книги / Экология. Энергосбережение. Экономика
.pdfПричем %опт^ / ( Щ. |
, /1} , |
), а для установки вели-> |
||
чина <Ро0пт является функцией еще и коэффициента потерь ^ |
; |
|||
г1ИтГ^0<'т,^а,'Н?,^У. а |
п1олт"ЯУг>‘& № сл)- Прлучены |
выра- |
||
жения и для максимальных КЦЦ %тах и |
|
|
|
|
Для вентиляторов частных схем К, К+СА, ВНА+К все -выражения |
||||
получаются при равенстве параметров п{и |
нулю или единице. |
Примеры определения оптимальных значений параметров ^'0/7Г а/опт*
Ъопт* т а х прйведены на Р*®* и ^* Аналогичные результаты получены для вентиляторов с меридиональным ускорением потока, ,
многоступенчатых вентиляторов обычных схем и со встречным враще- . нием рабочих'колес.
Рис. 2. Максимальный КЦЦ венти |
Рис. 3. Влияние на КЦД.и |
|
ляторных установок и оптималь |
осевые размеры |
вентилятора |
ные значения коэффициента осе |
параметра закрутки потока |
|
вой скорости: 1 - ВНА+К: 2 - |
перед рабочим колесом |
|
К+СА; .Г- ВНА+К+СА; 4 - К, $ = |
(схема |
0,7) |
=0,3 |
|
|
Интересно отметить, что в отличие от общепринятого,мак симальному КЦЦ вентилятора, имеющему ВНА или СА, соответствует не осевой выход потока из вентилятора, а некоторая остаточная крутка. Причем при оптимальной остаточной крутке не только уве
личивается максимальный КЦД, но и уменьшаются осевые размеры вен тилятора и, следовательно, его масса и стоимость. Это тот доста точно редкий случай, когда требования аэродинамики и габаритов,, массы и стоимости не противоречат друг другу.
Предложенные расчеты позволяют сравнивать различные аэроди-
V 44 43 41
0,1
О'
ра и осевые размеры спрямляющего |
спрямляющего ап- |
||||
аппарата’параметра остаточной |
крут- |
парата'на |
харак- |
||
ки и потока: |
1 -П0 « 0,1; 2 -п*0,0& теристики. |
||||
0,06 |
*опт.расп |
роса |
(---- |
- |
схе- |
|
Г |
ма К ; |
|
схема |
К+СА)
намические схемы вентиляторов и в каждом конкретном случае выби рать вентилятор, с наибольшей полнотой отвечающий заданным ус ловиям.
При использовании ОБ, состоящего только из рабочего коле са, без аппаратов, установка СА увеличивав* максимальный стати ческий КОД примерно на 30■%, соответственно увеличивается и пол ный КОД (рис. .5).
Метод расчета КОД справедлив, если в проточной части Вен тилятора не возникают развитые отрывы потока. Причем эти отрывы пространственного пограничного слоя могут возникать в прикорне вой или периферийной областях лопаточных венцов .Кроме того, мо жет иметь место так называемый инерционный отрыв Потока, непос редственно не связанный с вязкостью, с течением в решетках про филей, а определяемый устойчивостью закрученного потока, движу щегося с определенной скоростью. Условия отрыва потока и являются граничными, определяющими область существования ОБ.
Обобщение результатов исследований позволило установить грани* цу областиХГ существования ОБ. На рис. 5 для ОБ, имеющих спрям-
ляющий апрарат, граница / харак теризует условие отсутствия вяз костного отрыва в привтулочной об ласти лопаточного венца, а грани ца 2 - условие отсутствия инер ционного отрыва*. Границы 1,2 опре деляют ОВ, имеющие предельную аэро динамическую нагруженность при вы соком КПД.
Разработаны ОВ, имеющие.КЦД 0 = 86...89 %и такие же коэффи
циенты давления, как и лучшие высо коэффективные центробежные венти ляторы с загнутыми назад лопатка
ми, однако с существенно большим |
|
|
коэффициентом производительности |
Рис. 6. Расчетные значения |
|
на режиме максимального КЦД. |
КЦД вентиляторов схемы К+СА |
|
и установок с ними |
||
После определения расчетных |
||
|
параметров и КЦД рассчитываются параметры течения в лопаточных венцах ОВ. По обобщенным зависимостям определяют, густоту решеток профилей и расчетные углы атаки с учетом положения решеток отно сительно корпуса и втулки ОВ. Пример влияния положения кольцевой решетки профилей в венце на закономерность изменения КЦД показан на рис. 6.
Определение геометрии лопаток колеса и'аппаратов (закономер ностей распределения по их длине углов установки и'форм профилей, кривизны средней линии) методом, предложенным ЩГИ, основывается на теоретических характеристиках решеток .профилей во всем диапа зоне аэродинамических и геометрических параметров ОВ.
Создана структура системы автоматизированной разработки ОВ (рис. 7) на заданные параметры оптимальной аэродинамической схе мы ОВ, разработаны рабочие чертежи и технологическая оснастка для их изготовления (рис. 8,9). Например, в системах оборотного водоиспольэования применяются вентиляторные градирни. Серийно выпускаются по аэродинамическим разработкам ЦАГИ и конструкции МВЗ им. М.Л. Миля лопатки для вентиляторов градирен диаметром 10,4 м, которые по своим параметрам превосходят лучшие зарубежные образцы. Разработан и проходит опытную эксплуатацию регулируемый
*Митрофович В.В. Определение предельных расчетных параметров осевых вентиляторов с высоким статическим КЦД // Промышленная аэродинамика, М . : Машиностроение, 1991. Выл. 4/36/. С. 260-280.
Исходные .данные |
|
|
|
Требования к регулированию |
^ |
^ |
Л |
поворотом лопаток, форме |
|
ИЛИ |
|
характеристики и уровню |
•V, V , |
% |
|
шума |
« |
Н11 Выбор типа аэродинамической схемы и оптимальных I расчетных параметров
Значения расчетных параметров
21 Быбор закона распределения циркуляции по радиусу. | Расчет течения'
Параметры потока, получение которых должны обеспечить лопаточные венцы.
3Выбор распределения по радиусу густоты решеток и угла атаки. Профилирование лопаточных венцов,
выбор удлинения и числа лопаток
*
Геометрические параметры- |
|
решеток лопаток_и профилей: |
|
, 6 |
|
Форма профиля |
|
4. Расчет аэродинамической |
.6 Формирование математи |
характеристики вентиля |
ческой, модели поверх |
тора |
ности лопаток |
Характеристики р/т, р;са) '
м онет ы )
Расчет .регулировочных характеристик при повороте лопаток рабочегоколеса
или входного направляющего аппарата
Характеристики
'Геометрические параметры лопаток, чертежи,программы для станков с ЧПУ
Л
Конструирование и изготовление (при необходимости) модели в е н т и л я т о р а _______
I Модель вентилятора
0 Экспериментальные исследования модели
Подтверждение
аэродинамических
характеристик
Конструирование вентилятора и изготовление технологической оснастки
Чертежно-конструкторская документация и технологическая оснастка'
Рис. 7. Структура системы автоматизированной разработки осевого вентилятора
Рис. 9. Математическая модель вентилятора
Рис. 8. Изометрическая проекция поверхности лопатки
поворотом лопаток реверсивный вентилятор для главного проветрива ния метрополитенов.
Вентилятор очень часто бывает вынужденно встроен в различ ные машины и технологические процессы .таким образом, что условия его компоновки резко искажают его паспортные аэродинамические характеристики. При этом его эффективность снижается настолько, что машина становится неработоспособной.
ЦАГИ предложены аэродинамические методики, позволяющие соз давать такие вентиляторы, на которые вредное влияние условий ком поновки сведено к минимуму.
Получено 20.01.94
УДК 614.72:628.51
Е.П. ВИШНЕВСКИЙ, Г.Я. КРУПКИН
(НИИ гигиены и профпатологии, г.Москва; НИИ гигиены труда и профзаболеваний,
г. Санкт-Петербург)
МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИНВЕНТАРИЗАЦИИ П Р О М Ш Ш Ш Ш Х ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ
Проведен анализ систематических.и случай ных ошибок, сопутствующих способам орга низации измерений валовых промышленных выбросов' в трубах круглого сечения. Предложены два способа измерения газовых и аэрозольных компонент' в составе промыш ленных, выбросов, исключающие системати- • ческие ошибки при их инвентаризации.
Актуальная задача инвентаризации промышленных выбросов тре бует научного обоснования используемых при этом методов и приемов натурных исследований. При промышленных выбросах в атмосферу рас ход газовоздушной смеси и количество поступлений вредных веществ, определяются сечением трубы значительных размеров.
Метрологические обоснования подобной методики измерения /1,2/ недостаточны, поэтому предпринята попытка теоретического анализа систематических и случайных ошибок, сопутствующих различным спосо бам измерений.
В общем случае валовый выброс определяется, выражением
О = ^'V(НС(^)с// ■, |
(I) |
р
где С(г)- функция, характеризующая концентрацию субстанций по се
чению газохода; ИСл) - функция, характеризующая распределение скоростей газовоз
душной спеси по сечению газохода; Р - сечение газохода.
Аналитический вид функции С(г) зависит от целого ряда факто ров: природы и дисперсности частиц, расположения газохода в прост ранстве, его конфигурации, скорости газовоздушного потока и т.д.
Вследствие этого формулы, приведенные в литературе [2] , носят эм
пирический, |
частный характер, |
например: |
|
|
Ш = Слехр Г шА ( 1 - ~7г ) \ |
|
" Д О вертикального |
газохода |
|
0 |
р \- 1 |
-I |
при размере частиц |
< 15 икн; |
С(г) —00 ' (Со - |
|
~дг)а - для горизонтального газохода |
|
|
|
при размере частиц |
15 мкм; |
С(г) = С0(1- |
-д-) |
1 |
|
- для газообразных примесей, |
|||
где С0 , С% |
- |
концентрация примеси ,в центре и у |
стенки |
А, 6} а, п |
|
газохода соответственно; |
|
- |
постоянные,определяемые экспериментально. |
||
Распределение |
скоростей .'воздуха по сечению круглого газохода |
во всей области турбулентного течения’выражается степенной зависи мостью
/ |
|
V ™ = М0О - -$-)* , |
(2) |
где \!0- скорость газовоздушной' смеси в,центре газохода;
к- постоянная» реальный диапазон изменения которой для про мышленных газоходов равен 6+7.
Поскольку ввд функции |
С(г) определяется особенностями выбро |
|
сов (расположением |
трубопроводов, 'дисперсностью аэрозолей и др.), |
|
а значения величин |
Мр и # |
могут быть получены лишь в результа |
те эксперимента, встает задача определения валового выброса*, ис ходя из. экспериментальных замеров,,что предполагает замену интегра ла конечной суммой вида.
т
а = |
р Ъ |
° м |
Сг |
> |
( 3) |
|
т |
°1 = |
и |
*> - |
Ст ; |
|
|
^ |
|
|||||
Р - площадь сечения |
газохода; |
|
|
|
||
0; - весовые коэффициенты площадок, |
на которые разбивается |
|||||
- сечение при |
определении |
и |
(определяются схемой |
|||
организации наблюдений); |
|
|
|
Ц,,Г6*- значения скорости газовоэдушного потока и концентрации промышленных субстанций;
/и - число точек замера.
В соответствии с формулой (3) возникает вопрос о такой ор ганизации и таком количестве наблюдений, которые минимизировали бы случайную ошибку, обусловленную флуктуациями величин 1^- и при их измерениях. В такой постановке задача сводится к рпределе-
нию оптимальных значений коэффициентов |
Щ , т.е. к |
определению |
способа разбиения сечения газохода на |
элементарные |
площадки. |
|
|
«Г |
Что же касается систематической ошибки, вызванной заменой |
||
формулы (I) на (3), то, как будет показано ниже, ее |
величина мо |
|
жет быть легко вычислена в каждом конкретном случае |
и учтена при |
определении фактического расхода' газовоздушной смеси или количест ва выбрасываемых субстанций'.
Переходя от формулы (3) к функции ошибок для выброса и не учитывая корреляционную связь между распределением концентрации и скоростей по сечению газохода, получим выражение
И |
О |
где (С) |
|
-дисперсии концентрации промышленных выбро сов и скорости газовоэдушной смеси;
Полагая, что при |
~ |
|
’в*сс) * |
в?со = еЧс) • в1(М)=0^)=0Ч\О, |
|
получим |
|
|
№ ) * Р1 |
(4) |
|
т |
|
|
при условии |
- I. Минимум значения этой функции |
соответ- |
ствует минимуму по каждому,ому из коэффициентов, т.е. |
■ 0« |
|
Рассмотрим оптимальную схему организации наблюдений на при |
||
мере определения расхода газовоэдушной смеси. Положим, |
что площадь |
газохода произвольным образом разбивается на концентрические пло щадки, величины которых составляют от общей площади доли 01 и
замеры скорости газового потока производятся в точках, |
соответст |
|
вующих радиусам, делящим кольцевые площадки |
- ОIР |
на две |
равновеликие части. Тогда величины радиусов, в |
которых |
производят |
замеры скоростей газового.потока, определяются |
как |
|
т *
Формула ^ * г г-+°1 К » определяющая расход газовоэдушной смеси,
сучетам выражения (2) преобразуется к виду
Вто же время точный расход газовоздушной смеси
2лВ |
. -2* |
=// УиО-тг)к "*гс1и = |
(к*ЖкЧ) ■ |
о о |
|
При разбиении сечения на элементарные произвольные площадки а^р относительная систематическая погрешность расхода газовоздушной смеси определится как
То = 0,5Ь1 |
°1[ ; * |
• |
В общем случае, когда определение скоростей газовоздушного потока производится в любых других точках элементарных площадок, относительная величина систематической ошибки
$ =~т~ = 0,5 (кЧК2кЧ)^1 Оф,
где |
- функции, характеризующие значение скоростей по элемен |
|
|
тарным площадкам, |
(Ои ...,От) , |
Переходя к функции случайных ошибок для расхода смеси, получим
Ш ) |
, |
; = (гт . |
(5) |
Полагая., что 6^6} = 0 |
для I |
|
т |
и учитывая условие 210; «I# |
формула (5) может быть приведена к виду 69
в 'Ш г Мг2[(/- Г1<&) *
Минимум функции д(1*)( |
я О» ^ " .^Г^О |
соответствует |
решению системы уравнений:
т
Ь'* а1 ~ * 1
\*
/л
1 -г Ч*
При этом коэффициент 0^= |
. |
Отсюда следует вывод, что при определении расходов газовоз душной смеси из всех возможных разбиений сечения газохода' опти мальным является разбиение на равновеликие площадки. Расход га зовоздушной смеси в этом случае может быть подсчитан по формуле
Йг
I -
Аналогичный вывод следует и из формулы (4) при допущении,
что концентрация выносных субстанций постоянна по сечению газохода, т.е. Сь= С; = 0 , (вг(С) = 0 ) /I/.
фикцию выброса промышленных субстанций по аналогий с функ цией расхода можно представить в виде
где I
Ь'ь
т
-общий расход газовоздушной смеси;
-весовые коэффициенты расхода смеси, величина которых определяется схемой организации наблюдений;
-число точек замера.