Основные конструктивные элементы осевых вентиляторов
В осевых вентиляторах в отличие от центробежных направление движения потока совпадает с осью вращения рабочего колеса. Лопатки рабочего колеса, закрепленные под углом к плоскости вращения, передают энергию потоку и перемещают его в осевом направлении.
Конструкция вентилятора определяется его аэродинамической схемой (рис. 7.16), в которой основные размеры осевого вентилятора даются в долях от диаметра рабочего колеса, определяемого по наружным концам рабочих лопаток.
Лопатки рабочих колес обычно выполняются неподвижными, жестко закрепленными на втулке, и реже поворотными.
Элементы лопастей осевой машины, находящиеся на различных расстояниях от центра, вращаются с неодинаковыми скоростями. Вследствие этого лопасть с постоянной шириной и постоянными углами входа и выхода создает напор, изменяющийся по ее длине. Это приводит к радиальным перемещениям частиц жидкости в проточной полости рабочих колес и отводов и понижению КПД машины.
Явление радиального перемещения особенно сильно сказывается в ступенях машины с относительно большой длиной лопасти. Поэтому ступени осевых машин с большой длиной лопастей обычно проектируют исходя из условия отсутствия радиальных перетеканий жидкости.
Условие радиального равновесия выражается равенством
rc=const
Это соотношение имеет большое практическое значение, показывая что отсутствие радиальных перетеканий воз можно лишь при постоянстве циркуляции по длине лопасти. В этом случае каждая частица потока движется по цилиндрической поверхности соответствующего радиуса.
Выполнение этого условия для осевых машин дает существенное повышение их КПД.
Влияние условия на конструктивную форму лопасти проявляется в том, что она получается закрученной (винтовой) с переменными углами входа и выхода по длине. Такие лопасти имеют широкое применение, в особенности в машинах с малым относительным диаметром втулки.
В машинах с большим относительным диаметром втулки лопасти выполняются незакрученными, но с хордой, уменьшающейся к периферии.
Для вентиляторов общего назначения основные размеры следующие: d = (0,3 - 0,55) D; диаметр входного коллектора Dк = 1,2D; длина входного коллектора Lк = 0,2D. Углы установки лопаток 15-32°. Окружная скорость в осевых вентиляторах составляет менее 100 м/с, а в отдельных случаях 150 м/с.
В конструкции осевого вентилятора с одним или несколькими колесами применяются устройства, улучшающие его аэродинамические свойства и повышающие КПД - передний и задний обтекатели (или коки), направляющие и спрямляющие аппараты.
Передний обтекатель представляет собой тело, штампованное из тонкого листового металла, закрепленное неподвижно перед напраляющим аппаратом. Его назначение - обеспечивает постепенное возрастание скорости потока до с0 на входе в направляющий аппарат первой ступени при минимальных потерях энергии. (скорость увеличивается из-за уменьшения проходного сечения).
Входной направляющий аппарат состоит из венца неподвижных лопаток, расположенных перед входом в рабочее колесо. Таким образом, он представляет собой конфузорные межлопаточные каналы, в которых происходит закручивание потока против направления вращения колеса, что приводит к увеличению давления, создаваемого вентилятором. Положение лопастей первого рабочего колеса определяется в основном значением угла схода потока с лопаток направляющего аппарата.
Назначение спрямляющего аппарата состоит в безударном принятии потока, сходящего с лопастей рабочего колеса, и придании потоку осевого направления. Если последнее не выполнено, то кинетическая энергия с22u/2 будет потеряна. Другое назначение спрямляющего аппарата - преобразование части кинетической энергии в потенциальную с некоторыми потерями, вызванными движением потока в межлопаточных каналах. Но в целом, уменьшение кинетической энергии, т.е. скорости потока, приводит к повышению КПД из-за снижения потерь на трение в заднем обтекателе и выходном патрубке.
Для преобразования кинетической энергии потока газа в потенциальную на выходе осевого вентилятора иногда устанавливается диффузор.
Задний обтекатель расположен неподвижно за спрямляющим аппаратом и служит для уменьшения потерь в потоке при постепенном уменьшении скорости.
Аэродинамические качества осевых вентиляторов зависят от угла установки и профиля рабочих лопаток, а также от схемы вентилятора. Осевые вентиляторы создают меньшее давление по сравнению с центробежными, поэтому объемные потери, зависящие от разности давлений на выходе и входе рабочего колеса, незначительны. Вследствие этого КПД осевых вентиляторов выше, чем центробежных.
Регулирование подачи осевых вентиляторов может производится изменением частоты вращения, поворотом лопаток направляющего аппарата или рабочего колеса, а также одновременно последними двумя способами. Наиболее часто, в случае привода от электродвигателя с постоянной частотой вращения, применяется поворот лопаток направляющего аппарата.
Некоторые конструкции одноступенчатых осевых вентиляторов допускают реверсирование, т.е. при изменении направления вращения или угла поворота лопастей, они изменяют направление потока.