Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

22_nivV1

.0.pdf
Скачиваний:
74
Добавлен:
06.02.2016
Размер:
1.03 Mб
Скачать

На правах рукописи.

Без указания автора.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ ПО КУРСУ «НАСОСЫ И ВЕНТИЛЯТОРЫ» КОНСПЕКТ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ.

Версия 1.0 http://tgv.mgsu.ru/

Без указания о сохранения авторских прав.

Москва 2008

Практическое занятие №1

Задача 1.1.

Центробежный насос подает 100 м3/час воды. Манометр на нагнетательном патрубке показывает Pн=1,6 ат, а вакууметр на всасывающем патрубке Pв=200 мм рт. столба, расстояние между манометром и точкой присоединения вакууметра 1,0 м. Диаметр нагнетательного патрубка 100 мм, всасывающего 150 мм, коэффициент полезного действия насоса ηн=0,62. Определить мощность на валу центробежного

насоса.

Решение.

Согласно уравнению Бернулли для нагнетателя напор насоса равен разности полных напоров потока при выходе из насоса и при входе в него:

 

P

+

v 2

 

P

+

v 2

 

Нн = zн +

н

н

 

zвс +

вс

вс

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρg

 

2g

 

ρg

 

2g

 

где Pн , Pвс статическое давление на нагнетательной и всасывающей стороне насоса, Па, vн ,vвс скорость воды в нагнетательном и всасывающем патрубке, м/c,

zн , zвс расстояние от нагнетатательного и всасывающего патрубка до некоторого

произвольного уровня, м, ρ- плотность воды, примерно равна 1000 кг/м3.

Пьезометрические напоры

Pн

и

Pвс

могут быть выражены через показания манометров

ρg

ρg

 

 

 

МниМвс .

При расположении насоса так, что приемное отверстие сообщается с атмосферой, во всасывающем отверстии возникает вакуум, в этом случае:

Н

 

= M +V

+ h

 

v 2

v

2

 

н

+

н

 

вс

,

 

 

 

 

 

0

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где М и V – показания манометра и вакууметра, установленных в выходном и входном сечениях насоса,

h0 разность уровней установки манометра и вакууметра, м.

М =1,6ат 1,6 0,98 бар =1,6 9,8 104 Па =156800 Па =16 мв. ст V =200 мм ртст = 200 133,32Па = 26664Па = 2,72 мв. ст.

Скорость во всасывающем и нагнетательном патрубке определяется из уравнения неразрывности:

v =

 

 

L

 

 

.

 

 

 

 

 

 

3600 π D2 / 4

 

 

 

 

 

 

Скорость в нагнетательном патрубке:

vdc

=

 

100

 

 

 

 

= 3,54м/c.

3600

3,14 0,12 / 4

 

 

 

 

 

 

 

Скорость в всасывающем патрубке:

vdc

=

 

100

 

 

 

 

 

=1,57м/c.

3600

3,14 0,152 / 4

 

 

 

 

 

 

Таким образом напор насоса равен

Нн =16 +

2,72 +1,0 +

3,542

1,57

2

= 20,2 мв.ст.

 

2

9,8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мощность на валу насоса:

1

N =

L H ρ g

=

100 20,2 9,8 1000

= 8869,2Вт.

 

0,62 3600

 

ηн

 

Задача 1.2.

Определить теоретическое давление, развиваемое центробежным нагнетателем при перемещении воздуха при температуре 120С, если внутренний диаметр рабочего колеса D1=300 мм, абсолютная скорость при входе c1=4,5 м/c, угол между окружной и

абсолютной скоростью при входе α1 = 600 , наружный диаметр рабочего колеса D2=500 мм, абсолютная скорость при выходе c2=20,5 м/c, угол между окружной и абсолютной скоростью при выходе α2 = 450 , угловая скорость вращения ω = 60 с-1.

Решение.

Плотность воздуха при температуре 120С составляет:

ρ =

353

=

 

353

=1,238кг/ м3 .

273 +tв

273 +12

 

 

 

 

Окружная скорость, направленная по

касательной к данной точке окружности,

определяется по формуле:

 

 

 

D

 

 

u = R ω =

 

ω,

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

где

ω угловая скорость вращения, с-1, D диаметр рабочего колеса, м,

соответственно:

u1 = D21 ω = 02,3 60 = 9 м/c,

u2 = D22 ω = 02,5 60 =15 м/c.

Теоретическое давление, создаваемое вентилятором согласно уравнению Эйлера:

Pт = ρв (u2 с2сosα2 u1с1сosα1 ) =1,238(15 20,5 сos450 9 4,5 cos 600 = 244,1Па.

 

Задача 1.3.

Определить действительное давление, развиваемое центробежным нагнетателем при

перемещении воздуха с плотностью

ρ =1,15кг/ м3 , если наружный диаметр рабочего

колеса D2=500 мм, число оборотов

вращенияn =1450 мин-1, коэффициент давления

ψ=0,85.

Решение.

Действительное давление, Па, развиваемое вентилятором, можно выразить через коэффициент давления ψ , равный произведению коэффициента полезного действия

вентилятора на коэффициент закручивания потока ϕ2 = сu , u 2

где cu - проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости или скорость

закручивания, м/c,

u2 окружная скорость на выходе из рабочего колеса, м/c:

P = ρв ψ u2 2 .

Окружная скорость, направленная по касательной к данной точке окружности, определяется по формуле:

2

u = π60Dn ,

где

n число оборотов вращения, мин-1, D диаметр рабочего колеса, м,

Окружная скорость на выходе из рабочего колеса:

u2 = πD2 n = 3,14 0,5 1450 = 37,9 м/c. 60 60

Действительное давление, развиваемое вентилятором:

P = ρв ψ u 2 2 =1,15 0,85 37,92 =1404,1Па.

Задача 1.4.

Определить удельное число оборотов (быстроходность) вентилятора, если при расходе воздуха L=2500 м3/час он развивает давление P=500 Па, число оборотов рабочего колеса n=1450 об/мин.

Решение.

Коэффициент быстроходности вентилятора определяется по формуле:

n

s

= 5,5n

L

 

,

3

 

 

 

 

 

 

 

 

(P)

4

 

 

где L расход воздуха, м3/с,

P давление, Па,

n число оборотов рабочего колеса, об/мин.

Подставляя значения, получим: n

s

= 5,5

1450

2500 / 3600

= 62,8.

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(500)

4

 

 

Задача 1.5.

Вентилятор с рабочим колесом Dном, работая на какую то сеть воздуховодов с частотой вращения рабочего колеса n1=850 об/мин, обеспечивает при расходе L1=5000 м3/час полное давление P1=400 Па, потребляемая мощность N1=0,653 кВт. Какой будет расход воздуха L2 и полное давление P2, если

а)частота вращения рабочего колеса возрастет до n2=1450 об/мин;

б) в сети будет работать вентилятор того же типа, но с колесом 1,05 Dном и с частотой вращения n2=1450 об/мин.

В соответствии с условиями гидродинамического подобия формула для пересчета подачи вентилятора при изменении диаметра и числа оборотов рабочего колеса имеет вид:

L' = ( D'2 )2 u'2 ,

L D2 u2

3

где u'2 ,u2 -окружная скорость соответственно для измененного числа оборотов и

первоначального числа оборотов, определяемая по формуле: u = π60Dn ,

где

n число оборотов вращения, мин-1,

D', D измененный и первоначальный диаметр рабочего колеса, м.

Формула для определения давления вентилятора при изменении числа оборотов и диаметра рабочего колеса:

P' = ρ' (u'2 )2 ,

P ρ u2

формула для пересчета мощности:

NN' = PPL' L' .

При подстановке в формулы выражения для окружной скорости получим:

 

 

L'

 

= (

D'2

)3

n'

 

 

,

 

 

 

 

 

L

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D2

 

 

 

 

 

 

 

P'

 

=

 

ρ'

 

(

D'2 n'

 

)

2

,

 

P

 

ρ

 

D2 n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N '

 

=

 

ρ'

 

(

D'2

)5 (

n'

 

)3 ,

 

N

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

 

D2

 

n

 

 

 

Решение.

При увеличении частоты вращения рабочего колеса подача вентилятора составит:

L

 

= L

 

n2

 

=

5000

 

1450

= 8529,4 м3/час

 

 

n

850

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

давление:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

P = P

(

 

 

)

2

= 400(

1450

)

2

=1164 Па

 

n

 

 

850

 

 

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

= N

(

n2

)3

 

= 0,653(

1450

)3

= 3,24 кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

 

850

 

 

 

При одновременном изменении числа оборотов и рабочего колеса подача составит:

L2 =

L(

D22

 

 

3

 

n2

 

 

 

1,05

 

3

1450

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

 

 

= (

 

 

 

 

 

)

 

 

 

 

=

5000 1,975 = 9873,9 м

/час

D21

 

 

 

 

n1

 

1

 

 

850

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D22 n2

 

 

 

 

давление:

 

 

 

 

 

 

 

P =

P (

 

 

)

2

=

400(

1,05 1450

) =1283,3 Па

 

 

 

 

D

 

n

 

 

 

1

850

 

 

 

 

 

2

 

 

1

 

 

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

потребляемая мощность:

 

 

N

2

= N

1

(

D22

)5 (

n2

 

)3

=

0,653(1,05)5 (

1450

)3

= 4,34 кВт

 

 

n

 

850

 

 

 

 

 

 

D

21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Задача 1.6.

Рабочее колесо центробежного вентилятора имеет внутренний и наружный диаметр соответственно D1=250 мм, D2=350 мм. Определить при какой частоте вращения вала рабочее колесо будет создавать теоретическое давление P1=800 Па, если относительные скорости на входе и выходе колеса, равные соответственно w1=12 м/c, w2=18 м/c, составляют с окружными скоростями углы β1 =120 0, β2 =60 0. Плотность воздуха при

стандартных условиях ρ =1,2кг/ м3 .

Решение.

Теоретическое давление, Па, создаваемое вентилятором согласно уравнению Эйлера:

Pт = ρв (u2 с2 сosα2 u1с1сosα1 ) = ρв (u2 с2u u1с1u ),

где с1u ,с2u проекция абсолютной скорости на направление окружной скорости на входе

и выходе рабочего колеса. Из треугольника скоростей:

c2u = u2 w2 cos β2 ,

c1u = u1 + w1 cos(180 β1 ),

гдеu1 ,u2 -окружная скорость соответственно на входе и выходе из рабочего колеса, м/c, определяемая по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

u =

πDn

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

число оборотов вращения, мин-1,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D

 

диаметр рабочего колеса, м,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

w1 , w2

-относительная

 

скорость соответственно на входе и выходе из рабочего

колеса, м/c,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

β1 , β2 угол между продолжением окружной скорости и относительной скоростью, 0.

После подстановки имеем:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P

= n2 (

π

)

2 (D 2

D 2 ) n

π

 

(D

w

сosβ

2

+ D w сos(180 β

1

).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ρ

60

 

 

2

1

 

60

 

2

2

 

 

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подставляя значения известных величин получим квадратное уравнение:

 

 

(

3,14

)2 (0,352 0,252 )n2

3,14

 

(0,35 18 сos60 +0,25 12 cos(180 120))n

800

= 0

 

60

 

1,2

60

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,64 104 n2 0,243n 666,7 = 0

 

 

 

 

 

Из решения квадратного уравнения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n =

0,243 ±

0,2432

+ 4 1,64 10

4 666,7

= 2889

об/мин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 1,64 104

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

Практическое занятие №2 Характеристики сети и нагнетателя. Работа нагнетателя в сети. Регулирование

производительности вентилятора. Работа нагнетателя при изменении плотности перемещаемой среды.

Задача 2.1.

Построить эпюры полного, статического и динамического давления для простой вентиляционной сети, состоящей из всасывающего и нагнетательного воздуховода.

Расход воздуха L=850 м3/час, плотность воздуха ρ =1,2кг/ м3 , площади сечения

воздуховодов, f1=f2=f3=0,02 м2, f4=0,05м2. P0вс=150 Па, P0наг=200 Па, потери давления в диффузоре после третьего сечения 50 Па.

Решение.

Динамическое давление во всех сечениях определяют по формуле:

P = ρ

v 2

,

2

 

 

где v- средняя скорость в сечении воздуховода, м/c, определяемая из уравнения неразрывности:

v = 3600L f ,

ρ плотность перемещаемой среды, кг/м3,

f площадь живого сечения воздуховода, м2.

v

 

=

 

 

850

 

 

=11,8м/ c

 

 

3600 0,02

1,2,3

 

 

 

 

v4

=

850

 

 

= 4,72м/ c.

3600 0,05

P Д1,2,3 =1,2

11,82

 

= 83,5 Па

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P Д4 =1,2

4,72

2

=13,4 Па

 

 

 

 

 

2

Во всасывающем отверстии динамическое давление равно 0.

Полное давление потока во всех сечениях, равное сумме статического и динамического давления, определяют при построении эпюры, откладывая до вентилятора отрицательное давление, равное потерям давления во всасывающем воздуховоде –150 Па, после вентилятораположительное давление, равное сумме потерь давления в нагнетательном воздуховоде, диффузоре и динамического давления в нагнетательном сечении 263,4 Па, во всасывающем сечении 0, в нагнетательном сечении –давление, равное динамическому давлению 13,4 Па, в сечении 3- cумму давлений в нагнетательном сечении и потерь давления в диффузоре 63,4 Па.

Статическое давление определяется как разность полного и динамического давления в каждом сечении.

Сечение

0

1

2 всас

2 нагн

3

4

Полное давление,

0

0

-150

+263,4

+63,4

+13,4

P Па

 

 

 

 

 

 

Скорость

0

11,8

11,8

11,8

11,8

4,72

воздуха, м/c

 

 

 

 

 

 

Динамическое

0

83,5

83,5

83,5

83,5

13,4

давление Рд, Па

 

 

 

 

 

 

Статическое давление

0

-83,5

-233,5

179,9

-20,1

0

Рст, Па

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2.2.

 

 

 

 

 

Построить характеристику

вентиляционной сети,

если по результатам расчета

получены потери давления в сети P=600 Па при расчетном расходе воздуха 15000 м3/

час, а уравнение характеристики сети P=100+kL2.

 

 

 

 

Решение.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем коэффициент к:

 

 

 

 

 

 

k =

P 100

=

600 100

= 2,22 106 .

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

L

15000

 

 

 

 

 

 

 

 

Задаваясь несколькими значениями L вычисляем P и по точкам строим график.

L, м3/час

 

0

 

5000

 

7500

10000

 

12500

15000

P, Па

 

100

 

155,5

 

223,75

320

 

443,75

595

Задача 2.3.

Дана характеристика центробежного насоса при частоте вращения n1=1450 об/мин. Построить характеристику этого насоса при n2=1650 об/мин. Диаметр рабочего колеса неизменен.

Для насосов рабочая характеристика строится в виде зависимости напора насоса, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия от подачи насоса при постоянной частоте вращения. С изменением частоты вращения его характеристика изменяется. Пересчет характеристик центробежного насоса производится с помощью законов пропорциональности, выражающих свойства подобных режимов работы данного насоса при разных частотах вращения:

Q2 = n2 , Q1 n1

H 2 = ( n2 )2 ,

H1 n1

N ' = (n2 )3 .

N n1

При определении мощности предполагается, что для подобных режимов значение к.п.д. насоса можно приближенно считать одинаковым.

Точки каждого семейства подобных режимов лежат в координатах Q-H на квадратичной параболе, вершина которой находится в начале координат(парабола подобных режимов).

Решение.

Выбирая несколько точек на рабочей характеристике насоса (минимум три) определяем подачу L1i, напор H1i и потребляемую мощность N1i в этих точках, затем при новом числе оборотов пересчитываем по формулам подачу:

Q

 

 

= Q

 

n2

=

15

1650

 

=17 м3/час

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1450

 

2

1

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

напор:

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

2

= H

1

(

)

2

= 4(

1650

)

2

= 5,18 Па

n

 

1450

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

потребляемую мощность:

 

N2

= N (

n2

)3

= 0,25(

1650

)3

= 0,37 кВт.

 

 

 

 

 

 

 

n1

 

 

 

 

 

1450

 

 

7

Результаты вычислений заносим в таблицу

Напор H, м

 

 

Номера точек

Подача Q, м3/час

Мощность N, кВт

 

n=1450

n=1650

n=1450

n=1650

n=1450

n=1650

1

15

17

4

5,18

0,25

0,37

2

25

28,5

3,2

4,14

0,3

0,44

3

35

39,8

2,4

3,1

0,35

0,516

По результатам расчетов строим измененную характеристику насоса.

Рис.2.3.1

Задача 2.4.

Подобрать циркуляционный насос для системы отопления, если расчетный расход теплоты на отопление здания 15000 Вт, потери давления в системе 13000 Па, расчетные параметры теплоносителя 95-70 0С.

Решение.

Для подбора насоса необходимо определить его подачу и напор. Подача циркуляционного насоса в системе отопления равна объемному расходу воды, м3/час, необходимому для перемещения количества теплоты, равного расчетному расходу теплоты на отопление здания, который определяется по формуле:

q =

3,6Qсо

,

сw ρw (tг tо )

где Qсо расчетная тепловая мощность системы отопления, Вт; сw - удельная теплоемкость воды, cw = 4,187 кДж/кг К;

tг ,tо - температура горячей и обратной воды в системе отопления, 0С. ρw - плотность воды, ρw =1000 кг/м3;

Подача насоса:

8

3,6 15000

q = 4,187 1000 (95 70) = 0,515м3 / час.

Напор циркуляционного насоса определяется по потерям давления в системе отопления:

H =

P

,

ρwg

 

 

где g- ускорение свободного падения, 9,8 м2/c. Напор насоса:

H =

13000

=1,33м.

1000 9,8

 

 

По сводной характеристике стандартных насосов WILLO с мокрым ротором при требуемых значениях подачи насоса и напора выбираем насос Star-RS 25/2, на рабочую характеристику данного насоса наносим точку с заданными параметрами и проводим через нее характеристику сети параболу P=k*q2, на пересечении получаем рабочую точку, в которой значения подачи и напора отличаются от заданных: подача 0,52 м3/час, напор 1,5 м. Увеличение подачи, хоть и незначительное, приведет к перерасходу теплоты на 872,3 Вт, что составит 5,8% от общего расхода теплоты. Чтобы сохранить расчетное значение подачи и расхода теплоты, необходимо найти точку на характеристике насоса при заданном значении подачи 0,515, определить значение напора в этой точке 1,51 м и изменить характеристику сети, увеличив потери давления в системе отопления на

(1,511,3) 1000 9,8 = 2058 Па .

Мощность, потребляемая насосом, определяется по графику при подаче 0,515 м3/час и составляет 48 Вт.

Рис.2.4.1

Задача 2.5.

Подобрать центробежный вентилятор и определить все параметры в рабочей точке ( расход воздуха, давление, к.п.д., мощность , если при расчете сети получено:

9

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]