книги из ГПНТБ / Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций
.pdf127
Формулу |
(7.5) можно |
переписать в виде |
|
|
||||
|
|
.2 |
пТ 7 |
I-..3 |
|
|
|
|
N _ Q F u zHpul |
_ Q H |
Ful p |
гт F u \ P |
(7.6) |
||||
|
|
і о ц |
1 |
|
102 |
~ N |
102 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Здесь H - |
H |
- коэффициент |
напора; |
|
|
|||
|
|
|
||||||
P ul- |
|
|
производительности; |
|||||
|
__Q |
- коэффициент |
||||||
n- , m |
- коэффициент |
мощности |
вентилятора. |
|||||
Мощность |
на валу двигателя определяется из |
выражения |
где г]п |
- коэффициент полезного действия передачи; |
к |
.- коэффициент запаса мощности, принимаемый в зависи |
|
мости от мощности вентилятора в пределах от 1,05 |
|
до 1,5. |
Потери, которыми сопровождаются рабочие процессы в венти ляторах, разделяют так же, как в лопастных насосах, а величина их характеризуется теми же к.п.д., однако влияние соответствен ных потерь в насосах и вентиляторах различно.
Гидравлический к.п.д. центробежных вентиляторов на расчет ном режиме равен 0,65 - 0,85. Для уменьшения гидравлических потерь используют конические подводящие патрубки, предусматри вают конструктивные мероприятия по уменьшению вихревых потерь в зове поворота потока, применяют лопатки с входными кромками, вынесенными в область поворота потока.
Объемный к.п.д. центробежных вентиляторов достаточно велик и изменяется в пределах 0,990 - 0,999.
Численное значение механического к.п.д. центробежных вен тиляторов лежит в пределах от 0,85 до 0,98. Большие значения относятся к вентиляторам с малыми радиальными размерами и не большими окружными скоростями.
В соответствии с величинами к.п.д., учитывающими отдельно различные виды потерь, общий к.п.д. вентиляторов изменяется от
0,6 до 0,85.
§ 7.6. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ
Характеристики центробежных вентиляторов представляют в виде■графических зависимостей основных параметров Н , N и Г]
128
от |
производительности Q при |
п = const . Эти |
зависимости |
||
строятся |
для |
стандартных условии по результатам |
испытаний, и |
||
по |
форме |
они |
часто отличаются |
от характеристик |
центробежных |
насосов (рис.7.4).
Особенностью некоторых типов вентиляторов является седло
образная форма их характеристик |
Q - H , определяемая малыми |
||
углами ß2 при малом отношении диаметров Ъ 1 /D, |
. Восходящий |
||
участок кривой Q - H |
относится |
к неустойчивой |
зоне характери |
стики. В пределах этой зоны работа вентилятора протекает не устойчиво, при этом наблюдаются пульсирующие колебания подачи и давления в напорном трубопроводе, в значительной мере спо собствующие шумообразованию, особенно в вентиляторах высокого
давления. Возникающая при этом вибрация вызы вает значительные на пряжения в деталях вен тилятора.
Режим работы венти лятора должен всегда на значаться в устойчивой зоне, т.е. за пределами
Q восходящего участка
|
|
кривой Q - H . |
Рис.7.4. Рабочие |
характеристики |
Согласно зависимости |
центробежного |
вентилятора |
#-/у ПрИ нулѳвой подаче |
вентилятор потребляет минимальную мощность. Следовательно, по добно насосам, пуск центробежных вентиляторов необходимо осу ществлять при закрытых заслонках или задвижках.
В соответствии с ГОСТ для вентиляторов за рабочий участок характеристики принимается такая ее часть, на которой к.п.д. составляет не менее 0,9г]тах . Поэтому в соответствии с харак теристикой сети вентилятор подбирают так, чтобы на различных возможных режимах работы вентилятора на сеть значение к.п.д. не выходило за указанный предел.
Пересчет характеристик вентилятора на режим работы с дру
гим числом оборотов |
/?( производится по тем же формулам, что |
||
и для центробежных насосов, т.е. |
|
||
п , |
|
N = N |
|
7Г |
н г н |
||
|
129
Рассмотренные рабочие характеристики вентиляторов являются индивидуальными, применимыми лишь к данной машине. Однако су ществуют характеристики в таких координатах, что они применимы для целой серии подобных машин. Это - безразмерные характери стики. Они строятся в безразмерных координатах (Q ; Н ; Нсд£ N ; г[ ) с указанием коэффициента быстроходности. Безразмер ные характеристики вентиляторов строятся по методу ЦАГИ.
Законы подобия насосов полностью применимы и для центро бежных вентиляторов. Если имеются два подобных вентилятора,от мечаемые индексами "м" и "н", то производительности их будут
Н ^ г н С 2ГН » |
^ ^ 2 М ^ 2 М С 2 Г М " |
||
Ввиду геометрического и кинематического подобия этих ма |
|||
шин можно записать: |
|
|
|
Ъгн |
и 2м |
9 |
|
Ъгм |
|||
|
|||
'2ин |
^ген |
^2н |
|
2им |
Сіпм |
а ім |
Эти соотношения будут справедливы для всей серии подобных машин.
Ыа основании этих соотношений можно записать:
^ 2Н |
_ |
^ 2 M . |
|
|
= « , |
■ ^гн |
|
* 2 М |
^ 2 UH |
_ |
^ г и м |
U 2H |
|
U -lM |
C 2Г Н |
_ С 2 Г М =тг . |
|
|
2Г Ң
U
Тогда
<*Н= % Ъ 2 Н КЪ2нт2 и 2 „ = ЗІ* тг К а 2Н ’
^=Ті.итг^ м аг м .
Или иначе:
5lD.
Q=4Km.2 4 гн 2ft
Q=4/</n, ГіВ,гм
'2 4 U2M
130
Следовательно, геометрически подобные машины характеризуют ся соотношением
|
|
|
4л7П„= |
QH |
Q.м |
(7.7) |
||||
|
|
|
|
|
|
2— = Q = const, |
||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q |
- безразмерная величина, называемая коэффи |
||||||
Здесь Q = "ftjp- |
||||||||||
циентом |
|
производительности. |
|
|
|
|||||
Воспользуемся уравнением Эйлера для вентиляторов, работаю |
||||||||||
щих в подобных режимах: |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
И |
= U™ n- ZuH |
и |
Н = |
U^ 4 Zu- |
|
||
|
|
|
н |
$ |
|
м |
$ |
|
||
или с учетом |
подобия: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
и |
_ ^ 1 |
|
|
,, |
т. |
(7.8) |
|
|
|
|
' |
2 |
|
" |
" » ‘ - у * |
|||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Выражая формулы (7.8J в мм |
вод.ст., получим |
|
||||||||
|
|
т.и. |
|
|
|
|
т,и, |
|
||
|
Н = - ^ у ^ . о и І . |
и Нм = - у ^ І = т ір а І , |
|
|||||||
|
|
“н~ |
Т~т і 9й.гн |
|
|
|
|
|||
откуда |
следует |
|
|
ни |
н. = //= const , |
|
||||
|
|
|
|
7 7 |
|
(7.9) |
||||
|
|
|
|
/ ,= |
|
ой |
|
|
||
|
|
|
|
|
' ои: |
|
|
|||
|
|
|
|
|
г |
и |
“ гм |
|
||
где Н = |
Н |
- параметр, |
не имеющий размерности и называемый |
|||||||
? иг |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
коэффициентом |
напора. |
|
|
|
|
|
||||
Аналогичным путем может быть выведен безразмерный- |
пара |
|||||||||
метр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л |
- |
СП) |
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
р а \ |
|
|
||
где Н с |
|
- коэффициент статического |
напора (давления) |
венти |
||||||
лятора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Запишем выражения полезной мощности для подобных |
венти |
|||||||||
ляторов |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
Ын = ^ н Нн ^ к т г % ^ ~ а г н т і ? а \н >
|
|
|
|
ІЗІ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
D-, |
|
|
|
|
|
^ = % |
Нм = ЦНт2 ^ - Т - a2Mm ,?a 2M |
|
|||
откуда |
можно получить |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
4/ш, /77,= |
/V, |
|
|
Л/.. |
(7.10) |
|
|
|
|
|
|
-=/Ѵ= const. |
||
|
|
|
7 2 КЛ, |
|
іО, |
|
||
|
|
|
|
- Р < |
|
|
^ p z / 3 |
|
|
|
|
|
|
|
г« |
|
|
Здесь |
/V |
= |
-^тгг------ |
- безразмерная мощность (коэффициент |
||||
потребляемой мощности). |
|
|
|
|
||||
Коэффициент полезного действия вентилятора сам по |
себе |
|||||||
является |
безразмерной величиной. Поэтому |
|
||||||
|
|
|
|
Q H ____ |
|
(7.II) |
||
|
|
|
|
" N |
~ |
N |
~1' |
|
|
|
|
|
|
||||
В формулах (.7.7) - (7.II): |
|
Q |
- расход газа в м8/сѳк ; |
|||||
И г - внешний диаметр колѳоа, |
измеренный по внешним кромкам |
|||||||
лопаток,м; |
иг- окружная скорость, |
соответствующая диаметру/^, |
||||||
в м/сек; |
Н |
= Н ст+ Н^ |
- полный |
напор в кгс/м2 ; р - плотность |
газа в кгс.сѳкѴм^.
На основе полученных параметров строятся безразмерные ха рактеристики вентиляторов, одна из которых в качестве примера приведена на рис.7.5.
Эта характеристика от ражает все свойства данной серии машин и применима для рабочих колес различного диа метра и с различным числом оборотов.
Пользуясь любой из аэродинамических схем вентилятора и ее без размерной характери
стикой, |
которая приво |
Рис.7.5. Безразмерные характеристики |
дится в |
справочнике, |
вентилятора |
|
можно легко спроектировать вентилятор выбранной серии для за
данных Q и Н , а также построить его индивидуальную харак теристику.
132
§ 7.7. РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ
Вентилятор, работая на сеть, преодолевает сопротивление се ти, т.е. воздуховодов. Поэтому характеристика вентилятора долж на соответствовать условиям работы сети. На графике (рис.7.б)
показаны характеристики Q - H |
и (J-ij вентилятора и характе |
ристика сети 0 - С. |
|
Точка пересечения этих характеристик (точка А) называется предельной рабочей точкой. Она определяет напор и производи тельность вентилятора на данную сеть; в этой точке производи тельность вентилятора равна расходу воздуха через сеть, а пол ный напор равен потере напора в сети.
При изменении характеристики сети (например, изменилась длина трубопровода) предельная рабочая точка А переместится
вправо или влево по кри вой Q - H . Однако во всех случаях необходимо, чтобы точка А находилась в об ласти максимальных значе ний к.п.д. Кроме того,эта точка, во избежание не устойчивой работы венти лятора, должна находиться на нисходящей ветви харак теристики Q - H .
Если предельная рабо чая точка не может нахо
диться в устойчивой зоне и переходит в зону неустойчивой рабо ты, то для устранения такого недостатка производят пересчет характеристики вентилятора на режим работы с большим числом оборотов рабочего колеса (поднимают характеристику по оси ор динат) или применяют последовательную работу вентиляторов.
Рассмотрим влияние естественной тяги на режим работы вен
тилятора. Величина естественной |
тяги hT |
зависит от разности |
||
объемных весов воздуха |
снаружи и |
внутри трубопровода, т.е. |
||
|
|
hT = ( X ~ r |
UM> |
|
где у |
- объемный вес |
наружного |
воздуха; |
|
|
- объемный вес воздуха в |
вертикальной части трубопровода; |
||
I |
- длина вертикальной части трубопровода. |
|
|
Величиной естествен |
|||
|
ной |
тяги |
пренебрегают в |
||
|
случае, |
если Л |
0,05//, |
||
|
где |
Н |
- полный |
напор, |
|
|
развиваемый |
вентилятором. |
|||
|
|
Каждый |
вентилятор |
||
Рис.7.8. Схема работы вентилятора |
может работать в качест |
||||
ве |
всасывающего и |
нагие- |
|||
в режиме нагнетания |
тательного |
а |
и ■‘ |
||
|
агрегата, а |
также как агрегат с всасывающим и нагнетательным трубопровода^ Нагнетательный вентилятор (рис.7.8) испытывает сопротивле
ние только с нагнетательной стороны, так как поступление воз духа непосредственно на лопатки рабочего колеса происходит при атмосферном давлении ра - Н 1
134
Напор вентилятора Н ' , представляющий собой разность абсо лютных напоров на нагнетательной и всасывающей сторонах, в рас сматриваемом случае равен
где Н |
- |
статический |
напор; |
|
|
|
Нд |
- |
динамический |
напор. |
|
|
|
Всасывающий вентилятор (рис.7.9) испытывает сопротивление |
||||||
только |
со |
стороны |
всасывания. Статическое давление Н |
Xcm |
на |
|
входе в |
вентилятор |
- |
|
|
||
(в сечении І - І ) отличается от атмосферно- |
Рис.7.9. Схема работы вентилятора в режиме всасывания
го На (в |
сечении 0 - 0 ) на величину |
потерь во всасывающем тру |
||||||||
бопроводе |
Л |
и на величину динамического напора |
Н д |
. Пол- |
||||||
ный напор |
Н, |
, создаваемый вентилятором и равный |
разности на |
|||||||
поров в сечениях П - П |
и І - І , |
в рассматриваемом |
случае |
будет |
||||||
|
|
|
|
|
io n |
I d ) |
..... |
J |
^ |
|
|
|
|
|
|
іс т i d |
|
Sc |
|
||
|
+ H + H - . - Hr „ - H T. = fi.r + H + H na , |
|
|
|
||||||
|
cm |
E d |
i c m |
i d |
o c |
cm |
E d 1 |
|
|
|
135
где Нст - статический напор вентилятора;
Hns - динамический напор, создаваемый на выходе из венти лятора.
Таким образом, поступающий в вентилятор воздух сначала сжи
мается до атмосферного давления (на величину hg |
), а затем |
ему сообщается динамический и статический напор. |
|
Работа вентилятора в таком режиме является неэкономичной, так как динамический напор на выходе не используется по пря мому назначению и почти полностью теряется. Для уменьшения по терь напора на выходе из вентилятора необходимо производить снижение скорости движения воздуха. С этой целью напорная часть спирального кожуха вентилятора оборудуется конически расширяющимся патрубком (диффузором).
Вентилятор со всасывающим и нагнетательным трубопроводами обеспечивает работу в режимах всасывания и нагнетания.
При таком режиме работы полный напор Н , развиваемый вен тилятором, равен сумме разрежения hg на всасывающей линии (см.рис.7.9) и полного напора Н' на нагнетательной линии
(рис.7.8), т.е.
§ 7.8. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА ВЕНТИЛЯТОРОВ НА СЕТЬ
Совместная работа вентиляторов на сеть применяется в тех случаях, когда:
а) один вентилятор не обеспечивает требуемые по расчету производительность и напор;
б) режим работы сети протекает с резкими изменениями про изводительности или напора;
в) возникает необходимость в создании определенного резер ва вентиляторов с целью повышения надежности их эксплуатации.
Совместная работа нескольких вентиляторов может быть как параллельная, так и последовательная. Параллельную работу вен тиляторов применяют для увеличения производительности, а по следовательную - для увеличения напора. Для совместной работы применяют вентиляторы с одинаковыми и разными характеристиками.
Характеристики при параллельной работе двух одинаковых вен тиляторов приведены на рис.7.10а, а вентиляторов с разными ха рактеристиками - на рис.7.106.Построение суммарных характе-
136
Рис.7.ІО. Характеристики при параллельной работе двух вентиляторов:
а) с одинаковыми характеристиками; б) с разными характ ерис тиками
ристик, а также определение производительности и напора для совместной работы вентиляторов производится так не, как и для центробежных насосов.
Как пример, рассмотрим последовательную работу двух вен
тиляторов с одинаковыми характеристиками Q - H (рис.7.II).Оба ihV
Рис.7.11. Характеристики при последовательной работе двух одинаковых вентиляторов
вентилятора при работе на сеть (рабочая точка А 1) создают об
щий напор W ((+2j. При этом производительность составляет вели
чину