VI. Литература:

1. Бурков, А.И. Зерноочистительные машины / А.И. Бурков. Н.П. Сычугов – Киров: НИИСХ Северо-Востока, 2000. – 261 с.

2. Вайсман, М.Р. Вентиляторные и пневмотранспортные установки / М.Р. Вайсман, И.Я. Грубиян – М.: Колос, 1984. – 368 с.

3. Калинушкин, М.П. Вентиляторные установки / М.П. Калинушкин – М.: Высшая школа , 1979. – 223 с.

4. Сычугов, Н.П. Вентиляторы / Н.П. Сычугов – Киров: ГИПП «Вятка», 2000. – 228 с.

5. Фокин, В.В. Практикум по электрооборудованию сельскохозяйственного производства / В.В. Фокин – М.: Агропромиздат, 1991. – 160 с.

6. Лекционный материал.

VII. Контрольные вопросы:

1. Какие типы вентиляторов вы знаете и каков принцип их работы?

2. Как измерить напор, подачу и полезную мощность вентилятора?

3. Какими способами регулируют подачу вентилятора, в чем их преимущества и недостатки?

4. Что такое полезная (эффективная) мощность и мощность на валу вентилятора? Как они определяются?

5. По полученным характеристикам найти оптимальный режим работы вентилятора.

6. Как зависят подача, напор и мощность на валу вентилятора от угловой скорости?

7. Как определить статический, полный КПД вентиляторной установки?

8. В каких случаях применяют регулируемые и нерегулируемые вентиляционные установки в сельскохозяйственном производстве?

VIII. К отчету прилагается:

1. Схема опытной установки.

2. Таблица с результатами измерений и расчетов.

3. Характеристики центробежного вентилятора на совмещенном графике:

(Р_ст = f (Q); Р_ск = f (Q); Р_п = f (Q); N = f (Q); η_ст = f (Q); η_п = f (Q)).

4. Краткие выводы о проделанной работе.

IX. Материал к работе:

Вентиляторы.

Вентилятором называется машина, предназначенная для перемещения воздуха, пылегазовоздушных смесей, воздуха с механическими частицами и т.д. Определяющими для каждого вентилятора являются показатели производительности и создаваемое давление. Производительность и давление зависит от типа и номера вентилятора.

По принципу работы вентиляторы делятся на радиальные (центробежные*), осевые, диаметральные** (поперечно-поточные, тангенциальные), прямоточные, смерчевые, дисковые, вихревые и др. Их работа характеризуется полным давлением Р_п (Па), производительностью (подачей воздуха) Q (м³/с, м³/ч, л/с), потребляемой мощностью (мощностью на валу) N (кВт), коэффициентом полезного действия , частотой вращения n (мин^-1) и уровнем шума L (дБ).

__________________________________________________________

* Центробежный вентилятор изобретен генерал-лейтенантом корпуса горных инженеров Александром Александровичем Саблуковым (1832 г.).

** Диаметральный вентилятор изобретен французским инженером Паулем Мортье (1892 г.).

Вентиляторы общего назначения подразделяются на вентиляторы низкого давления (Р_п до 1 кПа), среднего давления (Р_п до 3 кПа) и высокого давления (Р_п более 3 кПа).

Радиальные вентиляторы общего назначения (ГОСТ 5976-90) предназначены для перемещения обычных сред. Они имеют диаметр рабочих колес от 200 до 3150 мм, число лопаток от 6 до 64, спиральный корпус и создают полное давление до 12 кПа при плотности воздуха и других газовых смесей  = 1,2 кг/м³; применяются в системах вентиляции и кондиционирования воздуха и для производственных целей.

Радиальный (центробежный) вентилятор (рисунок 3а) представляет собой расположенное в спиральном корпусе 1 лопаточное колесо 2. При его вращении поступающий через входной патрубок 3 воздух попадает в межлопаточные каналы колеса и под действием центробежной силы перемещается в них, собирается в спиральном корпусе, а затем направляется в выходной патрубок 4.

Рисунок 3 - Схемы вентиляторов: а - радиальный; б - осевой; в - диаметральный; 1 - корпус; 2 - колесо; 3 - входной патрубок; 4 - выходной патрубок; 5 – «язык».

Размер вентилятора характеризуется его номером (ГОСТ 10616-90). За номер принимается значение, соответствующее номинальному диаметру колеса, измеренному по внешним кромкам лопаток и выраженному в дециметрах. Например, вентилятор с D₂ = 500 мм обозначается №5. Допускаются модификации вентиляторов с диаметром рабочих колес, отличающимся от номинального диаметра на величину 10% при неизменных остальных размерах проточной части.

У центробежных вентиляторов правильным является вращение колеса по ходу разворота спирального корпуса. Вентиляторы, у которых колеса правильно вращаются по часовой стрелке при наблюдении со стороны всасывания, называют правыми, а против часовой стрелки - левыми. Положение корпуса принято обозначать направлением вращения (Пр или Л) и углом поворота в градусах. На корпусе с расположением выходного патрубка вверх делают надпись Пр0 или Л0, вниз - Пр180 или Л180, вправо - Пр90 или Л90, влево - Пр270 или Л270. Возможны и промежуточные положения корпуса через 45.

Вентиляторы соединяются с электродвигателем следующими способами:

- рабочее колесо вентилятора закреплено непосредственно на валу электродвигателя;

- с помощью эластичной муфты;

- клиноременной передачей с постоянным или изменяющимся передаточным отношением;

- регулируемой бесступенчатой передачей через гидравлические и индукторные (электрические) муфты скольжения.

Осевые вентиляторы общего назначения одноступенчатые (ГОСТ 1142-90); они имеют рабочие колеса диаметром от 300 до 2000 мм и создают полное давление до 1500 Па. Осевой вентилятор (рисунок 3б) состоит из рабочего лопаточного колеса 2, установленного в цилиндрическом корпусе 1. Колесо имеет втулку, посаженную на вал приводного электродвигателя, и лопатки, закрепленные на втулке. Перед колесом для плавного обтекания втулки устанавливается обтекатель. Электродвигатель укрывается задним обтекателем, а иногда он выносится за пределы корпуса.

При вращении колеса поступающий через входной патрубок 3 воздух под действием лопаток перемещается между ними в осевом направлении, а затем поступает в выходной патрубок 4, иногда снабженный коническим диффузором.

Количество лопаток в зависимости от назначения вентилятора составляет от 2 до 32. Вентиляторы, лопаточные колеса которых правильно вращаются по часовой стрелке по отношению к наблюдателю, находящемуся на стороне всасывания, называют правыми, а наоборот - левыми.

Диаметральный вентилятор (рисунок 3в) представляет собой лопаточное колесо 2 барабанного типа, установленное в спиральный или коленообразный корпус, закрытое с торцов, имеет криволинейные, загнутые вперед лопатки. Корпус состоит из основания 1, «языка» (делительной стенки) 5 и боковых стенок. Эти элементы образуют выходной патрубок (диффузор) 4 для отвода воздушного потока. При вращении колеса воздух захватывается лопатками из входного патрубка 3 и движется в межлопаточных каналах в центростремительном направлении. Пройдя внутреннее пространство решетки, воздух вновь захватывается лопатками колеса, проходит их межлопаточные каналы в центробежном направлении и далее поступает в выходной патрубок 4. Воздух движется в плоскостях, перпендикулярных оси вращения колеса, вследствие чего вентиляторами создается плоскопараллельный поток.

Схемы конструктивных компоновок и способы соединения диаметральных вентиляторов с электродвигателями в основном такие же, как и у радиальных вентиляторов общего назначения.

Серийно диаметральные вентиляторы не выпускаются. Они применяются в бытовой отопительно-вентиляционной технике, в малогабаритных установках кондиционирования воздуха, для охлаждения электронно-вычислительной техники, в зерноочистительных машинах, в тростниковоуборочных комбайнах.

Взаимозависимость основных параметров вентиляторов общего назначения, разработанных в ЦАГИ, оценивается критерием n_у быстроходности:

,

где P_п - полное давление (Па), приведенное к стандартным

условиям состояния воздуха;

Q - производительность (м³/с);

n - частота вращения колеса, мин^-1.

Поскольку быстроходность определяется через Q и P_п, то в каждой точке аэродинамической характеристики P_п= f (Q) этот параметр имеет свое значение. Характерной принято считать быстроходность, соответствующую максимальному КПД (последние две цифры в марке вентилятора). Из уравнения следует, что чем больше отношение полного давления к производительности, тем меньше быстроходность. Примерное подразделение центробежных, осевых и диаметральных вентиляторов по быстроходности и области их применения приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Градация вентиляторов по быстроходности и области их применения

Вентиляторы	Быстроходность
Центробежные с очень узким колесом, для давлений 12...15 кПа	6...12
Центробежные с колесом небольшой длины, для давлений 10...12 кПа	12...30
Центробежные односторонние с лопатками, загнутыми назад, для давлений до 2,5...3,0 кПа	40...60
То же с лопатками, загнутыми назад, для давлений до 2 кПа	60...80
Центробежные двусторонние вентиляторы	90...110
Осевые вентиляторы с листовыми сильно кручеными лопатками и со спрямляющим аппаратом, для давлений до 1 кПа	150...200
Осевые вентиляторы с листовыми сильно кручеными лопатками, для давлений до 0,6 кПа	200...250
Осевые вентиляторы с листовыми лопатками для давлений до 0,3 кПа, с профильными лопатками, для давлений до 1 кПа	300...400
Диаметральные вентиляторы	35…80

Согласно ГОСТу 10616-90 «Вентиляторы радиальные и осевые. Размеры и параметры», аэродинамические свойства вентилятора оцениваются по характеристикам, представляющим собой графические зависимости полного Р_п, статического Р_ст и (или) динамического Р_ск давлений, развиваемых вентилятором, потребляемой мощности N, полного КПД  и статического КПД _ст от производительности Q при определенной плотности  воздуха перед входом в вентилятор и при постоянной частоте n вращения колеса (рисунок 4).

Рисунок 4 - Аэродинамическая характеристика вентилятора

За рабочий участок характеристики Р_п= f (Q) должна приниматься ее часть, на которой величина полного КПД   0,9_max. Наряду с этим рабочий участок характеристики Р_п= f (Q) должен удовлетворять условию обеспечения устойчивой работы вентилятора.

При выборе вентиляторов удобнее пользоваться характеристиками, построенными для каждого вентилятора при различной частоте n (угловой скорости ) вращения колеса (рисунок 5).

Аэродинамические испытания радиальных и осевых вентиляторов проводятся согласно ГОСТу 10921-90. В ЦАГИ этот же ГОСТ применяется и при испытании диаметральных вентиляторов.

Рисунок 5 - Аэродинамическая характеристика вентилятора при различной частоте в ращения колеса.

Стенды для испытаний вентиляторов представляют собой устройство, в котором изменяют и измеряют расход воздуха и давления, развиваемые исследуемым вентилятором, потребляемую им мощность, частоту вращения и плотность перемещаемого воздуха.

Различают следующие типы стендов:

А - свободный вход и выход воздуха (стенд имеет камеру всасывания);

В - свободный вход и выход воздуха в нагнетательный трубопровод;

С - вход из всасывающего трубопровода и свободный выход воздуха;

D - вход из всасывающего трубопровода и выход в нагнетательный трубопровод.

Большее применение находит стенд типа А, в котором приборы, измеряющие параметры потока воздуха, устанавливаются в невозмущенном потоке. Производительность вентилятора измеряют расходомером Вентури.

В производственных условиях, а иногда и лабораторные испытания вентиляторов проводят с применением трубы, установленной за вентилятором (испытание на нагнетание). Установка состоит (рисунок 6) из вентилятора 1, трубы 3, переходного патрубка 2 (переход сечения с прямоугольного на круг) и сменной измерительной диафрагмы 4 ЦАГИ со встроенным насадком 5 полного давления.

Рисунок 6 - а - схема установки для испытания вентилятора с трубой и со встроенным насадком полного давления; б - то же самое при установке трубки Пито-Прандтля: 1 - вентилятор; 2 - переходной патрубок; 3 - нагнетательная труба; 4 - диафрагма; 5 - встроенный насадок давления; 6 - трубка Пито-Прандтля; 7 - рамка; 8 - сменная сетчатая диафрагма.

При испытании вентиляторов на нагнетание вместо диафрагм со встроенным насадком полного давления на выходном конце трубы 3 могут устанавливаться сменные дросселирующие заслонки 8 (диафрагмы) с различным коэффициентом живого сечения, которые изменяют режим работы вентилятора 1 (рисунок 6б). Пневмометрическая трубка 6, вводимая в соответствующие точки поперечного сечения трубы, закрепляется на рамке 7. Параметры потока воздуха измеряются в сечении, отстоящем от выходного патрубка вентилятора на расстоянии не менее шести его диаметров d_э (эквивалентных диаметров для патрубка квадратного или прямоугольного сечения) и от конца трубы - не менее двух диаметров.

Вентиляторы испытывают при перемещении атмосферного воздуха при температуре 10…20С и относительной влажности не более 80%. Измерительные приборы (барометр, термометр, психрометр, дифференциальные манометры, весовые устройства балансирного динамометра) размещают в зоне, исключающей воздействие на них потоков воздуха, вибраций, конвективного и лучистого тепла.

При испытаниях измеряют: барометрическое (атмосферное) давление P_а, Па; температуру t_a (T_a) окружающего воздуха, С(K); относительную влажность _a, %; частоту n вращения колеса вентилятора, мин^-1; крутящий момент М (Нм) на валу балансирного станка или мощность Р₁ (Вт), подведенную к электродвигателю привода.

Температура воздуха измеряется ртутным или спиртовым термометром в градусах Цельсия. Более удобны и менее инерционны термоспаи медных и константановых и некоторых других сплавов. При нагревании спаев металлов образуется разность электрического потенциала, по которой определяется температура (по тарировочному графику).

Влажность воздуха измеряется гигрометром или психрометром Августа, атмосферное давление - барометром.

Полное, статическое и динамическое давления в потоке замеряют пневмометрическими насадками ЦАГИ (рисунок 7) или трубками Пито-Прандтля, имеющими Г-образную форму. Если направить носик насадка навстречу потоку, то он перед носиком полностью затормаживается, и динамическое давление полностью преобразуется в статическое, а среднее отверстие воспринимает и передает манометру полное давление в точке замера. У насадка ЦАГИ на расстоянии 3d от носика струйки потока воздуха параллельны его образующим, вследствие чего в этом месте воспринимается статическое давление.

Рисунок 7 - Пневмометрический насадок ЦАГИ

Для измерения составляющих давления и скорости воздуха в плоскопараллельных потоках применяют цилиндрические зонды, в пространственных потоках - шаровые зонды. Для обеспечения возможно более высокой точности измерений насадки и зонды тарируют, т.е. получают значения поправочного коэффициента m_н при различных углах скоса потока.

Соединение каналов насадок с U-образным манометром и положение столбиков жидкости в них при установке насадок в нагнетательном и всасывающем потоках показано на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема измерения полного h_п, статического h_ст и динамического h_ск давлений: а - в нагнетательном потоке; б - во всасывающем потоке.

Для измерения полного и статического давлений соответствующие каналы насадка соединяют с одним коленом манометра (второй остается открытым), а для измерения динамического давления - с манометром соединяют оба отверстия насадка. Перепады уровней жидкости в мм водяного столба определяют разность давлений в Па.

В микроманометрах ММН, ЦАГИ и других (рисунок 9) трубка выполнена наклонной, а величина измеряемого давления Р(Па) находится по формуле:

,

где h- длина столбика жидкости при измерении;

h_o - то же самое до измерения, мм;

 - угол наклона трубки, град.;

_ж - плотность жидкости, кг/м³;

m_н и m_м - поправочные коэффициенты тарировки насадка и прибора;

 - поправка по приведению результатов замера к стандартному состоянию воздуха.

Рисунок 9 - Схема микроманометра ММН: 1 - основание; 2 - бачок; 3 - кран; 4 - измерительная трубка; 5 - кронштейн; 6 - установочный винт.

Плотность _а (кг/м³) атмосферного воздуха вычисляют по формуле:

,

где поправка  определяется по выражению

.

Здесь R - газовая постоянная, Дж/(кгK), параметры с индексом n относятся к воздуху при нормальных атмосферных условиях, при этом Р_n = 101320 Па, t_n = 20С (Т_n = 293 K), _n = 50%, _n = 1,2 кг/м³, R_n = 288 Дж/(кгK). Параметры с индексом а относятся к воздуху на момент испытания.

У микроманометра ММН на дугообразном кронштейне имеются отверстия, соответствующие значениям sin  _ж = 0,2; 0,3; 0,4; 0,6 и 0,8.

При использовании стенда со встроенным насадком полного давления производительность Q (м³/с) вентилятора без учета нагрева в нем воздуха определяется по формуле:

,

где ' - коэффициент расходомера;

d_o -меньший диаметр отверстия диафрагмы, м;

Р_п - полное давление воздушного потока на выходе из диафрагмы.

Р_ст – статическое давление.

Динамическое (скоростное) давление вентилятора определяется по формуле:

,

где F_в - площадь поперечного сечения нагнетательной трубы.

Статическое давление P_ст составляет:

Р_ст = Р_п - Р_ск

Развиваемая вентилятором полезная мощность по полному Р_п и статическому P_ст давлению составляет:

N_п = Р_п · Q, ,

N_ст = Р_ст · Q, ,

Полный  и статический _ст КПД вентиляторов определяется отношением соответственно полезной мощности N_п по полному и N_ст по статическому давлениям к потребляемой мощности:

η = N_п / N,

η_ст = N_ст / N.

Измеряемые величины регистрируют в диапазоне объемных расходов от нуля до объемных расходов, перекрывающих рабочий участок характеристики. Число ее точек, соответствующих различным режимам работы вентилятора, должно быть не менее десяти.

К вентиляторам воздушных систем зерно- и семяочистительных машин предъявляются требования:

- технологические - создание плоскопараллельного воздушного потока и стабильная подача (отсос) потребного количества воздуха в единицу времени при всех режимах работы;

- конструктивные - простота изготовления, малые габариты и удобство присоединения к элементам систем;

- эксплуатационные - простота обслуживания, надежность функционирования и работа при уровне шума, не превышающем обусловленного стандартом значения;

- экономические - достаточно высокий КПД в рабочих режимах функционирования и малая удельная металлоемкость.

24