Лекция № 15 Анализ работы вентиляторов на вентиляционную сеть

15.1 Работа одного вентилятора на сеть. Характеристика

вентилятора и сети в графическом и аналитическом

выражении.

15.2 Совместная работа вентиляторов.

Цель изучения темы

Освоение методов анализа работы вентиляторов на сеть.

Студенты должны знать:

Анализ работы одного или нескольких вентиляторов на сеть.

Вопросы для контроля и самоконтроля

1. Какими способами можно определить режим работы одного вентилятора?

2. Какие существуют методы анализа совместной работы вентиляторов?

3. Как осуществляется построение суммарной характеристики вентиляторов, установленных на одном стволе на последовательную и параллельную работу?

4. Как осуществляется построение приведенной характеристики вентиляторов?

5. Как осуществляется построение активизированной характеристики сети?

6. В каких случаях работа вентилятора может быть неустойчивой?

15.1 Работа одного вентилятора на сеть. Характеристика вентилятора и сети в графическом и аналитическом выражении

Основными параметрами, характеризующими работу вентилятора, являются его производительность Q, м³/с и развиваемый напор или разрежение /депрессия/ Н, Па.

Производительность любого вентилятора изменяется в зависимости от напора или депрессии, которые ему приходится развивать для преодоления аэродинамического сопротивления вентиляционной сети. В практике принято выражать зависимость депрессии /напора/ вентилятора от его производительности.

H=f(Q). (15.1)

Эта зависимость называется характеристикой вентилятора и обычно выражается графически, так как современное состояние теории турбомашин, к которым относятся вентиляторы, не позволяет составить аналитическое уравнение его характеристики по известным конструктивным и эксплуатационным параметрам. Вследствие этого основную роль в анализе работы вентилятора на сеть играют графические методы расчетов, которые в некоторых случаях удается заменить аналитическими. Характеристика вентилятора представляет собой кривую в координатах Q,H(рис. 15.1).

Н

в

II H=RQ²

c

2

I

H a

1

H=f(Q)

H_max

d

Q₁

Q

0 Q

H₁

a₁

H=-RQ²

Рисунок 15.1 – Примеры характеристик вентилятора (1) и сети (2)

I, II – зоны неустойчивых режимов соответственно

для осевых и центробежных вентиляторов.

Зависимость депрессии от расхода воздуха для любой вентиляционной сети выражается уравнением:

(15.2)

которое является уравнением характеристики вентиляционной сети. Совместным решением системы уравнений (15.1) и (15.2) определяют Qи H,т.е. общую подачу воздуха в сеть Q, равную производительности вентилятора, и общую депрессию сети Н, равную депрессии (напору) вентилятора. На одном чертеже в одном масштабе строятся характеристики вентилятора и сети. Характеристика вентилятора берется из паспортных данных, а характеристика сети рассчитывается согласно уравнению (15.2). Координаты точки пересечения обеих кривых определяют искомые величины QиH.

Все графические построения, связанные с анализом работы вентиляторов на сеть, выполняются, как правило, в координатах Q, H. Депрессии современных шахтных вентиляторовв большинстве случаев удобнее выражать в килопаскалях /кПа/.

В целях упрощения дальнейшего изложения, оговорим терминологию. Любую точку на плоскости Q,H, определяемую совокупностью двух координат, будем называть вентиляционным режимом. Это понятие можно относить как к вентилятору, так и к любому участку сети, хотя и с несколькими разными смысловыми оттенками. Выражение «вентилятор работает в режимеQ,H» означает, что он имеет производительностьQи развивает при этом депрессию /напор/ Н. Выражение «вентиляционный режим сети /или участка сети/ составляетQ,H» означает, что через сеть /участок/ проходит поток воздухаQи при этом на преодоление сопротивления сети затрачивается депрессия Н.

При изменении действия источника тяги, подключенного к данной сети, на противоположное (в частности, при реверсировании вентилятора) изменяется на противоположное и направление движения воздуха в сети, поэтому депрессии сети удобно приписать положительный или отрицательный знак, и характеристику сети при отрицательных расходах изображать параболой, расположенной в III четверти. Тогда расход воздуха в сети под действием отрицательного источника тяги также будет отрицательным. Например, при действии на сеть источника тяги с депрессиейH₁0 расход в сетиQ₁определится абсциссой точки а₁(см. рис. 15.1).

Полные характеристики вентиляторов имеют продолжение во IIи IVчетвертях координатной системы, как показано на рис. 15.1. Эти продолжения представляют интерес в большинстве случаев при теоретическом анализе режимов работы нескольких вентиляторов в сети.

В практических инженерных расчетах с полными характеристиками вентиляторов сталкиваться почти не приходится, потому что они чаще всего не известны. В справочной литературе приводится лишь рабочая часть характеристики вентиляторной установки, представляющая собой участок ниспадающей ветви характеристики в I четверти, ограниченный условиями устойчивой и экономичной работы вентилятора.

Наличие впадины (I) левее максимума характеристики (см. рис. 15.1) создает условия неустойчивых режимов работы вентилятора, при которых возникают произвольные случайные или периодические колебания подачи воздуха в сеть, колебания мощности на валу вентилятора, изменения механической нагрузки на элементы конструкции вентиляторной установки.

Эта неустойчивость особенно отчетливо проявляется для осевых вентиляторов, для которых характерны не только резкие впадины, но и разрывы на характеристиках левее максимума (см. рис. 15.1, кривая I). Для центробежных вентиляторов, характеристики которых имеют более плавный вид (см. рис 15.1, криваяII),эти явления выражены значительно слабее. В связи с этим не разрешается эксплуатация осевых вентиляторов в режимах, которые находятся вблизи максимума характеристики, что с некоторым запасом определяется накладываемым на максимально допустимую депрессию вентилятора условием:

H0,9H_max. (15.3)

Используется также ограничение максимально допустимого сопротивления сети, на которую может работать данный вентилятор, выражаемое условием:

(15.4) Условия уравнений 15.3 и 15.4 ограничивают рабочий участок характеристики осевого вентилятора сверху (точка с).

С другой стороны, вентилятор – машина, КПД которой изменяется в весьма широких пределах в зависимости от режима ее работы. Как правило, КПД уменьшается при перемещении рабочего режима вниз по правой ниспадающей части характеристики. Считается допустимой эксплуатация шахтных вентиляторов главного проветривания в режимах, удовлетво-ряющих условию:

0,6, (15.5)

т.е. при КПД не ниже 60%. Это условие ограничивает рабочий участок характеристики снизу (точка d).

Таким образом, допустимые режимы работы вентилятора заполняют не всю его характеристику, а лишь ее рабочий участок cd, который для осевых вентиляторов ограничивается условиями (15.3) или (15.4) и (15.5).