- •Оглавление
- •Глава 5. Конструкции вентиляторов 131
- •Глава 6. Конструкции насосов 163
- •Основные условные обозначения
- •Глава 1. Классификация нагнетателей и область их применения
- •1.1.Классификация нагнетателей
- •1.2. Основные параметры работы нагнетателей
- •1.3.Объемные нагнетатели
- •1.4.Лопастные нагнетатели
- •1.5.Нагнетатели трения
- •1.6.Области применения нагнетателей
- •Глава 2.Теоретические основы работы лопастных вентиляторов и насосов
- •2.1.Движение жидкости в колесе центробежного нагнетателя
- •2.2.Формула Эйлера. Полное теоретическое давление, создаваемое колесом центробежного нагнетателя
- •2.3.Потери энергии в центробежном нагнетателе
- •2.4.Принципы конструирования центробежных нагнетателей
- •2.5.Принципы работы осевых нагнетателей
- •2.6.Кавитация насосов. Допустимая высота всасывания
- •Глава 3. Характеристики нанетателей
- •3.1.Понятие о характеристиках нагнетателей
- •3.2. Характеристики лопастных нагнетателей
- •3.2.1. Характеристики лопастных нагнетателей
- •3.3.2.Характеристики осевых и диаметральных нагнетателей
- •3.3.Подобие лопастных нагнетателей. Пересчет характеристик
- •3.4.Универсальные характеристики
- •Глава 4.Работа насосов и вентиляторов в сети
- •4.1.Характеристика сети
- •4.2.Метод наложения характеристик
- •4.3.Влияние изменения параметров нагнетателя и характеристики сети на параметры системы «нагнетатель-сеть»
- •4.4.Совместная работа нагнетателей
- •4.4.1.Понятие о совместной работе нагнетателей
- •4.4.2.Параллельная работа нагнетателей
- •Параллельная работа нескольких нагнетателей (более двух)
- •4.4.3.Последовательная работа нагнетателей
- •4.4.4.Сопоставление последовательной и параллельной работы
- •4.4.5. Смешанная схема совместной работы нагнетателей
- •4.5. Устойчивость работы нагнетателей в сети (помпаж)
- •4.6. Регулирование насосов и вентиляторов
- •4.6.1. Методы регулирования
- •4.6.2. Регулирование нагнетателей при совместной работе
- •Регулирование при параллельной работе.
- •Регулирование при последовательной работе нагнетателей.
- •Регулирование при смешанной схеме работы нагнетателей.
- •4.6.3. Регулирование насосов и вентиляторов в системах отопления, теплоснабжения и вентиляции
- •4.6.4. Оценка энергетической эффективности регулирования насосов и вентиляторов
- •Глава 5. Конструкции вентиляторов
- •5.1. Основные конструкции и их классификация
- •5.2. Радиальные вентиляторы
- •5.3. Осевые вентиляторы
- •5.4. Энергосберегающее присоединение вентиляторов к сети воздуховодов
- •5.5. Подбор вентиляторов
- •Коэффициенты запаса мощности
- •Глава 6. Конструкции насосов
- •6.1.Основные типы насосов и специфика их работы
- •6.2. Центробежные насосы
- •6.3. Осевые насосы
- •6.4. Подбор насосов
- •Библиографический список
3.3.2.Характеристики осевых и диаметральных нагнетателей
Осевые нагнетатели. Линия P-L часто имеет седлообразную форму (рис. 3.6), однако у низконапорных машин встречается падающая форма этой характеристики. Седловина на характеристике объясняется снижением подъемной силы лопастей при малых подачах и наличием вторичных течений. Характеристики мощности близки к горизонтальной линии и лишь немного возрастают на участке с максимальным КПД.
Постоянство мощности осевых нагнетателей учитывается при их эксплуатации. Осевые машины можно включать и выключать при открытых регулирующих устройствах, т.к. сила пускового тока не зависит от степени их открытия. Линия η – L аналогична по своему характеру линии η – L центробежных.
Рис.3.6.Характеристика осевого нагнетателя
Диаметральные нагнетатели. Их характеристики по своему очертанию напоминают характеристики центробежных нагнетателей (рис. 3.7).
Рис.3.7.Характеристика диаметрального нагнетателя
3.3.Подобие лопастных нагнетателей. Пересчет характеристик
Сложность аэрогидродинамических процессов, происходящих в лопастных нагнетателях, делает невозможным теоретический расчет их характеристик. Поэтому они определяются на основе экспериментальных исследований. В то же время при разработке новых конструкций необходимо, на основе испытаний модельного образца предсказать рабочие параметры предназначенных к серийному выпуску машин. И здесь используется теория гидродинамического подобия, в соответствии с которой нагнетатели гидродинамически подобны, если соблюдены следующие три условия подобия.
Геометрическое подобие, означающее пропорциональность соответствующих размеров нагнетателя (диаметров входа и выхода из колеса D1 и D2, ширины колеса b и т.д.), т.е.
. (3.3)
Кинематическое подобие, предусматривающее пропорциональность скоростей u в сходственных точках потока, т.е.
.(3.4)
Равенство углов установки лопаток на входе и выходе из колеса и КПД, т.е.
; ;. (3.5)
Здесь индексом «м» обозначены параметры модельного нагнетателя, «н» – натуральной машины.
Для сопоставления разных конструкций нагнетателей в качестве критерия подобия используется так называемый коэффициент быстроходности ns.
Коэффициентом быстроходности насоса называют такую частоту вращения, при которой он при напоре H=1м вод.ст. имеет подачу L=0,075 м3/с при максимальном КПД:
ns = 3,65. (3.6)
Коэффициент быстроходности вентилятора вычисляется по формуле:
ns=5,5, (3.7)
где L определяется в м3/с; P - в Па при максимальном КПД.
Нагнетатели, имеющие одинаковые коэффициенты быстроходности, являются подобными.
Рассмотрим теперь применение принципов аэрогидродинамического подобия для практических расчетов.
Как уже отмечалось выше, испытания нагнетателей с целью получения их характеристик, производится при условии сохранения постоянства трех величин: 1) формы и размера элементов машины; 2) режима ее работы (n = const); 3) неизменного состояния перемещаемой среды (ρ =const).
Таким образом, возникает необходимость получения характеристик нагнетателя для случая, когда одна или две, или все три выше указанные величины отличаются от их значений в режиме испытаний. Как же влияет изменение этих величин на характеристики нагнетателей?
Влияние изменения частоты вращения. Пусть известная характеристика соответствует частоте вращения n0. Измененная частота вращения n. Отношение окружных скоростей
.
Так как геометрическое подобие параллелограмма скоростей не нарушается, то скорости в любых точках изменяются пропорционально n. Производительность L=υF. Площадь F= const. Следовательно,
. (3.8)
Из формулы Эйлера следует
.
Отсюда получим
. (3.9)
Так как мощность изменяется пропорционально произведению PL, то
. (3.10)
Пример 3.1. Характеристика задана точками
P, Па |
550 |
570 |
580 |
500 |
400 |
L, м3/ч |
4000 |
5000 |
6000 |
8000 |
10000 |
N, кВт |
1,1 |
1,25 |
1,35 |
1,7 |
1,8 |
Рассчитать характеристики вентилятора при увеличении частоты вращения в 1,2 раза. Пересчет производится по формулам:
; ;.
После перерасчета характеристика примет вид
P, Па |
794 |
821 |
835 |
720 |
576 |
L, м3/ч |
4800 |
6000 |
7200 |
9600 |
12000 |
N, кВт |
1,9 |
2,16 |
2,33 |
2,94 |
3,11 |
Влияние изменения геометрических размеров. В конкретных конструкциях нагнетателей пропорции между геометрическими размерами сохраняются неизменными. В качестве характерной величины принимается диаметр колеса D2. Итак, пусть известны характеристики для диаметра D2 = D0. Требуется найти значения характеристик для D2 = D.
.
Площадь F ∼ D2. Отношение производительности равно
. (3.11)
Давление изменяется по зависимости
. (3.12)
Отношение мощностей равно
. (3.13)
Влияние изменения плотности перемещаемой среды. Пусть известны характеристики при плотности ρ0. Требуется найти характеристики при плотности ρ. Так как частота вращения и геометрические размеры не изменяются, то из зависимости L=υF следует, что объемная производительность не зависит от плотности (температуры) перемещаемой среды, т.е.
. (3.14)
Давление прямо пропорционально плотности перемещаемой среды:
. (3.15)
Аналогично изменяется и мощность:
. (3.16)
Так как плотность зависит от температуры перемещаемой среды, то из формулы (3.16) следует важный практический вывод. Если в условиях эксплуатации может изменяться плотность перемещаемой среды, то мощность электродвигателя следует рассчитывать на максимально возможную в эксплуатации плотность перемещаемой среды (минимальную температуру).
Пример 3.2.
Рассчитать и построить характеристики вентилятора, заданного в примере 3.1, при увеличении плотности перемещаемой среды в 1,2 раза.
Пересчет производится по формулам:
L2 = L1; ;.
После перерасчета характеристика примет вид:
P, Па |
660 |
684 |
696 |
600 |
480 |
L, м3/ч |
4000 |
5000 |
6000 |
8000 |
10000 |
N, кВт |
1,32 |
1,5 |
1,62 |
2,04 |
2,16 |
Пересчет по нескольким параметрам одновременно. Обобщенные формулы пересчета имеют вид:
, (3.17)
, (3.18)
. (3.19)
Характеристики других лопастных машин пересчитываются по тем же формулам, что и центробежных.
Точность пересчета. В выводе выше приведенных формул принималось, что КПД остается постоянной величиной. Кроме того, не учитывались изменения числа Рейнольдса. Однако анализ показал, эти допущения не оказывают существенного влияния, и неточность лежит в пределах, допустимых для практических расчетов.