4.2.Метод наложения характеристик

Метод наложения характеристик используется для определения параметров системы «нагнетатель-сеть», т.е. позволяет ответить на вопрос, каковы производительность, давление, КПД данного нагнетателя при работе на данную сеть. Сущность метода заключается в том, что на характеристику нагнетателя накладывается характеристика сети. Характеристика нагнетателя берется из соответствующих каталогов. Характеристика сети строится по зависимости (4.10) следующим образом: задаемся произвольными значениями L и вычисляем ΔР. Соответствующие точки наносим на систему координат P-L и соединяем плавной кривой. Пример: ΔР = 10^-5L². Точка 1. L = 0 м³/ч, ΔР = 0; Точка 2. L = 5000 м³/ч, ΔР = 250 Па; Точка 3. L = 6000 м³/ч, ΔР = 360 Па; Точка 4. L = 8000 м³/ч, ΔР = 640 Па и т.д.

Точка 1, где пересекаются линии P-L и ΔР =, называется рабочей точкой. Мощность и КПД системы для центробежных нагнетателей находятся на линииL = const (рис.4.3).

Рис.4.3.Определение рабочей точки центробежного нагнетателя

4.3.Влияние изменения параметров нагнетателя и характеристики сети на параметры системы «нагнетатель-сеть»

Рассмотрим сначала влияние изменения параметров нагнетателя.

Влияние изменения частоты вращения.

Как указывалось, выше (см. п.3.3), при изменении частоты вращения n параметры нагнетателя изменяются по зависимостям: L ~ n, P ~ n², N ~ n³.

Характеристика сети не зависит от частоты вращения и, следовательно, остается постоянной величиной. Рабочая точка в этом случае будет перемещаться по характеристике сети (рис. 4.4).

Рис.4.4.Влияние изменения частоты вращения на параметры системы «нагнетатель-сеть»

Пример 4.1.Характеристика вентилятора 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

Требуется построить новую характеристику вентилятора, найти параметры системы при увеличении частоты вращения в 1,2 раза и сопоставить с первоначальными параметрами системы. Характеристика сети ΔР =10^-5L². По заданным точкам построим первоначальную характеристику вентилятора (рис. 4.5) и затем характеристику сети. Точка 1 пересечения линий P-L и ΔР =10^-5 L² является рабочей. Из рисунка находим первоначальные параметры: L₁ = 7200 м³/ч; P₁ = 520 Па; N₁ = 1,58 кВт. Аналогично примеру 3.1 произведем пересчет характеристики вентилятора. Характеристика сети остается неизменной Точка 2 является рабочей. Новые параметры системы: L₂ = 8640 м³/ч; P₂= 749 Па; N₂ = 2,73 кВт; т.е. L₂ = 1,2 L₁; P₂ = 1,44P₁; Ν₂ =1,73N₁.

Влияние изменения плотности перемещаемой среды.

При изменении плотности перемещаемой среды (см. п.3.3) объемная производительность не изменяется, P ~ ρ, Ν ~ ρ. Из формулы (4.4) следует, что характеристика сети зависит от плотности перемещаемой среды: k ~ ρ. Характеристика нагнетателя будет перемещаться строго вертикально: при увеличении плотности – вверх, при уменьшении – вниз, а рабочая точка будет смещаться по линии L = const (рис. 4.6).

Рис.4.5.Пример пересчета параметров нагнетателя при изменении частоты вращения

Рис.4.6. Влияние изменения плотности перемещаемой среды на параметры системы «нагнетатель-сеть»

Пример 4.2.

Для условий примера 4.1 построить характеристики вентилятора и сети и определить параметры системы при увеличении плотности перемещаемой среды в 1,2 раза. Сопоставить с первоначальными параметрами. Пересчет характеристики вентилятора произведен в примере 3.2. Характеристика сети изменяется по зависимости k₂/k₁=ρ₂/ρ₁. Новая характеристика сети: ΔР=1,210^-5L². Построение сети произведем по точкам: L = 0; ΔР = 0; L = 6000; ΔР = 432; L = 7000; ΔР= 588; L = 8000; ΔР =768. Точка 2 (рис. 4.8) является рабочей. Параметры системы: L₂= 7200 м³/ч; P = 624 Па; N= 1,896 кВт, т.е. L₂=L₁; P₂=1,2P₁; N₂=1,2N₁.

Рис.4.7. Пример пересчета параметров нагнетателя изменении плотности перемещаемой среды

Теперь рассмотрим влияние изменения характеристики сети на параметры системы «нагнетатель-сеть».

1. Влияние изменения гидравлического сопротивления сети

Фактическое гидравлическое сопротивление сети может отли­чаться от расчетного, вследствие целого ряда причин: ошибок в расчете, отклонений от проекта при монтаже, частичного изменения конфигурации или диаметров сети в процессе эксплуатации и т.д. Пусть фактическое сопротивление меньше расчетного (рис.4.8, а). Тогда рабочая точка сместится из точки 1 в точку 2. L₁ > L₂, P₂ < P₁, N₂ > N₁, т.е. произойдет увеличение нагрузки на электродвигатель, что может привести к его остановке или даже выходу из строя. Пусть теперь фактическое сопротивление будет больше расчетного (рис. 4.8, б). Рабочая точка переместится из точки 1 в точку 2 или точку 3. L₁ < L₂, P₂ > P₁, N₂ < N₁ и L₁ < L₃, Р₃ < Р₁, N₃ < N₁. В результате уменьшится подача потребителю воздуха (воды).

Рис.4.8.Влияние изменения гидравлического сопротивления сети

2. Влияние наличия твердых примесей в перемещаемой среде

Перемещаемая среда может содержать твердые примеси. Например, в системах вытяжной вентиляции, удаляющей воздух от пылящего оборудования, деревоотделочных, металлорежущих и других станков, перемещаются стружка, пыль, что приводит к дополнительным затратам энергии. Аналогичная ситуация возникает в системах мокрой очистки воздуха, когда насос перекачивает удаляемый из фильтра шлам. И потери давления в системе, перемещающей смесь воздуха (воды) и твердых частиц (Р_см), больше, чем в системе, работающей на чистой среде (Р_чист):

(4.11)

Где с – экспериментальный коэффициент;

 – массовая концентрация твердых примесей, мг/м³.

Как правило, перед выбросом воздуха (воды) в окружающую среду, устанавливаются очистные сооружения для улавливания твердых частиц. При этом возможны 2 случая (рис. 4.9, а).

Рис. 4.9. Изменение работы нагнетателя при перемещении загрязненной

среды: 1- продуктоприемник; 2- транспортная сеть;

3- вентилятор; 4- очистное сооружение

Вариант А – очистные сооружения стоят после нагнетателя.

Вариант Б – очистные сооружения стоят перед нагнетателем. В варианте А в нагнетателе возникают дополнительные потери энергии, обусловленные перемещением через него твердых частиц, что приводит к дополнительным затратам мощности:

(4.12)

где с₁ – экспериментальный коэффициент.

Сопоставим оба варианта. Пусть Р_А = Р_Б, L_A = L_Б. Характеристика сети имеет вид ΔP = k₁L² (pис. 4.9,б). Тогда Р_1А = Р_1Б,, L_1А = L_1Б,, N_1A > N_1Б. Предположим теперь, что по системе идет чистая среда: технологическое оборудование не работает, и производятся пуско-наладочные работы вентиляционной (насосной) установки. Гидравлическое сопротивление системы будет меньше расчетного: k₂ < k₁. Рабочая точка переместится в точку 2, где L₂ > L₁, P₂ < P_l, N_1A < N₂ < N_1Б. Из последнего неравенства следует вывод: для варианта А расчетным для выбора мощности электродвигателя является режим работы на загрязненной среде, для варианта Б – на чистой среде.

3. Влияние негерметичности сети

При негерметичной сети уменьшается ее гидравлическое сопротивление, т.е. k₂ <k₁. Соответственно уменьшается давление (Р₂ < Р₁) и возрастают производительность и мощность (L₂ > L₁, N₂ > N₁). Иными словами, повторяется ситуация, изображенная на рис. 4.8, а. Следовательно, негерметичность сети ведет к перегрузке электродвигателя.

4.Влияние отключения части сети

Часть системы вентиляции может быть отключена (отсоединена) от системы. И здесь возможны два варианта:

а) отключение части сети без установки заглушки;

б) отключение части сети с установкой заглушки (рис. 4.10).

Рис.4.10.Варианты отключения части вентиляционной сети

В варианте а произойдет уменьшение гидравлического сопротивления сети, увеличение производительности и нагрузки на электродвигатель.

В варианте б произойдет увеличение сопротивления сети (k₂ < k₁), давление может увеличиться (или уменьшиться), а производительность и потребляемая мощность уменьшатся аналогично тому, как это изображено на рис. 4.8,б. Следовательно, при необходимости временного отключения части сети следует, во избежание перегрузки электродвигателя, обязательно устанавливать заглушку.