книги из ГПНТБ / Ушаков, Константин Андреевич. Аэродинамика осевых вентиляторов и элементы их конструкций

\^0,036S

Рис. 94. Электродвигатель с подмоторной рамой расположены вблизи рабочего колеса

----1-

Схема 5

Рис. 95. Электродвигатель с подмоторной рамой удалены от рабочего колеса

200

В позднейшем варианте этого вентилятора вместо пяти опор были оставлены только две нижние. Коэффициент потерь для такой конструкции должен быть еще меньшим.

Для вентиляторной установки, работающей на нагнетание,

электродвигатель устанавливается на подмоторной раме, частич­ но находящейся в потоке.

Возможны два случая: электродвигатель с подмоторной ра­

мой расположен вблизи рабочего колеса (рис. 94) и электродви­ гатель с подмоторной рамой удалены от него (рис. 95).

Наименьшее влия­

ние на характеристику

оказывает расположе­ ние по схеме 1 (рис. 94).

При удаленном элек­

тродвигателе (рис. 95) швеллерная рама (схе­ ма 5) оказывает мень­ шее влияние чем сплошной фундамент (схема 6). При выпол­ нении таких схем следу­ ет между рабочим коле­

личные колена или коробки. В случаях, когда оси канала, подводящего воздух, и са­

мого вентилятора не совпадают, применяют двойное колено с ло­

патками Прандтля или плавное наклонное колено более простой формы (см. рис. 198). Потери давления в обоих вариантах ко­

лен незначительны, коэффициент потерь не превосходит 0,03.

В случаях, когда ось подводящего канала расположена к оси вентилятора под углом, близким к 90°, применяют входную ко­ робку, позволяющую сделать передаточный вал приемлемой длины. На рис. 96 приведена схема входной коробки с наклон­

ной стенкой. Коллектор очерчен дугами круга с радиусом 0,3D в верхнем сечении и уменьшающимся до нуля в нижнем. Отно­ шение входного сечения коробки к ометаемой площади вентиля­ тора Свх- = 2.

* ом

Сравнение коэффициентов потерь коробки, установленной перед вентилятором К-0,6, и МН-0,6 (рис. 97), показывает, что

они зависят не только от производительности, но и от типа вен­

тилятора. Небольшое увеличение цилиндрического участка /ц

201

за коробкой с 0,13D до 0,26/7 приводит к значительному сниже­ нию коэффициента потерь, но несколько увеличивает длину вала

[63] (пунктирная кривая на рис. 97).

Выходные элементы установки

Когда элементы установок расположены в потоке за вентиля­ тором, их влияние сказывается на изменении кривых давления. Кривые мощности практически не изменяются.

На рис. 98 даны кривые давления для различных препятст­ вий, расположенных за колесом вентилятора.

При установке за вентилятором диффузора (преимуществен­

но кольцевого) часть динамического давления можно преобра­ зовать в статическое.

Эффективность преобразования динамического давления в диффузоре в статическое при прочих равных условиях, как изве­ стно, существенно зависит от характера поля скоростей при входе в диффузор. За вентилятором поле скоростей изменяется

в зависимости от режима работы, а также от угла установки лопаток рабочего колеса (рис. 99).

Таким образом, диффузор, установленный за вентилятором,

практически работает в условиях, сильно отличающихся от тех,

которые имеются при исследовании изолированных диффузоров,

и поэтому эффективность такого диффузора может быть опре­ делена только при испытании его совместно с вентилятором [64].

Тем не менее накопленный опыт по диффузорам, установленным за различными вентиляторами и исследованных при различных режимах их работы, позволяет сделать некоторые общие вы­

воды. Сущность физических процессов, происходящих в диффу­ зоре с равномерным и неравномерным полем скоростей при входе, одна и та же. О течениях в диффузоре см. работы [65], [50].

Рассмотрим подробней некоторые особенности работы диф­ фузора с вентилятором, пренебрегая вначале неравномерностью

скоростей при входе и выходе и предполагая, что поток здесь имеет осевое направление.

На рис. 100 приведены характеристики вентилятора по пол­

ному давлению без диффузора и с диффузором. При установке

202

Если сеть находится на всасывании, а вентилятор работает без диффузора, то через данную сеть он сможет подать коли­ чество воздуха Q. При установке диффузора количество воздуха увеличится — <2диф. Если расход увеличивать не нужно, то уста­

новка диффузора дает возможность получить потребное коли­ чество воздуха Q путем регулирования. Это дает экономию за­ трачиваемой мощности Д/V по сравнению со случаем отсутствия

диффузора.

При работе диффузора за вентилятором, создающим нерав­ номерное поле, действительная величина динамического давле­ ния /Уд. дейст всегда больше величины //, подсчитанной по сред­ нерасходной скорости. Часть динамического давления, связанная с неравномерностью, в диффузоре частично преобразуется в ста­

значения, которое было бы при равномерном поле. Это приво­

дит к тому, что один и тот же диффузор с различными вентиля­ торами имеет несколько разные коэффициенты потерь. Коэф­ фициент потерь, подсчитанный по формуле (196), учитывает как собственно потери, так и избыток динамического давления, свя­

занный с неравномерностью.

Так как идеальное повышение статического давления в диф­ фузоре

д___ а___ ьапых ___

ид — 2 2 — д диф.

то выражение (194) можно переписать так:

За счет неравномерности поля скоростей замеренная вели­

чина статического давления вентилятора с диффузором может оказаться такой, что подсчитанная разность (//д — /Уд диф) по среднерасходным скоростям окажется меньше разности

(7/Ст. лиф — /Уст), полученной экспериментально, т. е. к. п. д. диф­ фузора окажется большим единицы, что абсурдно.

205

0,15

0,10

г‘9

-0,05

-0,075

Рис. 1(Л. К определению неравномерности поля скоростей на входе в диф­ фузор:

Основные параметры диффузора

206

Этого не случилось бы, если в формулу (197) были подстав­

лены Яд и Нл. диф, определенные по действительным полям ско­ ростей в сечениях входа в диффузор и выхода из него.

Можно поступить и иначе, используя только эксперименталь­

ные кривые Яст. диф и Нет и кривую к. п. д., рассчитанную по

формуле (197). При этом, кроме определения близкой к истин­ ной величины к. п. д. диффузора, которая сама по себе и не имеет непосредственного практического применения, может быть уточнена и величина среднего динамического давления при вы­

ходе из вентилятора, а вместе с ней и величина полного давле­ ния, им создаваемого, и его полного к. п. д.

Учтя, что превышение к. п. д. диффузора по сравнению с его минимальным значением, соответствующим точке m на рис. 101, может быть следствием лишь неправильного определения вели­

чин Яд и /Уд. ДИф, вычисленных по средним, а не по действитель­

ным скоростям в соответствующих сечениях, предположим да­ лее, что влияние ошибочности в определении Яд. диф, как вели­ чины значительно меньшей, чем Яд, пренебрежимо мало.

Предположим также, что влияние неравномерности скоро­ стей входа в диффузор (выхода из вентилятора), соответствую­ щей точке tn, на к. п. д. диффузора столь мало, что им можно пренебречь. Тогда величину к. п. д. для этой точки можно будет считать практически совпадающей с его к. п. д. при равномер­ ном поле скоростей в его входном сечении.

При сделанных предположениях можно будет в уравнении

ния.

Применив указанный прием к характеристикам статического давления, изображенным на рис. 101, получим для к. п. д. диф­ фузора весьма вероятную величину, равную 0,87, и кривую дей­

ствительного динамического давления при входе в диффузор

■^д. деист- Так как при данном испытании было определено и рас­

пределение скоростей при выходе из диффузора, то мы можем оценить также ту ошибку, которую мы допустили,. определяя

НЛ. диф по средней расходной скорости. Как видно из диаграм­

мы, расхождение между соответствующими кривыми 77д. диф. (сплошной и пунктирной) действительно невелико.

Добавляя к величинам Яст вентилятора величины Яд-действ по­

лученные нами, мы найдем значения полного давления вентиля­ тора Я (сплошная кривая); используя расчетные значения Яд, получим идущую ниже пунктирную кривую Я. Все это еще раз

подтверждает, что неучет неравномерности поля скоростей при выходе из вентилятора может в ряде случаев привести к су­ щественным ошибкам в определении характеристики.

207

Тем не менее и для упрощения расчетов, и потому, что раз­ личные вентиляторы имеют различную неравномерность поля

скоростей в выходном сечении, на практике часто приходится

пользоваться коэффициентами потерь и к. п. д., определенными по среднерасходной скорости.

Величины коэффициентов потерь в выходных частях венти­ ляторных установок и в диффузорах, определенные таким об­ разом на основе испытания моделей установок с работающим

вентилятором, приведены в табл. 8.

Рис. 102. Схемы выходных частей вентиляторных установок (к табл.$)

Основные геометрические соотношения моделей даны на

рис. 102.

Для случаев, когда выходной участок за диффузором от­ сутствует, значения коэффициентов потерь ’1П даны в предпо­ следней графе табл. 8.

Коэффициент внутренних потерь диффузора Сдиф (без потерь

при выходе) можно получить, вычтя из Сп значение-^-.

Известно [50], что ступенчатый диффузор, в котором пло­ щади сечения меняются сначала плавно, а затем внезапно, дает в ряде случаев значительно меньшие потери, чем обычный диф­

фузор, имеющий ту же длину и ту же степень расширения. Уста­

новка квадратного канала за кольцевым участком дает даль­ нейший прирост статического давления. Длина квадратного ка­ нала для кольцевого диффузора длиной L = 2D не должна быть меньше 1,5£).

•208