9430

70

из которой следует, что при р = 0 или L = 0, η = 0. Кривая, характеризующая изменение величины η, имеет начальное нулевое значение при нулевом расхо- де (L = 0) и конечное нулевое значение при отсутствии давления (p = 0).

Как это видно на рисунке 3.3, при увеличении расхода кривая (η − L) воз- растает от 0 до некоторого максимума, при дальнейшем увеличении расхода значение η падает. Конечный участок линии (η − L) доходит только до ордина- ты, при которой рст = 0, а р = рд , которая соответствует максимальному рас-

ходу, развиваемому нагнетателем.

Наиболее экономичен режим работы при максимальном кпд, когда мощ- ность используется с наибольшей полезной отдачей. Однако практически это не всегда достижимо, и нагнетатель стремятся использовать при значениях кпд, близких к максимальному. Можно считать вполне рациональным, если машина работает в режиме, при котором η ³ 0,9 ηмакс (рис. 3.3).

Максимальные кпд серий- но выпускаемых промышлен- ностью радиальных вентилято-

ров с лопатками загнутыми вперед колеблются от 0,6 до 0,7. При лопатках загнутых на- зад в выпускаемых вентилято- рах достигнут кпд 0,8. Однако указанные величины не явля- ются предельными. В настоя-

щее время разработаны опыт-

Рис. 3.5. Кривая η − L характеристики

ные образцы радиальных вен- тиляторов с лопатками загнутыми вперед кпд которых достигает 0,75, и с ло- патками загнутыми назад с кпд 0,83.

У центробежных насосов с лопатками загнутыми назад значение макси- мального кпд зависит от габаритов машины. Для малых машин ηмакс составля-

71

ет 0,55...0,7, для больших достигает в отдельных случаях 0,8.

Иногда на характеристике радиального вентилятора строят кривую стати-

ческого кпд (ηст− L). Статический кпд определяется по формуле:

Особенностью линии (ηст− L) является то, что на характеристике изобра-

жаются оба нулевых значения ηст. При предельном значении расхода, когда р = рд , а рст = 0, очевидно, что и ηст= 0.

Линии (р − L) и (N − L) строятся на характеристике по данным испытания машины. Зависимости же ( рд − L), ( рст − L), (η − L) и (ηст− L) рассчитывают-

ся по формулам при различных значениях расхода и строятся по расчетным точкам.

3.3. Характеристики осевых и диаметральных нагнетателей

Линия (р − L) характеристики имеет пологопадающий характер с переги- бом только в начальном участке при малых расходах. Такая форма кривой объ- ясняется постоянством режима движения воздуха в вентиляторе без резких по- воротов и срывов потока. По мере увеличения расхода сопротивления, преодо- леваемые потоком, возрастают приблизительно пропорционально квадрату рас- хода, и создаваемое нагнетателем полное давление соответственно уменьшает- ся.

Иначе на характеристике строится и кривая динамического давления рд −

L. Под динамическим давлением осевой машины подразумевается величина

где vом − средняя по ометаемой площади скорость, м/с.

Под ометаемой площадью осевой машины подразумевается площадь, опи- сываемая лопастным колесом диаметром D за вычетом площади втулки колеса

72

диаметром d: Fом = πD4 2 − πd42 = π4 (D2 − d 2 ). Динамическое давление услов-

но определяют по средней скорости, т. к. скорости потока за колесом вентиля- тора неравномерны. Под средней скоростью потока подразумевают отношение расхода к площади ометаемой поверхности: vом = L / Fом .

Линия мощности N −L также существенно отличается от подобной линии для радиальных нагнетателей. Мощность, потребляемая осевой машиной, прак- тически не зависит от производительности, так как энергия, расходуемая на вращение осевого колеса, почти не меняется. У большинства осевых вентилято- ров потребляемая мощность практически постоянна и лишь несколько возрас- тает на участке с максимальным кпд.

Постоянство мощности осе- вых вентиляторов и насосов учи- тывается при их эксплуатации. Осевые машины можно вклю-

чать и выключать без принятия мер по снижению мощности. Подключенная к машине элек- трическая сеть остается неиз- менной, так как сила пускового тока не зависит от положения за- движек или клапанов в сети.

Линия коэффициента полез-

ного действия (η − L) осевой

машины по осевому характеру аналогична линии (η − L) радиальных нагнетателей. Начиная с нуля (L = 0), кпд осевой машины возрастает, достигает максимума и при дальнейшем увеличе- нии расхода постепенно уменьшается.

Максимальное значение кпд у осевых вентиляторов, выпускаемых про- мышленностью серийно, лежит в пределах 0,6...0,7 (как и кпд радиальных ма-

73

шин). Однако кпд специальных уникальных вентиляторов с профилированными лопатками может достигать 0,9.

Некоторые типы осевых вентиляторов, так называемые реверсивные, т. е. рассчитанные на подачу воздуха в двух взаимно противоположных направле- ниях, имеют либо плоские лопатки, либо лопатки симметричного профиля. Машины при этом имеют кпд, не превышающее 0,4...0,45. В силу этого венти-

ляторы реверсивного типа в настоящее время серийно промышленностью не выпускаются.

Характеристики диаметральных машин по своему очертанию напоминает характеристики радиальных нагнетателей (рис. 3.4).

3.4. Пересчет характеристик лопастных нагнетателей

3.4.1. Пересчет по числу оборотов

Испытание машины проводится при условии сохранения трех постоянных величин: формы и размера элементов испытываемой машины; режима ее ра- боты, определяемого постоянством частоты вращения (n = const); неизменного состояния перемещаемой жидкости (ρ = const). Однако необходимый режим работы машины может значительно отличаться от режима испытания. Входя- щие в характеристику параметры (расход, давление и мощность) при изменён-

ном режиме можно определить с помощью формул пересчета при неизменных значениях D и ρ (γ). Пусть известная характеристика соответствует no , 1/мин.

Измененная частота вращения n, 1/мин. Обозначим отношение частот вращения in = nno .

Производительность нагнетателя при постоянстве геометрических разме- ров машины пропорциональна скоростям жидкости. Из условия сохранения

геометрического подобия треугольника скоростей на выходе с лопатки колеса

Так как расход изменяется пропорционально скорости, то

76

насосов для перекачки не воды, а жидкости с другим удельным весом, при ис- пользовании вентиляторов в высокогорных условиях, где плотность воздуха меньше стандартной). Особенно часты случаи использования вентиляторов для перемещения нагретого воздуха или горячих газов.

Если нагнетатель работает при постоянной частоте вращения, то окружная скорость колеса его остается неизменной. В условиях сохранения параллело- грамма скоростей на выходе с лопаток колеса, а также в условиях постоянства размеров машины очевидно, что перемещаемый объем не изменится, т. к. про- изведение площади поперечного сечения на скорость остается постоянным, не зависящим от изменения удельного веса L = Lo = const. Это постоянство мож-

но обозначить отношением удельных весов в нулевой степени:

Отношение мощностей, пропорциональных произведению производитель- ности на давление:

Таким образом, количество перемещаемой нагнетателем жидкости при из- менении ее удельного веса остается неизменным, давление же и мощность из- меняются прямо пропорционально удельным весам.

На характеристике машины кривые давлений и мощности расположатся выше при увеличении и ниже при уменьшения удельного веса жидкости.

3.4.4. Пересчет по нескольким параметрам одновременно Пересчет по нескольким параметрам одновременно, т. е. по частоте враще-

ния, размерам нагнетателя и удельному весу перемещаемой жидкости, может

78

ветствует только одной частоте вращения рабочего колеса. Поэтому для подбо-

ра нагнетателей преимущественное распространение получили универсальные характеристики, которые могут быть индивидуальными и общими.

Индивидуальные характеристики. Они строятся в координатах (р−L) для

одного типоразмера нагнетателей при различных частотах вращения рабочего колеса (рис. 3.7). Эти характеристики могут быть получены путем пересчета исходной полной характеристики нагнетателя на другие частоты вращения ко-

леса с помощью приведенных выше формул пересчета при изменении частоты вращения рабочего колеса, если полная характеристика соответствует нагнета-

Рис. 3.7. Индивидуальная аэродинамическая характеристика радиального вен- тилятора, построенная в линейном масштабе

79

телю того же размера, или путем двойного пересчета (по частоте вращения и габаритам нагнетателя).Верхняя линия на рисунке 3.7 (n = 2400 мин-1) соот- ветствует, как правило, режиму с предельно допустимой (по соображениям прочности или уровню шума) частотой вращения рабочего колеса. Нижняя ха-

рактеристика (р−L) строится для наименьших давлений, при которых использо- вание данного нагнетателя еще целесообразно. Кривые, соединяющие точки с одинаковыми значениями кпд (η = const), представляют собой квадратичные параболы. Крайняя правая линия кпд, совпадающая с характеристикой динами-

ческого давления ( p д -L), определяет условия работы нагнетателя без сети (L

= Lмакс ). Иногда для того, чтобы ускорить подбор электродвигателей к нагне-

тателям, на индивидуальные характеристики наносят зависимости (N-L).

При работе центробежных насосов на воде заметное увеличение у них час- тоты вращения рабочего колеса и, следовательно, подачи приводит к возникно- вению кавитации, что ведет к снижению кпд. Поэтому в отличие от вентилято-

ров область высоких кпд насосов не может далеко распространяться в область высоких частот вращения (вверх) и больших подач (вправо). В связи с этим ха- рактеристики кпд приобретают эллиптический вид, что, начиная с определен- ного значения, соответствует уменьшению кпд (рис. 3.7).

Индивидуальными характеристиками пользуются следующим образом. По заданным значениям полного давления рзад и подачи Lзад находят точку А

(рис. 3.7), и путем интерполяции определяют частоту вращения колеса и значе- ние кпд. При подборе нагнетателя надо стремиться к тому, чтобы частота вра- щения нагнетателя совпадала со стандартной частотой электродвигателя, а ра- бочая точка (точка А) располагалась в области эффективной работы нагнетате-

ля заштрихованная область, ограниченная значениями (η ³ 0,9ηмакс ).

Индивидуальные характеристики, приведенные в каталогах и справочни- ках, построены в логарифмической сетке. Их особенностями является отсутст- вие нулевых значений давления и подачи и то, что линии кпд являются прямы-

ми (рис. 3.8).