книги из ГПНТБ / Селиверстов В.М. Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин учебник

Подставляя выражение (384) в уравнение (375), получаем:

Применяя уравнение (385) к лопаткам различного профиля, будем иметь:

1) лопатки, загнутые назад, ß2 > 90° (ctg ß2 < 0):

pT > pul.

Рис. 115. Форма лопаток центробежных вентиля­ торов и треугольники скоростей

Из полученных соотношений видно, что лопатки, загнутые вперед, обеспечивают наибольшее теоретическое давление.

§ 110. Действительное давление, к. п. д. и мощность вентиляторов

Действительное давление, развиваемое вентилятором, всегда меньше теоретического, подсчитанного по уравнению Эйлера, вслед­ ствие гидравлических потерь. Эти потери в вентиляторе обусловлены поверхностным трением, образованием вихрей на лопатках в резуль­ тате конечного их числа, ударами и образованием вихрей при измене­ нии направления движения потока и сечения каналов.

Гидравлические потери в вентиляторе можно уменьшить плавными переходами на рабочем колесе и кожухе и тщательной обработкой внутренних поверхностей проточной части. Величину гидравлических потерь в рабочем колесе и кожухе вентилятора оценивают г и д р а в ­ л и ч е с к и м к. п. д. :

(386)

Для центробежных вентиляторов величина этого к. п. д. состав­ ляет 0,75—0,90.

208

Наряду с гидравлическими потерями в вентиляторе наблюдаются объемные потери, вызываемые перетеканием газа через зазоры между кожухом и рабочим колесом из полости нагнетания в полость всасы­ вания. Эти потери, не изменяя напора, увеличивают потребляемую вентилятором мощность. Величина их оценивается о б ъ е м н ы м к. п. д.:

отклонения рабочего режима вентилятора от расчетного и принимае­ мый в зависимости от его типа и потребляемой мощности в пределах от 1,05 до 1,5.

В тех случаях, когда динамический напор в выходном сечении вен­ тилятора не может быть использован, работу вентилятора оценивают

§ 111. Типы центробежных вентиляторов

Центробежные вентиляторы классифицируют по следующим при­

знакам:

1) по направлению вращения рабочего колеса — на вентиляторы правого и левого вращения;

209

2)по числу всасываний — на вентиляторы с одно- и двусторонним всасыванием;

3)по направлению выхода газа из напорного патрубка — на вен­ тиляторы правого и левого исполнения; выходной патрубок кожуха вентилятора может поворачиваться вокруг оси вращения колеса по­ следовательно на угол 45°;

4)по назначению — на вентиляторы общего назначения, пылевые, котельные и т. д.

Рис. 116. Схемы исполнения центробежных вентиляторов

С электродвигателем вентиляторы соединяются по одной из семи схем, приведенных на рис. 116. По схеме 1 могут выполняться только

вентиляторы небольших размеров. Колеса более крупных вентилято­ ров при непосредственном соединении с электродвигателем устанав-

21.0.

ливаются на двух подшипниках, которые размещаются или со стороны двигателей (схема 3) или по обеим сторонам колеса (схема 2).

Остальные четыре схемы применяются при ременной передаче. Отечественная промышленность выпускает вентиляторы сериями.

Вентиляторы одной серии геометрически подобны. Размер вентилятора определяется его номером, который представляет наружный диаметр рабочего колеса в дециметрах. Например, вентилятор № 5 имеет колесо с наружным диаметром 500 мм. Основные характеристики вентиляторов, выпускаемых промышленностью, приведены в табл. 7

§ 112. Теоретические характеристики вентиляторов

Графические зависимости давления, мощности и к. п. д. от произ­

211

(ctg ß3> 0), коэффициент В в уравнении (394) имеет положительное значение и увеличение Vs вызывает повышение теоретического дав­

ления (рис. 117).

При радиально расположенных лопатках ß2 = 90° (ctg ß2 = 0) коэффициент В равен нулю, = А = const, характеристика венти­

лятора получается в виде прямой, параллельной оси абсцисс. При лопатках, загнутых назад, ß3> 9 0 ° (ctg ß2 < 0), коэффициент В имеет отрицательное значение и увеличение Ѵ„ вызывает снижение

теоретического давления.

§ 113. Действительные характеристики вентиляторов

Как указывалось, действительное давление вентилятора отлича­ ется от теоретического на величину гидравлических потерь в его про­ точной части.

С изменением производительности вентилятора меняются и потери напора в зависимости от скоростей потока газа. На рис. 118 приведены теоретическая и действительная характери­ стики вентилятора с лопатками, загнутыми назад. Вследствие неодинаковой величины гидравлических потерь Ар при различных рас­

ходах действительная характеристика венти­ лятора представляет собой изогнутую кри­ вую. Расчетным путем действительную харак­ теристику получить невозможно, поэтому ее строят по результатам испытаний вентиля­ торов. Эти испытания могут выполняться как в производственных условиях, так и на спе­ циальных лабораторных стендах.

Установка для снятия действительных ха­ рактеристик вентилятора изображена на рис. 119, а. Она состоит из испытуемого вентиля­

тора /, вращаемого электродвигателем 2, успокоительной трубы 3, ре­ шетки 4, служащей для выравнивания потока воздуха, и шибера 5.

Статический напор Яст определяют жидкостными Ѵ-образными манометрами, присоединяемыми резиновыми трубками к штуцерам, установленным на воздуховодах.

Динамический напор # д определяется также Ѵ-образными мано­ метрами с помощью пневмометрической трубки, размещенной в потоке воздуха. Пневмометрическая трубка (рис. 119,6) — это цилиндри­ ческая насадка с центральным отверстием 1 и несколькими отверстия­ ми 2, расположенными на стенках трубки.

Подсоединив центральное отверстие к Ѵ-образному манометру, можем замерить полный напор в потоке воздуха. Если же к маномет­ ру подсоединить оба отверстия (центральное и боковое), можно определить динамический напор /нтдя как разницу между полным напором Н и статическим Ип измеренным через боковые отверстия на-

садки.

212

Определив при испытаниях статический Яст и динамический Н напоры в мм вод. ст. (кг/м2), по формуле пересчета р — gH найдем соответственно давление р Н/м2.

определяем скорость воздуха в месте установки пневмометрической трубки, а затем вычисляем расход воздуха:

где / — сечение воздуховода в месте установки пневмометрической трубки, м2.

Ь)

Рис. 119. Схема испытательного стенда (а) и пневмометрическая трубка для определе­ ния расхода воздуха (б)

Полное давление, развиваемое вентилятором, определяют по фор­ муле

Расход мощности электродвигателем вентилятора определяют ваттметром или другими электроизмерительными приборами.

Все измерения в период испытаний выполняют при неизменной Частоте вращения и нескольких положениях шибера. Полученные за­

* В формуле (397) не учтены гидравлические потери напора от выходного патрубка вентилятора до места установки пневмометрической трубки.

213

меры по расходу, давлению и мощности приводят к стандартным ус­ ловиям, соответствующим t = 20° С и р = 760 мм рт. ст.

После определения мощности, полного и статического давлений вентилятора при различных расходах воздуха строят его характе­

Рис. 120. Характеристики центробежных вентиляторов: ,

а — при постоянной частоте вращения; б — при различной частоте вращения

Действительная характеристика вентилятора серии ВР № 5 с ло­ патками, загнутыми вперед, полученная по результатам испытаний при п = 800 об/мин, изображена на рис. 120.

§114. Зависимость производительности, напора

имощности вентилятора от частоты вращения

иплотности среды

и плотности воздуха р. Установим влияние п и р на показатели работы

вентилятора исходя из условий подобия треугольников скоростей газа на рабочем колесе при различных режимах. С увеличением частоты вращения вентилятора в 2 раза, в соответствии с формулой (368), в 2 ра­ за возрастают и окружные скорости и2 на выходе с колеса. Согласно подобию треугольников скоростей в 2 раза увеличатся относитель­ ные и абсолютные скорости, а также их проекции на радиус и на на­ правление окружной скорости, т. е.

214

Из уравнения Эйлера (375) получаем:

Из формулы для мощности, потребляемой вентилятором при оди­ наковых к. п. д., находим:

Как видно из полученных соотношений, производительность вен­ тилятора прямо пропорциональна частоте вращения, давление, со­ здаваемое вентилятором, — квадрату частоты вращения, а потреб­ ляемая мощность — кубу частоты вращения.

При изменении плотности воздуха и п = const объемная произво­

дительность вентилятора остается прежней:

Изменение напора находят из следующего соотношения:

При подборе вентиляторов также можно пользоваться характе­ ристиками, построенными отдельно для каждого из них при различ­ ной частоте вращения. Одна из таких характеристик для вентилятора ВР № 5 дана на рис. 120, б. На ней приведены зависимости р = f (V)

для различной частоты вращения и линии, соединяющие точки с оди­ наковыми значениями к. п. д.

Характеристики, изображенные на рис. 120, называются размер­ ными или индивидуальными, их можно применять только для венти­ лятора определенной серии и номера.

Вентиляторы наиболее удобно подбирать по индивидуальной ха­ рактеристике (см. рис. 120, б). При известных р и У8 на этой диаграм­ ме находят точку и по ней определяют значения п и ту

Если заданному значению р я Vs соответствует несколько номеров

вентиляторов, то по их характеристикам определяют значения к. п. д. ті и к установке принимают вентилятор, имеющий наибольший к. п. д.

§ 115. Безразмерные характеристики вентиляторов

Как указывалось, вентиляторы одной серии выпускают геометри­ чески подобными. Подобие геометрических размеров обеспечивает подобие и треугольников скоростей на рабочих лопатках при работе

215

Вследствие геометрического подобия и подобия треугольников скоростей у вентиляторов одной серии имеем:

-^2_ = -^2- = сі = const;

D2 Dl

flL- — cJl1 = cw = const, U2

где С; — константа подобия линейных размеров; cw — константа подобия скорости.

Выразив в уравнениях (405) Ь2 и с2т через D 2 и и2 константы подо­

бия, получим:

В уравнении (406) отношение ~jj2 ~ обозначают через V и называ-

"4^“*

ют к о э ф ф и ц и е н т о м п р о и з в о д и т е л ь н о с т и . Коэф­ фициент производительности — безразмерная величина:

F2pul

Поскольку к. п. д. вентилятора являются безразмерными величи­

216

Безразмерная характеристика и аэродинамическая схема центро­ бежных вентиляторов серии ВР изображены на рис. 121.

Воспользовавшись безразмерными характеристиками, можно вы­ брать вентилятор и построить его индивидуальную размерную ха-

Размеры в % от д2 70

0,6

0,6

-0,4

-0,3

-О,г

- 0,1

Рис. 121. Аэродинамическая схема и безразмерная характеристика центробежного вентилятора серии ВР

рактеристику. В этом случае по заданному значению полного напора выбирают тип вентилятора, который может его обеспечить. Коэффи­

циенты расхода V, давления р и потребляемой мощности N опреде­

ляют по безразмерной характеристике вентилятора при наибольшем его к. п. д. Для выбранного типа вентилятора находят окружную скорость, которая не должна превышать ммакс:

217