Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Ивановский государственный энергетический

университет имени В.И. Ленина”

В.И. Субботин, н.В. Калинин, л.И. Тимошин

Тягодутьевые нагнетатели

В теплоэнергетике

Учебное пособие

Иваново 2009

УДК 621. 65:621.

С 89

Субботин В.И., Калинин Н.В.,Тимошин Л.И. Тягодутьевые нагнетатели в теплоэнергетике: Учеб.пособие /ГОУВПО “Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина”. - Иваново, - 2009. - 160 с. ISBN 978-5-89482-619-6

В учебном пособии рассмотрены тягодутьевые нагнетатели (дымососы и вентиляторы), применяемые в котельных теплоэнергетических системах, получившие преобладающее распространение в теплоэнергетике. Для указанных типов нагнетателей даны основные определения, параметры и аэродинамические характеристики. В таблицах приведены данные для выбора энергетических тягодутьевых машин осевого и центробежного типов различной производительности.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся очно и заочно по направлению “Теплоэнергетика” специальностям “Промышленная теплоэнергетика”, “Тепловые электрические станции”, “Энергообеспечение предприятий”, преподавателей вузов, научных и инженерно-технических работников.

Табл. 4. Ил. 111. Библиогр: 5 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУВПО “Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина”.

Научный редактор

Н.В.Калинин, канд.техн.наук, профессор (Московский энергети-

ческий институт (ТУ))

Рецензенты

В.П. Созинов, д-р техн. наук, профессор (ГОУВПО “Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина”), В.И. Французов, канд. техн. наук, доцент (ГОУВПО “Санкт- Петербургский государственный технологический университет”)

ISBN 978-5-89482-619-6 Ó В.И. Субботин, Н.В. Калинин,

Л.И. Тимошин, 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение….………………………………………………….4

1. Основные расчетные соотношения и параметры

вентиляторов и дымососов.. …….…………………….5

2. Основные конструктивные элементы

центробежных и осевых вентиляторов ……………..11

2.1. Основные конструктивные элементы

центробежных вентиляторов……………………....11

2.2. Основные конструктивные элементы

осевых вентиляторов………………………………..19

3. Подача воздуха в котлоагрегат и отвод дымовых

газов……………………………………………………….24

4. Аэродинамические схемы и конструктивные

особенности вентиляторов и дымососов...………….29

5. Влияние механических примесей на работу

вентиляторов и дымососов…...………………………42

6. Регулирование тягодутьевых нагнетателей..………46

7. Эксплуатационные характеристики вентиляторов

и дымососов …………………………………………..…53

8. Выбор вентиляторов и дымососов..…………….….. 56

Библиографический список....……………………………67

Приложение 1. Аэродинамические характеристики

дутьевых котельных вентиляторов………………… 68

Приложение 2. Аэродинамические характеристики

мельничных вентиляторов……………………………88

Приложение 3. Аэродинамические характеристики

вентиляторов горячего дутья……..………………...99

Приложение 4. Аэродинамические характеристики

котельных дымососов…………….…………………107

Приложение 5. Аэродинамические характеристики

осевых основных котельных дымососов…………139

Приложение 6. Аэродинамические характеристики

дымососов циркуляции дымовых газов……….... 149

Приложение 7. Электродвигатели для привода

тягодутьевых машин…………………………..….... 154

ВВЕДЕНИЕ

Дутьевые вентиляторы и дымососы являются неотъемлемыми элементами котельных установок теплоэлектроцентралей и ТЭС. Они тесно связаны с другими частями станции. Так, выбор схемы и параметров газовоздушного тракта связан с видом сжигаемого топлива, системой теплоприготовления, видом топочного устройства и горелок.

Имеется связь между улавливанием и рассеиванием вредных выбросов (золы, серы, NO) и аэродинамикой газового тракта и дымовых труб. Работа тягодутьевых нагнетателей также связана с экономичностью и надежностью котельных установок. Потребляя часть электроэнергии на привод, они влияют на общую экономичность тепловых электрических станций.

В пособии представлены также дымососы рециркуляции, вентиляторы горящего дутья, мельничные вентиляторы и др.

В настоящее время на мощных блоках получили применение высокоэкономичные быстроходные вентиляторы с профилированными лопатками, отогнутыми назад, а также осевые и одно- и двухступенчатые нагнетатели. Немаловажную проблему составляет подбор привода и способа регулирования производительности высокоэкономичных машин.

В учебном пособии представлены основы теории центробежных и осевых вентиляторов и дымососов, основные конструкции, вопросы регулирования производительности и давления.

Особое внимание уделено выбору тягодутьевых нагнетателей. Даны не только поля характеристик вентиляторов и дымососов, но и их индивидуальные характеристики давления, мощности, КПД, позволяющие производить выбор оптимальных параметров.

1. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

И ПАРАМЕТРЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ И ДЫМОСОСОВ

При небольшой степени повышения давления (e £ 1,15) изменение плотности газа в вентиляторе незначительно, поэтому изменением его термодинамического состояния можно пренебречь. Считая r = const, из уравнения Эйлера получаем формулу для определения теоретического давления, создаваемого вентилятором,

Р_т = Р l _т = Р (u₂ с_2г – u₁ с_1г) . (1.1)

В вентиляторе часть давления теряется в рабочем колесе и корпусе (кожухе), потери давления учитываются гидравличес­ким КПД вентилятора h_г, и тогда действительное полное дав­ление Р = h_г Р_{т .} Действительное полное давление, со­здаваемое вентилятором, определяют также эксперименталь­ным путем как разность полных давлений на выходе и входе вентилятора:

Р = Р₂ – Р₁ = (Р_2ст + r с²₂/2)² - (Р_1ст + r с²₁/2) =

= (Р_2ст – Р_1ст) + r (с²₂ - с²₁/2), (1.2)

где Р_1СТ, Р_2СТ - статическое давление потока на входе

и выходе вентилятора соответственно , Па;

с₁, с₂ - соответствующие ско­рости потока, м/с.

Действительное полное давление, создаваемое дымососом, определяют с учетом самотяги (рис. 1.1):

Р = Р₂ – Р₁ = (Р_2ст – Р_{1 ст}) + r_г (с²₂ – с²₁) /2 +

+ åDР – gr_г Н_тр (r_в/ r_г - 1), (1.3)

где r_г - плотность дымовых газов, кг/м³;

åDР = g × r_г × å Dh - потери давления на участке 1-2;

r_в - cредняя плотность воздуха по высоте дымовой трубы, кг/м³;

Н_тр - высота дымовой трубы, м.

Выражение g_г Н_тр (r_в/ r_г - 1) называют самотягой, или естественной тягой дымовой трубы. Поскольку r_в > r_г и Н_тр> 0 , то самотяга положительна и на её величину можно уменьшить давление дымососа, необходимого в системе удаления продуктов сгорания котлоагрегата.

В современных котельных установках тепловых электростанций ввиду большой разности температур наружного воздуха и дымовых газов и при больших высотах дымовых труб (до 400 м) самотяга проявляется существенно.

Рис.1.1. Совместная работа дымососа и дымовой трубы

Полезная мощность, кВт, вентилятора определяется по формуле

N_пол= р × Q, (1.4)

где Q - производительность, м³/с;

Р - давление, кПа.

В каталогах дается производительность Q₀, выраженная в ку­бических метрах в секунду (м³/с), т.е. приведенная к условиям чистого воздуха (P_o = 0,103 МПа, Т_o = 293 К,

r₀ = 1,2 кг/м³). Связь между Q_о и действительной производительностью Q выражает­ся соотношением Q_o = Q × p/p_o.

Мощность, потребляемая вентилятором, определяется с учетом потерь, кВт:

N = N_пол + N_д + N_об + N_мех ,

где N_пол - полезная или гидравлическая мощность;

N_д - мощность, затрачиваемая на преодоление трения дисков вращающегося рабочего колеса о воздух (дисковые потери);

N_об - мощность, расходуемая на циркуляцию воздуха через зазор между рабочим колесом и входным патрубком (объемные потери);

N_мех - потери мощности на преодоление механического трения вала вентилятора в подшипниках.

Вентиляторы характеризуются коэффициентом полез­ного действия (КПД):

полным

h = Р × Q /N, (1.5)

статическим

h_cт = Р_ст Q /N, (1.6)

где Р_ст = Р_2ст - Р_1ст. Ориентировочно h_ст меньше h на 20 -30 %.

Мощность двигателя для привода вентилятора, кВт, выбира­ется с запасом на возможные отклонения рабочего режима от расчетного:

N_ot = (1,05¸1,15) р Q / (h h_пер ∙ 1000), (1.7)

где h_пер - КПД передачи при непосредственном соединении валов двигателя и вентилятора h_пер = 1,0; при клиноременной передаче h_пер = 0,92.

В практике конструирования и подбора вентиляторов часто применяется коэффициент полного давления`P и ко­эффициент быстроходности n_s.

Теоретическое давление вентилятора, имеющего радиаль­ный вход (с_1u = 0), можно определить по формуле

P_т = r u₂ с_2u . (1.8)

Введя коэффициент закручивания потока на выходе

m₂ = с_2u / u₂, имеем Р_т = r m₂ u²₂. Оценивая гидравлические потери через h_г, определяем действительное давление вентилятора:

Р = r h_г m₂ u²₂ = r ×`P u²₂. (1.9)

Произведение

`Р = h_{г m2} = Р / (r u²₂) (1.10)

называется коэффициентом полного давления. На него большое влияние оказывает угол b_2Л .

Для ориентировочного расчета полного давления при трех типах лопаток, применяемых в центробежных (радиальных) вентиляторах, можно пользоваться следующими данными:

Тип лопаток	b2л	m2	hг	`P
Отогнутые вперед	>90о	1,10 - 1,60	0,60 - 0,75	0,66 - 1,20
Радиальные	90о	0,85 - 0,95	0,65 - 0,80	0,60 - 0,76
Отогнутые назад	<90о	0,50 - 0,80	0,70 - 0,90	0,35 - 0,72

В вентиляторах обычно применяются углы

b_2Л = 150 ¸165°, 85 ¸100°, 18 ¸71°.

Используются коэффициенты давления Y = 2Р, производительности = Q и мощности l = N;

= 4 Q / (p D²₂ u²₂); (1.11)

l = N / [ r (p D²₂ / u³₂). (1.12)

Коэффициент быстроходности характери­зует конструкцию рабочего колеса, следовательно, способность cоздавать давление.

Для оценки конструктивного типа вентиляторов ЦАГИ предложил считать коэффициентом быстроходности частоту вращения вентилятора данного типа, подающего в

режиме максимального КПД Q = 1 м³ /с газа при условном давлении P = 30 кгс/м² (~ 300 Па) и плотности воздуха

r = 1,2 кг/м³.

n = 53 n Q ^1/2 P ^{– 3 /4} , (1.13)

где n, измеряется в 1 / с; Q - в м³/с; P - в Па.

Для каждого типа вентилятора характерно определенное зна­чение коэффициента быстроходности:

Вентиляторы	Коэффициент
	быстроходности
Центробежные вентиляторы высокого давления	10—30
Центробежные вентиляторы низкого и среднего
давления с лопатками:
отогнутыми спереди	30 -60
отогнутыми назад	50 -80
Центробежные вентиляторы двустороннего	80 -120
всасывания
Осевые для повышенных давлений со cпрямляю-	120 - 200
щими аппаратами
Осевые с листовыми лопатками двойной	200 - 400
кривизны (закрученными)

Диапазоны применения вентиляторов представлены на рис.1.2.