Розділ 2 режими роботи вентиляторних установок

2.1 Галузі використання та принцип дії відцентрових вентиляторів

Відцентрові вентилятори широко застосовують у промисловості й комунальному господарстві для вентиляції будинків, робочих місць, відсмоктування шкідливих речовин у технологічних процесах [1–8].

У теплоенергетичних установках відцентрові вентилятори використовують для подачі повітря до топкових камер парогенераторів, переміщення паливних сумішей у системах пилоприготування, відсмоктування димових газів і транспортування їх до атмосфери.

Відцентрові вентилятори – машини для переміщення чистих газів і сумішей газів з дрібними твердими матеріалами, що мають ступінь підвищення тиску не більше за 1,15 при густини потоку 1,2 кг/м³. Характерною ознакою відцентрового вентилятора є підвищення тиску за рахунок роботи відцентрової сили газу, що рухається в робочому колесі від центра до периферії [1–6]. При незначному підвищенні тиску газу зміною його термодинамічного стану можна знехтувати. Тому до відцентрових вентиляторів застосовано теорію машин для переміщення нестисненого середовища [7–9]. Конструктивну будову відцентрового вентилятора найпростішого типу показано на рис. 2.1.

Робоче колесо вентилятора складається з литої маточини 1, жорстко з’єднаної з основним диском 2. Робочі лопатки 3 кріплять до основного диска 2 і до переднього диска 4, що забезпечує необхідну жорсткість лопатевих ґрат 5. Корпус 6 вентилятора кріпиться до литої або зварної станини 9, на якій розташовують підшипники 10, що несуть вал вентилятора з посадженим на нього робочим колесом; 7 і 8 – фланці кріплення всмоктувальної й напірної труб, 11 – шків привода вентилятора.

Відцентрові вентилятори випускають заводи в певних геометричних серіях. Кожна серія характеризується сталістю відношення подібних розмірів; розміри окремих машин та їх робочі параметри в серії різні.

Г еометричну форму даної серії зображено на аеродинамічній схемі, де всі розміри вентилятора дано у відсотках від величини зовнішнього діаметра робочого колеса (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Аеродинамічна схема вентилятора ЦКТІ-07-37

2.2 Технічні показники та характеристики вентиляторів

Крім напору, вентилятор характеризується об'ємною подачею Q, повним η та статичним ККД η_ст і потужністю N. При зміні частоти обертання вала вентилятора й температури поданого газу всі ці величини змінюються.

Подача потужних відцентрових вентиляторів, які використовуються для провітрювання шахт, досягає 1,8·10⁶ м³/год, у теплоенергетиці – 900·10⁶ м³/год.

Призначення вентиляторів – подача газу й одночасно підвищення його потенційної енергії (статичного напору). У повній корисній енергії, яка надає вентилятор газовому потоку, істотну частку становить кінетична енергія. Тому оцінка ефективності вентилятора повним ККД є недостатньою. Для оцінювання вентиляторів з боку створюваного ними статичного напору введено статичний ККД η_ст.

Таким чином, вентилятори характеризуються:

повним ККД

(2.1)

статичним ККД

. (2.2)

Звісно, . Для різних типів вентиляторів, залежно від вихідного кута робочих лопатей , різне й співвідношення між і . Орієнтовно менше за на 20–30 %.

Основою для вибору вентилятора є найбільші подача Q і напір H, які він повинен створювати, працюючи в заданій системі повітро- або газопроводів.

Каталожні дані належать звичайно до нормальних умов ( мм рт. ст.), тому вибір за каталогом роблять на подачу , напір , де – густина повітря (газу) за нормальних умов.

За формулами (2.1) і (2.2) може бути розрахована необхідна потужність на валу вентилятора за оптимального режиму (при ).

Потужність приводного двигуна вентилятора беремо із запасом, що враховує можливе відхилення режиму від розрахункового, зменшення ККД вентилятора й старіння ізоляції двигуна в процесі тривалої експлуатації:

, (2.3)

де – коефіцієнт запасу потужності (беремо тим більший, чим менша потужність на валу вентилятора); – ККД передачі (при безпосередньому з'єднанні валів вентилятора й двигуна при клинопасовій передачі – ).

Характеристиками вентиляторів називають графіки залежностей напору, потужності на валу й ККД від об'ємної подачі.

Характеристики утворюються безпосереднім випробуванням вентиляторів при постійній частоті обертання й будуються для повітря .

При перерахуванні характеристик, побудованих для стандартних умов при , , на натурні, варто мати на увазі, що подача, напір і ККД залишаються незмінними, а тиск і потужність на валу змінюються пропорційно до густини газу, що подається вентилятором, тобто

та .

Характеристики при змінній частоті обертання будуються за формулами:

, , ,

, .

На рис. 2.3 і 2.4 наведені типові характеристики вентиляторів при n=const та n=var, відповідно.

Рисунок 2.3 – Розмірна характеристика вентилятора при n=const

Рисунок 2.4 – Розмірна характеристика вентилятора при n=var

У вентиляторобудуванні широко застосовуються безрозмірні характеристики, спільні для цілої серії геометрично подібних машин.

На рис. 2.5 показано безрозмірну характеристику вентиляторів серії Ц4-76, побудовану за результатами випробування моделі із D₂=500 мм при n=1200 об/хв.

Безрозмірні характеристики дуже зручні для розрахунку робочих параметрів вентилятора даної серії, що має діаметр робочого колеса D₂ й працює при частоті обертання n:

; ; ;

; ; ; ,

де u₂ – окружна швидкість; D₂ – діаметр робочого колеса; – безрозмірна потужність, де – безрозмірний тиск; – безрозмірний напір; – безрозмірна подача; – безрозмірний ККД.

Форми характеристик вентиляторів визначаються за аеродинамікою проточної їх порожнини і в основному за відношенням , вихідним кутом лопатей і формою їх профілю. На рис. 2.6 показано три типи напірно-витратних характеристик вентиляторів. З них крива 1 – характеристика сідлоподібної форми, що властива вентиляторам з більшими кутами й малою радіальною довжиною лопатей (мале значення ).

Рисунок 2.5 – Безрозмірна характеристика вентилятора Ц4-76

1 – вентилятор СТД; 2 – вентилятор Ц6-46; 3 – вентилятор ВРН

Рисунок 2.6 – Характеристики вентиляторів

Забороняється експлуатація вентиляторів при . Ця вимога виключає з експлуатації початкову ділянку сідлоподібної характеристики при малих подачах.

Робота вентиляторів із сідлоподібною формою характеристики тиску на мережу зі значним статичним напором у ряді випадків є нестійкою. Ця обставина вказує на небажаність застосування вентиляторів із сідлоподібною формою характеристики [10, 11].