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

и не зависит от величины В для решетки колеса. А так как ве­ личина А для нее обычно всегда очень мала, то можно сделать

вывод, что изменение наклона характеристики при регулирова­ нии аппаратом не зависит от аэродинамических параметров ре­ шеток колеса и аппарата.

При повороте лопаток входного НА угол атаки си при, входе

в аппарат изменяется на ту же величину, что и угол установки 0НА и, в отличие от угла си для колеса, остается одинаковым

для данного @НА по всей характеристике вентилятора.

Рис. 122. Различные расчетные схемы НА:

а — осевой вход; б — закручивание потока против направления вращения колеса; в —закручивание потока по направлению вращения колеса

Так как практический интерес представляет поворот лопаток,

аппарата на углы Л0НД> 10°, то, значит, в решетке лопаток ап­

парата часто будет иметь место отрыв пограничного слоя. При этом теоретический расчет угла выхода потока из аппарата при регулировании становится невозможным. Следовательно, рас­ чет характеристик регулирования аппаратом нужно строить примерно так же, как и в случае регулирования колесом, т. е.

на основании анализа соответствующего экспериментального

материала.

Вместе с тем лопатки аппаратов осевых вентиляторов вы­ полняют различных типов.

В исходном, расчетном положении они могут задавать осевое направление потоку перед рабочим колесом (рис. 122, а) или1

закручивать поток против вращения (рис. 122, б). Не исклю­

чено также выполнение направляющего аппарата, закручиваю­ щего поток в исходном положении по направлению вращения (рис. 122, в). НА, задающими перед колесом в исходном поло­ жении осевое направление потока, снабжаются, например, вен­ тиляторы с меридиональным ускорением потока.

Регулирование может осуществляться или поворотом лопа­ ток, или поворотом специально выполненных закрылков при

239'

неподвижных носовых частях лопаток. Закрылки могут зани­ мать различную часть лопатки по ее хорде L

При регулировании аппаратом многоступенчатых вентилято­

ров, кроме отмеченных особенностей, часто имеют место случаи, когда не все аппараты выполняют с поворотными лопатками. Например, в двухступенчатом вентиляторе с входным аппара­ том регулирование производится при помощи промежуточного аппарата, а лопатки входного аппарата остаются неподвиж­ ными. В многоступенчатом вентиляторе, состоящем из ступе­ ней типа К + СА, регулирование осуществляется поворотом ло­

паток промежуточного аппарата, являющегося СА для преды­ дущего колеса и НА, задающим перед колесом, стоящим за ним,

осевое направление потока.

Очевидно, что в каждом из этих довольно многочисленных и примерно одинаково часто встречающихся случаев при изме­ нении угла установки лопаток аппарата на один и тот же угол

•будет происходить различное изменение характеристики.

Для установления возможных общих закономерностей для всех этих случаев экспериментального материала, имеющегося в нашем распоряжении, недостаточно. Его, к сожалению, недо­ статочно, чтобы получить способ расчета характеристик регули­ рования аппаратом даже какого-либо одного типа.

Поэтому в настоящее время, кроме высказанных выше общих замечаний, отметим лишь некоторые экспериментально установ­ ленные особенности регулирования аппаратом.

Регулирование аппаратом может применяться как единствен­ ное (например, у вентиляторов частичного, а также и главного проветривания, для аэродинамических труб и др.), так и в комби­ нации с регулированием колесом (например, вентиляторы глав­ ного проветривания и др.). В последнем случае оно используется для покрытия промежуточной зоны между двумя смежными углами установки рабочих колес и требование к возможно боль­ шей глубине эффективного регулирования может быть вообще меньше, чем когда регулирование осуществляется только аппа­ ратом.

На рис. 123 приведены характеристики регулирования вход­ ным НА вентилятора с меридиональным ускорением потока.

В исходном положении аппарат задает осевое направление по­ току перед рабочим колесом. Обращает на себя внимание большой диапазон углов поворота лопаток, при котором сохраняется достаточно высокий к. п д. Это обстоятельство сле­ дует в основном отнести за счет меридионального ускорения по­

гипроуглемаш) выполнять лопатку аппарата с резиновой вставкой, позво­ ляющей значительно изменять конфигурацию лопатки, что может дать инте­

ресные результаты как при регулировании, так и при реверсировании вен­ тилятора.

240

ровании колесом. Как видно из рис. 120^ при регулировании ко­

лесом и изменении давления вдвое с Н = 0,42 до Я = 0,21 на режимах максимального к. п. д. производительность уменьши­

лась с Q = 0,35 до Q = 0,15, т. е. более чем в 2,3 раза.

При регулировании аппаратом примерно такого же вентиля­ тора (см. рис. 111) двукратному изменению давления с Н = 0,38 до Н = 0,19 соответствует изменение Q с 0,30 до 0,215, т. е.

только в 1,4 раза.

Таким образом, более глубокое регулирование производи­ тельности с сохранением высокого к. п. д. при прочих равных,

условиях может быть получено поворотом лопаток колеса, а неаппарата.

Вработе [44] приведены результаты регулирования двухсту­

пенчатого вентилятора одновременным поворотом лопаток вход­ ного и промежуточного аппаратов, выполненных в двух вариан­ тах: с поворотными лопатками и поворотными закрылками.

Показано, что глубина регулирования при этом может быть до­ статочно большой при сохранении высоких значений к. п. д.

Вработе [101] исследовано регулирование двухступенчатого'

вентилятора одним промежуточным аппаратом в зоне между двумя смежными углами установки рабочих колес, отличающих­ ся на 5°. Аппараты были также двух типов: с поворотными лопатками и закрылками. Показано, что регулирование закрыл­ ками более экономично и покрытие промежуточной зоны должно­ преимущественно осуществляться поворотом закрылков на мень­ ший угол при большем угле установки лопатки рабочих колес

(регулирование «вниз»).

Интересно отметить, что в большей части рабочей зоны (см. гл. VIII, § 4) регулирование поворотом закрылков аппарата более экономично, чем непрерывным поворотом лопаток колеса (см. рис. 112), т. е., когда имеется регулируемый НА (даже один

вдвухступенчатом вентиляторе), вполне достаточно ступенча­ тое (не менее чем через 5°) изменение углов установки лопаток, колеса, а выполнение одновременного поворота лопаток колеса, сложного и в конструктивном и эксплуатационном отношении,, невыгодно и в отношении к. п. д.

§ 4. РАБОЧАЯ ЗОНА. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧНОСТИ ВЕНТИЛЯТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Экономичность вентиляторной установки определяется зна­ чением ее к. п. д. т)у. Желательно, чтобы вентиляторная уста­ новка работала на оптимальном режиме, соответствующем максимальному к. п. д. цутах или на режиме, близком к нему..

При эксплуатации шахтной вентиляторной установки из-за не­ постоянства сопротивления сети (эквивалентного отверстия шахты) все время работать при наибольшем к. п. д. не удается,.

242

и приходится использовать режимы с меньшими его значениями.

Поэтому при оценке экономичности вентиляторной установки следует руководствоваться не значением т]ута,» а к. п. д., сред­ ним для всей зоны экономичного регулирования, в предположе­ нии равной вероятности всех режимов.

За нижнюю границу этой зоны принимается линия, проведен­ ная через точки кривых давления для различных углов установ­ ки лопаток рабочих колес, соответствующие величине г|у1 рав­ ной 0,6. Верхняя граница зоны определяется точками тех же

кривых, в которых принят определенный запас по давлению [96].

Боковыми границами являются кривые давления для максималь­ ного и минимального углов установки лопаток рабочих колес, рекомендуемых для данного вентилятора. Чем больше площадь

этой зоны при данных масштабах Q и Н, тем в более широких пределах заданий может быть применена данная установка.

На рис. 124 приведены зоны экономичной работы вентиляторных установок различных типов. Верхние границы зон построены с коэффициентом запаса по давлению k = 1,5.

По энергии, передаваемой воздуху (по значению SQ/fy), и

по площади зоны вентиляторная установка МН-0,6 (d = 0,7)

превосходит все остальные. .

Экономичность вентиляторной установки достаточно полно

оценивается ее средневзвешенным к. п. д., определяемым в пре­ делах зоны экономичного регулирования (iqy j> 0,6) и обозна­

чаемым Т]у. Ср.

Величина г]у. ср для вентиляторных установок с плавным из­ менением режимов (с регулируемым НА) и для установок со ступенчатым изменением режимов (с неподвижными лопатками НА) определяется различно.

В первом случае зона разбивается на достаточно большое

ваются гидравлическая и потребляемая мощности (рис. 125).

йли

п

S QHy

1

Рис. 124. Зоны экономичной работы различных шахтных вентиляторных установок с двухступенчатыми шахтными осевыми вентиляторами:

244

При подсчете цу. ср условно принимается, что т]у ПРИ регу­

лировании лопатками рабочих колес не отличается от т|у при регулировании лопатками НА в пределах режимов, лежащих

между характеристиками,, соответствующими смежным углам

установки лопаток рабочих колес, и что это регулирование воз­ можно во всей зоне экономичной работы.

Во втором случае (при неподвижных лопатках НА) в зоне

между смежными кривыми давления выбираются средние ре­ жимы, через точки которых проводятся вспомогательные пара­

болы, позволяющие произвести пересчет гидравлической и по­

требляемой мощности (рис. 126).

Для этого случая

У Q//v

Здесь N' определяется при помощи вспомогательных пара­ бол проведенных через расчетные точки до пересечения с кри­ вой давления для ближайшего большего угла установки лопа­ ток рабочего колеса. При ступенчатом регулировании получается некоторый избыток подачи воздуха. Если этот избыток допу­

стим, то мощность учитывается этим способом правильно, если избыток не допустим, то подачу воздуха следует уменьшить при помощи шибера. Мощности при этом изменятся в зависимости от формы кривой мощности (см. рис. 1Д6). Например, для точек

3—5 (см. рис. 126) перерасхода не будет, так как кривая мощ­ ности близка к горизонтали. Для точек 31—35 при дросселирова­

нии шибером будет перерасход мощности AM'.

Поскольку перерасход мощности в этом случае не является следствием наличия потерь, а обусловлен подачей в шахту до­

полнительного количества воздуха, такой способ определения средневзвешенного к. п. д. является в известной мере условным. Тем не менее к нему приходится прибегать для возможности оценки с помощью понятия о средневзвешенном к. п. д. энергии,

затрачиваемой вентиляторной установкой за определяемый пе­ риод ее работы. Средневзвешенные к. п. д. вентиляторных уста­

новок с осевыми вентиляторами приведены в табл. 10. Средневзвешенный к. п. д. установок с осевыми вентилято­

рами зависит от максимального значения т]у ти, площади зоны экономического регулирования, местоположения т)утах в этой

246