Н апор (давление), развиваемый вентилятором, подача, мощность и к.П.Д. Центробежных вентиляторов

Ввиду незначительной степени сжатия газа в вентиляторе изменением объемного веса ваза можно пренебречь и считать газ несжимаемым. В таком случае уравнения теоретического напора центробежного насоса применимо и для центробежного вентилятора:

(2)

Здесь все обозначения имеют такой же смысл, как для центробежного насоса и турбокомпрессора.

При безударном радиальном входе (α₁ = 90°) газа в межлопастное пространство рабочего колеса действительный напор, развиваемый центробежным вентилятором, будет

, (3)

так как 1 кГ/м² =1 мм вод. ст.

Здесь:

К = 0,8 - 0,82 - поправочный коэффициент на конечное число лопастей;

η_г - 0,7 - 0,85 - аэродинамический (гидравлический) к.п.д., учитывающий внутренние потери напора в рабочем колесе и проточной части вентилятора;

γ - объемный вес воздуха (газа) в кГ/м². Полный напор, развиваемый вентилятором, складывается из статического h_ст и и динамического (скоростного) h_д, напоров т.е.,

. (4)

Статический напор складывается из разрежения при всасывании h_вс и избыточного давления при нагнетании h_вс

,

a динамический напор соответствует скорости, на. выходе из вентилятора с = с₂:

.

Следовательно, полный напор, развиваемый вентилятором, будет

. (5)

Данные каталогов (таблицы и графики) относятся обычно к нормальным условиям T₀ = 293°K; p₀ = 103 кПа).

Имея в виду ошибки, возможные в расчете потерь давления в системе, вводят гарантийные запасы в рабочих параметрах и вентиляторы общего назначения выбирают на подачу 1,05Q. и давление 1,1р. Мощность и КПД центробежного вентилятора может быть подсчитана по формулам, приведенным для центробежных насосов.

О днако следует учитывать, что в полном напоре, создаваемым вентилятором, определенную долю составляет скоростной напор. Поэтому для оценки энергетической эффективности вентилятора, как машины, предназначенной для создания статического давления, применяют статический КПД.

,

где η_ст - отношение полезной мощности, расходуемой на развитие статического давления к мощности, подводимой на вал вентилятора от двигателя.

Очевидно, η_ст < η_г, ориентировочно η_ст = (0,7 – 0,8) η. Мощность приводного двигателя вентилятора рассчитывается с запасом, учитывающим возможное отклонение режима от расчетного

где m = 1,05 - 1,2 - коэффициент запаса мощности, учитывающий отклонение рабочего режима вентилятора от расчетного;

η - полный КПД центробежного вентилятора (~ 0,87);

η_м - механический КПД (0,96-0,98);

η_пер - КПД передачи (для клиноременной передачи η_пер = 0,94 - 0,95; при непосредственном соединении η_пер = 1).

Характеристики. Регулирование центробежных вентиляторов

Характеристиками вентиляторов называют графики зависимостей напоров, мощности на валу и KПД объемной подачи.

Характеристики получаются непосредственным испытанием вентиляторов при постоянной частоте вращения и строятся для воздуха с ρ = 1,2 кг/м³.

При пересчете характеристик, построенных для нормальных условий и φ =50%, на натурные следует иметь в виду, что подача, напор и КПД остаются неизменными, а давление и мощность на валу изменяются пропорционально платности газа, подаваемого вентилятором, т.е.

.

На рис.3 и 4 даны типичные формы характеристик соответственно при n = const и n = var.

В вентиляторостроении широко применяются безразмерные характеристики, общие для целой серии геометрически подобных машин. На рис.5 показана безразмерная характеристика вентиляторов Ц4-76, построенная по результатам испытания модели с D₂ = 500 мм при n = 1200 об/мин.

Безразмерные характеристики очень удобны для расчета рабочих параметром вентилятора из данной серии, имеющего диаметр рабочего колеса D₂ и работающего при n об/мин. Расчет ведется по формулам

Рис.3. Размерная характеристика вентилятора при n = const

Ф ормы характеристик вентиляторов определяются аэродинамикой проточной полости их: в основном отношением выходным углом лопасти β₂ и формой ее профиля. На рис.6 показаны три типа характеристик давления вентиляторов. Из них интересна характеристика седлообразной формы 1, свойственная вентиляторам с большими углами β₂ и малым .

ГОСТ и ведомственные указания запрещают эксплуатацию вентиляторов при η < 0,9η_макс. Это требование исключает из эксплуатации начальный участок седлообразной характеристики при. малых подачах.

Работа вентиляторов с седлообразной формой характеристики на сеть со значительным статическим напором в ряде случаев является неустойчивой. Это обстоятельство указывает на нежелательность применения вентиляторов с седлообразной формой характеристики.

Регулирование подачи вентиляторов можно производить всеми способами, применяемыми для центробежных машин:

1) изменением частоты вращения вала вентилятора;

2) дросселированием на входе и выходе вентилятора;

Рис.4. Размерная характери- стика вен- тилятора ВВД № II при n = var

Р ис.5. Безразмерная характеристика вентилятора Ц-4-76

Рис.6. Характеристики вентиляторов:

1-вентилятор СТД №8; 2-вентилятор Ц6-46 № 4; 3-вентилятор ВРН № 4

3) направляющими аппаратами различных конструкций на входе.

Первый способ требует применения электродвигателей с переменной частотой вращения. Возможно применение двигателей с постоянной частотой вращения при включении между валами двигателя и вентилятора частоты вращения (обычно гидромуфты).

В обоих этих вариантах вентиляторная установка усложняется и удорожается, и поэтому такой способ регулирования применяется только для крупных вентиляторов в особо ответственных установках.

Второй способ применяется очень широко ввиду его конструктивной простоты. Вентиляторы малых и средних размеров, приводимые асинхронными короткозамкнутыми двигателями, регулируются этим способом, единственно в таких условиях доступным.

Третий способ распространен для вентиляторов с большой подачей.

По затратам энергии на привод в режимах регулирования при одинаковых подачах указанные способы не равноценны. Для любых типов вентиляторов худшим способом регулирования является дроссельное, дающее наибольшую затрату энергии.