книги / Насосы, компрессоры, вентиляторы
..pdfОсновные части вентилятора — рабочее колесо, спиральный отвод, называемый обычно кожухом (или улиткой), и станина (рис. 6-1).
Рабочее колесо состоит из ступицы у, основного диска 2, рабочих лопаток 3 и переднего покрывающего диска (кольца) 4. Основной диск приваривается или приклепывается к ступице, изготовленной из стали или чугуна. Рабочие лопатки крепятся к основному и покрывающему дискам и образуют рабочее колесо. Лопатки обычно изготовляются из листовой конструкционной стали толщиной 2—8 мм.
|
|
Рабочее колесо, |
посажен |
|||
|
ное на вал 5, помещается в спи |
|||||
|
ральный кожух |
6, сваренный |
||||
|
или |
склепанный |
из |
листовой |
||
|
стали и выполняющий роль на |
|||||
|
правляющего устройства. |
Ко |
||||
|
жух имеет два патрубка: вход |
|||||
|
ной 7 (обычно круглого сече |
|||||
|
ния) |
и выходной 5 прямоуголь |
||||
|
ного |
или |
круглого |
сечения. |
||
|
Кожухи крупных вентиляторов |
|||||
|
устанавливаются |
на самостоя |
||||
|
тельных опорах, а кожухи ма |
|||||
Рис. 6-2. Аэродинамическая схема вентилятора |
лых вентиляторов крепятся |
на |
||||
ЦКТИ-07-37. |
станинах. Для присоединения |
|||||
|
выходного |
патрубка |
к напор |
ному трубопроводу применяется плавный переход — диффузор. В нем, так же как и в спиральном кожухе, часть динамического напора преоб разуется в статическое давление.
Станина 9 центробежного вентилятора служит основанием для под шипников 10 и может[ служить опорой для кожухов у малых вентиля торов. Станина отливается из чугуна или сваривается из сортовой стали.
В подшипниках устанавливается вал с насаженным на него ра бочим колесом и соединительной муфтой или шкивом 11 для передачи вращения от двигателя.
Наиболее наглядно общее строение и принципиальные особенно сти вентилятора могут быть представлены на его аэродинамической схеме, изображенной на рис. 6-2. В таких схемах указываются геомет рические размеры основных частей вентиляторов; эти размеры даются или в абсолютных величинах, или в процентах диаметра рабочего ко леса.
Поток газа подходит к рабочему колесу через входной патрубок в осевом направлении, поворачивает под углом около 90° и движется по межлопаточным каналам от центра к периферии. После рабочего колеса поток выбрасывается в спиральный кожух, а из него в выходной па трубок.
6-2. ДАВЛЕНИЕ, СОЗДАВАЕМОЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫМ ВЕНТИЛЯТОРОМ
Полное давление, создаваемое центробежным вентилятором, |
|
p =r4rp{ti2C<iu—ii\Cut). |
(6-1) |
Отношение абсолютной касательной скорости к окружной скорости на выходе называют коэффициентом закручивания на выходе р2:
(6-2)
Следовательно, при ct{, =0
Р = “ЧгРМг |
(6-3) |
Безразмерную величину
(6-4)
в теории вентиляторов называют коэффициентом полного давления. Отсюда очевидны соотношения:
Р=ЛгЦ2; |
(6-5) |
p = m l - |
(6-6) |
Для трех типов рабочих лопастей, применяющихся в вентиляторах, коэффициенты |х2, Лг и р имеют следующие значения:
при р2>90° |
1,6; |
т)г=0,6-^-0,75; |
р = 0,7-И,4; |
при р2 = 90° р,2= 0,85ч-0,95; т]г= 0,65-^-0,8; р = 0,6-^0,7; |
|||
при р2<90° р2=0,5^0,8; |
т|г = 0 ,7 -т-0,9; |
р = 0,35н-0,6. |
|
Динамическое давление на выходе из |
|
||
вентилятора |
|
|
|
/>д = |
р 4 - |
м |
|
Статическое давление на выходе |
|
||
где р — полное давление. |
|
|
|
Полное давление, создаваемое вен |
|
||
тилятором, может быть определено как |
|
||
разность полных давлений на выходе и |
J |
||
входе вентилятора. |
|
|
|
Выясним связь между давлением, со |
|
||
здаваемым вентилятором, и |
давлением, |
|
требующимся для преодоления сопротив
ления сети. |
что в концевых сече- |
Рис. б-З. К определению действия |
Предположим, |
самотяги. |
|
ниях трубопровода |
имеются избыточные |
|
статические давления и подача газа вентилятором производится на значительную высоту, пренебречь которой нельзя (рис. 6-3).
Отметим также, что сечение 1 выбрано вдали от входного сечения в емкости 1 и, следовательно, скорость С\ можно считать практически равной нулю.
Напишем уравнение |
Бернулли для сечений 1 и 2 системы, учиты |
||
вая, что вентилятор создает давление р: |
|
|
|
(/?1ст)абс 4" tH |
= (/?2ст)абс |
сам 4" |
4" Y ~2g~* |
Pieu 4" Y ^ — P2CT — (YB — Y) ^сам 4“ Y^A 4" Y ~2g~9
где piCT и р2ст — избыточные статические давления в емкостях 1 и 2;
у и Yn — средние удельные веса газа, перемещаемого |
вентиля |
||
тором, и наружного воздуха; |
трубопровода; |
|
|
у2Л — сумма сопротивлений |
участков |
|
|
с2— скорость выхода из напорного трубопровода сети. |
|||
Из последнего равенства следует: |
|
|
|
ТЯ +(Тв Y) ^сам = /?гст |
PiC4~\- |
А |
(6-9) |
-f- у |
Выражение (у„—у)Ясам называют самотягой или естественной тя гой системы.
Очевидно, что в зависимости от соотношения между ув и у самотяга может быть положительной и отрицательной. Если ув> у и Ясам>0, то самотяга положительна и помогает работе вентилятора; если же при Я Сам>0 ув<у, то самотяга отрицательна и препятствует работе венти лятора. При ув=у самотяга не влияет на работу вентилятора и он пре одолевает разность статических давлений и сопротивление трубопровода
исоздает кинетическую энергию в выходном сечении 1*.
Втяго-дутьевых установках котельных агрегатов самотяга прояв ляется очень сильно ввиду большой разницы между температурами на ружного и перемещаемого воздуха и дымовых газов (у существенна меньше ув) .
6-3. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
Определение понятия производительности дано в § 2-1.
Для сравнения вентиляторов, перемещающих газы различных тем ператур, влажности и давлений, производительность принято выражать
в нормальных кубических метрах (нм3), |
т. е. приводить производитель |
|||
ность к |
нормальным |
условиям |
чистого |
воздуха (Я = 760 мм рт. ст. и |
t = 0° С). |
При этом |
удельный |
вес для воздуха принимается у0 = |
|
= 1,293 кГ/м3. |
|
|
|
|
Производительность в нормальных кубических метрах можно вы |
||||
числить по следующей формуле: |
|
|
||
|
|
Q o = —— , нм3/сек |
или нм3/ч, |
|
|
|
10 |
|
|
где G — весовая производительность, кГ/сек или кГ/ч.
Связь между Q0 и действительной производительностью Q опреде
ляется по формуле |
|
|
|
|
|
Q0 = Q - f . |
|
(б-Ю) |
|
|
|
1о |
|
|
Производительность |
вентилятора |
может |
быть приведена также |
|
к стандартным условиям: |
|
|
|
|
Ястанд= 760 ММ рт. СТ.; /стаид= 20 |
С; ф=50%, |
|||
где ср — относительная влажность воздуха. |
|
|
||
Тогда |
|
|
|
|
QCTanJl = |
Q ---- 1---- , м3/сек |
или м31ч. |
||
|
Кстанд |
|
|
|
Для воздуха Устаид=1,2 кГ/м3, поэтому |
|
|
||
|
QcTaHft = Q |
2 |
* |
(6-11) |
1 |
Поскольку последняя теряется на выходе в емкость 2, ее часто относят к поте |
рям в |
сети и включают в выражение для yS/i. |
6-4. КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ И МОЩНОСТЬ
Соображения о мощности и к. п. д. центробежных машин, изло женные в § 2-2, распространяются и на центробежные вентиляторы.
В полном напоре, создаваемом вентилятором, существенную долю составляет скоростной напор. Поэтому для оценки вентилятора как машины, предназначенной для создания статического давления, приме няют иногда статические к. п. д.:
|
|
/ |
QPcT . |
_ |
QPCT |
• |
|
|
|
|
MCï— |
Ю2М; » |
|
\02Nв |
|
||
|
Последним к. п. д. учитываются и потери энергии в подшипниках |
|||||||
.вентилятора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мощность на валу вентилятора может быть рассчитана по стати |
|||||||
ческому и полному к. п. д. |
|
|
|
|
|
|
||
|
Мощность двигателя для привода вентилятора |
|
|
|||||
|
|
Мдв = т |
|
Qp |
|
|
(6- 12) |
|
|
|
102YY]M7)I!ei, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
ные |
Здесь: т — коэффициент |
запаса |
мощности, учитывающий возмож |
|||||
отклонения |
рабочего режима |
вентилятора |
от |
расчетного; т = |
||||
= 1,05ч-1,15 и имеет большие значения для малых вентиляторов. |
||||||||
лри |
Механический |
к. п. д. можно принимать в пределах т]м = 0,96ч-0,98; |
||||||
непосредственном соединении |
валов |
двигателя |
и вентилятора |
|||||
'Ппер = 1 ; при клиноременной передаче г)Пер = 0,9ч-0,95. |
|
6-5. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ
Основы теории подобия и характеристик машин, изложенные в §3-10 и 3-11, относятся непосредственно и к центробежным вентиляторам.
ъГ/м1
Рис. 6-4. Характеристики |
венти- |
Рис. 6-5. Определение рабочего режима венти |
|
|
ляторов. |
|
лятора. |
/ — вентилятор |
ЦАГИ типа СТД М? 8; |
I, 2, 3 — характеристики трубопровода. |
|
2 — вентилятор |
ЦАГИ типа Ц6-46 № 4; |
|
|
3 — вентилятор типа ВPH |
№ 4. |
|
Характеристики центробежных вентиляторов при п = const строятся для стандартных условий по результатам испытаний и по форме часто
отличаются от /арактеристик центробежных насосов. Это объясняется
в основном конструктивным различием насосов и вентиляторов. |
|
|
|
||||||||||
ная |
Особенностью некоторых типов вентиляторов является седлообраз |
||||||||||||
форма их |
характеристик p=/(Q ), определяемая малыми |
углам» |
|||||||||||
р2 |
при |
малом |
отношении диаметров D2/D\. Это |
отчетливо видно |
на |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
рис. 6-4, где показаны ха |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
рактеристики |
трех |
типов |
||||
|
|
|
|
|
|
|
центробежных |
вентилято |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ров. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ГОСТ |
не |
разрешает |
|||
|
|
|
|
|
|
|
использовать |
вентилято |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ры |
в расчетном |
режиме |
||||
|
|
|
|
|
|
|
При К. П. Д. НИЖе 0,9т]макс* |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Этим требованием на ха |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
рактеристиках |
вентилято |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
ров |
выделяется |
рабочая |
||||
|
|
|
|
|
|
|
часть, в пределах которой |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
допустима |
работа |
вен |
||||
|
|
|
|
|
|
|
тилятора |
(отрезок |
т—п |
||||
|
|
|
|
|
|
|
характеристики |
на |
|
рис. |
|||
|
|
|
|
|
|
|
6-5). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Непосредственным ис |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
пытанием |
вентилятора |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
при |
переменном |
|
числе |
|||
|
|
|
|
|
|
|
оборотов или наличии ха- |
||||||
|
|
г |
|
з |
<* ô 6 7 в 9 Ю |
* Ю3*м3/ч рактеристики |
для |
|
п = |
||||
|
|
|
|
|
|
|
= const |
пересчетом |
по |
||||
|
|
|
|
|
1 1 1 1 1 ___I___I_L. |
|
формулам |
|
пропорцио |
||||
|
|
2,4 3 |
4 |
3 |
5 7 S 9 7072 74 76 |
2 0 л * /сек |
нальности получаются ха |
||||||
|
|
0,чо,5 |
') |
г |
У ч Т б в ю г о 'зо п Г /^ 2 |
рактеристики |
при n = vаг. |
||||||
|
' |
Эти |
характеристики |
мо- |
|||||||||
|
|
Миномшесюе cbâwoe |
|
ГУТ быть индивидуальны |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ми, |
построенными |
|
для |
|||
Рис. 6 -6 . Характеристики вентилятора Ц4-70 № 6 |
данного вентилятора (рис. |
||||||||||||
6 -6 ), и безразмерными, |
|||||||||||||
|
|
при переменном числе оборотов. |
|
построенными |
для |
серии |
геометрически подобных вентиляторов (рис. 6-7).
На индивидуальных характеристиках вентиляторов, регулируемых дросселем или направляющим аппаратом на входе, могут быть указа ны рабочие поля (см. § 3-12, п. «г»).
Построение безразмерной характери стики по индивидуальной и обратное по строение легко производятся при помощи коэффициентов пересчета:
, _ |
nD2 |
. |
, |
2. |
K Q |
^ |
^2» |
& р ---- Р^2 ’ |
, Я -
кя= Р и2~тг1 Q = kqQ;
Р= крр; N = kNN.
Рис. 6-7. Безразмерная харак теристика вентилятора 07-37 с осевым направляющим аппа ратом.
Рабочие поля индивидуальных характеристик, нанесенные совмест но на общем графике, представляют собой сводный график полей харак-
пГ/л* г
Рис. 6-8. Сводный график характеристик тяго-дутьевых машин 0,7-37 одностороннего всасывания.
В Д — дутьевой вентилятор; Д — ды м осос; п — число оборотов в м инуту.
теристик вентиляторов (рис. 6-8). Такой график часто дается в лога рифмической координатной сетке и весьма удобен для выбора вентиляторов.
6-6. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ
Способы регулирования центробежных машин изменением числа оборотов, дросселированием на выходе, направляющими аппаратами на входе, смешанным способом, рассмотренные в § 3-12, применимы и к центробежным вентиляторам.
Рассмотрим особенности регулирования центробежных вентилято ров различными способами.
а) И з м е н е н и е ч и с л а о б о р о т о в в а л а в е н т и л я т о р а может достигаться изменением числа оборотов вала двигателя или при постоянном числе оборотов двигателя включением между валами вари аторов скорости.
Для привода вентиляторов широко применяются асинхронные элек тродвигатели с короткозамкнутым ротором. Эти электродвигатели не допу скают изменения числа оборотов, и поэтому для привода регулируемых вентиляторов они нежелательны. Однако в малых и средних вентиля торных установках они широко применяются благодаря простоте, ма лой стоимости и надежности в эксплуатации.
Электродвигатели с фазовым ротором, регулируемые введением со противления в цепь ротора, допускают плавное регулирование числа
упрощенный осевой направляющий аппарат Л. А. Рихтера (ОНАР), представляющий собой направляющий аппарат с двумя лопатками, на-
А-А
Рис. 6-11. Вентилятор 07-37 двойного всасывания с упрощенным направляющим аппаратом.
саженными на соосные валы (рис. 6-10); вследствие дешевизны ОНАР может применяться и для мелких установок.
В крупных дымососах с двусторонним подводом газов в целях регу лирования производительности иногда применяют упрощенный направ-
Рис. 6-12. Изменения потребляемой мощности при раз |
Рис. 6-13. Кривые регу |
||||||||
|
личных |
способах |
регулирования. |
|
лирования. |
||||
■а— вентилятор |
типа |
ЦН-53 с лопатками, отогнутыми назад; |
а — упрощенный |
направляю |
|||||
б — вентилятор |
типа |
ЦВ-55 с лопатками, стогнутыми вперед; |
щий аппарат; |
б — осевой |
|||||
/ — дроссель; |
|
2 — упрощенный |
направляющий |
аппарат; |
3 — |
направляющий аппарат; J — |
|||
упрощенный |
осевой |
направляющий аппарат; |
4 — осевой |
на |
вентилятор |
с |
лопатками, |
||
правляющий |
аппарат; |
5 — гидромуфта ; б — реостат в цепи рото |
отогнутыми |
вперед (ЦВ-55); |
ра электродвигателя. |
2 — вентилятор с |
лопатка |
|
ми, отогнутыми |
назад |
|
(ЦН-53). |
|
ляющий аппарат (УНА), предложенный А. Г. Бычковым. Аппарат Быч кова состоит из нескольких плоских пластин, установленных во входных коробках и снабженных механизмом одновременного поворота пластин (рис. 6-11).
На рис. 6-12 даны кривые мощности, потребляемой вентиляторами при различных способах регулирования. Кривые построены в коорди
натах Q/Qo и N/N0 (где Q и N — текущие значения расхода и соответст вующие им значения мощности; Q0 и N0— расход и мощность при ре жиме, соответствующем максимальному к. п. д.).
По возрастающей экономичности способы регулирования запишутся в следующий ряд: дроссель, упрощенный осевой направляющий аппа рат, упрощенный аппарат Бычкова, осевой направляющий аппарат, гид ромуфта, реостат в цепи ротора электродвигателя. Гидромуфта и элек тродвигатель с реостатом дают приблизительно одинаковый энергети ческий эффект, но гидромуфта дороже и потому менее экономична.
Направляющие аппараты дают хорошие результаты до глубины ре
гулирования |
-^—>0,75; при меньшей глубине регулирования большая |
||||||||||||
экономичность |
40 |
|
|
|
|
|
лопатками, отогнутым» |
||||||
наблюдается у вентиляторов с |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
назад, а при |
большей глубине |
регулирова |
|||
V N |
|
|
|
|
|
|
|
ния— у вентиляторов |
с лопатками, отогнуты |
||||
|
|
|
|
|
|
|
ми вперед (рис. 6-13). При большей глубине |
||||||
1,0 л |
|
К |
|
|
|
|
регулирования |
направляющие |
аппараты |
не* |
|||
оя |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
экономичны и приближаются к |
дроссельному |
|||||||
0,8 |
|
3 |
|
|
|
|
регулированию. |
|
|
при |
|||
|
|
|
|
|
|
В отдельных случаях целесообразно |
|||||||
«7 |
|
|
\ |
Лл |
|
|
менение смешанного |
регулирования двухско |
|||||
Об |
|
|
|
А |
|
|
|
ростным электродвигателем и дополнительного |
|||||
0,5 |
|
|
|
|
|
|
регулирования |
дросселем или направляющим |
|||||
0,4 |
|
|
|
и |
|
|
|
аппаратом. На рис. 6-14 видна достаточно вы |
|||||
|
|
—1— |
|
|
|
сокая экономичность такого регулирования. |
|||||||
0,3 |
|
г |
|
|
|
Таким образом, желательно применять: |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
0,2 |
|
|
|
|
|
|
при небольшой |
глубине — регулирование |
|||||
0,1 |
|
|
|
|
|
|
<?- |
направляющими аппаратами при постоянном |
|||||
|
|
|
|
|
|
числе оборотов электродвигателя и вентиля |
|||||||
01 |
|
|
|
|
|
Qo |
|||||||
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
тора: |
|
|
|
|
|||||
0J 0,4 |
0,9 |
1,0 |
при глубоком, но периодическом и редком |
||||||||||
Рис. 6-14. Смешанное регу |
регулировании — регулирование с заменой дви |
||||||||||||
гателя двигателем с другим числом оборотов |
|||||||||||||
|
лирование. |
|
|
|
|||||||||
/ — дроссель; |
2 — гидромуфта; |
и установкой |
направляющего |
аппарата |
для. |
||||||||
3 — осевой направляющий |
аппа |
подрегулировки; |
|
|
|
||||||||
рат при |
я*=960 об1мин\ 4 — осе |
|
|
|
|||||||||
вой направляющий |
аппарат при |
при глубоком и частом регулировании — |
|||||||||||
|
п=735 об!мин. |
|
|
регулирование гидромуфтой и смешанным спо |
|||||||||
при |
большой |
|
|
собом; |
|
|
специальным |
||||||
мощности установки — регулирование |
регулируемым электродвигателем.
6-7. ВЫБОР ВЕНТИЛЯТОРОВ ДЛЯ РАБОТЫ В ЗАДАННЫХ УСЛОВИЯХ
Для выбора вентиляторов задаются наибольшие требуемые от неп> производительность Q и давление р. Эти величины задаются для рабо чих условий вентилятора. Характеристические данные каталогов отно сятся, если нет оговорок, к стандартным условиям, т. е. к / = 20° С, ба рометрическому давлению р0 = 760 мм рт. ст. и относительной влажно сти 50%.
Выбор вентиляторов по каталогам рекомендуется производить с за пасом по производительности 5% и по давлению 10%, так что
Q„=1,05Q и /»к= 1 ,1 Р ^ - ,
где рк, QK, YK— параметры при указанных стандартных условиях. Пользуясь значениями QK и рк, наносят на сводный график полей
характеристик точку QK, р«, которая попадает в поле одного из типов.