Глава 3. Характеристики нанетателей

3.1.Понятие о характеристиках нагнетателей

Характеристикой нагнетателя называется графическая зависимость между основными параметрами этой машины: давлением P (или напором H), производительностью (подачей) L, коэффициентом полезного действия η, потребляемой мощностью N, частотой вращения n. Характеристики строятся на основе экспериментальных исследований. Обычно испытания проводятся для одного типоразмера конструкции и одной частоты вращения. Характеристики для других режимов работы и типоразмеров получаются на основе формул пересчета (см. п. 3.4). Характеристики строятся в координатах P-L (H-L). По оси ординат откладывается давление (напор), по оси абсцисс – производительность (подача).

3.2. Характеристики лопастных нагнетателей

3.2.1. Характеристики лопастных нагнетателей

Из формулы Эйлера следует, что при неизменных значениях плотности перемещаемой среды и окружных скоростей теоретическое давление становится функцией только скоростей закручивания C_u. С увеличением производительности увеличивается относительная скорость w. Что же касается скорости C_u, то характер ее изменения зависит от угла β₂ (рис. 3.1). Следовательно, теоретические давление и мощность также зависят от β₂ (рис. 3.2). При β₂ < 90^О давление уменьшается с ростом производительности, (линия 1), при β₂ = 90° остается постоянной величиной (линия 2), при β₂ > 90° увеличивается при возрастании производительности (линия 3). Линия мощности для углов β₂ ≥ 90^О монотонно возрастает.

При углах β₂ < 90°, достигнув максимума при некотором значении L, теоретическая мощность несколько уменьшается, вследствие падения теоретического давления.

Рис.3.1.Влияние угла β₂ на теоретическое давление центробежных

нагнетателей

Так как теоретическое давление нагнетателя при конечном числе лопаток меньше, чем при бесконечном при той же производительности, то и зависимости расположатся несколько ниже, чем это следует из формулы Эйлера. Аналогичный вид имеют характеристики, построенные в координатах. Отношение полного давленияР_Т к динамическому называется коэффициентом полного давления

. (3.1)

При углах β₂ > 90° можно так подобрать профиль лопатки, что C_2u станет в 2 раза больше u₂. Тогда ψ = 4. И наоборот, при

углах β₂ < 90^О можно получить случай, когда поток будет выходить в радиальном направлении со скоростью C₂. И тогда С_2u=0 и ψ = 0. Таким образом теоретические значения коэффициента давления, в зависимости от профиля лопаток, могут лежать (изменяться) в диапазоне от 0 до 4. Фактические значения Ψ существенно меньше 4 и достигают следующих максимальных величин: для вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, 1,4; загнутыми вперед – 2,4; для радиальных лопаток – 1,7.

Рис.3.2.Влияние угла β₂ на Р_т , N_т

Действительное давление отличается от теоретического на величину потерь давления внутри самого нагнетателя ΔР_вн, т.е.

Р=P_Т –ΔР_вн. (3.2)

Но так как ΔР_вн зависит от производительности, то и отклонение P от P_Т есть некоторая функция от L, определяемая экспериментально. И в зависимости от потерь давления ΔР_вн очертание функции Р_d = f(L) может иметь вид сложной кривой с максимумом и минимумом при некоторых значениях L (рис. 3.3) или монотонно падающий (рис. 3.4). Первая характеристика называется седловидной, вторая – падающей.

Рис.3.3.Седловидная характеристика нагнетателя

Рис.3.4.Падающая характеристика нагнетателя

Линия статического давления P_S – L аналогична линии P – L. Максимальное значение P_S будет при меньшей производительности L₁, чем максимум полного давления. Линия P_n – L никогда не пересекается с осью абсцисс, так как на выходе из нагнетателя поток всегда имеет кинетическую энергию. Линия динамических давлений P_d – L является квадратичной параболой. Точка пересечения A линий P_n – L и P_d – L определяет максимально возможную производительность нагнетателя L_A. Для вентиляторов с лопатками, загнутыми вперед, линия мощности N-L монотонно растет (рис. 3.3). Для насосов и вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, потребляемая мощность, достигнув максимума при некотором значении L, при дальнейшем увеличении производительности может уменьшиться (рис. 3.4).

Коэффициент полезного действия η в области повышенных потерь энергии на вихреобразования (I – рис. 3.3) растет с увеличением L, достигает максимума в области II (рис. 3.3) и снижается в области повышенных потерь энергий (III – рис. 3.3). Оптимальной для работы нагнетателя считается область, где η≥ 0,9η_max (рис.3.5).

Рис.3.5.Определение области оптимальной работы нагнетателя