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

Наружный диаметр колеса вентилятора

пѴи2

Полученное значение диаметра колеса округляют до 100 и опреде­ ляют номер вентилятора выбранной серии.

Необходимую частоту вращения вентилятора вычисляют по фор­ муле

jtD2

Потребляемую и установочную мощности рассматриваемого венти­ лятора находят по формулам (389) и (390). По полученным значениям п и Ng подбирают электродвигатель. При этом надо стараться подо­

брать такой электродвигатель, частота вращения которого совпадала бы с расчетной частотой вращения вентилятора. Это позволило бы обойтись без ременной передачи между электродвигателем и венти­ лятором. По выбранным характеристикам вентилятора и электродви­ гателя уточняют к. п. д. установки.

При построении индивидуальной размерной характеристики вен­ тилятора производительность его определяют

Коэффициенты т] и г]ст на размерной характеристике будут иметь такие же значения, как и на безразмерной характеристике венти­ лятора.

§ 116. Работа вентилятора в сети. Регулирование

производительности вентиляторов

Производительность и давление, создаваемое вентилятором, за­ висят от сопротивления сети, определяемого ее характеристикой, на которую работает вентилятор.

Х а р а к т е р и с т и к о й с е т и называется уравнение, связыва­ ющее расход воздуха V и полное давление/?, необходимое для преодо­

ления сопротивлений всасывающего и нагнетательного участков уста­ новки. Применительно к вентиляторным установкам формула потерь давления в воздуходувках обычно имеет следующий вид:

218

Таким образом, характеристика воздуховода, на который работает вентилятор, представляет собой квадратичную параболу, про­ ходящую через начало координат.

Расчетные значения р и V вентилятора наиболее удобно определять

графически наложением характеристики сети на построенную в том же масштабе размерную характеристику вентилятора. Точка пересе­ чения этих характеристик, называемая

ра б о ч е й , определяет соответствую­ щие производительность V и давление

р(точка А, рис. 122).

Из сказанного видно, что производи­ тельность вентилятора не является ка­ кой-то определенной величиной, обус­ ловливаемой серией, номером и часто­ той вращения его. Она является функ­ цией давления и зависит от сопротивле­ ния сети.

Производительность вентилятора мож­ но регулировать изменением частоты

довательно, и положения рабочих точек А ъ А 2, А 3, определяющих

режим его работы, изменяются в зависимости от частоты вращения.

Рис. 123. Регулирование производительности вентиляторов

Из приведенного графика видно, что при изменении частоты вращения могут быть получены расходы V', V", V"' ... и давления p', р", р'" ...

С увеличением частоты вращения расход и давления увеличиваются, а с понижением — уменьшаются.

Как отмечалось, сопротивление сети изменяется в зависимости от режима работы вентилятора. Сопротивление сети можно изменять задвижкой, установленной на нагнетательной магистрали.

На рис. 123, б изображен график регулирования производитель­

ности вентилятора задвижкой (дросселем). В зависимости от ее положе­ ния изменяется характеристика сети, а следовательно, и положение рабочих точек Бъ Б 2, Б 3, определяющих режим работы ветилятора.

219

С увеличением сопротивления сети давление, развиваемое вентилято­ ром, возрастает, а производительность его падает. При таком способе регулирования наблюдаются дополнительные потери энергии, обу­ словленные сопротивлением дросселя.

Рабочим участком характеристики вентилятора, где возможно регулирование его производительности дроссельной заслонкой, яв­ ляется та ее часть, на которой с увеличением расхода снижается дав­ ление. Работа вентилятора на режимах, соответствующих снижению давления при одновременном уменьшении производительности, стано­ вится неустойчивой. Это свойственно вентиляторам с седлообразной формой характеристики при малых расходах. Наличие на характе-

Рис. 124. Характеристики центробежных вентиляторов при параллельной (а) и последовательной (б) их работе

ристике глубоких впадин приводит к непрерывным колебаниям про­ изводительности и давления от одного устойчивого режима работы

установка двух или нескольких вентиляторов, соединенных парал­ лельно или последовательно. Когда один вентилятор не обеспечивает требуемой производительности, применяется параллельное соединение. Для определения рабочей точки строят суммарную характеристику обоих вентиляторов, на которую накладывают характеристику сети. Суммарную характеристику двух вентиляторов строят суммирова­ нием их производительности при одинаковых напорах (рис. 124, а).

Если сеть, на которую работают оба вентилятора, имеет крутую ха­ рактеристику, то их параллельная работа не оправдана, поскольку разница между Ѵг и Ѵ2 будет незначительна.

Последовательное соединение вентиляторов применяется в тех случаях, когда давление, развиваемое одним вентилятором, недоста­ точно для преодоления сопротивления сети. При построении суммар­ ной характеристики двух последовательно работающих вентилято­

220

Во время эксплуатации установок пневматического транспорта возможно временное увеличение сопротивления сети, например, вследствие изменения концентрации транспортируемого материала, его влажности, нарушения режима работы питателя и т. д.

В результате увеличения сопротивления сети рабочая точка А при постоянной частоте вращения перемещается в точку В (рис. 125),

при этом производительность вентилятора снижается. Уменьшение по­ дачи воздуха в установку приведет к уве­ личению концентрации и снижению ско­ рости потока, при этом скорость воздуха может оказаться недостаточной для транс­ портировки материала, что явится причи­ ной образования завалов и остановки пневмоперегружател я .

Чтобы избежать образования завалов в воздуховодах, способ регулирования вен­ тилятора должен обеспечить при возраста­ нии сопротивления сети одновременное уве­ личение его производительности. Как вид­ но из рис. 125, это может быть достигнуто увеличением частоты вращения вентилято­

ра с nL до п2. К сожалению, такой способ регулирования еще не по­

лучил широкого распространения. При дроссельном регулировании установка должна иметь достаточный запас по производительности, что позволит исключить образование завалов в воздуховодах при уве­ личении противодавления сети.

§117. Особенности конструкции и расчета пылевых вентиляторов

По конструкции пылевые вентиляторы отличаются от вентилято­ ров, предназначенных для перемещения чистого воздуха или газа. Пылевые вентиляторы ЦАГИ имеют колесо с шестью длинными, до­ ходящими до ступицы и загнутыми вперед лопатками. Такая конст­ рукция колеса исключает засорение вентилятора механическими примесями. Рассматриваемые вентиляторы применяют в установках для пневматического транспортирования хлопка, опилок и др. Лопатки вентилятора выполняют из износостойких материалов с уве­ личенной толщиной и наваркой твердых сплавов. Спиральная обшив­ ка кожуха также должна иметь износостойкое покрытие.

Содержание твердых частиц в потоке оценивается массовой концент­ рацией смеси:

221

В установках для пневматического транспорта производительность вентилятора принимают больше расчетного расхода воздуха на 10%. Полное давление, которое должен развивать вентилятор, определяют по эмпирической формуле

единице, для древесных опилок и стружек— 1,4 и для хлоп*

ка — 1,5—2,5,

Глава XXVI

ВОЗДУХОДУВКИ

§ 118. Центробежные воздуходувки

Принцип действия центробежной воздуходувки (нагнетателя) та­ кой же, как и центробежного вентилятора. Схема одноступенчатого нагнетателя показана на рис. 126. Нагнетатель состоит из всасываю­ щей камеры 1, рабочего колеса 2, посаженного на вал 3, диффузо­ ра 4 и спирального отвода 5.

В воздуходувках обычно применяют рабочие колеса с лопатками, загнутыми назад, и с выходными углами ß2 < 145° или с радиаль­ но расположенными лопатками. В отличие от вентиляторов в воздухо­ дувках на выходе из рабочего колеса устанавливают диффузоры лопа­ точного или безлопаточного типа.

Безлопаточный диффузор состоит из двух неподвижных кольце­ вых дисков. В лопаточном диффузоре между дисками устанавливают лопатки, начальный участок которых обычно совпадает с направле­ нием вектора абсолютной скорости с2. В диффузоре скорость воздуха, выходящего из рабочего колеса, уменьшается и кинетическая энергия потока частично преобразуется в статическое давление. В лопаточном диффузоре скорость уменьшается более интенсивно, чем в безлопаточном. Это позволяет существенно уменьшить габариты лопаточного диффузора.

По выходе из диффузора воздух поступает в спиральный отвод, где происходит дальнейшее уменьшение его скорости и повышение статического давления. Степень повышения давления в одноступенча­ тых воздуходувках обычно невелика, она составляет 1,2— 1,5 и лишь в исключительных случаях может достигать 1,8—2. Чтобы получить высокие степени повышения давления в одноступенчатых воздухо­ дувках, необходимо увеличить окружную скорость рабочих колес до 400 м/с. Это же возможно только при изготовлении колес из спе­ циальных сталей. Обычно окружная скорость колеса воздуходувки составляет 150—200 м/с.

222

Если одноступенчатый нагнетатель не Кюжет создать необходимо­

го конечного давления, воздух последовательно сжимают в нескольких ступенях, расположенных в общем корпусе. Такие машины называют многоступенчатыми воздуходувками. При за­ данной степени повышения давления ß число ступеней воздуходувки зависит от допустимой по условиям прочности окружной скорости й2:

Воздуходувки не имеют искусственного ох­ лаждения, поэтому в них вследствие больших внутренних сопротивлений воздух дополни­ тельно нагревается, что можно рассматривать как подведение к нему тепла извне. В мно­ гоступенчатых воздуходувках воздух сжи­ мается по политропам с показателем п > k,

т. е. в них работа, затрачиваемая на сжатие, всегда больше работы, расходуемой на сжа­ тие по адиабате. Поэтому в неохлажденных машинах в качестве идеального процесса сжа­

торый равен отношению мощности, потреб­ ляемой идеальной адиабатной воздуходув­ кой, к мощности, расходуемой в действитель­ ности в неохлажденной машине:

М . Д

/Чад —

N действ

Адиабатный к. п. д. для одноступенчатых машин находится в пре­ делах 0,8—0,9. Зная адиабатный к. п. д. и работу адиабатного сжатия, определяемую по формуле (169), можем найти потребляемую мощ­ ность на валу воздуходувки (в кВт):

És — объемная производительность воздуходувки, равная Ms ѵи

м3/с.

Мощность на валу многоступенчатой воздуходувки определяют как сумму мощностей на валу отдельных ступеней. Температуру воз­ духа в конце сжатия вычисляют по формуле

Рі

223

Значение показателя политропы сжатия в воздуходувке лежит

ристик нагнетателя или характеристики сети. На работу воздуходув­ ки существенно влияет пульсация давления, возникающая из-за сры­ вов вихрей с рабочих и направляющих лопаток и нестационарности

пенями, называются компрессорами. Эти машины обладают более вы­ сокой степенью повышения давления и сложны по конструкции. Число рабочих колес в одном корпусе центробежного компрессора в зависи­ мости от ß колеблется от двух до восьми. Степень же повышения дав­ ления ß в одном корпусе обычно не превышает 10.

§119. Воздуходувки с вращающимися фигурными роторами

Вкорпусе 1 воздуходувки (рис. 128) находятся два фигурных ро­ тора 2 я 5, имеющих форму восьмерки. Роторы вращаются в противо­

положные стороны. Они приводятся в движение зубчатыми колесами

3.При вращении роторы забирают воздух из всасывающего патрубка

6и перемещают его к нагнетательному патрубку 4. Как только прост­

ранство между ротором и корпусом (заштрихованная площадь F0

на схеме) сообщится с нагнетательным патрубком, в нем практически мгновенно повышается давление воздуха. Этот процесс сжатия возду­ ха можно считать изохорным. Теоретическая индикаторная диаграмма

224

воздуходувок с фигурными роторами имеет форму прямоугольника (рис. 129). На диаграмме: 4—1 — линия всасывания, 1—2 — линия повышения давления, 2—3 — линия нагнетания воздуха в напорный

трубопровод. Работа, затраченная на сжатие воздуха в воздуходувке, равна

Сравнивая индикаторную диаграмму воздуходувки с фигурными роторами с диаграммой поршневого компрессора, устанавливаем, что в ней на сжатие воздуха работы затрачивается больше на величину площади 1—2—2'. При этом чем больше степень повышения давления ß,

тем значительнее дополнительные затраты работы и, следовательно, меньше к. п. д. машины.

Производительность воздуходувки с вращающимися фигурными роторами определяют по формуле

где F0 — площадь между ротором и корпусом (заштрихованная пло­

щадь на схеме воздуходувки), м2;

Lx — длина ротора, м, обычно принимаемая равной

(здесь D — диаметр ротора);

п— частота вращения ротора, об/мин; она определяется по фор­ мулам (368), исходя из окружной скорости, принимаемой рав­ ной 10— 15 м/с;

К— коэффициент подачи, зависящий от диаметра ротора, величины зазоров между роторами и корпусом, степени повышения дав­

ления, частоты вращения и принимаемый равным 0,7—0,8. Мощность, потребляемую воздуходувкой (в кВт), находят по фор­

муле

10? тім

225

Воздуходувки с вращающимися фигурными,роторами просты по устройству, надежны и удобны в эксплуатации. В связи с тем что меж­ ду роторами и корпусом имеется зазор в несколько сотых миллиметра, смазка поверхностей рабочих объемов не требуется. Поэтому такие воздуходувки, как и центробежные, могут работать на запыленном

воздухе. Технические характеристики ротационных воздуходувок отечественного производства, пригодных для пневматического транс­ порта, приведены в табл. 8.

Т а б л и ц а 8

226

К недостаткам воздуходувок с фигурными роторами относятся быстрый износ роторов и малый коэффициент подачи при степенях повышения давления более 1,3 вследствие значительных утечек воз­ духа из нагнетательной полости во всасывающую.

На пневматическом транспорте воздуходувки с фигурными рото­ рами используют в качестве вакуум-насосов, обеспечивающих вакуум в пределах 40—50%. Так, например, на плавучем пневматическом зер­ ноперегружателе производительностью 100—200 т установлены четы­ ре воздуходувки с фигурными роторами, работающие в режиме ва­ куум-насоса. Общий вид вакуум-насоса приведен на рис. 130. Он со­ стоит из корпуса 1 и двух пустотелых чугунных роторов 2 и 3. Каждая

воздуходувка приводится во вращение электродвигателем мощностью 35 кВт при 960 об/мин. Производительность воздуходувки 38 м3/мин. Давление всасывания 0,075 МН/м2, давление нагнетания 0,102 МН/м2,

Гла ва XXVII

КОМПРЕССОРЫ

§ 120. Классификация компрессоров

Машины, предназначенные для сжатия воздуха или газа, назы­ ваются к о м п р е с с о р а м и . К ним также относятся рассмотрен­ ные выше вентиляторы и воздуходувки.

Собственно компрессорами называются машины с искусственным охлаждением, создающие давление более 0,35 МН/м2. Такие машины применяют в высоконапорном пневматическом транспорте.

По принципу действия компрессорные машины делятся на лопаст­ ные, вытеснения (объемные) и струйные.

На пневматическом транспорте получили распространение в основ­ ном только компрессоры вытеснения. Они обеспечивают стабильность газового потока на всех режимах работы и отсутствие помпажных зон. По конструктивному выполнению компрессоры вытеснения де­ лятся на поршневые, ротационные и винтовые.

В п о р ш н е в ы х компрессорах сжатие и нагнетание воздуха производятся поршнем, движущимся в цилиндре.

Различают поршневые компрессоры простого и двойного действия. В компрессорах двойного действия работают обе полости цилиндра. По расположению оси цилиндра они бывают горизонтальные, верти­ кальные, V- и W-образные. Частота вращения поршневых компрес­ соров от 200 до 1200 об/мин. При небольших частотах вращения тре­ буется дополнительная ременная передача.

По числу ступеней компрессоры подразделяются на одно-, двух-

имногоступенчатые.

Взависимости от создаваемого давления поршневые компрессоры бывают низкого давления, предназначенные для сжатия воздуха до

давления 1 МН/м2. среднего — от Ідо 10 МН/м2 и высокого — от 10

до 100 МН/м2.

227