книги из ГПНТБ / Сорокин, Н. С. Вентиляция, отопление и кондиционирование воздуха на текстильных предприятиях учебник

загнуты. Их удобно применять для пневматической транспортировки волокнистых материалов (хлопка, шерсти), древесных стружек, опи­ лок и т. п.; широкие, редко расставленные лопатки препятствуют их засорению. Коэффициент полезного действия этих вентиляторов невысок и составляет от 0,45 до 0,61 при создаваемом давлении до 2000 Н/м2.

Осевые вентиляторы

Осевые вентиляторы состоят из колеса 1 (рис. 101), закреплен­ ного на втулке 2, и обечайки 3, назначение которой — создавать на­ правленный поток воздуха. Для улучшения условий входа воздуха

к обечайке присоединяется коллектор 4. Перемещение воздуха осе­ выми вентиляторами осуществляется по принципу вращения на­ клонной плоскости в массе воздуха. В осевых вентиляторах вход и выход воздуха происходит в направлении, близком к осевому, что И определяет их название.

Вентиляторы ЦАГИ серии У. Конструкция этих вентиляторов разработана группой специалистов под руководством инженеров В. И. Мошкина и К. Н. Раттэля.

Колеса осевых вентиляторов ЦАГИ серии У (см. рис. 101) имеют полые лопасти постоянной ширины обтекаемой формы, причем для лучшей обтекаемости тупая кромка должна перемещаться вперед. Исходя из условий наиболее выгодной работы, лопасти -устанавли­ вают под углом от 10 до 25°. Эти вентиляторы изготавливают трех размеров № 12, 16 и 20.

160

Осевые вентиляторы серии У просты по конструкции и ком­ пактны. Они создают давление до 300 Н/м2, но имеют невысокий коэффициент полезного действия в пределах 0,25-1-0,4.

Вентиляторы ЦАГИ серии МЦ (модернизированный вентилятор ЦАГИ). Колесо 1 вентилятора (рис. 102) имеет четыре штампован­ ные лопатки двоякой кривизны; лопатки приварены к стальному диску 2. Вентилятор МЦ может создавать давление до 300 Н/м2 при коэффициенте полезного действия 0,3-=-0,5. Эти вентиляторы устанавливают на одной оси с электродвигателем.

Следует указать еще на осевой вентилятор типа OB по конструк­ ции сходный с вентилятором МЦ.

Осевые вентиляторы ЦАГИ имеют втулку относительно боль­ шего размера по сравнению с втулками осевых вентиляторов старых типов, что создает препятствие для пере­ текания воздуха через среднюю часть вентилятора, происходящего под дейст­ вием разности давлений воздуха со сто­ роны нагнетания и всасывания.

Работа осевого вентилятора значи­ тельно улучшается, если его заключить в цилиндрический кожух или обечайку 3 (см. рис. 101), а со стороны всасывания установить коллектор 4 с закругленными краями.

Различают вентиляторы правого и ле­ вого вращений. Колесо вентилятора пра­ вого вращения перемещается по часовой, а левого — против часовой стрелки (если смотреть на вентилятор со стороны при­ водной части).

Вентиляторы, как правило, приводятся в движение от электро­ двигателей. Вентилятор с двигателем соединен или непосредственно общей осью, или при помощи ременной передачи. Хотя непосред­ ственное соединение выгоднее вследствие отсутствия потерь на пе­ редачу и компактности установки, однако на практике его приме­ няют сравнительно редко, так как сортамент электродвигателей ограничен, а регулирование числа оборотов обычно применяемых асинхронных электродвигателей весьма затруднительно. Поэтому значительно чаще используют ременную и в особенности клиноре­ менную передачи. Это позволяет подбором шкивов в широких пре­ делах изменять число оборотов вентилятора.

Сравнение центробежных и осевых вентиляторов

Центробежные вентиляторы конструктивно сложнее и более громоздки по сравнению с осевыми. Их предпочтительно применять для перемещения воздуха при значительных потерях давления, как, например, в вентиляторных секциях кондиционеров.

Осевые вентиляторы целесообразно использовать для перемеще­ ния относительно больших объемов воздуха при небольших потерях

161

давления. Производительность осевых вентиляторов удобно регули­ ровать поворотом лопаток. Эти вентиляторы применяются в систе­ мах вытяжной вентиляции для отсасывания рециркуляционного воздуха.

Определение мощности, потребляемой вентилятором

Теоретическая, или эффективная мощность, потребляемая вен­ тилятором, равна

где Lc — производительность вентилятора в м3/с;

р— полное давление, создаваемое вентилятором в Н/м2; это давление складывается из потерь давления во всасываю­ щей и нагнетательной сетях каналов и на создание скоро­

стного давления на выходе из воздуховода. Потребляемая мощность на валу вентилятора равна

где г)Пр — к. п. д. привода с учетом потерь в подшипниках; значения т]Пр принимают равным: для плоскоременной передачи 0,87-^0,9, для клиноременной передачи 0,92-^0,94, при со­ единении вала вентилятора и электродвигателя муфтой 0,95-г-0,97 при непосредственной посадке колеса вентиля­ тора на вал электродвигателя 1.

Выбор вентиляторов

При выборе вентилятора следует руководствоваться в соответ­ ствии со СНиП следующими соображениями:

производительность L вентилятора должна быть равна расчетной для чистого и малозапыленного воздуха; при перемещении воздуха с механическими примесями вводят поправочный коэффициент, рав­ ный 1,1;

при перемещении чистого и малозапыленного воздуха давле­ ние р, создаваемое вентилятором, должно быть равно расчетному сопротивлению сети.

Согласно найденным значениям L a p выбирают вентилятор, пользуясь характеристиками или номограммами, представляющими

162

собой графическую зависимость давления, коэффициента полезного действия и числа оборотов от производительности вентилятора. Получить такие зависимости аналитически крайне трудно, в связи с чем их строят графически по опытным данным.

Полное давление;н/м

Рис. 103. Характеристика центробежного вентилятора Ц4-76 № 16

На рис. 103 и 104 приведены характеристики центробежных вен­ тиляторов ЦАГИ серии Ц4-76 № 16 и 20.

Рассмотрим пример пользования характеристиками, показан­ ными на рис. 103 и 104.

163

Проводя вертикальную и горизонтальную линии из этих точек, находим точки

Рис. 104. Характеристика центробежного вентилятора Ц4-76 № 20

Установочная мощность электродвигателя определяется по формуле

N y = K N кВ т,

где К — коэффициент запаса мощности, подбираемый по табл. 21.

Т а б л и ц а 21

Коэффициент запаса мощности для подбора электродвигателей

164

Пример 2. Определить мощность электродвигателя для центробежного венти­

лятора Ц4-76 при его расчетной производительности 100 000 м3/ч и расчетном давлении 800 Н/м2.

Размеры вентилятора определяются его номером, который ра­ вен внешнему диаметру колеса в дециметрах, т. е. размеры колес

кратны 100 мм. Например, у вентилятора № 5 внешний диаметр колеса равен 500 мм.

Быстроходность вентилятора В представляет собой соотношение между его производительностью в секунду, полным давлением и числом оборотов колеса вентилятора при оптимальном режиме ра­ боты, т. е. при максимальном коэффициенте полезного действия.

где L — производительность вентилятора в м3/с;

р — полное давление, создаваемое вентилятором, в Н/м2; п — число оборотов колеса в секундах.

Из выражения (105) следует, что быстроходность вентилятора тем больше, чем больше подача воздуха по сравнению с создавае­ мым вентилятором давлением. Следовательно, центробежные вен­ тиляторы, создающие большие давления при относительно малых подачах воздуха, относятся к тихоходным вентиляторам, а осевые вентиляторы, способные перемещать большие объемы воздуха при

сравнительно малых давлениях, относятся к быстроходным венти­ ляторам.

При быстроходности вентилятора ß<100 подбирают центробеж­ ные вентиляторы, а при В >100 — осевые.

Коэффициент давления представляет собой отношение

(106)

где р — полное давление, создаваемое вентилятором при оптималь­ ном режиме, в Н/м2;

р — плотность воздуха в кг/м3;

U — окружная скорость колеса вентилятора в м/с.

При маркировке вентилятора число В округляют до единицы, а число р увеличивают в 10 раз и также округляют до единицы.

Таким образом, марка вентилятора серии Ц4-70 означает, что это центробежный вентилятор с коэффициентом давления 4 и бы­ строходностью, равной 70.

165

Вентиляторы бывают правого и левого вращений. Колесо вен­ тилятора правого вращения движется по стрелке часов, а левого — против часовой стрелки, если смотреть со стороны привода.

Законы пропорциональности в работе вентиляторов

Законы пропорциональности в работе вентиляторов определяют зависимость, между числом оборотов данного вентилятора, его про­ изводительностью, создаваемым давлением и потребляемой мощ­ ностью. Эти законы справедливы при работе вентилятора на одну и ту же сеть каналов, сопротивления которых пропорциональны квадрату скорости воздуха.

П е р в ы й з а к о н . Так как подача воздуха прямо пропорцио­ нальна окружной скорости колеса, а последняя также прямо про­ порциональна числу оборотов вентилятора, то нетрудно видеть, что производительность вентилятора пропорциональна его числу обо­ ротов:

порциональное изменение скорости воздуха в сети вентиляционных каналов, а так как при турбулентном потоке сопротивление сети растет пропорционально квадрату скорости, то и давление воздуха, создаваемое вентилятором, растет пропорционально квадрату ско­ рости или квадрату числа оборотов. Отсюда следует, что создавае­ мые вентилятором давления пропорциональны квадратам чисел его оборотов:

^

ЗбОО-ЮООть

при новом числе оборотов п2 мощность будет равна

ң_____ ^-зРз_____

2 3600-1000-Т}в

Отметим, что коэффициент полезного действия вентилятора почти не меняется с изменением числа оборотов при работе на одну и ту же сеть каналов. Разделив одно уравнение на другое, получим

! h = b , PL = _ÜL.

N 2 L 2 Рз n\

166

Таким образом,

/ѵ 2 п \ '

т. е. потребляемая вентилятором мощность изменяется пропорцио­ нально числу его оборотов в кубе.

Пример. Вентилятор, работая на заданную сеть, перемещает 40 000 м3/ч воздуха, потребляя при этом 8,5 кВт энергии. Определить, как изменится мощ­

Таким образом, потребляемая вентилятором мощность увеличилась почти вдвое, тогда как производительность его возросла всего на 25% . Это объяс­ няется тем, что при неизменном сечении каналов скорость воздуха в них уве­ личилась; следовательно, сопротивление каналов возросло пропорционально квад­ рату скорости воздуха.

Регулирование производительности вентилятора можно осуще­ ствить за счет изменения числа оборотов с помощью гидромуфты или, что проще, с помощью электромагнитной муфты; при этом со­ здается возможность изменять число оборотов вентилятора при по­ стоянном числе оборотов электродвигателя. Однако эти устройства довольно сложны и на практике не получили широкого применения.

Рис. 105. Схема направляющего аппарата

Более простым и распространенным устройством регулирования производительности вентиляторов являются направляющие аппа­ раты, представляющие собой решетку из 8—12 металлических сек­ торов 1 (рис. 105); секторы могут поворачиваться на радиальных стержнях 2. При повороте на 90° к оси потока воздуха секторы полностью перекрывают сечение воздуховода, а при 0° секторы

167

параллельны потоку и полностью освобождают сечение воздухо­ вода. Направляющие аппараты применяются в вентиляторных сек­ циях типовых кондиционеров и устанавливаются перед всасываю­ щим отверстием вентиляторов. Применение направляющих аппара­ тов уменьшает пусковую нагрузку электродвигателей.

3. Калориферы (воздухонагреватели)

Калориферами называют устройства, служащие для нагревания воздуха.

В настоящее время преимущественно применяют стальные кало­ риферы, состоящие из труб, к которым для увеличения поверхности нагрева прикрепляют ребра в виде плоских пластинок или спи­ рально навитой ленты.

У с т р о й с т в о к а л о р и ф е р о в . На рис. 106 показана схема пластинчатого калорифера, состоящего из трех или четырех рядов стальных трубок 1 с ребристыми пластинками 2 толщиной 0,5 мм (шаг между пластинками 4 мм). Трубки ввальцовывают с обоих концов в отверстия стальных трубных решеток. К выступающим краям трубных решеток прикрепляют болтами стальные коробки 3 с патрубками 4 для входа и выхода теплоносителя. Для получения плотного соединения пластинок с трубками, а также для предохра­ нения их от коррозии применяют горячую оцинковку.

На рис. 107 изображен спиралы-ю-иавивной калорифер, у кото­ рого оребрение состоит из спиралеобразной стальной ленты 1, на­ витой на трубки с шагом 4 мм. Нагреваемый воздух при про­ ходе через спиралеобразную поверхность дополнительно турбулизируется, за счет чего увеличивается коэффициент теплопередачи калорифера; в то же время аэродинамическое сопротивление на­ вивных калориферов значительно больше, чем пластинчатых. Спи­ рально-навивные калориферы широко применяют в секциях подо­ грева типовых кондиционеров.

Пластинчатые и навивные калориферы изготовляют одноходо­ выми (см. рис. 106 и 107) и многоходовыми. В многоходовых кало­ риферах (рис. 108) теплоноситель проходит удлиненный путь благо­ даря перегородкам 1 в коробках 2; этим достигается более эффек­ тивное использование теплоносителя.

Вкачестве теплоносителя в калориферах применяют насыщен­ ный пар избыточным давлением от 1 до 5 ати, а также горячую или перегретую воду, имеющую температуру до 150° С.

Вмногоходовых калориферах в качестве теплоносителя рекомен­ дуется применять преимущественно воду. Применение пара в таких калориферах связано с большими гидравлическими ударами кон­ денсата о стенки труб в местах поворотов.

Калориферы всех конструкций могут быть установлены парал­

лельно (рис. 109) и последовательно (рис. ПО).

Параллельное соединение калориферов применяют в тех слу­ чаях, когда необходимо нагреть большие объемы воздуха для полу­ чения небольшого перепада температур. Последовательное соедине-

168

Рис. 108. Схема многоходового калорифера