Опишите конструкцию узлов и деталейцентробежного компрессора, корпуса, рабочего колеса, устройств для восприятияосевого усилия, направляющих аппаратов и обратных канатов
Компрессоры – это устройства длясоздания направленного потока газа под давлением. Компрессорные установкидовольно сильно распространены, они широко используются в холодильныхустановках, в пневматических устройствах, а также в контрольно-измерительнойаппаратуре.
Компрессоры, упрощенно, состоят:
— Электродвигателя или привода;
— Нагнетающей установки;
— Емкостей для сжатого газа;
— Соединительных шлангов и труб. Центробежныйкомпрессор в основном состоит из корпуса и ротора, имеющего вал с симметричнорасположенными рабочими колёсами. Центробежный 6-ти ступенчатый компрессорразделён на три секции и оборудован двумя промежуточными холодильниками, изкоторых газ поступает в каналы. Во время работы центробежного компрессорачастицам газа, находящимся между лопатками рабочего колеса, сообщаетсявращательное движение, благодаря чему на них действуют центробежные силы. Поддействием этих сил газ перемещается от оси компрессора к периферии рабочегоколеса, претерпевает сжатие и приобретает скорость.
Конструкцию холодильного компрессорарассмотрим на примере фреонового двухступенчатого компрессора ТКФ-248(холодильная машина ХТММФ-248-4000).
Корпус (статор) компрессора литой,чугунный, состоит из двух половин — верхней и нижней, соединенных шпильками. Ихвзаимное положение фиксируется коническими штифтами. Для облегчения подъема вверхней половине предусмотрены отжимные болты уплотнение горизонтальногоразъема между половинами корпуса осуществляется паронитовой прокладкой толщиной 0,6 мм, проваренной в глицерине.
Корпус, установленный на литойфундаментной плите, при нагреве имеет возможность перемещения по шпонке. Вкорпусе предусмотрены отверстия для подвода слива масла, а также для присоединенияуравнительных линий. Для подъема и транспортировки компрессора на нижнейполовине корпуса имеются грузовые крюки (приливы).
Ротор (вращающаяся частьтурбокомпрессора) состоит из вала, на котором закреплены два рабочих колеса иразгрузочный поршень (думмис). Ротор — одна из наиболее ответственных частейкомпрессора. Его детали испытывают сложные напряжения, вызываемые центробежнымисилами, крутящим моментом, знакопеременными нагрузками, вибрацией,температурной деформацией. Все узлы и детали ротора изготавливают извысококачественной углеродистой или легированной стали. Каждое колесоподвергается статической балансировке и разгонным испытаниям, а ротор в сборе —динамической балансировке. Насадка рабочих колес на вал осуществляется погорячей посадке на шпонке.
Усилия, действующие на каждое колесов осевом направлении, не уравновешены. Это вызвано тем, что на кольцевуюповерхность колеса со стороны входа пара действует давление всасывания, а насоответствующую ей поверхность с противоположной стороны — давление нагнетания.В результате создается осевая сила, которая стремится сдвинуть ротор в сторонувсасывания.
Для уменьшения действия осевых силиспользуют разгрузочный поршень (думмис). Со стороны колеса на думмис действуетконечное давление нагнетания, а с противоположной стороны — давлениевсасывания. При этом возникает результирующая сила, стремящаяся подвинуть роторв сторону нагнетания. Она уравновешивает осевую силу, действующую на колесо врезультате увеличения давления при сжатии пара.
Межступенчатые (лабиринтные)уплотнения применяют гребенчатого типа. Они бывают концевыми и промежуточными.Концевые уплотнения препятствуют переточкам пара в подшипниковые камеры, апромежуточные — из одной ступени в другую, минуя проточную часть. В зависимостиот типа уплотнений зазоры составляют от 0,1 до 0,35 мм.
Торцовые уплотнения (сальники)применяют двух типов: для герметизации выходного конца вала ротора и выходногоконца вала маслонасоса системы смазки.
Торцовое уплотнение вала роторапредставляет собой систему подвижных и неподвижных элементов, обеспечивающихподвижное уплотнение выходного конца вала ротора как при работе, так и пристоянке компрессора. В полости уплотнения циркулирует масло, обеспечиваягидравлический затвор, смазку, трущихся поверхностей и их охлаждение.
Масло в полость сальника подводится вверхнюю часть корпуса от системы смазки. Слив масла производят через зазор вплавающем подшипнике.
Входной направляющий аппарат служитдля плавного регулирования производительности. Он состоит из лопаток, которыемогут поворачиваться в корпусе с помощью приводного механизма. На хвостовикахлопаток закреплены шестерни, находящиеся в зацеплении с общей коническойшестерней, посредством которой поворачиваются лопатки. Приводной валикмеханизма уплотнен в корпусе сальником, состоящим из резиновых колец, поджатыхрезьбовой втулкой. Изменением угла установки лопаток изменяютпроизводительность компрессора от 100 до 30% номинального значения.
Компрессор имеет две уравнительные линии:уравновешивающую давление в масляных полостях компрессора и маслобака сдавлением всасывания и уравновешивающую давление за думмисом с давлениемвсасывания. Первая линия служит для предотвращения уноса масла из маслоблока иподшипниковых полостей в испаритель, вторая — для уменьшения осевой силы,действующей на ротор.
Ротор вращается в двух подшипниках,один из которых опорный, другой — опорно-упорный. Корпуса подшипниковпосредством крышек прикреплены к корпусу компрессора.
Опорные подшипники воспринимают весротора и динамические переменные усилия, а также фиксируют положение ротораотносительно корпуса в радиальном положении. Подшипник состоит из корпуса ивкладыша с заливкой из баббита Б-83. Масло подается в нижнюю часть подшипникачерез дроссельную шайбу.
Положение вкладыша в подшипнике иположение ротора относительно корпуса регулируется в радиальном направлении спомощью прокладок, устанавливаемых под опорными сухарями (подушками),прикрепленными к нижнему и верхнему вкладышам.
Опорно-упорный подшипник состоит изопорной и упорной частей. Конструкция опорной части аналогична конструкцииопорного подшипника. Упорная часть подшипника служит для восприятия частиосевого усилия (за вычетом усилия, воспринимаемого думмисом), она —двусторонняя с шестью упорными колодками с каждой стороны. Колодки упираются вкорпус подшипника через дистанционное кольцо, с помощью которого выдерживаетсянеобходимый осевой зазор между колодками и упорным диском. Упорная частьколодок залита баббитом Б-83.
Опишите назначение, принцип работы и конструктивное устройство центробежныхвентиляторов. Вычертите схемы отдельных узлов
Центробежные вентиляторы широкораспространены в промышленности и коммунальном хозяйстве для вентиляции зданийи отсасывания вредных веществ в технологических процессах.
В теплоэнергетических установкахцентробежные вентиляторы применяются для подачи воздуха в топочные камерыкотлов, перемещения топливных смесей в системах пылеприготовления, отсасываниядымовых газов и выброса их в атмосферу. Воздух в вентилятор поступает черезвходной патрубок 1и направляется в рабочее колесо 2, которое состоитиз: ступицы 5, ведущего диска 7, лопастей и (ведомого) покрывного кольцевогодиска 9.Обычно рабочее колесо приводится во вращение при помощи ступицы5, насаженной на рабочий вал 6, который передает движение непосредственно отдвигателя или с помощью трансмиссионной передачи. На ступице смонтированведущий диск, к которому прикреплены лопасти рабочего колеса. Со стороны входана лопастях рабочего колеса крепится покрывной кольцевой диск 9
Вращающееся рабочее колесо помещаетсяв неподвижный спиральный кожух 8, имеющий на выходе расширяющийся патрубок 4.Воздух или газ, попадающий через входной патрубок 1 в рабочее колесо 2,лопастями отбрасывается с большой скоростью к периферии. Передача энергиивоздуху завершается в рабочем колесе. Часть этой энергии вследствие силовоговоздействия лопастей рабочего колеса получается в виде потенциальной энергиидавления. Другая часть, в зависимости от степени реактивности рабочего колеса,получается в виде кинетической энергии (скоростного напора).
Конструктивное устройство центробежного вентиляторапростейшего типа показано на рис. 1.
/>
Рис. 1 – Центробежный вентилятор
1 – ступица; 2 – основной диск; 3 – рабочиелопатки; 4 – передний диск; 5 – лопастнаярешетка; 6 – корпус; 7 – шкив; 8 – подшипники; 9 – станина;10, 11 – фланцы
Рабочее колесо вентилятора состоит излитой ступицы 7, жестко сопряженной с основным диском 2. Рабочие лопатки 3 крепятсяк основному диску 2 и переднему диску 4, обеспечивающему необходимую жесткостьлопастной решетки 5. Корпус 6 вентилятора крепится к литой или сварной станине 9,на которой располагаются подшипники 8, несущие вал вентилятора с посаженным нанего рабочим колесом. На корпусе вентилятора установлены фланцы 10 и 11 длякрепления всасывающей и напорной труб.
Центробежные вентиляторы выпускаютсязаводами в определенных геометрических сериях. Каждая серия характеризуетсяпостоянством отношений сходственных размеров; размеры отдельных машин и ихрабочие параметры в серии различны.
Обозначение центробежных вентиляторовв соответствии с государственными стандартами включает букву Ц, указывающую наосновной признак типа – центробежный, пятикратное значение коэффициента полногодавления в режиме при />max, округленное доцелого числа, и значение коэффициента быстроходности в режиме />max, такжеокругленное до целого числа. Обозначение вентилятора включает и его номер,представляющий собой значение диаметра D2, выраженное в дециметрах.Например, центробежный вентилятор с диаметром рабочего колеса 400 мм, имеющий при максимальном КПД коэффициент полного давления 0,86 и быстроходность 70,обозначается Ц4–70–4.
Характерной конструктивной величиной центробежного вентилятораявляется отношение выходного и входного диаметров межлопастных каналов рабочегоколеса D2/D1. В обычных конструкциях это отношениевыбирается небольшим (1,2–1,45), радиальная длина лопасти составляет(0,084–0,16)D2.
Теоретический напор вентилятораопределяется по уравнению Эйлера, которое с учетом радиального входа потока (c1u= 0) можно записать в следующем виде:
Нт = u2c2u/g
Отсюда теоретическое давлениевентилятора:
рт = />u2с2u,
где /> – средняя плотность перемещаемогогаза, кг/м3.
В реальном вентиляторе часть давления теряется в проточнойчасти.
Если поток газа на входе в вентиляторимеет параметры p1ст и с1, а на выходе р2сти с2, то полное давление, развиваемое вентилятором:
/>
где />– статическое давление потокасоответственно на выходе и входе
вентилятора, Па;
с1, с2–соответствующие скорости потока, м/с.
Работа вентилятора при заданнойчастоте вращения характеризуется объемной подачей Q, полным давлением р, мощностьюN и полным КПД />.
Полезная мощность (Вт) вентилятораопределяется по формуле:
Nпол = р·Q,
где Q –объемная подача(производительность) вентилятора, м3/с.
Мощность на валу (эффективная мощность) N обычноопределяется при испытании вентилятора.
Вентиляторы характеризуются двумяКПД: полным и статическим, так как в некоторых случаях для вентиляторовхарактерно не полное давление, ими развиваемое, а лишь статическая часть его рстили соответственно статический напор Нст.
Статический КПД дополняет оценку эффективности вентилятора,так как в полной энергии, сообщаемой потоку газа, существенную долю составляеткинетическая энергия. Ориентировочно />ст меньше />на 20–30 %.
Мощность двигателя для приводавентилятора (кВт) выбирают с запасом на возможные отклонения рабочего режима отрасчетного:
/>
где /> – полный КПД вентилятора;
/> – КПД передачи.
При непосредственном соединении валов двигателя и вентилятора/>= 1, приклиноременной передаче />= 0,92.
Коэффициент быстроходности вентилятора характеризует конструкциюрабочего колеса, следовательно, способность создавать давление. Если принятьплотность воздуха />= 1,2 кг/м3, то
/>
Для каждого типа вентиляторахарактерно определенное значение коэффициента быстроходности:
Центробежные высокого давления –10–30,
Центробежные низкого и среднегодавления с лопатками:
отогнутыми вперед – 30–60
отогнутыми назад – 50–80
Центробежные двустороннего всасывания– 80–120.
Конструкция вентилятора определяетсяего аэродинамической схемой, под которой понимается схематический чертеж егопроточной части с указанием основных размеров в долях наружного диаметра колеса.
Конструктивная форма и размерывентилятора определяются его подачей, давлением и частотой вращения.
Формы рабочих колес вентиляторов данына рис. 2.
/>
Рис. 2 – Формы рабочих колесцентробежных вентиляторов
а – барабанная; б – кольцевая, в, г – сконическими покрывающими дисками;
д, е – соответственно однодисковых ибездисковых
Формы, показанные: — на рис. 2а, б, свойственнывентиляторам низкого давления с лопатками, загнутыми вперед; — на рис. 2б–г, характерныдля вентиляторов низкого, среднего и высокого давлений с лопатками, загнутыминазад;
— на рис. 2г, применяется для колесбольшой подачи и находит применение, в частности, для дутьевых вентиляторов идымососов ТЭС.
Открытые однодисковые и бездисковыеколеса форм (рис. 2д, е) применяются в пылевых вентиляторах, служащих дляподачи смесей газов с твердыми частицами, например в системах пылеприготовленияТЭС.
В вентиляторах применяются все тритипа лопастей.
По назначению вентиляторыподразделяются на следующие группы: вентиляторы общего назначения (Ц); — вентиляторы дутьевые (БД); — дымососы (Д); — вентиляторы горячего дутья (ВГД); — вентиляторы мельничные (ВМ); — вентиляторы специального назначения.
По направлению вращения рабочего колеса различают вентиляторыправого вращения (колесо вращается по направлению движения часовой стрелки,если смотреть со стороны привода) и левого вращения. По направлению выхода газавентиляторы изготовляются с различными положениями корпуса.
Вентиляторы общего назначения пополному давлению, создаваемому при номинальном режиме, подразделяются навентиляторы низкого (до 1 кПа), среднего (от 1 до 3 кПа) и высокого (свыше 3кПа) давления.
К вентиляторам низкого давленияотносятся вентиляторы средней и большой быстроходности. Рабочие колеса этихвентиляторов имеют широкие листовые лопатки. Окружная скорость вращения колессоставляет менее 50 м/с.
Вентиляторы низкого давленияиспользуются в вентиляционных системах.
Вентиляторы среднего давления имеютокружную скорость до 80 м/с, лопатки этих вентиляторов выполняются какзагнутыми вперед, так и назад и применяются как в вентиляционных, так итехнологических установках различного назначения.
Вентиляторы высокого давления имеютокружную скорость свыше 80 м/с, лопатки загнуты назад.
Опишите устройство, объясните принципдействия и вычертите схему аммиачного турбокомпрессора АТКА
Агрегат типа АТКА имеет привод отсинхронного или асинхронного электродвигателя через мультипликатор, двухэтажнуюкомпоновку. Компрессор, редуктор и электродвигатель устанавливаются на отметке+4,8 м. Работает установка следующим образом. Парообразный аммиак засасываетсяв первую секцию компрессора АТКА-545, где он сжимается до промежуточного давления.Сжатые пары поступают в промежуточный холодильник, где частично охлаждаются.Затем в трубопровод по ходу газа впрыскивается жидкий аммиак, который, попадаяв газовый поток низкого давления, испаряется и тем самым охлаждает газообразныйаммиак. Далее охлажденный аммиак проходит отделитель жидкости и всасывается вовторую секцию 10 компрессора, где сжимается до давления конденсации. Из второйсекции компрессора сжатые пары поступают последовательно в конденсатор,ресивер, промежуточный сосуд и испаритель (на схеме не показано). Основныесборочные единицы аммиачных агрегатов типа АТКА унифицированы между собой и срядом сборочных единиц других турбоагрегатов. Корпус турбокомпрессора отлит изчугуна. Средняя часть корпуса выполнена в виде цилиндра с продольными икольцевыми ребрами жесткости. Корпус имеет горизонтальный разъем. Верхняя инижняя половины корпуса соединяются стяжными шпильками, установленными вофланце нижней половины. Точность взаимного положения верхней и нижней половинкорпуса фиксируется двумя коническими штифтами с резьбовым хвостовиком,облегчающим выемку штифтов.
1 - картер; 2 - предохранительный и перепускной(байпасный) вентиль ступени низкого давления; 3 - манометрическийпульт; 4 - предохранительный и байпасный вентиль ступени высокогодавления; 5 — корпус сальника (передняя крышка); 6 - переднийкоренной подшипник; 7 - вентиль для регулирования давления масла;8 -сальник; 9 - приводная муфта; 10 - маховик; 11 - поплавковыйрегулирующей вентиль обратной подачи масла из нагнетательного пространстваступени высокого давления; 12 - коленчатый вал; 13 -противовес; 14 и 16 - промежуточные опоры вала; 15 -шатун; 17 - охладитель масла; 18 - трубки для подачи маслаиз нагнетательного пространства низкого давления; 19 - заднийкоренной подшипник; 20 - щелевой фильтр; 21 - патрубок длявыпуска масляных загрязнений; 22- патрубок для спуска масла: 23-патрубок для слива воды; 24 - привод масляного насоса; 25-масляныйнасос; 26 - задняя крышка картера; 27 - рубашка дляохлаждающей воды; 28 -крышка цилиндра; 29 - нагнетательныйклапан; 30 - всасывающий клапан; 31 - уплотнительноекольцо; 32 - поршень; 33 - поршневой палец; 34- маслосъемноекольцо; 35-втулка цилиндра; 36 и 37 - указатели уровнямасла; 38 - вентиль для отсоса картера.
Сформулируйте IIзакон термодинамики. Приведитепримеры применения этого закона в технике
Второй закон термодинамики исключаетвозможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколькоразличных, но в то же время эквивалентных формулировок этого закона. — ПостулатКлаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачитеплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота неможет перейти от холодного тела к горячему без каких либо других изменений всистеме. Это явление называют рассеиванием или дисперсией энергии. — Постулат Кельвина.
Процесс, при котором работа переходитв теплоту без каких либо других изменений в системе, является необратимым, тоесть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника соднородной температурой, не проводя других изменений в системе.
Реакторную установку можнопредставить в виде тепловой машины, в которой осуществляется некийтермодинамический цикл.
Пароводяная смесь, образовавшаяся врезультате передачи тепловой энергии воде в активной зоне поступает в Барабан –сепаратор где происходит разделение пара и воды. Пар направляется в паровуютурбину, где расширяясь адиабатно, совершает работу. Из турбины отработавшийпар направляется в конденсатор. Там происходит отдача теплоты охлаждающей воде,проходящей через конденсатор. Вследствие этого пар полностью конденсируется.Полученный конденсат непрерывно засасывается насосом из конденсатора, сжимаетсяи направляется вновь в барабан сепаратор.
Конденсатор играет двоякую роль вустановке:
Во-первых, он имеет паровое и водяноепространство разделенные поверхностью, через которую происходит теплообмен междуотработавшим паром и охлаждающей водой. Поэтому конденсат пара может бытьиспользован в качестве идеальной воды, не содержащей растворенных солей.
Во-вторых, в конденсаторе вследствие резкого уменьшенияудельного объема пара при его превращении в капельножидкое состояние наступаетвакуум, который будучи поддерживаемым в течение всего времени работы установки,позволяет пару расширяться в турбине еще на одну атмосферу (Рк около 0,04 — 0,06 бар) и совершать за счет этого дополнительную работу.
Опишите основные виды теплопередачи, дайте понятиетеплопроводности, вычертите схемы
Существуют три основных вида теплопередачи:
— теплопроводность
— конвекция
— лучистый теплообмен. Теплопроводность- это процесс распространения теплоты между соприкасающимися телами или частямиодного тела с разной температурой.
Температурное поле — совокупностьтемператур во всех точках тела для данного момента времени. Стационарноетемпературное поле, или стационарный температурный режим, характеризуетсяпостоянством температуры с течением времени. Для перехода от нестационарногорежима (нагрев или охлаждение тела) к стационарному необходимо время длядостижения постоянной температуры Если внутри тела имеется разность температур,то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной.Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениямимолекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах втвердых телах его можно наблюдать визуально. Так, при нагревании стальногостержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается постержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяетсясвечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное). Интенсивностьтеплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е.отношения DТ/Dx разности температур на концах стержня к расстоянию между ними.Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м2) и коэффициентатеплопроводности материала.
/>
где q – тепловой поток, k – коэффициент теплопроводности, а A– площадь поперечного сечения. Это соотношение называется закономтеплопроводности Фурье; знак «минус» в нем указывает на то, что теплотапередается в направлении, обратном градиенту температуры. Из закона Фурьеследует, что тепловой поток можно понизить, уменьшив одну из
величин – коэффициент теплопроводности, площадь или градиенттемпературы.
Для здания в зимних условиях последние величины практическипостоянны, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остаетсяуменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию. В таблицепредставлены коэффициенты теплопроводности некоторых веществ и материалов.
Из таблицы видно, что одни металлы проводят тепло гораздолучше других, но все они являются значительно лучшими проводниками тепла, чем воздухи пористые материалы.
Теплопроводность некоторых веществ и материаловВещества и материалы
Теплопроводность,
Вт/(мD К) Металлы Алюминий 205 Бронза 105 Висмут 84 Вольфрам 159 Железо 67 Золото 287 Кадмий 96 Магний 155 Медь 389 Мышьяк 188 Никель 58 Платина 70 Ртуть 7 Свинец 35 Цинк 113 Другие материалы Асбест 0,08 Бетон 0,59 Воздух 0,024 Гагачий пух (неплотный) 0,008 Дерево (орех) 0,209 Магнезия (MgO) 0,10 Опилки 0,059 Резина (губчатая) 0,038 Слюда 0,42 Стекло 0,75 Углерод (графит) 15,6
Теплопроводность металлов обусловлена колебаниямикристаллической решетки и движением большого числа свободных электронов(называемых иногда электронным газом). Движение электронов ответственно и заэлектропроводность металлов, а потому неудивительно, что хорошие проводникитепла (например, серебро или медь) являются также хорошими проводникамиэлектричества. Тепловое и электрическое сопротивление многих веществ резкоуменьшается при понижении температуры ниже температуры жидкого гелия (1,8 K).Это явление,
называемое сверхпроводимостью, используется для повышенияэффективности работы многих устройств – от приборов микроэлектроники до линийэлектропередачи и больших электромагнитов.
Рассмотрим стационарный процесс теплопроводности черезцилиндрическую стенку длиной L,внутренним радиусом r1, наружным радиусом r2, с
температурой внутренней поверхности t'ст и наружной t '' ст.Коэффициент теплопроводности материала стенки (рис.4.1).
/>
Рисунок 4.1 — Схема теплопроводности
Для рассматриваемого случая температура меняется только потолщине
стенки, т.е. в направлении радиуса (внутренняя и наружнаястенки имеют разную, но постоянную температуру по всей стенке, т.е. являютсяизотермными).
Используемая литература
1. Рахмилевич 3.3. Радзин И.М., Холодильныекомпрессоры. Справочник, М., 1981
2. Киселев Г.Ф., Компрессорные установки в химическойпромышленности, М., 1977
3. Скворцов Л.C., Рачинский В.А. и др. Компрессорные и насосные установки.
-М.: Машиностроение
4. Земанский М. Температуры очень высокие и оченьнизкие. М., 1968
Смородинский Я.А. Температура. М., 1981
5. Черкасский В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры. –М.: Энергоатомиздат, 1984.