> Техника, страница 31 > Воздуходувные машины

Воздуходувные машины

Воздуходувные машины, воздуходувки, машины для перемещения или одновременно для сжатия и перемещения воздуха, служащего для проветривания жилых помещений и рудников, сжигания топлива в печах, приведения в движение машин, орудий и инструмента. Передвижение воздуха может производиться всасыванием его из атмосферы в воздухопровод, г. котором в таком случае устанавливается давление менее атмосферного—депрессия, или же нагнетанием, связанным с большей или меньшей степенью сгущения, дающего положительное давление в воздухопроводе. Степень депрессии или сгуще-ния указывается различно: самая слабая— измеряется давлением столба воды; более значительная—высотой ртутного столба; наконец, давление выше атмосферного выражается в атмосферах (смотрите).

Проветривание рудников и жилых помещений ведется обыкновенно отсасыванием воздуха вентиляторами (смотрите Вентиляция), подача воздуха под большим давлением (не менее 5, часто 10—12 atm) в машины и орудия производится компрессорами (смотрите). В дальнейшем говорится лишь о В. м., служащих для подачи дутья в печи, или В. м. в узком смысле этих слов.

В настоящее время В. м. достигли колоссальных размеров (до 2 000 м³ воздуха в минуту для печей и до 12 000 м³ для проветривания рудников). Двигателем для них служит пар—непосредственно (пароструйные В. м.) или в паровых машинах—и газ— в газомоторах; в ближайшее время возможно ожидать распространения электрич. В. м. Гидравлические двигатели находят весьма ограниченное применение (Швеция и Урал).

Основными типами В.м.являются: 1)В.м. с прямолинейным движением рабочих органов—поршневые В. м. и компрессоры; 2) В. м. с круговым движением рабочих органов— поршневые и центробежные вентиляторы, турбовоздуходувки.

I. В. м. с прямолинейным движением рабочих органов употребляются в доменном производстве и в производствах, пользующихся конвертерами. Доменные В. м. должны подавать около 3,5—3,75 .и³ воздуха (при 0° и 760 миллиметров давления) на 1 килограмм сжигаемого в горне доменной печи кокса плюс 20—50 % этого количества на потери в газопроводе и воздухонагревателях. Давление подаваемого воздуха изменяется от 0,3 до 1,25 atm сверх атмосферного. Введение в практику доменного дела печей с горнами весьма большого диаметра (до 6,55 м), сверх ожидания, не потребовало высоких избыточных давлений. Самую важную, капитальную часть В. м. первого типа представляют воздуходувные цилиндр ы—д в у-дувные, горизонтальные или вертикальные, но никогда не наклонные. В весьма редких случаях, обычно при наличии гидравлич. энергии, имеют применение качающиеся воздуходувные цилиндры. При большом диаметре воздуходувного цилиндра, для наибольшей правильности его действия, желательно придавать ему вертикальное положение. При горизонтальном положении цилиндров большого диаметра, следовательно, с большим весом поршня, имеет место одностороннее изнашивание цилиндра в нижней его части; кроме того самый цилиндр под влиянием собственного веса получает некоторую эллиптичность с более короткой вертикальной осью поперечного сечения. Диаметр горизонтальных цилиндров в 2,5 метров можно считать предельным. С вертикальными цилиндрами строились раньше В. м. балансирного типа (паровой и воздуходувный цилиндры имели параллельные оси штоков, а последние соединялись друг с другом коромыслом—балансиром); в настоящее же время строятся почти исключительно В. м., в которых шток воздуходувного цилиндра представляет собою продолжение штока парового цилиндра.

При устройстве воздуходувных цилиндров особенное внимание обращается на: 1) доведение до возможного минимума вредных пространств и 2) правильное расположение и надежность действия клапанов. Т. к. кампания доменной печи измеряется годами, то надежность действия клапанов, испытывающих в год от 60 до 80 млн. ударов, приобретает особенное значение. Отсюда вытекает необходимость иметь клапаны из ударностойкого материала и необходимость точного согласования веса клапана, высоты его подъема и числа оборотов машины. Клапаны располагаются непосредственно на крышках цилиндров или в особых коробках, укрепленных на этих крышках. Первое расположение дает меньшие вредные пространства и применяется почти исключительно при горизонтальных цилиндрах, при вертикальных же цилиндрах чаще употребляется система коробок. Клапаны делаются: шарнирные из кожи, с металлич. пластинками, скрепленными медными или железными заклепками; шарнирные войлочные; дисковые металлические (стальные или медные), без пружин; дисковые с пружинами; металлич. кольцевые. Кроме клапанов, в редких случаях употребляются золотники.

Поршень воздуходувного цилиндра должен: 1) иметь при большом диаметре малый вес и вполне надежную прочность; 2) давать максимальную герметичность при болышй продолжительности службы. Поршень чугунный или железный кованый, с легкими дисками из листового железа с обеих сторон, имеет одежду, дающую герметичность— или органическую (кожа, холст, войлок, дерево) или металлическую (чугунные или стальные пружины). Смазка—графит.

При бессемеровском или тома-с о в с к о м производстве абсолютное давление воздуха 27г—37s atm; цилиндры имеют более массивные размеры и число оборотов машин больше, чем при доменном производстве, а потому при той же производительности—меньшие диаметры поршней редко свыше 1,5 метров Наиболее распространенный тип—горизонтальные сдвоенные машины с кривошипами под прямым углом, системы компаунд, с маховиком. Вследствие значительного нагревания воздуха одежда порш- I

ней—только металлическая, смазка—минеральными маслами. Клапаны—гуттаперчевые или металлические: стальные и бронзовые. Иногда клапанные коробки охлаждаются водой, иногда имеют водяную рубашку и цилиндры.

С начала текущего столетия начали получать распространение турбовоздуходувки, приводимые в действие паровыми турбинами. До появления последних паровую поршневую В. м. стала вытеснять газовая В. м., которая, несмотря па ряд недостатков, в том числе меньшую надежность действия, дает много более дешевое дутье, чем паровая. Напр.,два рядом находящихся завода Донецкого бассейна имеют себестоимость 1 000 м³ дутья: при паре (цилиндрич. В. м.)—около 2 р. 50 к., при газе—46 к. В настоящее время, по мере повышения рабочего давления пара, температуры перегрева его и полезного действия котлов и самой турбины, последняя на 1 силу-час берет количество калорий, лишь немного превышающее таковое же газовой машины (как минимумы 2 400— 2 550 Cal на силу-час). В результате турбовоздуходувка начинает вытеснять и паровую и газовую В. м. Основные моменты благоприятствующие ее распространению—дешевизна топлива (Америка); при обратном явлении (Зап. Европа и особенно СССР), то есть дороговизне топлива, с ней успешно конкурирует газовая В. М. Д. Татарченно.

2. В. м. с круговым движением рабочих органов. В. м. с вращательным движением поршней (вентиляторы типа Рута) находят себе в настоящее время весьма ограниченное применение; их вытесняют ц е н-тробежные вентиляторы (с лопатками), обыкновенно предназначаемые для подачи дутья незначительного напряжения (смотрите Вентиляторы). Центробежные вентиляторы применяют для подачи воздуха в газогенераторы и топки отражательных печей, а в последнее время—и в газовые горелки воздухонагревателей. Двигателями для центробежных вентиляторов служат электрические моторы, насаживаемые на общую с вентилятором ось. Мощность заводских моторов—от 5 до 80 №.

Пароструйные В. м. (инжекторы, или т. н. сифоны) засасывают воздух через коническ. насадки благодаря разжижению, к-рое производит пар при своем выходе из узкой трубки. Давление дутья, даваемое сифоном, незначительно (например для газогенераторов всего 25 миллиметров водяного столба); количество же засасываемого воздуха регулируется давлением пара. Истечение его через трубку диам. 10лш дает при давлении 2 atm около 65 л³, при 5 atm—150 лг³, а при 7 atm—ок. 200 м^г в минуту. По мере увеличения количества дутья увеличивается отношение веса пара к весу засасываемого воздуха, что представляет существенный недостаток этого воздуходувного устройства в применении его для дутья в печи. Другим его недостатком является большой расход пара для производства дутья.

Полезная работа сгущения дутья (в №) выражается формулой:

N=2,22 Q ·1η

в которой Q—количество дутья в 1 м.—выражено в м³, а — представляет степень сгу-

щення воздуха, или отношение абсолютного давления дутья к атмосферному давлению [например: 2,5—3,5 для продувки чугуна в конвертерах, 1,5—2,25 для доменных печей, работающих на коксе, 1,1—1,3 для древесноугольных печей и немногим больше 1 для горнов и вагранок (максимум 1,05)]. При определении необходимой мощности В. м. нужно иметь в виду неизбежные потери дутья и понижение давления его при проходе по воздухопроводу. Смотря по длине воздухопровода и степени его герметичности, запас дутья на потери берется не менее 20 % и доводится до 50 %. Потери давления при движении воздуха по воздухопроводу (от трения) определяются по ф-ле:

h — h₁=k-l-γ-ν²·|-,

где 7с—числовой коэфф., зависящий от степени вязкости воздуха, шероховатости труб и других факторов, I—длина воздухопровода в м (длинный воздухопровод должен быть, по возможности, избегаем), у—плотность воздуха (чем больше сгущение, тем больше потеря; чем выше t° дутья, тем меньше потеря), v—

скорость в м/ск, ~ —отношение периметра воздухопровода к его сечению (вследствие этого деталей его устройства (конструкция поршней и клапанов имеет большое значение) и абсолюта, количества подаваемого воздуха.

К В. м., применяемым в металлургии черных металлов, предъявляются в нек-рых случаях исключительные требования: способность непрерывно работать в течение нескольких лет без остановок на ремонт; возможность регулировать работу в широких пределах как в отношении количества дутья, так и его напряжения—в доменных В. м. максимум в Н/г раза больше нормального (что обусловливается пробной работой при приемке). При продувке чугуна в конвертерах возможны стоянки каждую неделю; давление и количество дутья почти постоянны; подача дутья меньше, чем при доменном производстве (она доходит, однако, до 1 000м³/миндля томасовск. конвертеров).

В настоящее время на металлургия. з-дах еще сохранились в работе поршн. цилиндрические воздуходувки большой мощности и совершенной конструкции с паровыми двигателями. Они очень удобны для работы при доменном производстве, т. к. допускают точную регулировку количества дутья в широких пределах без грубого нарушения экономичности в потреблении пара (обыкновенно от 6 до 7 килограмм пара на 1 IP). Но при установке новых воздуходувных машин паровые цилиндры

заменяются газовыми (так называется машины внутреннего сгорания) или же ставятся (предпочтительно при гото-установке) турбовоздуходувки. Газовые цилиндрические воздуходувные машины тяжелы и громоздки, требуют щрогих фундаментов и большого помещения; применение их вызывает дополнительные расходы на тонкую очистку газа; наконец, они работают с высоким коэффициентом полезного действия (22—25 % обыкновенно и до 50 % при использовании отходящих газов для получения пара)только при нормальной нагрузке, понижая его значительно при сокращении числа оборотов, что особенно неудобно при работе в доменном производстве. Тем не менее высокий термический коэффициент полезного действия этих машин (расход от 2 000 до 2 200 Cal на 1 IP) в большинстве случаев делает работу их выгодной.

На фигуре 1 изображен продольный разрез современной газовой В. м. с 4 цилиндрами, соединенными общим штоком. Два цилиндра двигателя (правая сторона) работают

Фигура 1

воздухопроводы изготовляют круглого, прямоугольного сечения); чем больше диаметр воздухопровода (то есть большая подача дутья), тем пропорционально меньшие в нем потери давления; при наперед заданной потере давления в них допускаются тем ббль-шие скорости, чем больше абсолютное количество подаваемого ими дутья. Для небольших расходов его (например в малых коксовых, древесноугольных домнах, вагранках, кузнечных горнах) допускаются скорости около 10 м/ск, но для расхода в 600—800 м³/мин можно брать 15 м/σιс; в самых больших установках (1 000 м³ и более) скорости достигают 20 и даже (Соединенные Штаты Америки) 25 м/ск (считая объём при 0° и атмосферном давлении). По заданной полезной работе сгущения воздуха машиностроительный завод устанавливает надлежащую мощность двигателя, принимая во внимание его кпд, который меняется в широких пределах в зависимости от типа двигателя,

6

Т. Э. т. IV.

попеременно как 4-тактные, так что через каждые два хода поршней производится газа. В двух воздуходувных цилиндрах (левая сторона) производится последовательно (то есть в 2 ступени) сжатие воздуха до высокого давления (например 6 atm), когда В. м. работает как компрессор. Подача дутья для доменных печей, то есть под давлением, не превосходящим 2 atm, производится одним воздуходувным цилиндром наибольшего возможного диаметра и с малым сравнительно ходом (фигура 2). При газовых В. м. новейшей конструкции устанавливают турбовоздуходувки (фирма DEMAG) или особые добавочные воздуходувные цилиндры на общем штоке (фирма Тиссен), дающие в минуту до 320 ж³ дутья под давлением ¹/_i — ¹/_а ^aim, служащего для продувки газовых цилиндров после а в них газовой смеси.

Газовые В. м. новейшего типа и наибольшей мощности, устанавливаемые теперь на наших южных з-дах (13 машин первой очереди), имеют размеры: длина хода 1,5 м, диам. воздуходувных поршней 3,2 и 3,35 м; число оборотов 80 и 79, подача (при кпд 87%) 1 800 м³/мин при давлении 1,1 atm последнее может доходить до 2 atm при соответственном понижении подачи дутья. Мощность машин 3 800—3 860 HP. Гарантированный расход тепла 2 000—2 100 Cal на 1 IP. При машинах устанавливаются паровые котлы, использующие жар выхлопных газов: при 240 м² поверхности нагрева отдача до 1 килограмм пара на 1 №_eff (давление 14 atm). Это повышает термич. кпд установки с 26—28 % до 31—33 %. Стоимость установки одной машины указанных размеров дает значительное уменьшение расходов на дутье. Наибольшая возможная производительность доменных печей при указанной подаче дутья—600 тонн чугуна в сутки.

Турбовоздуходувки занимают очень мало места (как резервные они устанавливаются в углу старых машинных зданий), легки и дешевы, не нуждаются в дорогом фундаменте, требуют минимум ухода,

расходуют пара гораздо меньше, чем паровые цилиндрич. воздуходувки, но газа (для отопления паровых котлов)—больше, чем газовые В. м. При доменном производстве турбовоздуходувки могут хорошо работать

только тогда, когда они снабжены автоматической регулировкой количества дутья и способны не снижать его при увеличении противодавления в печи (многоступенчатые турбины).

Фигура 3 изображает в разрезе турбовоздуходувку фирмы Б.-Б.-Р. (Браун-Бовери-

Фигура 6.

и мощности (включая и расход на здание) доходит до ΐγ₄ млн. р., но подача дутья ими обходится в 1 р. 80 к. на 1 тонна чугуна, что

Рато, Баден в Швейцарии) с двусторонним засасыванием атмосферного воздуха и выдачей сжатого в середине; фигура 4 и 5 пред-

ставляют одно из колес вентилятора и его лопатку (в увеличенном масштабе). При 2 900 об/м. эта В. м. подает 700 м“/мин. Для нек-рых из наших южных з-дов заказаны В. м. мощностью в 3 780 ЬР с подачей

1 500 м³/мин (в С. Ш. А. работают турбовоздуходувки с подачей 2 000 м³/мин). Двигателем в турбовоздуходувках служат паровые турбины и электромоторы. На фигуре 6 дан общий вид турбовоздуходувки с паровой турбиной Б.-Б.-Р.; но она не всегда удобо-применима, как, например, при доменном производстве, когда и количество и напряжение дутья меняются в широких пределах.

Электровоздуходувки не нашли себе пока широкого применения на заводах, так как на центральных силовых станциях, где имеются динамо, работающие от газовых машин, выгоднее получать дутье непосредственно от этих же машин, минуя лишнюю передачу.

Лит.: М у х а ч е в П., Машины металлургии, производств, ч. I—Воздуходувные машины, Харьков, 1899; Тиме И., Справ, кн. для горн, инженеров,

2 изд., СПБ, 1899 (старое, но не утратившее своего значения сочинение); Hiitte, справ, кн. для инженеров, 11 изд., ч. II, стр. 691—722, Берлин, 1926; Ihering A., Die Geblase, Berlin, 1923; Gron-wald E., Zentrilugal-Ventilatoren, B., 1925; К г e u-zer S., Vorziindungen an Gasmaschinen bei Ab-stichen d. Hochofens, «St. u. E.», Diisseldorf, 1926, p. 1288. M. Павлов.