Раздел 4. Вентиляторы

Вентиляторы – это машины для перемещения газов, создающие степень повышения давления не более р_вых/р_вх  1,15 (при плотности потока 1.2 кг/м³).

Вентиляторы потребляют около 8 % электроэнергии, вырабатываемой в стране. Они бывают центробежные, осевые и диагональные. Центробежные вентиляторы имеют коэффициент быстроходности n_s=500-1400, осевые - n_s>1500. Коэффициент быстроходности определяется по формуле

,

где P – давление вентилятора, кгс/м²;

V – производительность вентилятора, м³/с;

n – частота вращения вала вентилятора, об/мин.

Так как изменение плотности рабочего тела в вентиляторах очень незначительно, то ее принимают часто постоянной, и все уравнения теории насосов справедливы и для вентиляторов.

Тема 1.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ВЕНТИЛЯТОРЫ

Вопрос 1. Применение и конструкция

Центробежные вентиляторы применяются для вентиляции зданий, подачи воздуха в топки, для отсасывания дымовых газов и вредных веществ в различных технологических процессах.

Схема центробежного вентилятора

Конструктивно центробежный вентилятор состоит из входного патрубка 1, рабочего колеса 2 и спирального корпуса (кожуха) 3. Входной патрубок имеет осесимметричную форму. Рабочее колесо состоит из основного диска и покрывного диска, между которыми установлены лопатки, причем покрывной диск может быть плоским, или коническим, или вообще отсутствовать. Спиральный корпус служит для отвода в определенном направлении газа, выходящего из рабочего колеса, и для частичного преобразования динамического давления потока в статическое. Обычно он имеет постоянную ширину, превышающую ширину рабочего колеса.

Лопатки, как правило, имеют цилиндрическую форму, но могут быть и прямыми. В основном их выполняют листовыми толщиной 28 мм, иногда профилированными. В зависимости от величины угла на выходе ₂, лопатки могут быть загнутыми назад (₂<90^O), с радиальным выходом (₂=90^O) или загнутыми вперед (₂>90^O).

В ЦВ применяют все виды лопаток:

- в 30-40-х годах 20 века широко применялись ЦВ с лопатками, загнутыми вперед, их максимальный КПД не превышал 70%;

- в 40-50-х годах были разработаны ЦВ с лопатками, загнутыми назад с ₂=40-90^O, их максимальный КПД достигает 80%;

- в 55-60-х годах были разработаны ЦВ с сильно загнутыми назад листовыми и профильными лопатками с ₂=18-25^O, их максимальный КПД достигает 85-88%; кроме того, эти вентиляторы работают устойчиво в более широком диапазоне расходов и меньше шумят. Поэтому в настоящее время они получили широкое распространение.

Вопрос 2. Основные энергетические параметры

1. Давление (напор) вентилятора

Если поток на входе в ЦВ имеет статическое давление р_1ст и скорость с₁, а на выходе – р_2ст и скорость с₂, то полное давление (давление по заторможенным параметрам), развиваемое вентилятором будет равно

Взаимосвязь давления, напора и удельной работы вентилятора:

- напор , м;

- удельная работа , Дж/кг.

При рассмотрении уравнения момента количества движения для рабочего колеса турбомашины мы получили уравнение для теоретической удельной работы, обусловленной взаимодействием потока с лопатками, (основное уравнение турбомашин, уравнение Эйлера)

.

Для центробежных вентиляторов обычно

Тогда теоретический напор будет равен , а теоретическое давление -

.

Коэффициентом закрутки потока на выходе из рабочего колеса называется отношение

Тогда

Потери энергии на преодоление гидравлических сопротивлений в проточной части вентилятора оцениваются гидравлическим КПД

.

Тогда давление, создаваемое вентилятором, можно записать в виде

Коэффициентом полного давления называется величина

Для ориентировочных расчетов можно пользоваться следующими данными:

2л	2	г
больше 900	1,11,6	0,60,75	0,661,2
равно 900	0,850,95	0,650,80	0,600,76
меньше 900	0,50,8	0,70,9	0,350,72

2. Подача (производительность), потребляемая мощность, полный и статический КПД вентилятора.

Производительность вентилятора – это расход газа на выходе, пересчитанный на условия всасывания (Q или V).

Подача вентилятора – это расход газа, подаваемый потребителю.

Потребляемая мощность – N. Полезная мощность

.

Подача самых крупных ЦВ, применяемых при проветривании шахт, достигает 1,810⁶ м³/час (500 м³/с).

В энергии, сообщаемой газу вентилятором, существенную долю составляет кинетическая энергия. Поэтому для оценки эффективности вентиляторов используют КПД вентилятора по параметрам заторможенного потока на входе и выходе (полный КПД) и КПД по статическим параметрам на входе и выходе.

Полный КПД: .

Статический КПД: ,

где Р_ст= р_2ст- р_1ст.

Соотношение между _ст и  зависит от ₂. Обычно _ст   на 20  30%.