title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Воздуходувные машины

Воздуходувные машины

Простейшей воздуходувной машиной являются кожаные мехи (рис. 205), которые приводились в действие сначала мускульной силой человека или животных, а затем силой воды. Клинчатые кожаные мехи впоследствии были заменены деревянными клинчатыми мехами, которые в свою очередь уступили место ящичным мехам — прообразу современной паровой машины (рис. 206). В такой воздуходувке внутри ящика 1 двигался поршень 2 с всасывающими клапанами 3. Воздух подавался в деревянную трубу 4 с клапаном 5. При движении поршня вниз внутри ящика создавалось разрежение, вследствие чего клапан 3 под действием атмосферного давления открывался и воздух засасывался внутрь ящика. Таким же образом работал и клапан 5, открывавшийся под давлением воздуха при ходе поршня вверх и закрывавшийся под давлением воздуха в трубе 4 при ходе поршня вниз.
Воздуходувные машины

Воздух подавался только при ходе поршня вверх, при хода поршня вниз машина работала вхолостую. Для устранения этого недостатка были применены воздуходувки двойного действия. В этой воздуходувке ящик был закрыт сверху и снизу, благодаря чему воздух нагнетался и при опускании и при подъеме поршня. Для засасывания воздуха в верхней и нижней стенках ящика были поставлены клапаны, открывающиеся при разрежении и закрывающиеся при сжатии.
Дальнейший прогресс в деле развития воздуходувных машин заключался в замене четырехугольных ящиков цилиндрами и в применении силы пара для приведения в действие воздуходувных машин.
Первый паровой привод для воздуходувки был сконструирован и построен русским механиком-самоучкой И.И. Ползуновым в 1766 г. Однако преждевременная смерть изобретателя, а также равнодушное отношение царских чиновников к техническому прогрессу и отечественным изобретателям послужили причиной того, что изобретение И.И. Ползунова не получило развития.
Широкое применение силы пара для приведения в действие воздуходувных машин началось в Англии в конце XVIII и начале XIX вв. На рис. 207 показана паровая вертикальная балансирная воздуходувка, широко применявшаяся в Англии в первой половине XIX в. Поршень правого цилиндра с малым диаметром приводился в действие паром и посредством штока был связан с двуплечим рычагом (балансиром), который поднимал и опускал поршень воздуходувного цилиндра большого диаметра.

Применение силы пара для привода воздуходувных машин позволило в значительной степени увеличить производительность машины и поднять давление поступающего в доменные печи дутья, что весьма существенным образом повлияло на конструкцию и производительность доменных печей.
Балансирные паровые воздуходувки впоследствии были заменены машинами с вертикально установленными цилиндрами (рис. 208); затем вертикальное расположение цилиндров было заменено горизонтальным.

В начале текущего столетия паровые поршневые воздуходувки стали вытесняться газовоздуходувками, имевшими, по сравнению с паровыми, более высокий коэффициент полезного действии.
Схема устройства газовоздуходувной машины показана на рис. 209. Эти машины, как и применявшиеся до них паровые воздуходувки, являются поршневыми машинами; преимущество их, по сравнению с паровыми, заключается в том, что нет надобности в паровых котлах. Самые мощные газовоздуходувки могут подавать практически не более 1500 м3/мин дутья при давлении 1,1 ати, развивая мощность 3860 л. с. При этом возможность увеличения давления сверх указанного крайне ограничена. Между тем современные доменные печи даже не самой большой величины (например 1000 м3) требуют подачи дутья не менее 2000 м3/мин, при давлении его у печи в обычных условиях 1,2—1,35 ати; при подвисаниях давление может подниматься до 1,5 ати и выше.
Таким образом, газовоздуходувные машины оказываются недостаточно мощными для современных доменных печей; по этой причине газовоздуходувные машины вышли из употребления и сохранились лишь на некоторых доменных печах небольшого объема.

Вместо воздуходувок на современных доменных печах применяются центробежные машины — турбовоздуходувки. Принцип действия этих воздуходувок заключается в том, что вращающиеся рабочие колеса, снабженные лопатками, перемещают воздух благодаря центробежной силе от оси к периферии. При этом происходит уплотнение воздуха, создающее статический напор, и увеличение скорости его движения, создающее динамический напор.
Центробежные машины могут быть трех типов: вентилятор, воздуходувка, компрессор. Воздуходувками называются машины, дающие давление воздуха от 1,1 до 4 ати. Одно колесо центробежной машины, устройство которого показано на рис. 210, может повысить давление до 0,55 aти; для доменной печи такое давление совершенно недостаточно, поэтому доменные турбовоздуходувки снабжаются несколькими колесами (или ступенями).
На рис. 211 показан наружный вид колес центробежной воздуходувки, сидящих на одном валу; эти колеса образуют так называемый ротор. Рисунок показывает ротор, извлеченный из кожуха. Разрез через ротор, помещенный внутрь кожуха с неподвижными направляющими лопатками, показан на рис. 212.


Ротор воздуходувки жестко сидит на валу 1, являющемся продолжением вала, на котором сидит ротор паровой турбины. Подача воздуха турбовоздуходувкой производится следующим образом. Через патрубок 2 атмосферный воздух засасывается к оси первого колеса 3, откуда вследствие вращения колеса отбрасывается в кольцевое пространство — диффузор 4; при этом за счет уменьшения скорости движения воздуха происходит увеличение его давления (динамический напор переходит в статический). На диффузоре воздух, меняя направление движения на 180°, по неподвижным направляющим лопаткам 5 подается к оси второго рабочего колеса б, где процесс повторяется, пока воздух не поступит к оси последнего колеса (в данном случае четвертого), которое выбрасывает воздух в кольцевое пространство — улитку 7, откуда воздух посредством патрубка 8 подается в сборный воздухопровод.
На рассмотренном нами рисунке показана воздуходувка с односторонним засасыванием и выдачей воздуха; в настоящее время, однако, чаще делаются турбовоздуходувки с двухсторонним всасыванием, причем улитка, собирающая воздух с двух сторон, делается посередине, и турбовоздуходувка принимает симметричную форму, как это показывает рис. 213, где дан общий вид зала воздуходувной станции и турбовоздуходувок одного из металлургических заводов России.

В большинстве случаев в качестве привода турбовоздуходувок применяются паровые турбины, работающие на паре давлением порядка 30 ати. Иногда в качестве привода для турбовоздуходувок применяются также и электромоторы; но это бывает редко, и к тому же на воздуходувках сравнительно небольшой мощности.
Характерным для турбовоздуходувок является большое число оборотов ротора — в обычных условиях от 2500 до 3200 об/мин. Однако количество воздуха, подаваемого турбовоздуходувкой, не находится в прямой зависимости от числа оборотов. При постоянном числе оборотов ротора между количеством подаваемого воздуходувкой воздуха и давлением его в выходном патрубке существует определенная зависимость, Согласно которой с повышением давления уменьшается количество подаваемого воздуха, и наоборот. Эта зависимость выражается кривыми в координатах P—V, выражающими зависимость между количеством воздуха, его давлением, числом оборотов и коэффициентом полезного действия воздуходувки. Эти диаграммы зависят от индивидуальных особенностей данной турбовоздуходувки и называются ее характеристикой.
У нас в настоящее время строятся и намечены к строительству несколько типов турбовоздуходувок, производственно-эксплуатационные показатели которых представлены в табл. 64.

Мощность паровых турбовоздуходувок может быть значительно повышена против ныне применяющихся; с этой точки зрения они находятся вне конкуренции. Однако существенным недостатком паровых турбовоздуходувок является то, что они требуют установки мощных паровых котлов, потребляющих большое количество воды. Между тем в ряде металлургических районов дебет воды является ограниченным.
Надобность в паровых котлах отпадает в случае применения газотурбовоздуходувок. Схема действия газотурбовоздуходувки показана на рис. 214.

В камеру сгорания а поступают атмосферный воздух, сжимаемый в турбокомпрессоре б, и доменный газ, сжимаемый в компрессоре в; продукты сгорания поступают в теплообменник г, в котором охлаждаются до 600—700°С, нагревая при этом дутьевой воздух до требуемой температуры. После этого продукты сгорания направляются в газовую турбину д, где расширяются до атмосферного давления, производя механическую работу вращения турбокомпрессоров в и б. Из газовой турбины продукты сгорания поступают во второй теплообменник е, в котором охлаждаются примерно до 200°С, нагревая дутьевой воздух, после чего выбрасываются в атмосферу. Дутьевой воздух отводится из промежуточной ступени турбокомпрессора б.
Отсутствие надобности в паровых котлах, а также компактность установки являются преимуществом газотурбовоздуходувок перед обычными паротурбовоздуходувками. Однако газотурбовоздуходувка в настоящее время пока еще в промышленность не внедрена.

title-icon Подобные новости