4.3 Конструкция осевых вентиляторов
Простота и компактность осевых вентиляторов позволяют включать их непосредственно в конструкцию ряда машин и аппаратов.
Широко используются осевые вентиляторы и в бытовых условиях в виде простейших настольных аппаратов.
Втулки осевых вентиляторов (в современных конструкциях они имеют относительно большой диаметр) изготовляют сварными литыми и штампованными. Штампуют одновременно лопасти и втулки, т.е. всё колесо полностью (Рис. 4.11)- В центре втулок располагают ступицы для посадки колеса на вал привода.
К - колесо; СА - спрямляющий аппарат; ВНА - направляющий аппарат
Рисунок 4.11. Компоновка осевых вентиляторов:
Втулки вентиляторов выполняются точёными из литой или кованой стали (реже из чугуна). В центре втулки протачивается отверстие по диаметру вала электродвигателя для посадки колеса. Втулка крепится к валу чаще всего с помощью шпонки, для чего во втулке предусматривается шпоночная канавка.
Лопасти к втулкам приваривают или крепят на стержнях. При стержневом креплении лопасти можно поворачивать (в специальных конструкциях даже при вращении колеса), благодаря чему регулировку можно вести просто и в широких пределах.
При реверсировании осевых вентиляторов с такими несимметричными поворотными лопастями нет необходимости для сохранения неизменной подачи менять направление вращения и переворачивать колесо — достаточно повернуть лопасти на 180°.
Правильным для несимметричных лопастей является вращение тупыми кромками или вогнутостью вперед.
Осевые нереверсивные вентиляторы, лопастные колеса которых правильно вращаются по часовой стрелке по отношению к наблюдателю, находящемуся на стороне всасывания, называют правыми, а в другую сторону - левыми.
При монтаже осевых вентиляторов следует обращать внимание на величину зазора между обечайкой и кромками лопаток колеса. Разность давление в потоках воздуха перед вентилятором и после него (рисунок 4.12,а) создает переток воздуха через зазор в обратном направлении. Это вызывает непроизводительные потери давления, ведет к уменьшению объема подаваемого вентилятором воздуха, а также к снижению его к. п. д. Поэтому нормируемая величина зазора не должна превышать 1,5% длины лопатки.
1- направление потока воздуха; 2- направление вращения
Рисунок 4.12. Зазор в осевом вентиляторе (а) и правильное направление вращения колеса осевого вентилятора (б)
4.4 Типоразмеры осевых вентиляторов
По направлению вращения осевые вентиляторы могут быть правыми или левыми. Правым считается вращение колеса по часовой стрелке при движении потока воздуха на наблюдателя.
Для определения направления вращения надо обратить внимание на лопатки. Одна сторона лопатки из листовой стали вогнута, другая - выпукла. При полых лопатках одна сторона - плоская, другая - выпуклая. Правильным является такое направление вращения, при котором вогнутая или плоская сторона лопатки движется вперед (см. рисунок 4.12,б). При обратном направлении вращения вентилятор, обладая свойством менять направление потока (реверсивностью), будет также подавать воздух. Однако при неправильном направлении вращения объем перемещаемого воздуха и КПД вентилятора снизятся на 30 - 40% при практически постоянной мощности. В этом случае необходимо снять колесо с вала электродвигателя, повернуть обратной стороной и вновь закрепить на валу.
Учитывая простоту такой перестановки колеса, заводы выпускают осевые вентиляторы, как правило, правого вращения.
Размеры осевых вентиляторов определяются номером, выражающим диаметр колеса в дцм. Осевые вентиляторы, выпускаемые промышленностью, имеют № 3, 4, 5. 6, 7, 8, 10, 12, 16 и т.д.
В отличие от центробежных осевые вентиляторы имеют более простую маркировку, предусмотренную ГОСТ.
Номенклатура осевых вентиляторов, выпускаемых промышленностью для потребностей промышленной вентиляции и систем кондиционирования воздуха, довольно ограничена и охватывает типы МЦ, ОВ 06-320; У и ЦЗ-04.
Обычные осевые вентиляторы используют при давлениях от 30 до 300 Па. Производительность их при больших диаметрах колес может достигать нескольких миллионов куб. метров в час.
Проточные размеры и другие параметры осевых вентиляторов регламентированы.
Путем изменения числа лопастей или угла их установки при неизменном диаметре или даже постоянной частоте вращения можно в широких пределах изменять аэродинамические характеристики. Поэтому номенклатуру выпускаемых осевых вентиляторов по сравнению с радиальными можно ограничить.
Осевые вентиляторы у нас начали применять с 30-х годов ХХ века. В первое время выпускались нереверсивные двух-, трех- и четырехлопастные осевые вентиляторы (вернее, осевые колеса) ЦАГИ, соответственно именовавшиеся сериями № 18, 7 и 4, а также реверсивные вентиляторы ЦАГИ с восемью поворотными лопастями. Позднее были внедрены в серийное производство осевые вентиляторы конструкции ЦАГИ типа М, МЦ, Д, В, У, а за последнее время - еще более совершенные серии (типа 0,6...30 и др.).
В зависимости от схемы вентиляторов, угла установки лопастей их рабочих колес и относительного диаметра втулки их характеристики могут иметь различную форму (рисунок 4.13). При малых углах установки лопастей (10 - 150) характеристики давления обычно монотонны (кривая 1).
Рисунок 4.13. Различные виды характеристик давления осевых вентиляторов
При увеличении угла установки характерно появление максимума давления и седловины (кривая 2) отчего вся характеристика делится на левую - нерабочую и правую - рабочую ветви. При работе на левой ветви могут образовываться вращающиеся срывные зоны, угловая скорость которых отличается от скорости вращения рабочего колеса, что приводит к возникновению переменных нагрузок на лопасти и вибрации. При еще больших углах установки происходит разрыв характеристики давления (кривая 3).
Если на характеристике имеется глубокая седловина или разрыв, то режим работы при соответствующих подачах становится неустойчивым и возникает вероятность помпажных явлений, связанных с сильными колебаниями подачи и давления, что в некоторых случаях может вывести вентилятор из строя.
При использовании нагнетателей, имеющих характеристику с разрывом, наименьшая допустимая подача обусловливается положением точки разрыва, в то время как наибольшая - выбирается из условия обеспечения минимально допустимого значения КПД. Это обстоятельство приводит к уменьшению диапазона подач, который возможен для данного вентилятора. Работа вентилятора в области, расположенной правее максимума давления, исключает опасность как появления вращающихся срывных зон, так и возникновения помпажа.
В условиях эксплуатации часто требуется, чтобы установка обеспечивала такой диапазон режимов работы, который невозможно получить с помощью характеристики, соответствующей фиксированным углам установки лопастей вентилятора и принятой частоте вращения рабочего колеса. В этих условиях выполняется регулирование вентилятора одним из следующих способов:
1) изменение частоты вращения лопастного колеса;
2) поворот лопастей рабочего колеса;
3) поворот лопаток входного направляющего аппарата;
4) дросселирование.
Последний способ регулирования, как и для радиальных вентиляторов, самый неэкономичный, так как затраты мощности мало изменяются при уменьшении подачи.
Применение способа регулирования поворотом лопастей рабочего колеса определяется двумя факторами: безопасностью работы и экономичностью (при параллельном включении учитывается также плавность работы).
Осевые вентиляторы с поворотными лопастями колес обладают способностью значительной (до 50 %) регулировки подачи, с сохранением при этом оптимального значения КПД. Однако при этом способе регулирования требуется вентилятор особой конструкции, позволяющей изменять в известных, пределах угол установки лопастей его рабочего колеса. Практически изменение угла поворота происходит в диапазоне от 15 до 450.
Регулирование поворотом лопаток направляющего аппарата является довольно эффективным способом регулирования, так как при этом достигается значительное изменение потребляемой вентилятором мощности. Этим пользуются при запуске в работу больших вентиляторов: перед пуском НА устанавливают в положение, соответствующее наибольшему снижению мощности. Однако нужно отметить, что применение этого способа регулирования оправдано только при достаточно больших углах установки лопастей рабочего колеса (более 300). При малых углах установки изменение характеристик давления нагнетателей незначительно и эффект регулирования подачи резко снижается.
Регулирование поворотом лопаток спрямляющего аппарата (СА) не рекомендуется, так как оно сводится к простому дросселированию и не влияет на мощность нагнетателя.
Регулирование изменением частоты вращения лопастного колеса, хотя и является самым экономичным способом регулирования, применяется очень редко из-за сложности практического осуществления приводного устройства.
Наиболее рациональный способ регулирования в каждом конкретном случае выбирается с учетом всех показателей.
Осевые вентиляторы ЦАГИ типа У (универсальные) имеют более сложную конструкцию. Колесо вентилятора состоит из втулки большого диаметра (0,5 D), на которой укреплены 6 или 12 полых лопаток. Каждая лопатка приклепана к стержню, который в свою очередь ввернут в специальный стакан и закрепляется гайками во втулке. Лопатки поворотные и могут устанавливаться под углом от 10 до 250 к плоскости вращения колеса (рисунок 4.14).Установка лопаток под необходимым углом проводится по разметке, сделанной на боковой поверхности втулки.
EMBED Word.Picture.8
Рисунок 4.14. Установка осевого вентилятора ЦАГИ тапа У
Возможность менять углы установки лопаток, т.е. менять геометрию колеса, придает этому вентилятору универсальность, так как развиваемое им давление увеличивается с увеличением угла установки лопаток.
Вентилятор рассчитан на привод от электродвигателя посредством клиноременной передачи, поэтому колесо вентилятора установлено на валу. Вал имеет два подшипника, корпуса которых размещаются в коробчатых держателях. Каждый из держателей имеет четыре литых стержня, оканчивающихся плоскими лапами с отверстиями под установочные болты. Держатели со стержнями и лапами образуют две рамы, на которых удерживается колесо. Шкив для привода расположен консольно на конце вала. В настоящее время (в основном для нужд текстильной промышленности ) выпускают вентиляторы с 12 лопатками № 12, 16 и 20. Колесо этих машин весьма прочно и достигает угловой скорости 80 – 85 м/сек.
Вентилятор типа МЦ - модернизированный ЦАГИ (см. рисунок 4.15) имеет колесо с четырьмя лопатками. Лопатки выполнены из листовой стали, штампованы (двоякой кривизны) и приварены к втулке. Втулка для приварки лопаток имеет приварной диск из толстой листовой стали. Выпускаются вентиляторы № 4, 5, 6, 7, 8, 10 и 12 с максимальной окружной скоростью 60 м/сек и развиваемым при этом в оптимальном режиме давлением 30 кГ/м2. Максимальный КПД вентилятора составляет 0,58 (для МЦ № 4 - 0,45). Диаметр втулки вентилятора около 0,2 D.
Вентилятор типа ОВ 06-320 (по маркировке, принятой для центробежных машин) с коэффициентом давления 0,06 и быстроходностью 320 имеет почти аналогичную конструкцию.
Вентилятор ЦЗ-04 имеет лучшие показатели, чем вентилятор типа МЦ. Вентилятор оборудован четырехлопастным колесом с короткими лопатками длиной 0,3·D и втулкой диаметром около 0,4·D. Рабочие параметры те же, что и у вентилятора МЦ (окружные скорости колеса до 60 м/сек при развиваемом статическом давлении 28 - 30 кГ/м2). Однако КПД этого вентилятора, снабженного на выходе за колесом обтекателем и имеющего улучшенную форму лопаток, достигает 0,76.
В настоящее время начат выпуск этого вентилятора в крышой модификации (рисунок 4.15). Колесо вентилятора при этом вращается в горизонтальной плоскости, будучи установлено на валу вертикально расположенного электродвигателя, укрепленного на трех растяжках в обечайке (корпусе).
1 - предохранительная решётка; 2 - коллектор; 3 - корпус; 4- электродвигатель; 5 - рабочее колесо; 6 - диффузор; 7 - клапан; 8 - зонт
Рисунок 4.15. Крышный осевой вентилятор
Вся установка размещается в коротком трубопроводе, снабжен ном предохранительной решеткой со стороны входа воздуха и зонтом на выходе.
Агрегаты выпускаются с вентиляторами № 4, 5, 6, 8, 10 и 12. По данным каталога, предельные окружные скорости составляют 45 м/сек. Максимальное развиваемое статическое давление достигает 10 - 11 кГ/м2 при статическом КПД - 0,31.