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

Электрический способ

При заводских и производственных испытаниях потребляемая вентилятором мощность определяется по электрической мощ­ ности, измеренной непосредственно на электродвигателе с уче­ том его к. п. д.

Если привод вентилятора осуществляется электродвигателем трехфазного тока, то из-за возможной неравномерности нагрузки фаз рекомендуется измерение производить методом двух ваттмет­ ров (рис. 164).

Рис. 164. Схема измерения электрической активной мощности

Средняя за один период мощность трехфазного тока

Следовательно, при включении двух ваттметров по указанной на рис. 164 схеме алгебраическая сумма показаний ваттметров дает активную мощность трехфазной цепи. Ваттметры обычно

310

рассчитаны на номинальный ток 5а и номинальное напряжение

100—127 в. В случае измерения мощности в высоковольтной

цепи трехфазного тока необходимо применение измерительных

трансформаторов напряжения и тока.

Измеренная при помощи ваттметров электрическая мощность

есть активная мощность, подводимая к электродвигателю из сети. Для определения мощности, потребляемой вентилятором, или мощности на валу необходим учет потерь в электродвига­

теле. Если имеется характеристика электродвигателя ■n3=:/GV3),

т. е. зависимость его к. п. д. т]э от электрической мощности N9,

то, зная показания ваттметров, можно определить мощность на

с целью определения внутренних потерь.

Все потери в электрических машинах можно разбить на сле­

дующие основные группы:

1. Механические потери Л\1ех, состоящие из потерь на трение в подшипниках, на трение о воздух и вентиляцию, на трение щеток ’. В условиях нормальной работы машины, когда ско­ рость вращения и установившаяся температура машины неиз­ менны, механические потери постоянны, т. е. при п = const: t = const; Nuex--- const..

2.Магнитные потери Ne, потери на гистерезис и вихревые токи зависят от частоты перемагничивания и магнитного потока. При х. х. (холостом ходе) машин и постоянной частоте эти потери

примерно пропорциональны квадрату напряжения Nc^f(U2).

3.Электрические потери, которые слагаются из потерь в меди

обмоток статора NU1 и ротора Л\«2-

4. Добавочные потери Л\об, вызванные в основном потоками рассеяния и т. д.

Кроме того, в коллекторных машинах имеются еще потери в переходном контакте щеток Мщ.

Рассмотрим более подробно методику определения потерь в асинхронном электродвигателе.

Сопротивление обмоток электродвигателя определяется по методу амперметра-вольметра. Амперметром измеряется ток I, вольтметром — падение напряжения U.

1 Только для коллекторных машин.

311

Сопротивление 7?Л=-у-, ом.

Рекомендуется определение сопротивления фаз попарно

(например, I + II, I + 1II, 11 + III), тогда 7?x —

Активное сопротивление одной фазы, приведенное, согласно

ГОСТ 183—41, к температуре +75°

/?1а75о = 1,057?!/[1 +0,004(75-?+,

где 1,05 — коэффициент, учитывающий увеличение сопроти­ вления при переменном токе;

t — температура окружающей среды при опыте, град.

Далее проводится опыт холостого хода (без нагрузки) при

разных напряжениях на электродвигателе. При этом измеря­ ются: напряжение Uo, сила тока /0, мощность холостого хода

7V0 и строится график 7Vo=/(+o).

Отрезок, отсекаемый касательной на оси No, характеризует механические потери в электродвигателе 7VMex. дв.*

Магнитные потери 7VC определяются по формуле

Nc^N0-3I0^t-N^.

Электрические потери в статоре

Л7м1 = 3/2/?175О,

где 7j—ток нагрузки, измеряемый амперметром в одной иа фаз.

Электрические потери в роторе

7Vm2 — $7V12,

где $ — скольжение ротора; пс — синхронная скорость вращения электродвигателя;.

/=50 — частота, пер/сек;

р — число пар полюсов;

TV12 — электромагнитная мощность

лг12=^э-(^-+ад,

N3 — мощность, измеренная ваттметрами.

Учитывая малую величину s, можно принять

^2 = s(M-7V0-7Vm1).

* Иногда принимают, что механические потери в электродвигателе не превышают 1% номинальной мощности.

312

Добавочные потери Улоб принимаются, согласно ГОСТ 183—41, равными 0,5—1% номинальной мощности двигателя.

К. п. д. определяется из формулы

2^ 1 М + Млех + Mil + Мй + М1об

Ч.= 1---- =1-------------------- «Г----------- •

Помимо потерь в электродвигателе, имеют место механиче­ ские потери в подшипниках самого вентилятора и в передаче (трение на шкивах и т. д.). Указанные потери могут быть опре­ делены так называемым способом выбега. Для этого вращаю­ щаяся машина (электродвигатель + вентилятор или один элек­ тродвигатель) отключается от сети и под действием тормозящих сил замедляет свой ход. Кинетическая энергия вращающихся

частей машины превращается при этом в тепловую. При опыте выбега через определенные промежутки времени измеряется скорость вращения пв и строится график пв = f(/ceK).

Согласно уравнению моментов количества движения для вра­ щающихся деталей (рабочее колесо вентилятора, соединитель­ ный вал, передача, ротор электродвигателя и т. д.).

вочно найден также по графику, построенному по формуле:

102/Умех

дв

Q ^ДВ

'Д/

313

двигателем (при различных сопротивлениях сети или различных

Рис. 165. Опыт выбега:

1 — выбег вентилятора с электродвигателем при разных 0^ ; 2 — выбег электро-

двигателя

углах установки лопаток рабочего колеса) могут быть найдены момент инерции системы J и потери на трение в подшипниках и передаче для всей установки в целом (рис. 165).

Из уравнений:

Т^^М,., + Мтр + Л|,.д;

где 7Иа. в, Жа. в — моменты аэродинамических сил в вентиля­

торе;

N, N' — мощности на валу двигателя.

.314

При всех электрических измерениях, связанных с аэродина­ мическими испытаниями вентиляторов, необходимо применение

100 кг/м2, возможно определение мощности, потребляемой вен­ тилятором, путем измерения разности средних температур воз­

315

Указанный способ измерения мощности требует очень точных

приборов. Вместо длительного и трудоемкого измерения тем­

ператур в отдельных точках сечений возможно использование специального осредняющего пневмометрического насадка (рис. 166). Воздух входит через отверстия насадка, выполнен­

Рис. 166. Насадок для измерения средней по радиусу температуры воздушного потока

шают 1—3 м/сек. Термисторный термометр омывается воздухом,

имеющим среднюю температуру

4ср к >

где qt — расход воздуха через отдельные отверстия насадка;

^— температура воздушных струек, входящих в насадок через отверстия.

При измерениях часть насадка, находящаяся вне потока, должна иметь тепловую изоляцию. Теплоприемная часть термо­ метра, находящаяся в насадке, не должна касаться стенок.

§ 5. СХЕМЫ УСТАНОВОК ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ВЕНТИЛЯТОРОВ

Основными элементами установок для аэродинамических испытаний вентиляторов являются: расходомерное устройство

(коллектор, сопло, диафрагма, трубка Вентури, пневмонасадок или анемометр), приемники давления для определения статиче­ ского или полного давления вентилятора (отверстия в стенке воздуховода или пневмонасадки), дросселирующее устройство

316

Рис. 167. Схемы установок для испытания осевых вентиляторов на всасывание:

а, г — в трубе; б, в — в камере; / — коллектор; 2 — дроссель; 3 — спрямляющая решетка; 4 — сетки; 5 — вентилятор наддува; 6 — анемометр

317

(решетки, сетки и т. д.) и, привод вентилятора (балансирный станок или электродвигатель с известной характеристикой).

Во всех случаях на характеристику вентилятора существенно влияет поле скоростей перед ним. Оно обусловливается в основ­ ном формой участков сети, примыкающих непосредственно к входу в вентилятор. Поэтому при. выборе схемы установки для испытания вентилятора необходимо, по возможности, обеспечи­

вать равномерный приток воздуха к нему при всех режимах его работы.

Рис. 168. Схемы установок для испытания осевых вентиляторов на нагнетание;

1—спрямляющая решетка; 2 — кольцевая труба; 3 — дроссель; 4 — осредняющий насадок

Существующие установки для аэродинамических испытаний

вентиляторов в основном различаются как по характеру рабо­ ты вентилятора (всасывание или нагнетание), так и по способу измерения давления, развиваемого вентилятором, и производи­ тельности (в трубопроводе или в камере).

Всхемах испытания на всасывание (рис. 167) измерение аэродинамических величин (Q и Н„) происходит в более или

менее устойчивом равномерном потоке воздуха перед вентиля­ тором. Однако при этом для выравнивания потока сеть всасы­ вания должна иметь достаточную длину. При испытаниях на всасывание теряется на удар все динамическое давление венти­ лятора (вентиляторной установки).

Всхемах испытания на нагнетание (рис. 168) условия входа

ввентилятор благоприятны, так как всасывание происходит из

атмосферы. Потери в сети частично возмещаются динамическим

318

давлением, развиваемым вентилятором. Однако из-за неравно­

мерности и закручивания потока затрудняется измерение давле­ ний.

Ответственной частью установок для аэродинамических испы­ таний является дросселирующее устройство, служащее для из­ менения режима работы вентилятора (эквивалентного отвер­ стия) при испытаниях.

Наиболее подходящими для испытаний являются дроссели

с рассредоточенным сопротивлением, например жалюзийная ре­ шетка с симметричным поворотом лопаток или решетка из боль­ шого числа малых диафрагм. К таким дросселям относится также решетка из досок, устанавливаемая при выходе из возду­

ховода.

Применение для аэродинамических испытаний шиберов, мо­ тыльковых дросселей или дросселей в виде диафрагм с одним центральным отверстием требует для выравнивания поля скоро­ стей и статических давлений длинных участков сети.

Лабораторные испытания

Обычно лабораторные испытания проводятся с моделями вентиляторов диаметром 0,4—0,8 м. Возможны также лабора­ торные испытания промышленных образцов вентиляторов не­ большого размера.

Необходимым условием лабораторных испытаний является возможность присоединения к испытательной установке моделей различных диаметров и изменения в широких пределах произ­

водительности и скорости вращения вентилятора.

Из рассмотренных схем установок для лабораторных иссле­ дований наиболее целесообразными следует считать схемы с ка­

мерами (см. рис. 167, б), так как в них измерение давления про­ исходит в сечении камеры, где скорость потока весьма мала

(1—2 м/сек). Большим преимуществом камер является также

возможность присоединения вентиляторов различных диаметров

со сложными примыкающими участками [58].

Развиваемое вентилятором статическое давление //ст, опре­ деляется как разрежение в камере /?с. К недостаткам схем с ка­

мерами следует отнести то, что потери в сети камеры и при выходе из вентилятора так велики, что удается получить весьма ограниченный участок характеристики вентилятора. Если для испытания центробежных вентиляторов этот участок может быть достаточен для суждения об их аэродинамических качествах, то характеристика осевого вентилятора обрывается, не захватив значительную часть его рабочей зоны [92].

Для испытания осевых вентиляторов наиболее удобна камера с наддувом. Наддув осуществляется специальным, обычно цен­ тробежным вентилятором, встроенным в сеть камеры и рабо­ тающим последовательно с испытуемым. Схема такой камеры

319'