Група ХТ-27-20 "Порцеси та апарати у харчовому виробництві".

Добрий день шановні учні! Ми продовжуємо вивчати тему 2 "Основи гідродинаміки". Я пропоную вам опрацювати підтему 2.4. "Гідравлічні машини". Підтема 2.4. Поняття про гідравлічні машини та їх класифікація Рідини та гази, які використовуються в харчовій технології, часто необхідно транспортувати трубопроводами як на підприємствах (для подачі в апарати і установки, з цеху в цех), так і поза ними (для отримання вихідної сировини або відправки готової продукції). 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 в енергію рідини, яка транспортується, внаслідок підвищення її тиску. Ці машини можна розподілити на три основні групи: 1) насоси (для переміщення рідин); 2) вентилятори (для переміщення газів); 3) компресори (для стискання та переміщення газів). Насоси та їх класифікація Насоси використовують для переміщення рідин у трубопроводах і апаратах. Переміщення пов’язане з подоланням сил тертя, місцевих опорів, а також витратами енергії на підйом рідини з нижчого на вищий рівень. За видом робочої камери і сполученням її зі входом і виходом насо- са розрізняють два основні їх класи: об’ємні та динамічні. В об’ємних насосах рідина переміщується шляхом періодичної зміни об’єму камери, яка поперемінно з’єднується з входом і виходом насоса. До об’ємних насосів відносяться поршневі, мембранні, ротаційні та ін. У 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, осьові (пропелерні), роторні, гвинтові, вихрові, струминні. Основні параметри роботи насосів Основні параметри насосів ― це подача та напір. Параметрами, що характеризують роботу насосів, є також потужність і коефіцієнт корисної дії (ККД). Подачею або продуктивністю насоса називається кількість рідини або газу, що переміщується насосом за одиницю часу. Відрізняють об’ємну QV і масову G подачу насоса. Об’ємною подачею насоса називається об’єм рідини V, що подається насосом за одиницю часу τ (у м3/с): Q  V /  . (2.65) Масова подача ― це маса рідини m, що переміщується насосом за одиницю часу τ (в кг/с): G  m /   V /   Q , (2.66) де ρ ― густина рідини, кг/м3. Напором насоса називається приріст питомої енергії, яку одержує рідина, що подається насосом. Для кращого розуміння цієї характе- ристики розглянемо принципову схему насосної установки (рис. 2.20), в якій рідина з нижнього резервуара 1 перекачується насосом 7 до верхнього резервуара 5. Ця схема дозволяє визначити важливі для характеристики насосів терміни: висоту всмоктування НВ, висоту нагнітання НH і висоту геометричного підйому рідини НГ, яку часто називають повним напором, який створюється насосом. Висота всмоктування ― є висотою від рівня рідини в нижньому резервуарі до осі насоса. Висота нагнітання ― відстань по вертикалі від осі насоса до рівня рідини у верхній ємності. Геометрична висота нагнітання ― це відстань по вертикалі від рівня рідини в нижній ємності до рівня у верхній. Висота всмоктування НВ повинна бути такою, щоб забезпечити підйом рідини у всмоктувальному трубопроводі 2. У насосі треба створити таке розрідження, щоб тиск із боку всмоктування рВ був менший за тиск р1 на вільній поверхні забірного (нижнього) резервуара. Різниця тисків р1 – рВ є рушійною силою, яка змушує рідину переміщуватися з резервуара до насоса. Рівняння Бернуллі для кінцевих перерізів всмоктувального трубопрово- ду має вигляд: v 2 p v 2 p 0  1  HВ  в  в  hв , 2 g ρg 2 g ρg Рисунок 2.20 ― Схема насосної установки де v0 і vв ― швидкість рідини в забірному резервуарі та всмокту- вальному трубопроводі відповідно, м/с; р1 і рв ― тиск в забірному резервуарі та всмоктувальному патрубку насоса відповідно, Па; hв ― втрати напору у всмоктувальному трубопроводі, м. Швидкість рідини v0 знехтувано мала порівняно зі швидкістю vВ і тому може бути виключена з рівняння. Тоді геометрична висота всмокту- вання буде: Hв  p1  pв ρg  vв 2 2 g  hв . (2.67) З одержаного рівняння виходить, що висота всмоктування може бути тим більшою, чим менші втрати напору hв і швидкість рідини vв у всмоктувальному трубопроводі. Звичайно нагнітальний і всмоктувальний патрубки насоса мають однаковий діаметр; відповідно швидкості рідини в цих патрубках однакові. Тоді повний напір Н (в м), що розвивається насосом, визначається у відповідності до рівняння Бернуллі за формулою: H  p2  p1  ( H ρg в  Hн )  ( hв  hн ), де hн ― втрати напору в нагнітальному трубопроводі, м, або H  p2  p1  H ρg г  h , (2.68) де р2 і р1 ― тиск в просторах нагнітання та всмоктування, відповід- но, Па; ρ ― густина рідини, кг/м3; Нг ― геометрична висота підйому рідини, м; h ― напір, який витрачається на створення швидкості та подолання тертя і всіх місцевих опорів у всмоктувальній і нагнітальній лініях, м; g = 9,81 м/с2 ― прискорення вільного падання. Формулу (2.68) використовують під час вибору насосів для технологічних установок. Якщо тиски в забірній і наповнювальній ємностях однакові (р2 = р1), то рівняння напору (2.68) набуде вигляду: H  Hг  h . (2.69) Під час перекачування рідини горизонтальним трубопроводом (НГ = 0) рівняння напору (2.68) набуде вигляду: H  p2  p1  h. (2.70) ρg Для визначення напору діючого насоса користуються показниками манометра 6 (рис. 2.20), який встановлюється на нагнітальній лінії 4 після виходу рідини з насоса, та вакуумметра 3 на всмоктувальній лінії 2. Манометр вимірює надмірний тиск: pH  p2  pа , де ра ― атмосферний тиск. Вакуумметр вимірює вакуум у рідині, яка поступає в насос: pв  pа  p1 . Тоді тиск, який розвиває насос, буде визначатись як: p  p2  p1  pн  pв , (2.71) а повний напір Н = (рн + рв ) /(ρg). При цьому h  0 і НГ  0. До насоса для його роботи безперервно підводиться енергія від двигуна. Розрізняють корисну та дійсну потужність насоса. Корисна потужність насоса Nк (в Вт) ― це корисна робота Ак, яка передається насосом всій рідині, що перекачується, в одиницю часу: Nк  Aк /   mgH/  GgH  gQ H . (2.72) Дійсна (справжня) потужність на валу насоса N (в Вт), тобто потужність, яка споживається насосом, більше корисної потужності внаслідок втрат у самому насосі (гідравлічні втрати, витікання рідини крізь нещільності, витрати внаслідок тертя в підшипниках тощо), які враховуються коефіцієнтом корисної дії (ККД) насоса ηн: N  Nк / н  gQV H/н . (2.73) Коефіцієнт корисної дії ηн характеризує досконалість конструкції та економічність експлуатації насоса: ηн  ηоηгηм , (2.74) де ηо = Qд /QV ― коефіцієнт подачі, або об’ємний ККД, який є відношенням дійсної продуктивності (подачі) насоса Qд до теоретичної QV (враховує витрати рідини крізь нещільності); ηг ― гідравлічний ККД ― відношення дійсного напору насоса до теоретичного (враховує втрати напору під час руху рідини через насос); ηм ― механічний ККД, який характеризує витрати потужності на механічне тертя в насосі. Значення ηн залежить від конструкції та в середньому становить: для відцентрових насосів ― 0,6...0,7; для поршневих ― 0,8...0,9. Динамічні насоси Відцентровий насос. Відцентрові насоси одержали найбільше роз- повсюдження у промисловості та підприємствах ресторанного господар- ства для перекачування малов’язких рідин. Це пояснюється їх високою продуктивністю, невеликими розмірами, можливістю безпосереднього приєднання до електродвигуна. Окрім того, відцентрові насоси прості за конструкцією, що дозволяє виготовляти їх із різноманітних матеріалів. Останній факт робить насоси цього типу незамінними під час перека- чування харчових рідин (соків, молока, сиропів). Вони класифікуються за конструктивними ознаками, за перепадом тисків та частотою обертан- ня робочого колеса. За створюваним перепадом тиску відцентрові насоси розпо- діляються на: — насоси низького тиску, які створюють до 20...25 м напору стовпа рідини; — насоси середнього тиску з перепадом 25...60 м напору; — насоси високого тиску, які здатні створювати тиск більше 60 м напору. За розміщенням валу робочого колеса відцентрові насоси бувають горизонтальні та вертикальні. Залежно від частоти обертання робочого колеса насоси розподіляються на тихохідні та швидкохідні. За кількістю робочих коліс насоси бувають одноступеневі та бага- тоступеневі. У 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, створюваного насосом. Ці насоси відносяться до групи насосів середнього і високого тиску. Відцентровий насос (рис. 2.21) складається з корпуса 1, що має спіралеподібний канал, в якому обертається робоче колесо 2, закріплене на валу 3. На робо- чому колесі закріплені лопаті, між якими розміщуються канали для проходження рідини. Пода- ча рідини до насоса здійсню- ється через всмоктувальний па- Рисунок 2.21 ― Одноступінчатий горизонтальний відцентровий насос трубок 5, який з’єднаний із цен- тральною частиною робочого колеса. Нагнітальний патрубок 4, розміщений тангенціально по відно- шенню до робочого колеса, служить для відведення рідини з насоса. Відцентрові насоси працюють таким чином. Під час обертання відцентрового колеса рідина через всмоктувальний патрубок поступає до каналу між лопатями. Під дією відцентрових сил рідина проходить по каналах робочого колеса і відкидається до його периферії, набуваючи при цьому кінетичної енергії. У спіралеподібному 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 викличе переміщення рідини і створить перепад тисків. Це досягається розміщенням насоса нижче 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 відцентрових насосів ― продуктивність, напір, потужність ― визначаються частотою обертання робочого колеса. Продуктивність відцентрових насосів Qд залежить від великої кіль- кості чинників і визначається спеціальними розрахунками. На практиці звичайно величина Qд задана, так що необхідно тільки підібрати насос заданої продуктивності та напору за відповідними каталогами. Для визначення повного напору Н, який створює відцентровий насос, можна використати таку формулу: H  π2n2 D2 g , (2.75) де n ― частота обертання робочого колеса, 1/с; D ― діаметр робочого колеса, м; g ― прискорення вільного падання, м/с2. Дійсну потужність відцентрового насоса N (у Вт) визначають за формулою (2.73): N  gQ H  , де Qд ― продуктивність насоса, м3/с;  ― густина рідини, кг/м3. Взаємозв’язок між частотою обертання робочого колеса насоса, його продуктивністю, повним напором і потужністю виражається таким рівнянням: n1 n2 д 1 Qд 2   . (2.76) Рівняння (2.76) називають законом пропорційності. Воно дозволяє за однією дослідною характеристикою Н-Q побудувати низку характе- ристик відцентрового насоса. Проте залежність (2.76) досить точна у разі зміни частоти обертання робочого колеса не більше ніж у 2 рази. На рис. 2.22 наведено графічну залежність напору Н, потужності N і Н, N, н Qр ККД н відцентрового насоса від його продуктив-ності Q з постійною частотою обертання n робочого колеса, яку одержано експериментально. Наведені криві називають енергетични- ми характеристиками відцентрового насоса та їх вносять до його паспорта. З графіка видно, що з підвищенням продуктивності насоса напір, що ним створюється, падає, а потуж- ність суттєво зростає. ККД з підвищенням продуктивності спочатку зростає, а потім Q падає. Рисунок 2.22 ― Енергетичні характеристики відцентрового насоса Має місце максимум значення ККД. Режим роботи відцентрового насоса в області максимальних значень ККД називається оптимальним режимом роботи насоса, тому що робота насоса в цій області буде найбільш економічно вигідною. Осьовий (пропелерний) насос (рис. 2.23) 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 перемі- щують рідину вздовж осі колеса зі всмоктувальної труби 3 до нагнітальної труби 6. Насос обладнаний напрямним апаратом 5, який служить для усунення обертального руху рідини в нагнітальній трубі. Робота осьового насоса нагадує роботу гребного гвинта. Осьові насоси використовують для забезпечення циркуляції рідини в різних апаратах, наприклад ― у випарних. Вони використовуються також для переміщення великих об’ємів рідини (десятки кубічних метрів на секунду) з відносно невисокими напорами (від 3 до 25 м), тобто в порівнянні з відцентровими насосами вони мають значно більшу подачу, але менший напір. ККД осьових насосів досягає 0,9 і більше. Рисунок 2.23 ― Оcьовий насос Рисунок 2.24 ― Струминний насос Струминний насос (рис. 2.24) 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 1, збільшує свою швидкість і, отже, кінетичну енергію. Відповідно до рівняння Бернуллі для ідеальної рідини, збільшення динамічного (швид- кісного) 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 з нею, поступає до дифузора 4, а потім до нагнітальної труби 5. У струминних насосах робочою рідиною може бути як нестислива, так і стислива рідина (газ або пара). У зв’язку з цим струминні насоси поділяють на водоструминні, газоструминні та пароструминні. Залежно від особливості використання струминних насосів вони називаються ежекторами та інжекторами. Прикладами використання струминних насосів є сульфітодозуючий апарат для введення сірчистого ангідриду до виноматеріалів та плодово-ягідних напівфабрикатів, газові пальники, пароструминний інжектор у випарних установках. Об’ємні насоси Об’ємні гідравлічні машини ― поршневі, роторні, мембранні, шестеренні, гвинтові, пластинчаті насоси ― працюють за принципом витіснення рідини з робочої камери робочими органами, які рухаються. Поршневі насоси різноманітні за своїми конструктивними особли- востями і за областю призначення. За видом поршня бувають насоси 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. Значною перевагою поршневих насосів є незалежність їх продуктивності від розвиненого напору, тобто можливість подавання невеликої кількості рідини під високим тиском. Поршневі (плунжерні) насоси знаходять використання у разі подавання рідких харчових продуктів на розпри- скування в установках для сушіння, в гомогенізаторах, гідравлічних пресах тощо. Поршневі насоси ― найбільш поширена група насосів у виноробній промисловості. Поршневий насос складається з двох основних частин: гідравлічної та привідної. Гідравлічна частина насоса призначена для переміщення рідини з області низького тиску до області високого. Привідна частина передає гідравлічній частині енергію від двигуна. На рис. 2.25 наведено схему гідравлічної частини поршневих насосів простої та подвійної дії. Рисунок 2.25 ― Поршневі насоси Поршневий насос простої дії (рис. 2.25 а) складається з циліндра 1, поршня 3, кривошипно-шатунного механізму 2, всмоктувальної труби 4 з клапаном 5 і нагнітальної труби 6 з клапаном 7. Під час руху поршня 3 праворуч у циліндрі 1 створюється розрідження, внаслідок чого всмоктувальний клапан 5 піднімається, і рідина входить до робочої порожнини циліндра. Під час руху поршня у зворотному напрямку клапан 5 опускається і припиняє надходження рідини в насос, але в цей час відкривається нагнітальний клапан 7, і рідина з циліндра витісняється у нагнітальний трубопровід 6. Поршневий насос подвійної дії (рис. 2.25 б) за один хід поршня (плунжера) 1 робить одночасно всмоктування через клапан 3 або 4 і нагнітання через клапан 2 або 5, подаючи до трубопроводу 6 вдвічі більшу кількість рідини порівняно з насосом простої дії. Крім того, цей насос здійснює більш рівномірне переміщення продукту ніж поршневий насос простої дії. Ще більш рівномірне подання рідини забезпечують багатоплунжерні насоси. Випускаються насоси, які мають чотири, шість і більше плунжерів. Теоретична продуктивність поршневого насоса простої дії QТ (м3/с) визначається за формулою QТ  Snl  D2 4 nl , (2.77) де S ― площа перерізу поршня (або плунжера), м2; l ― довжина ходу поршня (або плунжера), м; n ― частота обертання кривошипно- шатунного механізму або кількість подвійних ходів за секунду, 1/с; D ― діаметр циліндра (або поршня), м. Дійсна продуктивність (подача) поршневого насоса менша теоретичної внаслідок запізнення відкриття всмоктувального і закриття нагнітального клапанів та витікання рідини у всмоктувальну трубу. Тому вводиться об’ємний ККД, або коефіцієнт подачі:  Q Q . Він зміню- д Т ється в межах 0 = 0,7…0,97. Тоді дійсна подача (у м3/с) поршневого насоса простої дії становить: Q  Snl . (2.78) Дійсна продуктивність поршневого насоса подвійної дії може бути визначена за формулою: Q  (  де d ― діаметр штока поршня, м. 4 ) ( 2D2  d 2 )nl , (2.79) Повна геометрична висота напору Н складається з висоти всмоктування Нв і висоти нагнітання Нн: Н = Нв + Нн. Корисна та дійсна потужності на валу поршневого насоса визначаються за формулами (2.72) і (2.73). 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. 2.26 а) полягає в тому, що рідина захоплюється двома зубчатими шестернями 2, які обертаються в різні боки в нерухомому корпусі 4. В’язка рідина потрапляє в корпус через штуцер 1 і переміщується до нагнітального патрубка 3. Тут на вході зубців у зчеплення рідина витискується із міжзубцевих порожнин. До електродвигуна приєднуєть- ся тільки одна шестерня, яка в свою чергу передає обертальний рух другій шестерні за рахунок зчеплення. Шестеренний насос із внутрішнім зчепленням (рис. 2.26 б) працює так: під час обертання шестерень 2 і 3 рідина зі всмоктувального патрубка 1 потрапляє в їх міжзубний простір. Для розділення міжзубних просторів внутрішньої 2 і зовнішньої 3 шестерень є серпоподібний вкладиш 4. Під час підходу до нагнітального патрубка 5 зубці шестерень знову вступають у зчеплення, і рідина витискується із міжзубцевих порожнин. Ці насоси прості за конструкцією, у них відсутні клапани, вони безпосередньо приєднуються до двигуна і забезпечують велику висоту напору. Вони також компактні, швидкохідні та з досить великою кількістю зубців на шестернях забезпечують рівномірне подавання продукту. Шестеренні насоси реверсивні при зміні напрямку обертання коліс. а б Рисунок 2.26 ― Шестеренні насоси Всмоктувальна та нагнітальна порожнини насоса звичайно сполучаються через байпас (обвідний канал), на якому розташований запобіжний клапан. Продуктивність (подача) шестеренного насоса визначається в першу чергу частотою обертання шестерень і може бути визначена таким чином. Кожний зубець шестерень, який входить у зчеплення, переміщує об’єм рідини, який дорівнює: V1  S1  b, де S1 ― площа зубця в площині обертання між зовнішніми колами шесте-рень, які знаходяться у зачепленні, м2; b ― ширина зубця, м. Теоретична подача (продуктивність) насоса визначається виразом: Q  2S bn, (2.80) де Z ― кількість зубців шестерні (Z = 8…12); n ― частота обертання (до 50 об/с). Дійсна подача менша внаслідок витрат рідини крізь зазори між зубцями та між стінками корпуса і шестернями: Q   Q  2S bn , (2.81) д 0 Т 1 0 де 0 ― об’ємний ККД насоса, що дорівнює 0,7…0,9. У шиберних роторних насосах (рис. 2.27) ротор 2 розташовано ексцентрично відносно корпуса 1 насоса. Під час обертання ротора висувні шибери (пластини) 3, що вільно вставлені в пази ротора, висуваються і притискуються до корпуса за рахунок сили пружин чи відцентрової сили. Рідина, яка поступає зі всмоктувального патрубка, захоплюється шиберами і проштовхується до нагнітального патрубка. Шиберні роторні насоси широко використовуються для транспор- тування пластично-в’язких м’ясних і молочних продуктів. Теоретична подача шиберного насоса може бути розрахована таким чином. За один оберт ротора переміщується об’єм рідини, що дорівнює: V  2 ( R  e )2be  4Rbe, де R ― радіус робочої камери в корпусі насоса, м; e ― ексцентриситет, м; b ― ширина пластин, м; звичайно e « R. Якщо ротор обертається з частотою n (1/с), а об’ємний ККД 0, то дійсна подача (в м3/с) буде: Q  4 ( R  e )ben  4Rben . (2.82) Гвинтові насоси використовуються для перекачування високо- в’язких систем, таких як сир, вершкове масло, фарш. При цьому струк- тура продукту, що транспортується, залишається мало пошкодженою. Гвинтові насоси дозволяють створювати високі тиски. Найбільш розповсюджені в промисловості гвинтові насоси з трьома гвинтами. Принцип дії гвинтових насосів такий (рис. 2.28). Рідина, що поступає у заглиблення гвинтової нарізки з боку корпуса 1 всмоктування, під час повороту гвинта 3 герме- тично відтинається від всмокту- вальної камери 2 і потім Рисунок 2.28 ― Гвинтовий насос переміщується каналом нарізки вздовж осі гвинта до напірної камери 4. З постійною частотою обертання гвинта подача насоса чітко постійна. Під час переміщення великошматкових продуктів вони розклинюються між гвинтом і стінками корпуса і рухаються як гайка гвинтовою напрямною. ККД гвинтових насосів становить 0,8…0,9, тиск нагнітання ― до 20 МПа, частота обертання ― до 160 об/с. Мембранні (діафрагменні) насоси (рис. 2.29) використовують для перекачування пластично-в’язких продуктів і технологічних агресивних середовищ (сирний згусток, бульйони, фарші). Принцип дії мембранного насоса подібний поршневому з тією різницею, що поршень від продукту відокремлено мембраною (діафрагмою), виготовленою із харчової гуми. Мембрана 3, яка розташована в корпусі 2, прикріплена до штока 1 і може здійснювати коливальні рухи. Під час ходу штока праворуч мембрана 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 і витискує її через нагнітальний клапан 6 в патрубок 7. Суттєвий недолік мембранних насосів ― це знос еластичної мембрани внаслідок її розтягування. Рисунок 2.29 ― Мембранний насос Рівняння для визначення продуктивності мембранного насоса (в м3/с): Q  Vn , (2.83) де V ― об’єм камери, м3; n ― число подвійних ходів мембрани, 1/с; 0 ― об’ємний ККД. Компресорні машини Компресорні машини призначені для стиснення і переміщення різних газів і пари, які використовуються як з технологічною метою, так і для приладів контролю і автоматики, приводу різних інструментів тощо. Відношення кінцевого тиску р2, який створюється компресором, до початкового тиску р1, коли відбувається всмоктування газу, називають ступенем стиснення. Залежно від величини ступеня стиснення розрізняють такі типи компресорних машин: — компресори, в яких 3 < р2/р1; — газодувки, в яких 1,1 < р2/р1 < 3,0; — вентилятори, в яких р2/р1 < 1,1; — вакуум-насоси, призначені для відсмоктування газів із тиском нижче атмосферного. За принципом дії компресорні машини поділяються 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 нами вже розглянуто. У зв’язку з цим розглянемо тільки найбільш розповсюджені в харчовій промисловості та ресторанному господарстві такі типи компресорних машин, як вентилятори та газодувки. Оскільки на кожному підприємстві є холодильні установки, до складу яких входять компресори, то зупинимось також на деяких особливостях компресорів, які газ газ необхідно знати інженеру-технологу. Розглянемо устрій та принцип дії одноступеневого поршневого компре- сора (рис. 2.30). вода вода Рисунок 2.30 ― Поршневий компресор Стиснення газу (аміаку, фреонів чи повітря) у поршневому компресорі здійснюється в циліндрі 2 за рахунок зворотно-поступального руху порш- ня 1 від кривошипно-шатунного меха- нізму 3. Під час всмоктувального ходу поршня 1 зверху вниз газ розширюється і всмоктується через пружинний клапан 5 у циліндр. Під час ходу поршня знизу вверх відбувається стиснення газу, а потім його нагнітання через нагнітальний пружинний клапан 6. При стисканні газу відбувається зменшення об’єму газу і підвищення його тиску та температури. Для відведен- ня теплоти, яка виділяється під час стискання газу, служить обо- лонка 4, яка оточує циліндр 2 компресора і в якій циркулює вода, що охолоджує. Вентилятори ― відцентрові машини, які призначені для переміщення газу (повітря) з одного простору в інший. Розрізняють осьові та відцентрові вентилятори. Осьові вентилятори (рис. 2.31 а) забезпечують великі подачі з низькими напорами, мають просту конструкцію. Для одержання великого напору колеса вентиляторів виготовляють із лопатями, які загнуті вперед на кут більше за 90º. Принциповий устрій осьового вентилятора такий же як і осьового насоса. Робота відцентрового вентилятора (рис. 2.31 б) також аналогічна роботі відцентрового насоса. Рисунок 2.31 ― Схеми вентиляторів 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. Залежно від тиску, що розвивається, розрізняють вентилятори низького тиску (р < 1 кПа), середнього тиску (р = 1…4 кПа) і високого тиску (р > 4 кПа). Рисунок 2.32 ― Схема газодувки Принципова відмін- ність газодувки (рис. 2.32) від відцентрового венти- лятора полягає у тому, що в ній є так званий напрям- ний апарат 1, в якому відбувається перетворення кінетичної енергії газу в потенційну енергію тиску. Так само як і для відцентрових насосів, для вентиляторів і газодувок має місце закон пропорційності ― залежність між їх основними параметрами ― частотою обертання робочого колеса, продуктивністю (об’ємною подачею), створюваним тиском (напором) і потужністю. Ця залежність виражена рівнянням (2.76).