11. Центробежные вентиляторы

Основные понятия и параметры. Центробежными вентилятора­ми называют машины для перемещения чистых газов и смесей газов с мелкими твердыми материалами, имеющие степень повы­шения давления не более 1,15 при плотности потока 1,2 кг/м³. Характерным признаком центробежного вентилятора является по­вышение давления за счет работы центробежной силы газа, дви­жущегося в рабочем колесе от центра к периферии.

При незначительном повышении давления газа изменением его термодинамического состояния можно пренебречь. Поэтому к цен­тробежным вентиляторам применима теория машины для несжи­маемой среды (см. пол разд. 4).

Центробежные вентиляторы широко распространены в про­мышленности и коммунальном хозяйстве для вентиляции зданий и отсасывания вредных веществ в технологических процессах.

В теплоэнергетических установках центробежные вентиляторы применяются для подачи воздуха в топочные камеры котлов, пе­ремещения топливных смесей в системах пылеприготовления, отсасывания дымовых газов и выброса их в атмосферу.

Конструктивное устройство центробежного вентилятора про­стейшего типа показано на рис. 44, а. Рабочее колесо вентилято­ра состоит из литой ступицы /, жестко сопряженной с основным диском 2. Рабочие лопатки 3 крепятся к основному диску 2 и пе­реднему диску 4, обеспечивающему необходимую жесткость ло­пастной решетки 5. Корпус 6 вентилятора крепится к литой или сварной станине 9, на которой располагаются подшипники 8, несущие вал вентилятора с посаженным на него рабочим колеcом.

А Б

Рис. 44. Центробежный вентилятор:

а — устройство; б — аэродинамическая схема; 1 — ступица; 2 — основной диск;3 — рабочие лопатки; 4 — передний диск; S — лопастная решетка; 6 — корпус;7 — шкив; 8 — подшипники; 9 — станина; 10, II — фланцы

(пропущены две страницы)

но не полное давление, ими развиваемое, а лишь статическая часть его Р_ст или соответственно статический напор H_ст.

Полный КПД определяется по формуле

η = РQ/N

Статический КПД η_ст= Р_CTQ/N

где p_CT=p_2СT –p_1СT

Статический КПД дополняет оценку эффективности вентиля­тора, так как в полной энергии, сообщаемой потоку газа, суще­ственную долю составляет кинетическая энергия. Ориентировоч­но η_ст меньше η на 20...30%.

Мощность двигателя для привода вентилятора (кВт) выбирают с запасом на возможные отклонения рабочего режима от расчет­ного:

Р = (1,05…1,2)рQ)/1000ηη_пер

где η — полный КПД вентилятора; η_пер — КПД передачи. При непосредственном соединении валов двигателя и вентилятора η_пер = 1,0, при клиноременной передаче η_пер = 0,92,

Коэффициент быстроходности вентилятора характеризует кон­струкцию рабочего колеса, следовательно, способность создавать давление. Если принять плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м³, то

где n — 1/с; 0Q— м³/с; p — Па.

Для каждого типа вентилятора характерно определенное зна­чение коэффициента быстроходности:

Центробежные высокого давления 10...30

Центробежные низкого и среднего давления с лопатками:

отогнутыми вперед 30...60

отогнутыми назад 50...80

Центробежные двустороннего всасывания 80... 120

Характеристики и регулирование подачи центробежных венти­ляторов. Характеристиками вентиляторов называют графики за­висимостей напоров, мощности на валу и КПД от объемной по­дачи. Характеристики получают по результатам непосредственных испытаний вентиляторов при постоянной частоте вращения и стро­ят для воздуха с ρ = 1,2 кг/м³.

При пересчете характеристик, построенных для стандартных условий при р_о = 760 мм рт. ст., Т= 293 К и Ψ = 50 %, на реальные условия следует иметь в виду, что подача, напор и КПД остаются неизменными, а давление и мощность на валу изменяются про­порционально плотности газа, подаваемого вентилятором, т.е.

p = p₀*ρ/1.2 и N = N₀* ρ/1.2

На рис. 45 и 46 даны типичные формы характеристик цен­тробежных вентиляторов соответственно при п = const и n = var.

В вентиляторостроении широко применяются безразмерные ха­рактеристики, общие для целой серии геометрически подобных машин.

На рис. 47 показана безразмерная характеристика вентиля­торов Ц4-76, построенная по результатам испытания модели с D₂ = 500 мм при п = 1200 об/мин.

Безразмерные характеристики очень удобны для расчета рабо­чих параметров вентилятора из данной серии.

Регулирование подачи вентиляторов можно производить все­ми способами, указанными в подразд. 7:

1. Изменением частоты вращения вала вентилятора;

2. Дросселированием на входе и выходе вентилятора;

3. Направляющим аппаратом различных конструкций на входе.

Первый способ требует применения электродвигателей с пере­менной частотой вращения (коллекторных или двухскоростных). Возможно применение двигателей с постоянной частотой враще­ния при включении между валами двигателя и

Рис. 46. Размерные характеристики вентилятора ВВД № 11 при n = var

Рис. 46. Безразмерные характеристики вентилятора Ц4-76

вентилятора вариатора частоты вращения (обычно гидромуфты). В обоих вариантах вентиляторная установка усложняется и удорожается, по­этому такой способ регулирования применяется только для круп­ных вентиляторов в особо ответственных установках.

В некоторых случаях для привода вентилятором применяют элек­тродвигатели с фазовым ротором, в которых с помощью специ­альных контактных колец и реостата можно регулировать сопро­тивление в цепи ротора и таким образом изменять частоту враще­ния вала,

В настоящее время для регулирования подачи вентиляторов из­менением частоты вращения применяют приводные двигатели с полупроводниковыми преобразователями частоты.

Второй способ применяется очень широко ввиду его конст­руктивной простоты. Например, |вентиляторы малых и средних размеров, приводимые асинх­ронными короткозамкнутыми двигателями, регулируются этим способом.

Третий способ распространен для вентиляторов с большой подачей в шахтных установках и в станционной теплоэнергетике (дутьевые вентилято­ры, дымососы).

По затратам энергии на привод в режимах регулирования при одинаковых подачах указанные способы неравноценны.

Для любых типов вентиляторов худшим способом регулирова­ния является дроссельный, требующий наибольших затрат энергии.

Конструктивное выполнение вентиляторов общего назначения. Конструкция вентилятора определяется его аэродинамической схемой, под которой понимается схематический чертеж его про­точной части с указанием основных размеров в долях наружного диаметра колеса {см. рис. 44, б).

Конструктивная форма и размеры вентилятора определяются его подачей, давлением и частотой вращения.

Формы рабочих колес вентиляторов даны на рис. 48. Формы, показанные на рис. 48, а, б, свойственны вентиляторам низкого давления с лопатками, загнутыми вперед; формы, приведенные на рис. 48, б...г, характерны для вентиляторов низкого, среднего и высокого давлении с лопатками, загнутыми назад.

Наименьшей прочностью и жесткостью обладают колеса фор­мы а, допускающие окружную скорость на диаметре D₂ не более 40 м/с. Ширина таких колес постоянна и составляет около 0,5D₂.

Колеса кольцевой формы с шириной b₁ = b₂ = 0,2...0,35 D₂ бо­лее прочны и жестки и допускают скорость U₂ до 60 м/с.

Конический покрывающий диск (см. рис. 48, в, г) обеспечи­вает большую жесткость колеса и допускает высокие окружные скорости до 80 м/с.

Рис. 48. Формы рабочих колес центробежных вентиляторов:

а— барабанная; б — кольцевая; в, г — с коническими покрывающими дисками; б, е — соответственно однодисковых и бездисковых

Форма, показанная на рис.48, г, применяется для колес боль­шой подачи и находит применение, в частности, для дутьевых вентиляторов и дымососов ТЭС.

Открытые однодисковые и бездисковые колеса форм (см. рис. 48, д, е) применяются в пылевых вентиляторах, служащих для подачи смесей газов с твердыми частицами, например, в системах пылеприготовления ТЭС.

В вентиляторах применяются все три типа лопастей.

По назначению вентиляторы подразделяются на следующие груп­пы:

• вентиляторы общего назначения (Ц);

• вентиляторы дутьевые (ВД);

• дымососы (Д);

• вентиляторы горячего дутья (ВГД);

• вентиляторы мельничные (ВМ);

• вентиляторы специального назначения.

По направлению вращения рабочего колеса различают венти­ляторы правого вращения (колесо вращается по направлению дви­жения часовой стрелки, если смотреть со стороны привод левого вращения. По направлению выхода газа вентиляторы изго­товляются с различными положениями корпуса.

Вентиляторы общего назначения изготовляются с семью поло­жениями корпуса (рис. 7.49), дутьевые вентиляторы и дымососы могут устанавливаться в 18 положениях, мельничные вентиляторы — в 24. Такое количество положений корпуса необходимо для оптимального подсоединения центробежного вентилятора к сети, при котором направление газового канала соответствует направлению движения потока газа в сети без отклонений.

Рис 49. Стандартные положения корпусов вентиляторов общепромышленного назначения с вращением рабочего колеса по часовой стрелке (а) и против (б). буквами обозначено расположение патрубка – верхнее, нижнее, левое, правое

По быстроходности центробежные вентиляторы разделяются на вентиляторы малой {п_s,= 10...30), средней (п_s, = 30...61 большой(п_s = 60...80) быстроходности. С увеличением n_s размеры вентилятора

в осевом направлении увеличиваются, а разность диаметров D₂ и D₁ уменьшается. Наиболее экономичные центробежные вентиляторы ( η_max ≥ 0,8) с лопатками, загнутыми назад, обеспечивают небольшую область режимов и имеют n_s = 50...80. Эти вентиляторы широко применяются в вентиляционных и техноло­гических установках.

Вентиляторы общего назначения по полному давлению, со­здаваемому при номинальном режиме, подразделяются на венти­ляторы низкого (до 1 кПа), среднего (от 1 до 3 кПа) и высокого (свыше 3 кПа) давления.

К вентиляторам низкого давления относятся вентиляторы сред-' ней и большой быстроходности. Рабочие колеса этих вентилято­ров имеют широкие листовые лопатки. Окружная скорость враще­ния колес составляет менее 50 м/с. Вентиляторы низкого давле­ния используются в вентиляционных системах.

Вентиляторы среднего давления имеют окружную скорость до 80 м/с, лопатки этих вентиляторов выполняются как загнутыми вперед, так и назад и применяются как в вентиляционных, так и технологических установках различного назначения.

Вентиляторы высокого давления имеют окружную скорость свыше 80 м/с, лопатки загнуты назад.

Широкое применение в промышленности получили вентиля­торы общего назначения, которые используются для перемеще­ния воздуха и неагрессивных газов с температурой до 80 °С, не содержащих вредных веществ, волокнистых материалов, а также твердых примесей в количестве более 100 мг/м³. Это одноступен­чатые со спиральными корпусами и горизонтально расположенной осью осью вращения машины, которые имеют рабочие колеса ди­аметром от 200 до 3150 мм (рис. 50) и обеспечивают производи­тельность до 30 м³/С и давление до 11 кПа.

Рис. 50. Центробежный вентилятор общепромышленного назначения:

1 — входной патрубок; 2 — корпус; 3 — рабочее колесо; 4 — вал; 5 — стойка; 6 — подшипники; 7 — шкив; 8 — фланец выходного патрубка

Вентиляторы общего назначения маркируются аналогично цен­тробежным вентиляторам. Например, вентилятор с диаметром ра­бочего колеса 800 мм, имеющий при максимальном КПД р = 0,86 и n_s= 70, обозначается Ц4-70 № 8. Вентиляторы общего назначе­ния выпускаются по четырем основным аэродинамическим схе­мам: Ц4-70, Ц4-76, Ц14-46, Ц1О-28.

Самой распространенной аэродинамической схемой является схема Ц4-70, разработанная ЦАГИ.

В качестве примера на рис. 51 представлена конструкция вен­тилятора высокого давления с двусторонним всасыванием.

Вентиляторы, предназначенные для перемещения воздуха с раз­личными примесями в виде твердых частиц — золы, пыли, во­локнистых материалов, называют пылевыми. В обозначении пыле­вого вентилятора добавляется буква П, например: ЦП6-46.

Пылевой вентилятор состоит из входного патрубка, рабочего колеса и спирального корпуса, однако в связи со своим целевым назначением имеет и ряд особенностей: передний диск колеса отсутствует, число лопаток небольшое, лопатки укреплены консольно к заднему диску, имеются большие зазоры между вход­ным патрубком и колесом. В связи с этим пылевые вентиляторы имеют более низкий КПД

(η = 0,53...0,66).

Для вытяжки воздуха из помещений промышленных предпри­ятий по вертикальному вентиляционному каналу на кровлях зда­ний устанавливают крышные радиальные вентиляторы, напри­мер КЦЗ-90. Эти вентиляторы практически работают без сети, развивают небольшое статическое давление и максимальную про­изводительность, имеют большой относительный диаметр входа и широкие колеса. За колесом устанавливается специальный диф­фузор.