Лекція 3.

Лекція 3.

Тема. ГІДРОМЕХАНІЧНІ ПРОЦЕСИ ТА АПАРАТИ

Мета. Висвітлити основні поняття гідродинаміки та гідростатики.

План.

1. Гідростатика.

2. Гідродинаміка.

3. Гідравлічні машини.

ОСНОВИ ПРИКЛАДНОЇ ГІДРАВЛІКИ

Гідравлікою називають науку, що вивчає закони рівноваги та руху краплинних рідин і взаємодію рідин, що стикаються з нерухомими або рухомими твердими тілами. У гідравліці під єдиним поняттям рідини прийнято об'єднувати звичайні (краплинні) рідини, а також пару, гази та пластично-в'язкі тіла, які не мають, на відміну від твердих тіл, здатності зберігати форму. Вони набувають форму посудини, яку заповнюють. Краплинні та пластично-в'язкі тіла зберігають об'єм. Пара та гази не мають власного об'єму; вони займають весь об'єм посудини, в якій знаходяться. Краплинні рідини характеризуються великим опором стисканню (майже повною нестисливістю) і малим опором розтягуванню і дотичним зусиллям. Це - вода, бензин, спирт, нафта та інші. Газоподібні рідини (гази, пара) мають велику стисливість, не чинять опору ні розтягувальним, ні дотичним зусиллям і мають малу в'язкість.

У гідравліці рідина розглядається як суцільне матеріальне середовище. Під час виведення основних закономірностей у гідравліці вводять поняття про ідеальну рідину, яка, на відміну від реальної рідини, абсолютно нестискувана під дією навантаження і в ній відсутні сили тертя між частинками. У дійсності ідеальних рідин не існує - всі рідини в малих межах стискувані та мають властивість опору зсувним зусиллям, тобто властивість в'язкості. Поняття ідеальної рідини введено в гідравліці для спрощення вивчення законів реальної рідини.

Гідравліка складається з двох частин: гідростатики та гідродинаміки. Гідростатика вивчає закони рівноваги рідин та їхню дію на обмежувальні стінки, гідродинаміка - закони руху рідин та їхню взаємодію з обмежувальними стінками (стичними тілами).

1. Гідростатика

Гідростатичний тиск. У гідростатиці вивчається рівновага рідин, які знаходяться в стані відносного або абсолютного спокою. Під відносним спокоєм розуміють такий стан, коли в рідині, що рухається, окремі частини не переміщуються відносно одна однієї. Відсутність такого переміщення дозволяє вважати будь-яку рідину в стані спокою ідеальною, тому що сили внутрішнього тертя відсутні. У стані відносного спокою форма об'єму рідини не змінюється і вона переміщується як єдине ціле (подібно твердому тілу). Так, рідина знаходиться в стані відносного спокою в цистерні, яка рухається, в барабані центрифуги, який обертається з постійною частотою, і т.п. У подібних випадках спокій розглядається відносно стінок посудини, яка рухається. Рідина всередині нерухомої посудини знаходиться в абсолютному спокої відносно поверхні землі.

Незалежно від виду спокою на рідину діють сили тяжіння й тиску. Сила тяжіння, що діє на певний об'єм рідини, рівна добутку маси цього об'єму рідини на прискорення вільного падіння. Сила тяжіння завжди спрямована вниз вертикально.

Рідина, яка знаходиться у стані спокою в посудині, чинить тиск на стінки і дно посудини. Тиск зі сторони рідини зазнає також будь-яке тіло, занурене в рідину.

Нехай посудина заповнена деякою кількістю нерухомої рідини. Виділимо подумки об'єм рідини з прямокутною основою (площинкою) на дні посудини. На площину діє сила гідростатичного тиску Р, яка дорівнює вазі (у Н) виділеного стовпа рідини. Оскільки тиск - це сила Р, яка діє на одиницю поверхні S перпендикулярно до цієї поверхні. У системі СІ одиницею тиску є паскаль (Па = Н/м2); тиск рідини вимірюють манометром.

Основне рівняння гідростатики. При переході від однієї горизонтальної площини до іншої, яка лежить нижче, тиск у рідині збільшується; відповідно до, залежність р від h являє собою пряму лінію. Якщо вільна поверхня рідини знаходиться під тиском, то на глибині h.

Таким чином, основне рівняння гідростатики можна сформулювати так: для кожної точки нерухомої рідини сума геометричного і статичного напорів є величина стала.

Основне рівняння гідростатики лежить в основі закону сполучених посудин.

Розглянемо принцип сполучених посудин. Нехай дві відкриті сполучені посудини заповнені однаковою рідиною з густиною р. Проведемо горизонтальну площину порівняння так, щоб вона перетинала сполучені посудини в точках А і В.

Спосіб сполучених посудин - один з найдоступніших і простих способів визначення густини м'ясних, молочних та інших рідких продуктів. Він ґрунтується на зазначеному вище співвідношенні між висотами стовпів рідин у гілках трубки та їхнім^густинами з рівністю тисків над вільними поверхнями. Для визначення густини в одне з колін наливають рідину, яку досліджують, а в друге - рідину з відомою густиною в таких кількостях, щоб рівні в середніх колінах знаходилися в одній горизонтальній площині, на нульовій поділці шкали приладу.

Закон сполучених посудин лежить в основі роботи рідинних манометрів - приладів, за допомогою яких визначають тиск у рідинах. На основі цього закону в конструкціях апаратів широко використовують водомірні трубки, гідравлічні затвори тощо.

Закони Паскаля та Архімеда. Очевидно, що в усіх точках на глибині п тиск постійний. Якщо тиск на поверхні рідини збільшити, то так само збільшиться тиск у будь-якій точці всередині рідини. Цю властивість рідини відображає сутність закону Паскаля: зовнішній тиск у рідинах і газах передається в усіх напрямках рівномірно.

На основі закону Паскаля діють багато гідравлічних машин, однією з яких є гідравлічний прес.

При зануренні твердого тіла в рідину на його поверхню діятимуть сили тиску.

Оскільки верхня й нижня частини тіла знаходяться на різній глибині, сили тиску в цих частинах будуть неоднакові. Це приведе до появи рівнодійної сил тиску, яка спрямована вгору.

Відповідно до закону, установленому Архімедом, на тіло, занурене в рідину, діє виштовхувальна сила F , яка дорівнює вазі витісненої ним рідини і спрямована вертикально вгору.

Знак результуючої сили показує або занурення, або спливання тіла. Закон Архімеда лежить в основі визначень плавучості кораблів, густин рідин і різних тіл, рушійних сил розділення неоднорідних систем тощо.

2. Гідродинаміка

Основні положення. Головним об'єктом вивчення в гідродинаміці є потік рідини, тобто рух маси рідини між обмежувальними поверхнями. Рушійною силою потоку є різниця тисків, яка створюється за допомогою насосів, компресорів або внаслідок різниці рівнів чи густин рідини. За законами гідродинаміки можна визначати різницю тисків, яка необхідна для переміщення даної кількості рідини з потрібною швидкістю, або, навпаки, за відомим перепадом тиску визначити швидкість і витрату рідини. При усталеному, або стаціонарному, русі швидкість частинок потоку, а також інші характеристики (густина, температура, тиск) не змінюються в часі. У таких умовах витрата рідини в кожному перерізі залишається постійною в часі. За умов неусталеного потоку характеристики потоку рідини змінюються в часі.

Неусталений рух рідини відбувається головним чином у періодичних процесах або виникає під час запуску або зупинки апаратів безперервної дії. Прикладом неусталеного руху може бути витікання рідини з отвору в резервуарі: зі зниженням стовпа рідини в резервуарі швидкість витікання зменшується.

При вивченні гідродинаміки виділяють внутрішнє, зовнішнє та мішане завдання.

Внутрішнє завдання пов'язане з рухом рідини в різних каналах і трубах. Зовнішнє завдання розглядає обтікання рідиною різних тіл або рух цих тіл усередині рідини.

До мішаного завдання входить вивчення руху рідини в трубах або каналах під час одночасного обтікання цією рідиною деяких тіл.

Швидкість і витрата рідини. У завданнях гідродинаміки звичайно розглядають обмежені потоки, причому межами є тверді стінки труб або апаратів. Переріз потоку рідини, перпендикулярний до його осі, називається живим, або поперечним, перерізом потоку.

Кількість речовини, що протікає за одиницю часу через живий переріз потоку, називається її витратою. Розрізняють витрату об'ємну і витрату масову.

Об'ємну витрату Q (в м

Лінійна швидкість потоку V за значенням дорівнює шляху, який проходить потік за одиницю часу. Інколи користуються поняттям масової швидкості рідини. яка визначається добутком:

Режими руху рідин. У кінці XIX ст. англійський фізик О. Рейнольдс проводив дослідження руху рідини в трубопроводах. За допомогою методу підфарбованих струменів Рейнольдс установив, що існує два режими течії рідини: ламінарний і турбулентний. Принципова схема досліду Рейнольдса. До посудини У, у якій підтримується постійний рівень рідини,приєднано горизонтальну скляну трубу 2. У трубу 2 по її вісі через капілярну трубку б із напірної ємності 4 вводиться тонка струминка тієї самої підфарбованої рідини. За невеликих швидкостей потоку в трубі 2 підфарбована струминка рухається, не змішуючись із основною масою рідини, у вигляді чітко вираженої тонкої нитки. Усі частинки рідини рухаються паралельно й прямолінійно. Такий рух називається ламінарним (від латинського слова Іатіпа - смужка, пластина). Якщо швидкість рідини в трубі 2 збільшувати, то з деякої межі підфарбована струминка набирає форми хвилястого руху, а потім починає розмиватися, змішуючися з основною масою рідини. Рух стає хаотичним, потік весь час перемішується, тому що окремі частинки рухаються за складними траєкторіями.

Такий рух називається турбулентним (вихровий).

Рейнольдс у своїх дослідах змінював не тільки швидкість, а й діаметр трубопроводу та в'язкість рідин шляхом їх підігріву, охолодження або заміни.

При цьому він установив, що режим руху рідини повністю визначається безрозмірним комплексом. Цей комплекс називають по імені його автора критерієм, або числом, Рейнольда.

Дослідом установлено, що зміна режимів течії рідини в циліндричних трубах відбувається при Rе 2320. У промислових і природних умовах найбільше поширений турбулентний режим руху.

Рівняння нерозривності потоку. Як уже було сказано, при стаціонарному, або усталеному, русі рідини через будь-який живий переріз труби за однакові проміжки часу проходить один і той самий об'єм рідини.

Цей вираз називається рівнянням нерозривності потоку. Із рівняння (2.18) випливає, що в трубопроводі змінного перерізу лінійні швидкості обернено пропорційні площам поперечних перерізів потоку.

Рівняння Бернуллі для ідеальної та реальної рідини. Рівняння Бернуллі встановлює зв'язок між швидкістю потоку рідини в трубопроводі і тиском у потоці рідини.

Первісно рівняння було одержано для ідеальної рідини. В потоці ідеальної рідини потенційна енергія, яка створюється насосом, перетворюється на кінетичну енергію потоку. Перетворення енергії відбувається без витрат, тому що в ідеальній рідині немає витрат на подолання сил тертя. Тому повна питома енергія потоку постійна в будь-якому його перерізі.

Основне рівняння гідростатики стверджує постійність величини питомої потенційної енергії нерухомого об'єму ідеальної рідини в двох точках.

Тепер уявимо собі, що розглянутий нами об'єм ідеальної рідини рухається зі швидкістю V. Тоді, крім потенційної енергії, він володітиме також кінетичною енергією.

Рівняння питомої енергії ідеальної рідини, яка рухається (рівняння Бернуллі).

Під час руху реальної рідини мають місце втрати енергії на подолання сил внутрішнього тертя між частинками рідини й зовнішнього тертя між частинками рідини та стінками труби. Мають місце також втрати енергії на подолання місцевих опорів.

3. Гідравлічні машини

Поняття про гідравлічні машини, їх класифікація. Рідини й гази, які використовуються в харчовій технології, часто необхідно транспортувати трубопроводами як на підприємствах (для подачі в апарати і установки, з цеху в цех тощо), так і поза ними (для отримання вихідної сировини або відправки готової продукції тощо). Цю проблему можна вирішити дуже просто, якщо рідина переміщується з високого рівня на низький самопливом. Але частіше в техніці доводиться вирішувати зворотне завдання - транспортування рідини з низького рівня на високий. Для цього використовують гідравлічні машини, в яких механічна енергія двигуна перетворюється на енергію рідини, яка транспортується, внаслідок підвищення її тиску. Ці машини можна розподілити на три групи:

1) насоси (для переміщення рідин);

2) вентилятори (для переміщення газів);

3) компресори (для стискування й переміщення газів).

Насоси використовують для переміщення рідин у трубопроводах і апаратах. Переміщення пов'язане з подоланням сил тертя, місцевих опорів, а також витратами енергії на піднімання рідини з нижчого на вищий рівень. За видом робочої камери і сполученням її зі входом і виходом насоса розрізняють два основні класи насосів: об'ємні та динамічні. В об'ємних насосах рідина переміщується шляхом періодичної зміни об'єму камери, яка поперемінне з'єднується зі входом і виходом насоса. До об'ємних насосів відносяться поршневі, мембранні, ротаційні та ін. В динамічних насосах рідина переміщується під силовою дією на неї в камері, яка постійно сполучається з виходом і входом насоса. До них відносяться такі основні типи: відцентрові, вісьові (пропелерні), роторні, гвинтові, вихрові, струменеві. Розглянемо конструктивний устрій динамічних насосів. Відцентрові насоси найбільше використовують у промисловості та на підприємствах ресторанного господарства для перекачування малов'язких рідин. Це пояснюється їх високою продуктивністю, невеликими розмірами, можливістю безпосередньо приєднати до електродвигуна. Окрім того, відцентрові насоси прості за конструкцією, тому їх можна виготовляти з різноманітних матеріалів. Останній факт робить насоси цього типу незамінними під час перекачування харчових рідин (соків, молока, сиропів). Вони класифікуються за конструктивними ознаками, перепадом тисків та частотою обертання робочого колеса.

За створюваним перепадом тиску відцентрові насоси розпо-діляються на:

а) насоси низького тиску, які створюють до 20-25 м напору стовпа рідини;

б) насоси середнього тиску з перепадом 25-60 м напору;

в) насоси високого тиску, які здатні створювати тиск понад 60м напору з розміщенням валу робочого колеса відцентрові насоси бувають горизонтальні та вертикальні.

Рис. 2.3. Одноступінчатий горизонтальний відцентровий насос

Залежно від частоти обертання робочого колеса насоси розподіляються на тихохідні та швидкохідні. За кількістю робочих коліс насоси бувають одноступеневі та багатоступеневі. В багатоступеневих насосах рідина проходить послідовно через декілька робочих коліс, закріплених на одному валу. Перепади тисків, які створюються в кожному колесі, складаються, внаслідок чого значно збільшується загальний перепад тиску, створюва-ного насосом. Ці насоси відносяться до групи насосів середнього й високого тиску. Відцентровий насос (рис. 2.3) складається з корпуса 7, що має спіралеподібний канал, у якому обертається робоче колесо 2, закріплене на валу 3. На робочому колесі закріплені лопаті, між якими розміщуються канали для проходження рідини. Подача рідини до насоса здійснюється через усмоктувальний патрубок 5, який з'єднаний з центральною частиною робочого колеса. Нагнітальний патрубок 4, розміщений тангенціальне по відношенню до робочого колеса, використовується для відведення рідини з насоса. Відцентрові насоси працюють так. Під час обертання відцентрового колеса рідина через усмоктувальний патрубок поступає до каналу між лопатками. Під дією відцентрових сил рідина проходить по каналах робочого колеса і відкидається до його периферії, на-буваючи при цьому кінетичної енергії. У спіралевидному каналі корпуса насоса кінетична енергія рідини перетворюється на енергію тиску, і рідина викидається в нагнітальний патрубок. Таким чином, рідина безперервно поступає до насоса, проходить через нього і виходить через нагнітальний патрубок. Особливість відцентрового насоса полягає в тому, що для початку його роботи необхідно, щоб внутрішня порожнина корпуса з робочим колесом була заповнена рідиною. Тільки в цьому випадку під час запуску насоса виникне відцентрова сила, яка спричинить переміщення рідини і створить перепад тисків. Це досягається розміщенням насоса нижче від резервуара, з якого перекачується рідина, або заливанням насоса з проміжної ємності. На початку всмоктувального трубопроводу обов'язково ставиться зворотний приймальний клапан, який утримує стовп рідини у всмоктувальній трубі під час зупинки насоса. Головні показники роботи насосів - подача (продуктивність), напір, потужність. Подачею, або продуктивністю, насоса називається кількість рідини або газу, що переміщується насосом за одиницю часу. Відрізняють об'ємну Q, і масову G подачу насоса.

Об'ємною подачею насоса називається об'єм рідини V, яку подає насос за одиницю часу т (в м/с):

Масова подача - це маса рідини т, що переміщується насосом в одиницю часу т (в кг/с):

Напором насоса називається приріст питомої енергії, яку одержує рідина, яку подає насос.

Висота всмоктування - це висота від рівня рідини в нижньому резервуарі до осі насоса. Висота нагнітання - відстань по вертикалі від осі насоса до рівня рідини у верхньому резервуарі. Геометрична висота нагнітання - це відстань по вертикалі від рівня рідини в нижньому резервуарі дo рівня рідини у верхньому резервуарі. Висота всмоктування повинна бути такою, щоб забезпечити піднімання рідини у всмоктувальному трубопроводі. У насосі треба створити таке розрідження, щоб тиск збоку всмоктування був менший за тиск на вільній поверхні забірного (нижнього) резервуара. Різниця тисків є рушійною силою, яка змушує рідину переміщуватися з резервуара до насоса.

рис. 2.5― Оcьовий насос

Осьовий (пропелерний) насос (рис. 2.5) складається з робочого колеса 2 з лопатями 4, які закріплені на втулці 1 під кутами до осі втулки. Під час обертання колеса від вала 7 лопаті переміщують рідину вздовж осі колеса зі всмоктувальної труби 3 до нагнітальної труби 6. Насос обладнаний направляючим апаратом 5, який слугує для усунення обертального руху рідини в нагнітальній трубі. Робота осьового насоса нагадує роботу гребного гвинта. Осьові насоси використовують для забезпечення циркуляції рідини у випарних апаратах. Вони використовуються також для переміщення великих об'ємів рідини (десятки кубічних метрів на секунду) з відносно невисокими напорами (3-25 м), тобто порівняно з відцентровими насосами вони мають значно більшу подачу, але менший напір. ККД осьових насосів досягає 0,9 і більше. працює за принципом використання кінетичної енергії робочої рідини для подавання рідини, яка перекачується. Ці насоси не мають частин, які рухаються, і дуже прості за конструкцією. Потік робочої рідини, проходячи через сопло У, збільшує свою швидкість і, отже, кінетичну енергію. Збільшення динамічного (швидкісного) напору приводить до зменшення п'єзометричного (статичного) напору і, таким чином, тиску в камері 2, де утворюється вакуум. Під впливом вакууму рідина, яка підлягає перекачуванню, підсмоктується по трубі 3, захоплюється струменем робочої рідини і, змішуючись із нею, поступає до дифузора 4, а потім до нагнітальної труби 5. В струминних насосах робочою рідиною може бути як нестислива, так і стислива рідина (газ або пара).

Тому струминні насоси поділяють на водоструминні, газоструминні й пароструминні. Прикладами використання струминних насосів є сульфітодозувальний апарат для введення сірчистого ангідриду до виноматеріалів та плодово-ягідних напівфабрикатів, газові пальники, пароструминний інжектор у випарних установках. Об'ємні гідравлічні машини - поршневі, роторні, мембранні, шестеренні, гвинтові, пластинчасті насоси -працюють за принципом витіснення рідини з робочої камери робочими органами, які рухаються. Поршневі насоси різноманітні за своїми конструктивними особливостями і галузями призначення. За видом поршня насоси бувають поршневі та плунжерні, за їх кількістю - одно- і багатопоршневі. За розміщенням циліндрів - горизонтальні та вертикальні. За принципом дії - простої та подвійної дії, а за тиском - низького і високого тиску. Цінною перевагою поршневих насосів є незалежність їхньої продуктивності від розвинутого напору, тобто можливість подавати невелику кількість рідини під високим тиском. Поршневі (плунжерні) насоси використовуються для подавання рідких харчових продуктів на розприскування в установках для сушіння, в гомогенізаторах, гідравлічних пресах тощо. Поршневі насоси - найпоширеніша група насосів у виноробній промисловості. Поршневий насос складається з двох основних частин: гідравліч-ної і привідної. Гідравлічна частина насоса призначена для переміщення рідини з області низького тиску до області високого тиску. Привідна частина передає гідравлічній частині енергію від двигуна.

Рис. 2.7. Поршневий насос

На рис. 2.7 наведено схему гідравлічної частини поршневого насоса простої дії. Поршневий насос простої дії складається з циліндра 7, поршня 3, кривошипно-шатунного механізму 2 всмоктувальної труби 4 з клапаном 5 і нагнітальної труби 6 з клапаном 7. Під час руху поршня 3 вправо в циліндрі 1 створюється розрідження, внаслідок чого всмоктувальний клапан 5 піднімається, і рідина входить до робочої порожнини циліндра.

Рис. 2.6. Струминний насос

Під час руху поршня в зворотному напрямку клапан 5 опускається і припиняє надходження рідини в насос, але в цей час відкривається нагнітальний клапан 7, і рідина з циліндра витісняється в нагнітальний трубопровід 6.

Роторні насоси використовуються для перекачування в'язких рідин, наприклад таких, як згущене молоко, олія, жир, паста, патока. Вони поділяються на шестеренні та шиберні. У свою чергу, шестеренні насоси поділяються на насоси з внутрішнім і зовнішнім зчепленням.

Принцип дії шестеренного насоса із зовнішнім зчепленням (рис. 2.8) полягає в тому, що рідина захоплюється двома зубчастими шестернями 2, які обертаються в різні боки в нерухомому корпусі 4. В'язка рідина попадає в корпус через штуцер 1 і переміщується до нагнітального патрубка 3.

Тут на вході зубців у зчеплення рідина витискується із міжзубцевих порожнин. До електродвигуна приєднується тільки одна шестерня, яка, в свою чергу, передає обертальний рух другій шестерні за рахунок зачіплювання.

Шестеренний насос простий за конструкцією, в ньому немає клапанів, він безпосередньо приєднується до двигуна і забезпечує велику висоту напору

Рис. 2.8. Шестерений насос

Він також компактний, швидкохідний і з досить великою кількістю зубців на шестернях, забезпечує рівномірне подавання продукту.

Продуктивність (подача) шестеренного насоса визначається частотою обертання шестерень.

Рис. 2.9. Гвинтовий насос

Гвинтові насоси використовуються для перекачування високов'язких систем, таких як сир, вершкове масло, фарш. При цьому структура продукту, що транспортується, залишається мало пошкодженою. Гвинтові насоси дають змогу створювати високі тиски. У промисловості найбільше розповсюджені гвинтові насоси з трьома гвинтами. Рідина, що поступає в заглиблення гвинтової нарізки (рис. 2.9) збоку корпуса У, під час повороту гвинта 3 герметично відтинається від всмоктувальної камери 2 і потім переміщується каналом нарізки вздовж осі гвинта до напірної камери 4. З постійною частотою обертання гвинта подача насоса строго постійна. Під час переміщення крупношматкових продуктів вони розклинюються між гвинтом та стінками корпуса і рухаються як гайка гвинтовою направляючою. ККД гвинтових насосів становить 0,8-0,9, тиск нагнітання до 20 МПа, частота обертання - до 10 000 об/хв.

Рис. 2.10 Мембранні (діафрагменні) насоси

Мембранні (діафрагменні) насоси (рис. 2.10) використовують для перекачування пластично-в'язких продуктів і технологічних агресивних середовищ (сирний згусток, бульйони, фарші).

Принцип дії мембранного насоса подібний до поршневого з тією різницею, що поршень від продукту відокремлено мембраною (діафрагмою), виготовленою із харчової гуми.

Мембрана 3, яка знаходиться в корпусі 2, Прикріплена до штока 1 і може здійснювати коливальні рухи. Під час ходу штока вправо мембрана 3 вигинається і створює в камері насоса вакуум, завдяки якому через всмоктувальний клапан 5 із патрубка 4 поступає рідина. При зворотному ході штока 1 мембрана 3 давить на рідину й витискує її через нагнітальний клапан 6 у патрубок 7. Суттєвий недолік мембранних насосів це знос еластичної мембрани внаслідок її розтягування.

Компресорні машини призначені для стиснення і переміщення різних газів і пари, які використовуються як з технологічною метою, так і для приладів контролю та автоматики, приводу різних інструментів тощо. Відношення кінцевого тиску р2, який створюється компресором, до початкового тиску p1 коли відбувається всмоктування газу, називають ступенем стиснення. Залежно від величини ступеню стиснення розрізняють такі типи компресорних машин:

- компресори (р2/ p 2 > 3);

- газодувки (3 > p p1 2 > 1,1);

- вентилятори (р2/ p1 < 1,1);

- вакуум-насоси.

За принципом дії компресорні машини поділяють на такі групи: поршневі, роторні, відцентрові, осьові та струминні. Принципово всі ці типи компресорних машин у своїй основі аналогічні поршневим, роторним, відцентровим, осьовим і струминним насосам, які ми вже розглянули. У зв'язку з цим розглянемо тільки найбільше поширені в харчовій промисловості та ресторанному господарстві такі типи компресорних машин, як вентилятори та газодувки.

Вентилятори - це відцентрові машини, які призначені для переміщення газу (повітря) з одного простору в інший. Розрізняють осьові та відцентрові вентилятори.

                                     а                                   б

Осьові вентилятори рис 2 11

Осьові вентилятори (рис 2.11 а) забезпечують великі подачі з низькими напорами, мають просту конструкцію. Для одержання великого напору колеса вентиляторів виготовляють з лопатями У, які загнуті вперед на кут більше ніж 90° Принциповий устрій осьового вентилятора такий самий, як і осьового насоса.

Робота відцентрового вентилятора (рис. 2.11, б) також аналогічна роботі відцентрового насоса. Під час обертання робочого колеса 2 за рахунок відцентрової сили повітря або газ відкидається до периферії корпусу 1 і виходить через нагнітальний патрубок 4. За рахунок розрідження (вакууму), яке виникає в центрі камери вентилятора, туди через всмоктувальний патрубок 3 поступають нові порції повітря.

Принципова відмінність газодувки (рис. 2.12) від відцентрового вентилятора полягає в тому, що в ній є направляючий апарат У, у якому відбувається перетворення кінетичної енергії газу на потенційну енергію тиску. Так само як і для відцентрових насосів, для вентиляторів і газодувок має місце закон

Рис. 2.12  Газодувка            пропорційності - залежність між їхніми основними параметрами - частотою обертання робочого колеса, продуктивністю (об'ємною подачею), створюваним тиском (напором) і потужністю. Вакуум-насоси призначені для відсмоктування газів з тиском нижчим від атмосферного, тобто для створення розрідження. За конструкцією розрізняють поршневі, ротаційні та струминні вакуумні насоси. Залежно від величини розрідження, яке необхідно створити, вакуумні насоси бувають одноступеневі та багатоступеневі. Принципово вакуум-насоси не відрізняються від компресорних машин відповідних конструкцій. Однак при малому значенні абсолютного тиску (сильному розрідженні) об'єм мертвого (шкідливого) простору в поршневих вакуум-насосах повинен бути значно меншим, ніж у компресорах. При цьому водну оболонку застосовувати обов'язково, тому що внаслідок високого ступеня стиснення температура в циліндрі дуже зростає. Охолодження в цьому випадку дає суттєвий ефект у зв'язку з малою масою газу, що подається вакуум-насосом.

Питання для самоперевірки

1. Яку науку називають гідравлікою?

2. Поняття рідини в гідравліці.

3. 3 яких частин складається гідравліка?

4. Що називають гідростатичним тиском?

5. Поясніть основне рівняння гідростатики.

6. Сутність принципу сполучених посудин.

7. Поясніть основні положення гідродинаміки.

8. Як розраховують об'ємну витрату речовини?

9. Як розраховують лінійну швидкість потоку рідини?

10. Поясніть режим руху рідин.

11. Поняття про гідравлічні машини, їх класифікація.

12. За яким принципом класифікують насоси?

13. Як працює відцентровий насос?

14. Де використовуються осьові насоси?

15. За яким принципом працює струминний насос?

16. Призначення поршневих насосів. Як визначається їх продуктивність?

17. Які поршневі насоси називають насосами простої дії?

18. Для перекачування яких рідин доцільно застосовувати роторні насоси?

19. Як працює шестеренний насос із зовнішнім зчепленням?

20. Принцип дії гвинтових насосів.

21. Для перекачування яких рідин доцільно застосовувати мембранні (діафрагмені) насоси?

22. Принцип дії мембранного насоса.

23. Для чого призначені компресори?

24. За яким принципом поділяються компресорні машини?

25. Поясніть устрій та принцип дії одноступеневого поршневого компресора.

26. На які групи поділяють пристрої, що перекачують повітря?

27. Чим різняться осьові та відцентрові вентилятори?

28. Принципова відмінність газодувки від відцентрового вентилятора.

29. Як визначається повний напір, що розвивається насосом?

30. Як визначають об'ємну й масову подачу насоса?

Використана література.

1. Процеси і апарати харчових виробництв / За редакцією А.М.Поперечного.- К.:Центр учбової літератури, 2007, - 301 с.

2. Стабников В.Н., Баранцев В.И. Процессы и аппараты пищевых производств. - М.:Пищ.пром-сть, 1984, -349 с.

3. Кавецкий Г.Д., Королев А.В. Процессы и аппараты пищевых производств. –М.: Агропромиздат, 1999, - 430 с.