4. Центробежные вентиляторы

Центробежные вентиляторы широко применяются в различных отраслях народного хозяйства. Их используют в системах вентиляции и кондиционирования воздуха жилых общественных и промышленных зданиях. Вентиляторы являются неотъемлемой частью многих технологических установок металлургической, химической промышленности и энергетики. Вентиляторы используют в фильтроочистительных установках различного назначения, в системах пневмотранспорта.

Практически нет отрасли, где бы не использовались вентиляторы. Диаметры их рабочих колёс составляют 30 – 40 мм. для встроенных вентиляторов, используемых для охлаждения радиоэлектронной аппаратуры и достигают 5м. для шахтных вентиляторов проветривания. Вентиляторы потребляют мощность от нескольких ватт до нескольких тысяч киловатт, потребляя до 10% всей вырабатываемой у нас в стране электроэнергии.

Развитие промышленности выдвигает всё новые требования к вентиляторам: повышение их эффективности, уменьшение габаритных размеров, массы, создание новых компоновочных систем.

Выпускаемый заводом вентилятор снабжается фабричной маркировкой с индексом вентилятора, обозначающим:

1. группу вентилятора (низкого давления – Н.Д., среднего давления – С.Д., высокого давления – В.Д.);

2. класс вентилятора (центробежный – Ц., центробежный пылевой – Ц.П.);

3. число, характеризующее коэффициент давления в наиболее выгодном режиме (увеличено в 5 раз и округлено до единицы);

4. число, характеризующее быстроходность при оптимальном режиме (округленно до единицы);

5. номер вентилятора (выражен числом, характеризующим диаметр колеса в дециметрах);

6. номер исполнения (способ соединения вентиляторов с электродвигателями);

7. направление вращения (левый, правый);

8. номер стандарта (ГОСТ 5976-55);

Так вентилятор с коэффициентом давления 0,8, быстроходностью 70 и колесом диаметром 500мм., установленным на одной оси с электродвигателем (непосредственно на валу последнего), имеет следующую маркировку: Вентилятор Н.Д.; Ц4-70; N5; исполнение 1; правый; ВЛ; ГОСТ 5976-55.

5. Характеристики сети

Вентилятор работает обычно в системе воздуховодов различной протяжённости, называемой сетью. В системе кроме воздуховодов постоянного сечения могут быть установлены отдельные фасонные элементы (тройники, диффузоры, поворотные колёса), дроссельные и регулирующие устройства (решётки, задвижки), отдельные агрегаты (фильтры, калориферы). Элементы сети могут быть расположены перед вентилятором, за вентилятором или одновременно перед и за вентилятором. В первом случае вентилятор работает на всасывание, во втором – на нагнетание, в третьем на всасывающее-нагнетательную сеть.

Сеть имеет свою характеристику – зависимость суммарных полных потерь ∆р давления во всех элементах сети от расхода Q воздуха в сети.

Рис. 5 К определению режима работы вентилятора, установленного в сети:

1 – характеристика вентилятора; 2 – характеристика сети;

Характеристика сети зависит от плотности перемещаемой среды, скорости течения и конфигурации элементов. Характеристику проектируемой сети определяют в большинстве случаев расчётом. При этом потери давления в отдельных элементах сети

∆р_i = 0,5ξ_iρυⁿ_i = 0,5ξ_iρ(Q/F_i)ⁿ (6)

где ξ_i – коэффициент сопротивления; υ_i – средняя скорость течения в характерном сечении элемента площадью F_i; Q – расход воздуха в сети; n – показатель степени.

Коэффициент ξ_i определяют для различных элементов из справочника по гидравлическим сопротивлениям. В подавляющем большинстве случаев, когда в элементах сети имеет место развитое турбулентное течение, показатель степени n = 2. Для ламинарного течения с малыми числами R_e <2000 (например, течение в фильтре) показатель n = 1. В промежуточных случаях показатель n изменяется от 1 до 2.

Суммарные потери давления в неразветвлённой сети без прососов

(7)

Характеристику, представленную данной формулой, называют параболической. Коэффициент К зависит от конфигурации сети и параметров перемещаемого газа. В случае разветвлённых сетей характеристику рассчитывают по правилам, предложенных во многих работах. Расчёт суммарных характеристик сложных шахтных сетей и систем общеобменной вентиляции в последнее время осуществляют с помощью методов электрогидродинамического моделирования..

В существующих реальных установках характеристику сети можно определить экспериментально, измерив перепады, т.е. потери полных давлений во всасывающем и нагнетательном трактах при рабочем режиме по одному из способов предложенных в работе И.О. Крестена.

Режим работы вентилятора в сети определяет точка А пересечения вентилятора и сети (рис. 5). В этой точке полное полное давление вентилятора равно потерям полного давления в сети. Если вентилятор работает на всасывание, то динамическое давление вентилятора следует также относить к потерям давления в сети или определить режим работы вентилятора точкой пересечения характеристики сети ∆р(Q) c характеристикой р_sv(Q) статического давления вентилятора установит диффузор, чтобы уменьшить давление вентилятора.

Параметры сети – расход Q, соответствующее ему давление ∆р и плотность ρ перемещаемого газа (см рис.5) – являются исходными данными для выбора вентилятора, который должен работать в этой сети. Если величина потерь полного давления в сети не превышает 2% абсолютного полного давления перед вентилятором, то при выборе или расчёте вентилятора нет необходимости рассматривать всасывающий и нагнетательный участки сети отдельно. Достаточно знать суммарные потери давления во всей системе. Если потери давления в сети превышают указанную выше величину, то необходимо задавать потери давления во всасывающем и нагнетательном участках сети отдельно.

При проектировании систем с вентилятором необходимо также учитывать, что вблизи входного и выходного сечений вентилятора на расстоянии примерно в два калибра и меньше не следует устанавливать какие-либо элементы, нарушающие равномерность заполнения входного и выходного сечений вентилятора. Несоблюдение этого правила может привести к существенному ухудшению характеристик вентилятора в результате наличия неравномерного поля скоростей перед его входом или на его выходе. Особенно неблагоприятно на характеристике вентилятора сказывается установка перед ним диффузоров с большим углом раскрытия и простейших поворотных участков в виде колен. Исследованием влияния условий установки различных элементов перед входным и за выходным отверстиями вентилятора на его аэродинамическую характеристику занимались многие авторы.

Если по условиям компоновки перед вентилятором должен быть поворотный участок, а за ним диффузор, то целесообразно пользоваться аэродинамической характеристикой вентилятора с присоединёнными элементами, которыми а данном случае будут входная коробка и диффузор. В приложении приведены характеристики нескольких вентиляторов с присоединёнными элементами. Если таких характеристик вентиляторных установок нет, то присоединённые элементы следует относить к элементам сети и при расчёте суммарного сопротивления сети учитывать потери давления в них.