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

Последовательное включение вентиляторов в данном случае целесообразно будет применять только при сетях, характери­

стики которых проходят выше точки а. В противном случае вен­ тилятор № 1 будет только мешать работе вентилятора № 2.

Эффективность последовательной работы вентиляторов за­ висит от величины сопротивления внешней сети и формы харак­ теристики давления вентиляторов.

Если последовательно включены два одинаковых вентиля­

тора с монотонно падающими характеристиками, тогда эффек­ тивность с ростом сопротивления R все время увеличивается.

Рис. 141. Зависимость эффективности последовательной работы вентиляторов от сопротивления сети

Максимальное значение q равно 1,41 (т. е. суммарная произво­ дительность больше на 41%). На рис. 141 дается график зави­ симости эффективности от R при последовательной работе вен­ тиляторов, характеристики которых представлены на рис. 142.

При вентиляторах с седлообразными характеристиками

подобная закономерность изменения эффективности последо­

ношения, тем больше значение 7тах.

Кроме вопроса эффективности, большого внимания заслужи­ вает вопрос устойчивости работы осевых вентиляторов при по­ следовательном включении.

При последовательном включении осевых вентиляторов и больших сопротивлениях внешней сети в некоторых случаях по­ вышается устойчивость их работы; если рассмотреть случай

270

(см. рис. 142), когда 7? = 10,25, режим b работы индивидуально включенного вентилятора лежит в области впадины на его ха­ рактеристике, что нежелательно как в отношении устойчивости работы, так и в отношении к. п. д. При последовательной работе на ту же сеть двух таких вентиляторов режим каждого из них.

переходит в точку с, располо­

женную на правой ветви ха­ рактеристики и в области бо­

лее высоких к. п. д.

канале за счет уменьшения общешахтной депрессии. На рис. 143 дается принципиальная схема такой установки. Этот способ включения можно назвать параллельно-последовательным, так как вспомогательные вентиляторы I и II включены параллельно между собой и последовательно с поверхностным III.

Для анализа подобной схемы необходимо построить харак­ теристики вспомогательных вентиляторов, приведенные в точке

разветвления D, и найти их суммарную характеристику. Затем построить суммарную характеристику всех трех вентиляторов.

271

и отыскать точку ее пересечения с характеристикой общего

участка сети.

Применение в соответственно подходящих условиях парал­ лельной и последовательной работы вентиляторов может дать высокий эффект как с точки зрения увеличения подачи воздуха,

так и улучшения к. п. д. вентиляторной установки. При широком

внедрении схем установок, позволяющих осуществлять индиви­ дуальное, параллельное и последовательное включение венти­

ляторов, значительно расширяются диапазоны применения ма­

шин.

Диапазоном применения вентиляторной установки (X) мы

называем отношение предельных сопротивлений внешней сети;

Рис. 143. Параллельно-последовательная схема включения вентиляторов

При наличии вентиляторной установки, состоящей из двух вентиляторов, которые могут работать параллельно и последо­ вательно. обеспечивается восьмикратное увеличение диапазона использования установки по сравнению с вентиляторным агре­

гатом, схема которого не допускает совместной работы, т. е.

= 8^-инд-

Осуществление таких схем дает возможность почти пол­ ностью охватить потребные вентиляционные режимы шахт венти­

ляторами обычных размеров без нарушения их экономичной и устойчивой работы.

На рис. 144 дается область рациональных режимов работы вентиляторов В-УПД, ВУ. К-06 (D< 1,8 м), ВЦ4 и ВЦ5 при раз­ ных схемах проветривания. Нижним экономическим пределом использования вентиляторов принималось значение к. п. д.

т)у =0,6, верхним пределом — условие устойчивой работы.

Сплошной кривой 1 ограничивается область потребных вен­ тиляционных режимов шахт и рудников Советского Союза, ко­ торая определена по данным Донгипроуглемаша, ДонУГИ и

Московского горного института.

Кривой 2 ограничивается область, покрываемая вышеназван­ ными вентиляторами при индивидуальной работе. Как видно из

рис. 144, при этом не обеспечивается большая часть потребных вентиляционных режимов шахт и рудников Советского Союза.

272

Кривой 3 ограничивается область режимов, которая покры­

вается при последовательном включении этих вентиляторов и центральной схеме проветривания, а кривой 4 — при параллель­ ном. Как видно, все потребные режимы, за малым исключением, удовлетворяются названными вентиляторами.

Рис. 144. Области рациональных режимов работы вентиляторов В-УПД, ВУ, К-06, ВЦ4 и ВЦ5

Вопрос замены одного мощного вентилятора двумя или не­ сколькими, совместно включенными, но меньшей величины, имеет не только техническое, но главным образом и экономическое значение.

Соответствующими расчетами можно показать, что, если глу­ бина регулирования большая (2—2,5) и потребное количество воздуха больше 200—250 м31сек, параллельная работа главных шахтных вентиляторов даже при центральной схеме проветри­ вания может иметь технико-экономические преимущества.

18 Зак. 1/895

Глава X

ПЕРЕСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК. ПОДБОР ВЕНТИЛЯТОРОВ. ОЦЕНКА ШУМНОСТИ

§ 1. ПЕРЕСЧЕТ ХАРАКТЕРИСТИК ПО СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ, ДИАМЕТРУ И ПЛОТНОСТИ СРЕДЫ

Производительность вентилятора Q при работе на данную сеть зависит от плошади его проточной части и от скорости течения в ней. Если сопротивление сети пропорционально квад­ рату расхода, то скорость течения в вентиляторе пропорцио­

нальна его скорости вращения. Таким образом, величина Q про­ порциональна квадрату диаметра и окружной скорости:

Q =

Полное давление вентилятора Н пропорционально при этом

динамическому давлению окружной скорости: /7 = Анри2.

Коэффициенты kQ и kK не зависят от D, и и р. Так что

h—_ .

ВЦАГИ за коэффициенты производительности и давления приняты выражения:

Н— Н

Иногда пользуются коэффициентом производительности

274

т. е.

& = r.Q

и коэффициентом давления

,н

2

т. е.

ф = 2/У.

Потребляемая вентилятором мощность, пропорциональна его йроизводительности и давлению, т. е.

= kND2?u:i,

так что

ь_ N

ВЦАГИ за коэффициент мощности принимают

Если дана безразмерная характеристика вентилятора в коор­

динатах Q, Н и N, то пересчет ее на произвольные диаметр, ско­

рость вращения и плотность осуществляется по формулам:

ционально кубу изменения диаметра и первой степени скорости вращения

/ Dt \з ]

Qi^Q[-75-)

(228)

I

Рис. 145. Зависи­ мость характери­ стики вентилятора от его диаметра

Рис. 146. Зависимость характеристики вен­ тилятора от скоро­ сти вращения

Рис. 147. Зависимость характеристики вентиля­ тора от плотности среды

276

Давление изменяется пропорционально изменению плотности протекающей среды, квадрату диаметра и квадрату скорости вращения:

Таким образом, при изменении диаметра вентилятора рабо­ чие точки передвигаются, как это следует из соответствующих

т. е. рабочие точки передвигаются по квадратным параболам

(рис. 146).

При изменении скорости вращения вентилятора положениеего рабочей точки на безразмерной характеристике не изме­ няется, а следовательно, не изменяется его к. п. д.

При изменении плотности среды производительность венти­ лятора не изменяется, так что рабочие точки передвигаются по

вертикальным прямым (рис. 147):

мое давление и сопротивление сети зависят от плотности оди­ наково, то к. п. д. при этом не изменяется (с точностью до влия­ ния изменения Re).

§ 2. МЕТОДЫ ПОДБОРА ВЕНТИЛЯТОРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПОНЯТИЙ ЭКВИВАЛЕНТНОГО ОТВЕРСТИЯ И БЫСТРОХОДНОСТИ

В настоящем параграфе мы рассмотрим общие вопросы под­ бора вентиляторов, не касаясь некоторых специфических требо­ ваний к подбору шахтных вентиляторов [86] и выбора ряда их типо-размеров [87].

Подобрать вентилятор по заданным давлению, производи­ тельности и скорости вращения значит выбрать тип вентилятора

и его диаметр. В более общем случае может выбираться и ско­ рость вращения.

277

Наиболее просто подобрать вентиляторную установку на данные условия, используя атлас аэродинамических характери­ стик различных типов и размеров вентиляторов. При этом вы­ бирать следует ту установку, которая имеет для заданных усло­ вий наибольший средневзвешенный к. п. д.

В тех случаях, когда требуется подобрать установку с наи­ большим к. п. д. для работы на сеть со сравнительно мало изме­ няющимся сопротивлением, для определения диаметра венти­ лятора и его скорости вращения можно воспользоваться одним из описанных ниже способов.

При этом подбор производят исходя из безразмерных экспе­ риментальных аэродинамических характеристик. Это отмеча­

лось в работе [88], а сейчас является общепризнанным.

Воспользуемся для подбора вентилятора понятием эквива­ лентного отверстия и быстроходности.

Для поддержания заданного расхода воздуха Q через неко­ торое отверстие необходима определенная разность давлений Н. Обратно: каждой паре Q, Н соответствует определенное так на­ зываемое эквивалентное отверстие А-

Как известно, скорость истечения из отверстия

-1Л2Д /

с = у — , м/сек,

где [//] = кг/м2', [р] = кг ■ секА/м^.

Если круглое отверстие площадью А сделано в тонкой стенке,

то площадь струи в сжатом сечении f всегда меньше А. Расход через отверстие А будет

Q —аА , мА/сек,

27»

Рис. 148. Зависимость Н (Q) при разных А

279