- •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
2.5.Принципы работы осевых нагнетателей
При вращении колеса осевого нагнетателя возникает направленный параллельно его оси поток. В качестве первоначальной гипотезы для теоретического анализа принимается, что каждая лопатка работает изолированно. А затем, в случае необходимости, вносится поправка на взаимное влияние лопаток.
В основу теории осевых нагнетателей лежит теорема Н.Е. Жуковского о подъемной силе.
Пусть в точке B движущейся по линии ABCD жидкости (рис. 2.9 а) скорость равна υ. Произведение элемента линии dS и проекции υs скорости потока на направление касательной к точке B называется течением скорости по элементу dS. Обозначим это произведение через dГ, т.е. .
Сумма элементарных течений на участке ABCD
. (2.20)
Если из точки A обойти некоторый контур по часовой стрелке (рис. 2.9, б) и вернуться в точку A, то сумма произведений υsdS будет равна интегралу по контуру:
. (2.21)
Течение по замкнутому контуру называется циркуляцией скорости. Обозначим через угол между направлением касательной и скоростью υ. Тогда
. (2.22)
Рис.2.9.К выводу теоремы Н.Е. Жуковского
Обтекание лопатки потоком, с точки зрения аэродинамики, имеет много общего с обтеканием крыла. Если на крыло (рис. 2.10) действует так называемая подъемная сила, направленная вертикально вверх, то значит, давление под крылом больше, чем над ним. Тогда, в соответствии с теоремой Бернулли, скорость потока над крылом υ1 υ∞, а под крылом скорость υ2 < υ∞. Здесь υ∞ - скорость набегающего потока. Следовательно, вокруг крыла существует циркуляция скорости по контуру ABCDA. В соответствии с теоремой Н.Е. Жуковского подъемная сила F крыла бесконечной длины равна
(2.23)
Сила F перпендикулярна скорости υ∞ и действует на отрезок крыла длиной l.
Рис.2.10.Скорости, возникающие при обтекании крыла
Для анализа сил, действующих на лопатки осевого вентилятора, проведем цилиндрическое сечение по лопаткам колеса и развернем полученную поверхность на плоскости (рис. 2.11). Полученное изображение называется решеткой крыльев.
В отличие от обтекания изолированного крыла, воздух, проходящий через решетку, изменяет направление движения, и давление воздуха после прохода через нее повышается.
Перепад давления
. (2.24)
Рис.2.11.Потоки у решетки крыльев
По формуле Эйлера сила, действующая на лопатку в решетке, есть равнодействующая сил, направленных вдоль решетки и поперек ее (по направлению оси вентилятора). Эта сила определяется по формуле
, (2.25)
где t – шаг решетки профилей лопаток, м.
В соответствии с формулой (2.23) сила, действующая на 1м длины лопаток,
,
а циркуляция скорости по контуру лопаток, вследствие равенства скоростей u2 и u1, равна
.
В итоге получим
. (2.26)
Следовательно, действие потока на лопатку в решетке аналогично его воздействию на изолированную лопатку, если скорость υ ͚ заменить некоторой средней скоростью
. (2.27)
Действующая на лопатку сила F может быть разложена на подъемную силу P, перпендикулярную к набегающему потоку wср , и силу лобового сопротивления Q, направленную вдоль потока (рис. 2.12),
, (2.28)
, (2.29)
где b, l – соответственно ширина и длина лопатки, м;
су - коэффициент подъемной силы;
сх - коэффициент лобового сопротивления. Значения этих коэффициентов зависят от угла атаки и определяются экспериментально. При расчете вентилятора силу F заменяют составляющими Q1 (параллельной плоскости вращения колеса вентилятора) и P1 (параллельной оси и характеризующей тягу элемента лопатки dr):
. (2.30)
Эта величина является исходной для определения ширины лопатки.
Рис.2.12.Установка лопатки осевого нагнетателя
Лопатки осевых нагнетателей имеют плосковыпуклую или вогнуто-выпуклую форму. Из вышеприведенного вывода расчетных формул и рисунков 2.11 и 2.12 следует, что колесо осевого нагнетателя должно вращаться плоской или вогнутой стороной вперед. При вращении в противоположном направлении уменьшаются КПД, давление и производительность нагнетателя.