотрите XLII, 3), они могли бы прийти к выводу, что сила тяжести есть равнодействующая силы, соответствующей тяготению, и силы КМ; с их точки зрения эта сила КМ была бы реальной.
Второе понимание Ц.-б с. само-по-себе имело бы малую ценность, если бы оно не представляло собой частного
1) Мы имем здесь пример часто встречающегося r физике разложения силы, приложенной к телу, по правилу параллелограмма па две составляющих силы, из которых одна двигает тело, а другая уничтожается его связями. Другой подобный пример дается наклонною плоскостью (смотрите XXIX, 552).
115/3
применения весьма общего механического принципа — т. н. принципа Да-ламбера (смотрите XVII, 523). Этот принцип позволяет динамические задачи о движении заменять (более простыми) задачами о равновесии, причем нужно только к каждой движущейся материальной точке приложить фиктивную „силу инерции“, равную произведению массы точки на имеющееся у ней ускорение и направленную в сторону, противоположную этому ускорению. Тогда все силы, действующие на каждую материальную точку, будут уравновешиваться (так, в разобранном примере уравновешиваются три силы КР, КТ, КМ. Сила КМ как раз и есть „Ц.-б. с. инерции“). А. Бачинский.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Центростремительная и центробежная сила
