Питання. 1 страница

Медицинских вузов

Учебное пособие

ЗАНЯТИЯ ПО ФИЗИКЕ

ПРАКТИЧЕСКИЕ И ЛАБОРАТОРНЫЕ

для студентов первого курса

Авторы- составители:

Г.Е, Кирко, А.Л. Афанасьев, Я.Р.Кустова, А.Г. Корякина, З.А. Смирнова,

Н.В. Зернина, Н.К. Сазонова, М.Р. Черемных

Редактор Н.А. Щепина

Корректор Е.М. Сторожева

Подписано в печать 30.10.2008.

Формат 60х90/16.Усл. печ. л.____________

Тираж ______________экз. Заказ № ___________

Редакционно- издательский отдел

ГОУ ВПО ПГМА им. ак. Е.А. Вагнера Росздрава

614990, г. Пермь,ул. Большевистская,85

Отпечатано в

1. Призначення, застосування, класифікація компресорних машин.

2. Поршневі і діафрагменні компресорні машини.

3. Роторні компресорні машини.

4. Відцентрові компресорні машини.

5. Осьові компресорні машини.

6. Компресорні установки.

7. Елементи компресорних установок.

1. Призначення, застосування, класифікація компресорних машин.

Компресорні машини призначені для переміщення газів при степені підвищення тиску > 1,15.

Загальну класифікацію компресорних машин можна представити у вигляді рисунка 1.

Рис 1. Класифікація компресорних машин

Компресори стискають газ і мають штучне охолодження порожнин, в яких стискається газ, що і відрізняє їх від простих газодувок. Газодувки використовуються в межах кінцевих тисків 0,25 МПа.

Вакуум-насоси – це машини, які відсмоктують газ із пристроїв, створюючи при цьому певне розрідження в пристроях.

Наведені особливості названих машин визначають і їх застосування. Так компресори використовують в пневматичних системах і приводах машин, спеціальних компресорних станціях з тиском до 100 і більше МПа.

Газодувки ефективні для забезпечення роботи пневмотранспортних установок, вакуум-насоси – пилесосних, аспіраційних установках та в пускових установках рідинних насосів.

Порівняльні характеристики компресорних машин представлені в таблиці 1.

Табл. 1.

Характеристика компресорних машин
Тип	Показники
подача, м^3/с	Степінь підвищення тиску	Частота обертання вала с^-1
Поршневі	вакуум-насоси компресори	0-1,7 0-8,5	1-50 2,5-1000	1-25 1,7-50
Роторні	вакуум-насоси газодувки компресори	0-1,7 0-8,5 0-8,5	1-50 1,1-3 3-12	4-100 5-250 5-250
Відцентрові	вакуум-насоси газодувки компресори	0-100 0-85 1,7-65	1-1,15 1,1-4 3-20	5-50 5-50 25-750
Осьові	вентилятори компресори	0,9-165 1,7-250	1-1,04 2-20	12-166 8,5-335

2. Поршневі і діафрагменні компресорні машини.

Поршневі і діафрагменні компресорні машини, відповідно рис. 2 і 3 – це об’ємні машини циклічної зворотно-поступальної дії.

Рис. 2. Поршневий компресор. Рис. 3. Діафрагмений компресор.

У цих компресорах робочими органами відповідно є поршень і діафрагма, які здійснюють зворотно-поступальний рух. Стиснення газу здійснюється робочим органом в робочих камерах, які періодично міняють свій об’єм поперемінно з'єднуючись з входом і виходом компресора. При цьому протікають такі фази процесу як розширення, всмоктування газу при русі робочого органа в напрямку нижньої мертвої точки і відкриття впускних клапанів та стиснення і витіснення газу в систему при русі робочого органа до верхньої мертвої точки при відкритті випускних клапанів. Основні конструкції поршневих компресорів представленні на рисунку 4.

За кількістю потоків (циліндрів)

Однопоточні Багатопоточні

За кількістю ступеней

Одноступеневі Багатоступеневі

За розташуванням циліндрів

з рядним з V-подібним

з прямокутним з опозитним

Багатоступеневі з диференційними поршнями

Прямоточного типу Односторонньої дії

За типом клапанів

з пластинчастими з тарілчастими з прямоточними

Рис 4. Конструкції поршневих компресорів

З. Роторні компресорні машини.

Роторні компресорні машини - машини неперервної об'ємної дії, робочим органом яких є ротори.

За кількістю ступеней

Одноступеневі Багатоступеневі

За типом роторів

Пластинчасті Двохроторні Шестерняні

Гвинтові Водокільцеві (вакуум-насоси)

Рис 5. Конструкції роторних компресорів

4. Відцентрові компресорні машини.

Відцентрові компресорні машини – машини динамічної дії робочим органом, яких є радіальні колеса з лопатями загнутими назад.

Одноступеневі Багатоступеневі

Рис 6. Конструкції відцентрових компресорів

5. Осьові компресорні машини

Осьові компресорні машини – це машини динамічної дії.

Класифікують осьові компресорні машини

За типом проточної частини

НА - напрямні апарати; РЛ - робочі лопаті; СА - спрямні апарати.

Рис 7. Конструкції осьових компресорів

6. Компресорні установки.

Компресорні установки призначені для накопичення стисненого газу /повітря/. Компресорні установки /рис, 8/ крім компресора включають повітрозбірник, фільтр, силову установку і привод компресора, реле тиску, ресивер, запобіжний клапан, манометри, кран зливу конденсату, відвідний кран. Крім того вони можуть включати холодильники, термометри, регулятори тиску, масло-вологовідокремлювачі, пристрій для боротьби з підмерзанням системи, зворотні клапани, тахометри.

Рис. 8 Функціональна схема компресорної установки.

Робота компресорної установки полягає в наступному. Компресор приводиться в дію від силової установки. Повітря /газ/ через забірник і фільтр забирається компресором, стискається і через холодильник, масло-водовідокремлювач, зворотній клапан подається в ресивер, де і накопичується. Тоді коли в ресивері тиск досягає номінального значення, регулятор тиску переводить компресор в холостий режим роботи, або ж реле тиску вимикає двигун. У випадках, коли з якихось причин тиск в ресивері перевищує номінальне значення, зайве повітря запобіжним клапаном випускається в атмосферу. Вода і масло, яка накопичується в установці, зливається зливними кранами. Стиснене повітря /газ/ подається до споживачів при відкритих відвідних кранах.

Фільтри призначені для очистки повітря від пилу. Залежно від запиленості і вимог до якості очистки використовуються одно і багатоступеневі фільтри. Фільтруючі елементи можуть бути матеріальними, інерційними / інерційні переважно застосовуються для грубої очистки повітря/, комбінованими. Конструкції фільтрів представлені на рисунках 9 і 10

Рис.9 Матеріальний фільтр Рис. 10 Багатоступеневий фільтр

Рис. 11 Шариковий регулятор Рис. 12 Діафрагменний регулятор тиску

Рис. 13 Регулятор тиску з пластинчатими клапанами

Тиск системи з регуляторами тиску відповідно задається натягом пружин: шарикового – 6, діафрагменно-поршневого – 4, з пластинчастими клапанами – 5.

Шариковий регулятор тиску включається в лінію паралельно і працює на відкриття з фіксацією впускних клапанів компресора плунжерами. При тиску в системі, а значить в порожнині А, меншому номінального клапан 2 закритий, а клапан 3 - відкритий. Порожнина А і Б роз'єднанні між собою, а Б і В - з'єднанні з атмосферою. Плунжери не діють на впускні клапани. Компресор дає повітря в систему. Коли тиск в системі досягає номінального під дією стисненого повітря клапан 2 перемагаючи силу пружини 6 відкривається, а клапан 3 закривається. При цьому з'єднуються між собою порожнини А і Б і роз'єднуються Б і В, повітря діє на плунжери, які відкривають і фіксують у відкритому положенні впускні клапани компресора. Компресор переводиться в холостий режим роботи, перекачуючи повітря з циліндра в циліндр або з атмосфери в атмосферу. При зменшенні тиску в системі під дією пружини 6 клапан З відкривається, а клапан 2 закривається. Порожнина Б з'єднується з порожниною В і атмосферою. Повітря з підплунжерного простору витікає в атмосферу Плунжери відпускають впускні клапани. Компресор переводиться в робочий режим подачі повітря в систему.

Діафрагменно-поршневий регулятор тиску працює аналогічно шариковому. Так при тиску в системі і порожнині А меншому номінального порожнини А і Б роз'єднані між собою. Поршень 2 знаходиться в контакті з клапаном 5. Клапан 5 відкритий. Порожнини Б і В з'єднанні між собою і атмосферою. Компресор подає повітря в систему. При досягненні номінального тиску під його дією діафрагма, перемагаючи силу пружини 4, прогинається вверх і тягне за собою поршень 2. Поршень відривається від клапана 5, і останній під дією пружини 6 закривається. Порожнини Б і В роз'єднуються. Поршневий отвір входить в зону порожнини А і через нього з'єднуються порожнини А і Б. Повітря подається до плунжерів впускних клапані^. Клапани відкриваються. Компресор переводиться в холостий режим роботи.

Регулятор тиску з пластинчатими клапанами включається в лінію послідовно. Коли тиск в системі і порожнині Б менший номінального, то повітря з порожнини А через зворотній клапан 2 поступає в порожнину Б. При досягненні в системі номінального тиску відкривається, перемагаючи силу пружини 5 клапан 4. З'єднуються порожнини Б і В. Повітря тисне на поршень 6, який переміщаючись в низ штоком, відкриває клапан 8. При цьому з'єднуються порожнини А і Г. Повітря з порожнини А через порожнину Г випускається в атмосферу при атмосферному тиску. Компресор працює в холостому режимі. При падінні тиску в системі клапан 4 під дією пружини 5 закривається. Порожнина В з'єднується з атмосферою. Клапан 8 під дією пружини 9 закривається. Роз'єднуються порожнини А і Г. Повітря подається в систему. Компресор працює в завантаженому режимі.

Масло-вологовідокремлювачі – призначені для відділення від повітря масла і вологи, їх осаджування і виведення з системи.

Відомо два основних типи масло-вологовідокремлювачів:

– інерційні (рис. 14);

– матеріальні (рис 15).

Рис. 14 Інерційні масло-волого- Рис. 15 Матеріальні масло-волого-

відокремлювачі відокремлювані

Інерційний масло-вологовідокремлювач працює за принципом закручування потоку газу гвинтовою поверхнею і відкиданням важких частинок відцентровими силами до корпуса, по якому частинки стікають вниз і осідають на дні відокремлювача. Конденсат періодично зливається через нижній отвір відокремлювача.

Матеріальний масло-вологовідокремлювач працює за принципом відновлювання з потоку частинок масла і води, які стікають в нижню частину відокремлювача.

Засоби боротьби з підмерзанням систем призначені для насичення системи агентами (антифризом, спиртом), які виключають можливість замерзання води, виділеної з повітря в місцях її скопичення.

Застосовуються в холодні періоди року.

До таких засобів відносяться антифризні насоси (Рис. 16) і спиртові випарники (Рис. 17).

Рис. 16 Антифризний насос. Рис. 17 Випарник.

Антифризний насос працює за принципом витискання антифризу в систему, шляхом переміщення поршня при відкритті впускного клапана рідиною.

Випарник працює за принципом ежекції парів спирту при відкритому впускному клапані.

Зворотні клапани (Рис. 18) і (Рис. 19) пропускають повітря в одному напрямку.

Рис. 18 Шариковий зворотний Рис. 19 Пластинчастий зворотний

клапан. клапан.

Запобіжні клапани (Рис.20) призначені для запобігання пневматичних систем від перевантаження.

Рис. 20 Запобіжний клапан.

Запобіжні клапани працюють за принципом випуску повітря з системи, при досягненні в останній максимально допустимого значення тиску.

Ресивери (Рис.21) - місткості для накопичення і зберігання стисненого газу (повітря). Мають один ввід і декілька відводів. На ресиверах, як правило, встановлюються зливний та відводні крани, запобіжні клапани.

Рис. 21 Ресивер.

Засоби зливу конденсату (Рис.22) призначені для видалення рідкого конденсату з системи.

А Б В

Рис. 22 Засоби зливу конденсату

Відводні крани (Рис. 23) призначені для відводу повітря від ресиверів до ліній споживачів.

Рис. 23 Віжводні крани.

Тема: Основи теорії та розрахунку вентиляторів.

Мета: З'ясувати основні теоретичні положення вентиляторних процесів,, ознайомитись з методикою розрахунку вентиляторів.

Питання:

1. Основи теорії вентиляторних процесів.

2. Подібність вентиляторів. Формули пропорційності.

3. Аеродинамічна схема. Аеродинамічна характеристика вентилятора і її регулювання.

4. Послідовна і паралельна робота системи вентиляторів. Аеродинамічні характеристики систем вентиляторів.

5. Основи розрахунку відцентрових вентиляторів.

6. Основи розрахунку осьових вентиляторів.

1. Основи теорії вентиляторних процесів.

Основною частиною всякого вентилятора є робоче колесо, при обертанні якого передається енергія двигуна газу (повітрю).

Тому теоретичний аналіз роботи вентилятора починається з дослідження руху частини в міжлопатевому просторі робочого колеса на основі паралелограмів швидкостей.

Рис.4.1. Паралелограми швидкостей частинок повітря в

міжлопатевих каналах вентилятора.

З аналізу паралелограмів швидкостей часток газу в міжлопатевому просторі робочого колеса відцентрового вентилятора, робота останнього полягає в наступному.

Газ, поступаючи в між лопатеві канали, обертається разом з колесом. Під впливом відцентрових сил переміщається до периферії колеса і викидається в канал, який розміщений навколо колесо.

Робота відцентрових сил приводить до збільшення енергії потоку.

Якщо вважати втрати енергії в каналах рівними нулю, то рівняння Бернуллі в такому випадку має вигляд:

В розвернутому вигляді:

Отже, Підвищення тиску в потоці, який переходить через колесо:

Ця рівність показує, що тиск, який розвивається колесом, є результатом двох процесів:

1) перетворення кінетичної енергії відносного руху;

2) перетворення роботи відцентрових сил.

В осьових вентиляторах аналіз роботи здійснюється на еонові теорії решітки профілів (рис.4.3), яку отримують шляхом розтину робочого колеса циліндричною поверхнею з радіусом г (рис.4.2) і розвертання цієї поверхні з розрізами лопатей на плоску площину. Цей аналіз виконується з використанням паралелограмів швидкостей решітки лопатей (рис.4.4).

Рис. 4.2. Схема чотирьохлопатевої осьової машини.

Рис. 3.3. Решітка лопатей осьової машини розвернута на площину.

З аналізу планів швидкостей (рис.4.4) видно, що решітка профілів міняє значення і напрямок відносної і абсолютної швидкостей.

З умови неперервності потоку осьові швидкості на вході і виході з робочого колеса осьового вентилятора, вважаючи, що внаслідок малого стиснення газу процес здійснюється ізотермічно, є рівними між собою.

Викладене говорить про те, що приріст енергії потоку в робочому колесі осьового вентилятора забезпечується закручуванням цього потоку.

Рис. 4.4. Паралелограм швидкостей частинок повітря в між лопатевих

каналах осьового вентилятора.

Напір, який розвивається робочими колесами вентиляторів, залежить від швидкості потоку і його розмірів. Основна задача теорії полягає у встановленні цієї залежності.

Кінематика потоку в криволінійних каналах, які обертаються, досить складна і часто теоретичні дослідження процесу досить громіздкі. Тому розрахунки ведуться з використанням дослідних коефіцієнтів, а спрощені теоретичні викладки, які не відтворюють в повній мірі всіх процесів і не дають достатньої точності, використовують для пояснення процесів.

Так, наприклад, пояснюється вплив форми лопатей на напірну характеристику відцентрового вентилятора (рис.4.5).

Теоретичним шляхом встановлені умови подібності вентиляторів і виведені формули пропорційності.

Рис. 3.5. Напірна характеристика відцентрового вентилятора.

2. Подібність вентиляторів.

Оскільки точні розрахунки досить трудні і громіздкі, то в практиці проектування вентиляторів користуються дослідними даними з досліджень подібних машин. Використання таких даних придатне за умови дотримання законів подібності.

Тут виділяється три види подібності, а саме геометрична, кінематична, динамічна, які характеризуються постійністю співвідношень відповідних для двох машин.

Ці співвідношення називають коефіцієнтами або масштабами подібності.

Геометрична подібність полягає в рівності відповідних кутів і сталості співвідношень відповідних розмірів двох вентиляторів.

де – коефіцієнт геометричної подібності.

Кінематична подібність полягає в рівності відповідних кутів паралелограмів швидкостей геометрично подібних вентиляторів і сталості співвідношень відповідних швидкостей:

де – коефіцієнт кінематичної подібності.

Динамічна подібність полягає в сталості співвідношень сил однакової природи, які діють у відповідних точках геометрично і кінетично подібним машин:

де – коефіцієнт динамічної подібності.

На основі цих законів подібності встановлені формули пропорційності.

Основні з них:

витрата

тиск

потужність

Коефіцієнти повного тиску і швидкодії є сталими для серії вентиляторів

,

де – напір створюваний вентилятором:

.

3.Аеродинамічна схема, аеродинамічна характеристика

вентилятора і її регулювання.

Вентилятори випускаються заводами в певних геометричних серіях. Кожна серія характеризується сталістю співвідношень відповідних розмірів. Тому геометрична форма даної серії подається аеродинамічною схемою (рис.4.6), де всі розміри вентилятора подаються у відсотках зовнішнього діаметра робочого колеса.

Аеродинамічними характеристиками вентиляторів (рис.4.7) називають графіки залежностей тисків або напорів, потужності на приводному валу і к.к.д. від об'ємної подачі. Вони можуть бути представлені в безрозмірних величинах.

Регулювання аеродинамічних характеристик вентиляторів здійснюється з метою забезпечення роботи пневматичної лінії в заданому режимі, як правило, шляхом регулювання подачі. Отже, регулювання може здійснюватись декількома шляхами.

Так, при зміні частоти обертання робочого колеса аеродинамічна характеристика змінюється, як показано на рис.4.8.

Рис. 4.6. Аеродинамічна схема вентиляторів: а) відцентрового; б) осьового

Рис. 4.7. Аеродинамічна характер- Рис.4.8. Аеродинамічна характе­-

ристика вентилятора. ристика при зміні частоти обертання.

При дроселюванні на вході аеродинамічна характеристика змінюється в закономірності показаної на рис.4.9.

При дроселюванні на виході аеродинамічна характеристика (рис.4.10) змінюється шляхом зміни характеристики пневматичної лінії.

Рис.3.9. Аеродинамічна характер- Рис.3.10. Аеродинамічна характер-

ристика при дроселюванні на вході. ристика при дроселюванні на виході.

Очевидно, що останній метод регулювання не зовсім доцільний, оскільки вимагає втрат енергії на збільшення робочого тиску вентилятора.

Часто в практиці застосовують комбіновані способи регулювання аеродинамічних характеристик, які можуть включати одночасно всі згадані види.

4. Паралельна і послідовна робота систем вентиляторів.

Аеродинамічні характеристики систем вентиляторів.

Для забезпечення роботи в пневматичних системах великої продуктивності часто використовують системи з декількох паралельно підключених до пневматичної лінії вентиляторів.

Рис. 4.11. Аеродинамічні характеристики Рис. 4.11. Аеродинамічні характеристики

при послідовному підключенні при паралельному підключенні вентиляторів. вентиляторів.

При цьому аеродинамічні характеристики змінюються з напрямку збільшення витрат (рис.4.11). Тобто, витратні характеристики окремих вентиляторів додаються.

При потребі підвищення тиску декілька вентиляторів підключають до системи послідовно. Тоді додаються напірні характеристики вентилятора.

5. Основи розрахунку відцентрових вентиляторів.

Вихідними параметрами для розрахунку вентиляторів є тиск і витрати (продуктивність) , які повинен розвивати вентилятор. Для гарантованого забезпечення названих параметрів їх розрахункові значення приймають

Теоретичні значення:

де – гідравлічний к.к.д.; – об'ємний к.к.д.

Колова швидкість на зовнішньому діаметрі робочого колеса

,

де – густина повітря; – коефіцієнт закручування потоку на виході.

Об'ємний к.к.д.

Коефіцієнти закручування потоку (), який являє собою співвідношення проекції абсолютної швидкості на колову () і колової швидкості () та гідравлічний к.к.д. () відцентрових вентиляторів залежить від кута установки лопаті на виході ().

Дата добавления: 2014-11-29