Нагнетатели. Выбор нагнетателя.

Движение теплоносителя в системе охлаждения сопровождается затратами энергии, которая расходуется на преодоление сил трения и компенсируется нагнетателем (вентилятором, насосом или компрессором).

Рисунок 14.1 Упрощенные схемы нагнетателей

Нагнетатели, предназначенные для перемещения капельных жидкостей, называются насосами, а для перемещения газов в зависимости от развиваемого ими давления — вентиляторами (при давлении до 0,2-10⁵ Па) или компрессорами.

Независимо от вида перемещаемой жидкости разнообразные по конструкции нагнетатели можно разделить на несколько типов, упрощенные схемы которых рассмотрены ниже.

Поршневой нагнетатель представляет собой расположенный в цилиндрическом кожухе поршень, при движении которого в одну сторону жидкость через всасывающий клапан поступает в рабочую камеру, а при движении в другую — сжимается и затем выталкивается через нагнетательный клапан (рис. 14.1, а). Положительными качествами поршневых нагнетателей являются высокий к. п. д., возможность получения больших давлений и независимость производительности от создаваемого давления; недостатками — громоздкость, неравномерность подачи (толчки), вибрация, сложность соединения с электродвигателем. Поршневые нагнетатели используют как насосы и компрессоры.

Зубчатый нагнетатель состоит из пары сцепленных между собой шестерен, расположенных в корпусе с минимальным зазором. Зубья при вращении захватывают жидкость и без сжатия переносят ее из области всасывания в область нагнетания, причем перенос в обратную сторону мал из-за плотного сцепления зубьев (рис. 14.1, б). Зубчатые нагнетатели конструктивно просты, не имеют клапанов, компактны, их можно непосредственно соединить с электродвигателем. Однако они имеют малую производительность и более низкий к. п. д., чем поршневые. Это объясняется потерями через торцевые зазоры и трением при сцеплении шестерен. Зубчатые нагнетатели используют преимущественно в качестве насосов, причем особенно успешно — для перекачки вязких жидкостей (масла).

Пластинчатый, или ротационный, нагнетатель представляет собой эксцентрично расположенный в цилиндрическом корпусе ротор, в пазах которого находятся пластины, выскальзывающие при его вращении. Пластины вследствие уменьшения пространства между ними и стенками корпуса сжимают засасываемую через отверстие жидкость и выталкивают ее через другое отверстие. Воздействие на жидкость в поршневом и пластинчатом нагнетателях аналогичное, но в первом случае поршень движется поступательно, а во втором — происходит более удобное для привода нагнетателя вращательное движение ротора (рис. 14.1, в). Обычно пластинчатые нагнетатели используют как компрессоры, но в специальном исполнении, при котором переносимая между пластинами жидкость не сжимается, — в качестве насосов.

Центробежный нагнетатель представляет собой лопаточное колесо, расположенное в спиральном кожухе. При вращении колеса жидкость, поступившая в осевом направлении через всасывающее отверстие, отклоняется от этого направления на 90° и попадает в межлопаточные каналы. Здесь она закручивается и под воздействием центробежной силы направляется к кожуху, где собирается и через нагнетательное отверстие выводится из системы (рис. 14.1, г).

Центробежные нагнетатели обладают высоким к.п.д., достаточно просты в конструктивном отношении, имеют плавную (без толчков) подачу, легко соединяются непосредственно с электродвигателем. Производительность центробежных нагнетателей существенно зависит от давления. Их широко применяют в системах охлаждения приборов.

Осевой нагнетатель имеет вид лопаточного колеса, расположенного в цилиндрическом корпусе. При вращении колеса начинается движение жидкости, направленное по оси вращения. Осевой нагнетатель по сравнению с центробежным может иметь более высокий к.п.д., обладает реверсивностью, но создает более низкое давление (рис. 14.1, д).

Вихревой нагнетатель представляет собой лопаточное колесо, на поминающее центробежное и расположенное в корпусе эксцентрично. Жидкость поступает к лопаточному колесу по касательной, переносится им вдоль корпуса и выпускается также по касательной. Вихревые нагнетатели отличаются простотой конструкции, реверсивны, но к.п.д. невысокий; чаще используются в качестве насосов (рис. 14.1, е).

Из рассмотренных нагнетателей к насосам можно отнести поршневые, осевые и вихревые, к вентиляторам — центробежные и осевые, к компрессорам — все, за исключением вихревых нагнетателей.

Для обеспечения теплового режима аппаратуры в целом требуется вполне определенный массовый расход воздуха G. В свою очередь, для обеспечения этого массового расхода для заданной конструкции воздуховода требуется подобрать вентилятор, который обеспечивал бы напор , равный потерям полного давления в гидравлической сети. Последний определяется по формуле (1.247) и может быть представлен зависимостью

(14.1)

где v, А — средняя скорость жидкости и площадь сечения трубопровода; R — общий коэффициент гидравлического сопротивления трубопровода.

Потребляемая вентилятором мощность N определяется зависимостью (1.255), которую на основании формулы (14.1) запишем в виде

(14.2)

Полная характеристика вентилятора выражает зависимость между производительностью G, давлением , мощностью N и к.п.д. при постоянном числе оборотов: n — const. Все зависимости строятся обычно на одном графике, как это показано Рис. 14.1, в частности зависимость носит название напорной характеристики.

В настоящее время характеристики вентиляторов получают в основном экспериментальным путем. Если на напорную характеристику вентилятора наложить построенную в тех же координатах и в том же масштабе характеристику сети, то точка пересечения (рабочая точка) кривых и определит давление и подачу этого вентилятора при работе в данной сети. Рабочей точке соответствует условие, когда подача вентилятора равна расходу воздуха через сеть, а развиваемое вентилятором давление равно потере давления в сети при этом расходе. Зная G в рабочей точке, легко определить, как это показано на рис. 14.1, значения N и .

Напомним, что при выборе вентилятора для подачи воздуха при больших давлениях отдают предпочтение центробежным, а при подаче больших объемов воздуха при небольших давлениях — осевым вентиляторам. В последнее время наибольшее распространение в приборостроении получили осевые вентиляторы типа ЭВ и центробежные ВУ. Ряд вентиляторов серии ЭВ на частоты 400—1000 Гц охватывают диапазон по подаче 36—1100 и³/ч и полном давлении 120—2000 Па, их технические характеристики определены отраслевым стандартом ОСТ 16.0539.007—74