Насосы, вентиляторы и компрессоры в системах теплогазоснабжения и вентиляции

А. В. Толстых, Ю. Н. Дорошенко, В. В. Пенявский 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
НАСОСЫ, ВЕНТИЛЯТОРЫ И КОМПРЕССОРЫ  
В СИСТЕМАХ ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ  
И ВЕНТИЛЯЦИИ 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2022 
 

УДК 621.65/.51:697.92 
ББК 38.762.231.38 
Т52 
Рецензенты: 
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой  
теплогазоснабжения и инженерных систем в строительстве Томского 
государственного архитектурно-строительного университета   
Цветков Николай Александрович; 
кандидат технических наук, доцент, начальник управления  
теплоэнергоэффективности ООО «Стройтехинновации ТДСК»  
Дегтяренко Алексей Владимирович 
Толстых, А. В.  
Т52 
        Насосы, вентиляторы и компрессоры в системах теплогазоснабжения и вентиляции : учебное пособие / А. В. Толстых,  
Ю. Н. Дорошенко, В. В. Пенявский. - Москва ; Вологда : 
Инфра-Инженерия, 2022. - 176 с. : ил., табл. 
 ISBN 978-5-9729-0936-0 
Рассмотрены принципы работы и конструкции насосов и вентиляторов, общие вопросы теории центробежных нагнетателей, размерные и безразмерные характеристики насосов и вентиляторов, закономерности работы нагнетателей в сети. Описана совместная работа насосов и вентиляторов в сети. Представлены способы регулирования работы нагнетателей. Изложены вопросы теории расчета и конструкции 
поршневых, центробежных и осевых компрессоров. Приведены примеры построения характеристик нагнетателей и сети, подбора насосов 
и вентиляторов, расчета оптимальных режимов работы нагнетателей. 
Для бакалавров по профилю подготовки «Теплогазоснабжение и 
вентиляция» для изучения теории и проведения практических занятий 
по дисциплинам «Насосы, вентиляторы и компрессоры в системах теплогазоснабжения и вентиляции», «Вентиляция», «Отопление». 
УДК 621.65/.51:697.92 
ББК 38.762.231.38 
ISBN 978-5-9729-0936-0  ” Толстых А. В., Дорошенко Ю. Н., Пенявский В. В., 2022 
 
 ” Издательство «Инфра-Инженерия», 2022 
 
 ” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
2 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ..................................................................................................... 5 
 
1. Классификация, принципы работы 
и области применения нагнетателей 
..................................................... 7 
1.1. Классификация и принципы работы нагнетателей 
........................ 7 
1.2. Области применения различных нагнетателей ............................ 16 
 
2. Основные параметры работы нагнетателей ................................ 19 
 
3. Теория центробежных нагнетателей ............................................. 27 
3.1. Движение жидкости в колесе центробежного нагнетателя ........ 27 
3.2. Уравнение Эйлера для работы лопастного колеса 
....................... 29 
3.3. Теоретическая характеристика и потери энергии в колесе  
центробежного нагнетателя .................................................................. 33 
 
4. Характеристики нагнетателей 
........................................................ 39 
4.1. Общее определение характеристики нагнетателя 
........................ 39 
4.2. Характеристики объемных нагнетателей ..................................... 39 
4.3. Характеристики центробежных нагнетателей ............................. 40 
4.4. Подобие лопастных нагнетателей ................................................. 43 
4.5. Универсальные характеристики .................................................... 45 
 
5. Работа нагнетателя в сети 
................................................................ 51 
5.1. Характеристика сети 
....................................................................... 51 
5.2. Метод наложения характеристик .................................................. 58 
5.3. Давление вентилятора, работающего в сети ................................ 70 
5.4. Влияние изменения частоты вращения рабочего колеса  
и плотности перемещаемой среды на режим работы системы  
«нагнетатель - сеть» .............................................................................. 77 
5.5. Влияние изменения гидравлического сопротивления сети  
на режим работы системы «нагнетатель - сеть» 
................................. 83 
 
6. Совместная работа нагнетателей ................................................... 84 
 
3 
 

7. Устойчивость работы и регулирование нагнетателей ................. 97 
7.1. Устойчивость работы нагнетателей .............................................. 97  
7.2. Принципы и способы регулирования нагнетателей .................... 98 
7.3. Дросселирование 
............................................................................. 99 
7.4. Регулирование с помощью перепускания части жидкости  
на рециркуляцию ................................................................................. 103 
7.5. Изменение частоты вращения рабочего колеса ......................... 104 
7.6. Регулирование производительности вентиляторов  
с помощью направляющих аппаратов ............................................... 106 
 
8. Конструкции вентиляторов ............................................................. 107 
8.1. Классификация вентиляторов 
...................................................... 107 
8.2. Радиальные вентиляторы ............................................................. 111 
8.3. Осевые вентиляторы 
..................................................................... 115 
8.4. Канальные вентиляторы 
............................................................... 119 
8.5. Крышные вентиляторы 
................................................................. 122 
8.6. Диаметральные вентиляторы 
....................................................... 124 
 
9. Конструкции насосов ........................................................................ 126 
9.1. Особенности работы насосов 
....................................................... 126 
9.2. Центробежные насосы 
.................................................................. 131 
9.3. Осевые насосы 
............................................................................... 137 
9.4. Вихревые насосы .......................................................................... 139 
9.5. Струйные нагнетатели 
.................................................................. 142 
9.6. Поршневые насосы ....................................................................... 145 
 
10. Компрессоры 
..................................................................................... 148 
10.1. Классификация компрессоров ................................................... 148 
10.2. Поршневые компрессоры 
........................................................... 149 
10.3. Центробежные и осевые компрессоры ..................................... 160 
 
Список рекомендуемой литературы .................................................. 167 
Приложения ............................................................................................ 169
4 
 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Неотъемлемой частью инженерного оборудования различных зданий, систем и сооружений являются нагнетатели, к 
которым относятся насосы, вентиляторы и компрессоры. Без 
них невозможна работа систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и газоочистки, водоснабжения и водоотведения, т. е. всех тех систем, которые связаны с жизнью и деятельностью человека. Знание принципов работы, 
конструкций и способов выбора нагнетателей необходимо 
для решения многих инженерных задач строительного дела. 
Теоретическую часть дисциплины «Насосы, вентиляторы и компрессоры в системах теплогазоснабжения и вентиляции» следует изучать последовательно в соответствии 
с тематическими разделами настоящего учебного пособия. 
В первых двух разделах кратко даются классификация и основные параметры работы нагнетателей, а также их возможное применение. В третьем и четвертом разделах рассмотрены общие вопросы теории центробежных нагнетателей, 
размерные и безразмерные характеристики насосов и вентиляторов, а также способы их пересчета по методу подобия. В пятом и шестом разделах изучается работа нагнетателей в сети. При этом особое внимание обращено на закономерности работы вентиляторов в сети, связанные с их 
полным и статическим давлением. Подробно рассмотрен 
метод наложения характеристик, в том числе и при совместной работе насосов и вентиляторов. Способы и закономерности регулирования работы нагнетателей приведены в 
седьмом разделе. Вопросам конструкции насосов и вентиляторов, а также особенностям работы насосов, связанным 
с явлением кавитации, учетом максимальной высоты всасывания, посвящены восьмой и девятый разделы. В десятом 
разделе учебного пособия излагаются вопросы теории 
5 
 

расчета и конструкции поршневых, центробежных и осевых 
компрессоров. 
В целях лучшего усвоения и закрепления у обучающихся полученных теоретических знаний в учебное пособие 
включены необходимые справочные материалы и расчетные формулы, примеры решения задач. На примере решения практических задач разбираются наиболее важные вопросы выбора типа и оптимальных режимов работы нагнетателей в сети, от решения которых в значительной мере зависят технико-экономические показатели работы систем 
теплогазоснабжения и вентиляции. 
 
6 
 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ  
И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 
 
1.1. Классификация и принципы работы нагнетателей 
 
Гидравлическая машина, в которой происходит преобразование механической работы в механическую энергию 
жидкости, называется нагнетателем. Основное назначение 
нагнетателя - повышение полного давления перемещаемой 
среды. В зависимости от степени сжатия воздуходувные  
машины разделяют на вентиляторы (степень сжатия до  
15 кПа) и компрессоры (степень сжатия не менее 0,2 МПа). 
Нагнетатели разделяются на объемные и динамические 
[1-7]. Объемные нагнетатели работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды повышается в 
результате сжатия. К ним относятся возвратно-поступательные и роторные насосы [1]. Динамические нагнетатели работают по принципу силового воздействия на перемещаемую 
среду. К ним относятся лопастные нагнетатели и нагнетатели 
трения (например, дисковые) [2, 3]. 
В лопастных нагнетателях движение жидкости происходит за счет вращения колеса со специальными профилированными лопатками. 
В центробежных, диаметральных и осевых лопастных 
машинах давление среды создается вследствие возникновения центробежных сил при закручивании жидкости лопатками вращающегося колеса. 
В вихревых машинах перемещение жидкости происходит за счет давлений, возникающих в вихрях, которые образуются на кромке лопаток и захватываются колесом. 
Основные достоинства лопастных нагнетателей: плавность подачи, простота регулирования производительности 
[4, 5]. Давление, развиваемое ими, меньше, чем у объемных 
7 
 

нагнетателей, однако, вполне достаточно для большинства 
систем теплоснабжения и вентиляции. 
Центробежные и осевые нагнетатели применяются в 
качестве насосов и вентиляторов, диаметральные - в качестве вентиляторов, вихревые - насосов. 
Рассмотрим принципы работы этих четырех типов машин. 
Конструкцию центробежных нагнетателей рассмотрим на примере центробежного вентилятора (рис. 1.1). Рабочее колесо 2 размещается в кожухе (корпусе) 3 и закрепляется на валу, который соединяется с электродвигателем. 
Через коллектор 1 жидкость входит в кожух нагнетателя, 
совершается поворот на 90ƒ, проходит между лопатками колеса, поступает в кожух и. пройдя по спирали, выходит через нагнетательное отверстие. Центробежные нагнетатели 
имеют наибольший из всех лопастных машин коэффициент 
полезного действия (КПД). 
 
 
Рис. 1.1. Схема радиального вентилятора: 
1 - коллектор; 2 - рабочее колесо; 3 - спиральный кожух; 4 - лопатка 
8 
 

Диаметральные нагнетатели (рис. 1.2) имеют следующие основные элементы: рабочее колесо 2, коленообразный 
кожух 3, всасывающее 1 и нагнетательное 4 отверстия. К 
достоинствам этих машин относятся: простота конструкции, меньший, по сравнению с центробежными нагнетателями, уровень шума. Кроме того, КПД диаметральных 
нагнетателей меньше, чем у центробежных машин. 
 
 
Рис. 1.2. Схема диаметрального вентилятора:  
1 - вход воздуха; 2 - рабочее колесо; 3 - кожух; 4 - выход воздуха 
 
Пример устройства осевого нагнетателя - схема осевого вентилятора показана на рис. 1.3. Его конструкция 
включает осевое лопастное колесо 3, цилиндрический кожух 
5, обтекатель на входе воздуха 6. Таким образом, осевые 
нагнетатели обладают следующими достоинствами: простотой конструкции, компактностью, высокой производительностью. К их недостаткам следует отнести то, что создаваемое ими давление и КПД меньше, чем у центробежных машин. 
Схема вихревого насоса показана на рис. 1.4. Колесо 1 
представляет из себя сплошной диск, по краям которого 
расположены лопатки 2. Диск размещается в плоском корпусе так, что лопатки почти касаются его верхней части и 
свободно проходят в нижней части.  
Жидкость подводится к корпусу трубопроводом 4 и выходит через трубопровод 5. К преимуществам вихревых 
нагнетателей 
можно 
отнести 
простоту 
конструкции, 
9 
 

высокое, по сравнению с другими лопастными машинами, 
давление, однако, КПД вихревых машин ниже, чем у большинства других нагнетателей. 
Перемещение жидкости в объемных нагнетателях 
производится за счет движения твердого рабочего тела, совершающего вращательное или возвратно-поступательное 
движение.  
Различают три типа объемных нагнетателей: поршневые, зубчатые, пластинчатые. 
 
 
 
Рис. 1.3. Схема осевого вентилятора:  
1 - коллектор; 2 - входной направляющий аппарат;  
3 - рабочее колесо; 4 - выходной направляющий аппарат;  
5 - цилиндрический кожух (обечайка);  
6 - обтекатель 
 
10