- •Нижегородский Государственный Архитектурно-Строительный Университет
- •Контрольная работа по дисциплине «Насосы, вентиляторы, компрессоры»
- •Задача 1
- •9. Число лопаток колеса вентилятора определяем по формуле
- •Задача 2
- •Вопрос 1(2)
- •Классификация нагнетателей, схемы и принципы действия нагнетателей различных типов, их достоинства и недостатки, область применения.
- •Вопрос 3 Давление жидкости во вращающемся лопастном колесе. Уравнение л. Эйлера для работы лопастного колеса
- •Из подобия соответствующих треугольников следует, что
- •Из двух последних выражений
- •Вопрос 5 Назначение и конструкция направляющих устройств. Роль спирального кожуха. Назначение и строение диффузора
- •Вопрос 7 Пересчет характеристик при изменении частоты вращения, плотности перемещаемой среды, размеров машины. Универсальные характеристики.
- •Вопрос 10 Технико-экономические основы выбора нагнетателя для работы в сети.
- •Вопрос 11 Неустойчивая работа нагнетателя в сети, ее причина и способы предупреждения. Помпаж.
- •Вопрос 12 Регулирование работы нагнетателей. Качественное и количественное регулирование область их применения. Способы изменения характеристик нагнетателей.
- •Вопрос 18 Понятие циркуляции потока по профилю лопаток. Теорема н.Е. Жуковского о подъемной силе элемента лопатки. Принципы проектирования и расчета осевой машины. Характеристика осевой машины.
Вопрос 7 Пересчет характеристик при изменении частоты вращения, плотности перемещаемой среды, размеров машины. Универсальные характеристики.
Пересчет по числу оборотов. Испытание машины, проводится при условии сохранения трех постоянных величин: 1) формы и размера элементов испытываемой машины; 2) режима ее работы, определяемого постоянством числа оборотов (n = const), 3) неизменного состояния перемещаемой жидкости (v = const). Однако необходимый режим работы машины (т. е. число оборотов) может значительно отличаться от режима испытания. Входящие в характеристику параметры — расход, давление и мощность при измененном режиме можно определить с помощью формул пересчета при неизменных значениях D н р (или у). Пусть известная характеристика соответствует па об/мин. Измененное число оборотов — п об/мин. Обозначим отношение чисел оборотов
Производительность нагнетателя при постоянстве геометрических размеров машины, очевидно, пропорциональна скоростям жидкости. Из условия сохранения геометрического подобия треугольника скоростей на выходе с лопатки колеса следует, что
Так как расход изменяется пропорционально скорости, то
Как следует из уравнения Эйлера
Следовательно,
Мощность изменится пропорционально произведению давления на производительность
Таким образом, при изменении числа оборотов лопастной машины производительность меняется пропорционально числу оборотов, давление — пропорционально квадрату числа оборотов, а мощность пропорционально кубу числа оборотов.
Пересчет по размерам машины. Обычно серия машин разрабатывается с постоянной аэродинамической схемой. При этом все относительные геометрические размеры отдельных элементов машины, т. е. размеры, выраженные в диаметрах лопаточного колеса, остаются неизменными. К отдельным элементам в этом случае относятся: ширина колеса, ширина лопаток, диаметр входного отверстия, ширина кожуха, размеры выходного отверстия и др.
На основе результатов испытания машины одного размера ее характеристика может быть перестроена для машины другого размера с помощью формул пересчета. В этом случае предполагается, что число оборотов и плотность перемещаемой среды неизменны, т. е. n = const и ρ= const. Обозначим отношение диаметров колес двух машин:
Из условия сохранения геометрического подобия треугольников скоростей на выходе с лопатки колеса окружные скорости и, а следовательно, и истинные скорости с изменятся пропорционально размеру машины:
Площади поперечных сечений в отдельных участках машины (входных и выходных отверстий, каналов между лопатками и т. д.), в которых движется поток жидкости, очевидно, изменяется пропорционально квадрату диаметра колеса, так как
(здесь за определяющий размер принят диаметр колеса, но можно принять, например, диаметр входного отверстия).
Отношение расходов, определяемых как произведение площади на скорость:
Давление по формуле Эйлера пропорционально квадрату окружной скорости, если предположить, что при неизменном соотношении геометрических размеров сохраняется величина коэффициента давления ψ. Тогда
Поскольку изменения расходов и давлений выяснены, остается определить отношение мощностей
Пересчет параметров по объемным весам (плотности) перемещаемой среды приходится делать в ряде случаев (например, при использовании центробежных насосов для перекачки не воды, а жидкости с другим объемным весом, при использовании вентиляторов в высокогорных условиях, где плотность воздуха меньше стандартной). Особенно часты случаи использования вентиляторов для перемещения нагретого воздуха или горячих газов. Если нагнетатель работает при постоянном числе оборотов, то окружная скорость колеса его остается неизменной.
Характеристика центробежного вентилятора, пересчитанная по размерам
В условиях сохранения параллелограмма скоростей на выходе 'С лопаток колеса, а также в условиях постоянства размеров машины очевидно, что перемещаемый объем не изменится, так как произведение площади поперечного сечения на скорость остается постоянным, не зависящим от изменения объемного веса, т. е.
L = L0 = const.
Это постоянство можно обозначить отношением объемных весов в нулевой степени:
Тогда давление, развиваемое нагнетателем, прямо пропорционально объемному весу перемещаемой жидкости
Отношение мощностей, пропорциональных производительности я а давление:
Таким образом, количество перемещаемой нагнетателем жидкости при изменении ее объемного веса остается неизменным, давление же и мощность изменяются прямо пропорционально объемным весам.
На характеристике машины кривые давлений и мощности расположатся выше при увеличении и ниже при уменьшении объемного веса жидкости.
Универсальные характеристики
Характеристики при разных числах оборотов. Для удобства подбора машин широкое применение нашли характеристики, построенные для одного определенного типоразмера машины, охватывающие различные режимы ее работы, т. е. соответствующие различным числам оборотов.
Характеристики строятся в координатах давления и расхода (P-L).
Обычно на характеристике, например на характеристике центробежного вентилятора ЦВ-55 № 4
Характеристика нагнетателя при разных числах оборотов
изображаются линии р—L для разного числа оборотов, линия рД—L, а также линии к. п. д.
Такая характеристика может быть построена путем пересчета исходной экспериментальной характеристики по числу оборотов (если испытывалась машина того же размера) или путем двойного пересчета по числу оборотов и размерам машины. Числа оборотов для кривых р — L обычно принимаются кратными 50, 100 или 200 об/мин (смотря по размерам машины) Иногда дополнительно к ним .приводятся кривые, соответствующие нормальному числу оборотов асинхронных двигателей (720 960 и 1450 об/мин). Этими кривыми пользуются в тех случаях, когда машина непосредственно соединена с валом двигателя.
Линии р-L обычно не выходят за пределы кривой динамического давления pД-L, соответствующей режиму работы машины без сети, когда все развиваемое машиной давление расходуется в виде динамического давления в ее выходном отверстии.
Верхняя кривая p-L чаще всего характеризует режим работы машины при наибольшем числе оборотов, допустимом по условиям прочности. Нижняя кривая р — L строится для наименьших давлений, при которых применение рассматриваемого типа машины еще целесообразно.
Кривые постоянных значений к. п. д. (η=const) представляют собой приблизительно квадратичные параболы.
Пользоваться такими характеристиками весьма удобно. По заданным значениям расхода L и давления р на графике находят точку пересечения двух координат, которая определяет необходимое число оборотов машины. Если эта точка лежит между линиями n, искомое значение n и η находят путем интерполяции.
Совмещенная характеристика. Эта характеристика представляет собой график, на котором изображены отдельные участки характеристик машин разного размера. Характеристика каждой из машин отражает область ее наиболее эффективной работы, чему соответствуют ограничивающие участок кривые 0,9 ηмакс.
Пользоваться характеристикой очень удобно, так как точка пересечения ординаты L и абсциссы р определяет размер машины (ее номер), необходимое число оборотов и к. п. д. Если окажется, что точка лежит в .пределах участка характеристик двух машин разного размера (а эти участки обычно частично перекрывают друг друга), то это значит, что можно выбрать как первый, так и второй нагнетатель.
Обезличенные характеристики. Эти характеристики, так же как и совмещенные, служат для подбора машин с одинаковой аэродинамической схемой, т. е. геометрически подобных. Такие характеристики обычно применяют для подбора вентилятора.
Безразмерные (отвлеченные) характеристики. По своему характеру они аналогичны характеристикам, получаемым в результате испытаний нагнетателя при n=const и γ=const , но построены в относительных величинах.
В соответствии с ГОСТ 5976—5 л в качестве относительных параметров приняты коэффициенты производительности давления и мощности.
Пользуясь безразмерными характеристиками и зная геометрические размеры машины (D2), а также режим ее работы (n), можно построить характеристики геометрически подобных машин разного размера.
Вопрос 9
Анализ работы нагнетателя при изменении характеристик сети - неточности расчета сети, дросселирование сети, отключение части сети и тому подобные изменения, - при помощи метода наложения характеристик
Случаи, когда характеристика сети не совпадает с расчетной или когда в процессе эксплуатации вентиляционной, отопительной или теплофикационной системы характеристика сети может изменяться, встречаются весьма часто и вызываются следующими причинами:
1)неправильным расчетом сети (т.е расчетом сети с запасом или же с недоучетом потерь давления);
отключением части сети (с заглушкой отключенных участков или с оставлением их открытыми);
утечкой или подсосом через неплотности сети;
изменением температуры, следовательно, и плотности перемещаемой среды;
перемещением воздуха или воды с твердыми примесями.
Изменение условий работы нагнетателя при неправильном расчете сети. В практике часты случаи, когда при расчете сети принимаются несколько завышенные потери (в частности, увеличенные коэффициенты местных сопротивлений). Сеть в этом случае оказывается рассчитанной с запасом. Расчетная и действительная характеристики при этом будут различны, причем действительная характеристика 2 окажется ниже расчетной 1. Неточность определения потерь давления в сети при любом расходе определяется разностью давлений при этом расходе (например, в точках А и А' Δрошибки = = РА - РА’).
Сравнивая расчетный и действительный режимы работы нагнетателя в сети, можно установить следующее.
1. Действительная производительность нагнетателя окажется больше расчетной (Lд > Lр).
2. Давление (в точке А") в зависимости от особенностей изменения линии р-L может оказаться ниже расчетного (в точке А"'), если пересечение характеристики лежит на участке падения кривой. Если же точка А"' лежит на участке подъема линии р—L, то с увеличением расхода одновременно увеличится и давление (в точке А").
К неточному расчету сети с запасом
а - первый вариант; б - второй вариант; 1- характеристика сети расчетам; 2 - то же, действительная
3. Мощность, потребляемая центробежным нагнетателем, при этом всегда возрастает (NД >Nр).
Таким образом, при расчете сети с запасом имеется риск вызвать перегрузку электродвигателя, перегрев, а если двигатель выбран «в обрез», то даже вывести его из строя.
Вторым случаем неправильного расчета сети является недоучет потерь. Такой недоучет часто вызван неправильным принятием значений коэффициентов местных сопротивлений, которые могут значительно измениться в процессе монтажа сети. Иногда потери принимаются неверно из-за недоучета влияния отдельных фасонных элементов сети друг на друга при их близком расположении.
Никакого риска вызвать перегрузку электродвигателя в этом случае не имеется, однако запроектированная установка не обеспечивает заданной производительности.
Рассматривая приведенные примеры, следует еще раз отметить, что неправильный расчет сети влечет за собой либо перегрузку двигателя, либо недобор объема, предусмотренного расчетом. Следовательно, сеть необходимо рассчитывать как можно тщательнее, точно учитывая все виды потерь, особенно на преодоление местных сопротивлений.
Изменение работы вентилятора при отключении части сети
а-без заглушки; б-с заглушкой отключенных участков; 1-характеристика сети до отключения; 2-то же после отключения
Изменение условий работы центробежного нагнетателя при отключении или дросселировании сети. В условиях реальной эксплуатации разветвленных (сложных) сетей нередко возникает необходимость отключения части сети.
Такие отключения необходимы, например, при снятии или перестановке оборудования, причем отключенный отросток сети часто остается открытым. Совершенно очевидно, что общее сопротивление сети в этом случае уменьшается и характеристика сети после отключения смещается вправо.
Режим работы центробежной машины в этом случае изменится точно так же, как и при расчете сети с запасом. Производительность увеличится, т. е. измененный расход окажется больше начального ( Lизм > Lнэч ), давление в зависимости от расположения точек 1 и II на характеристике р—L нагнетателя может оказаться меньше или больше начального, т. е. ризм рнач , а мощность, потребляемая нагнетателем, возрастет.
Поэтому отключение части сети без заглушки отключенных отростков возможно только тогда, когда электродвигатель установлен с достаточным запасом по мощности.
Максимальное изменение работы центробежного нагнетателя соответствует полному отключению сети. В этом случае потерь в сети не будет, и характеристика сети совпадет с линией динамического давления рд—L, так как потери динамического давления на выход потока из выходного отверстия машины сохранятся.
Режим работы будет характеризоваться рабочей точкой III, в которой расход перемещаемого воздуха (или воды) окажется наибольшим (LIII=Lмакс), давление, развиваемое машиной, будет наименьшим и равным динамическому давлению (рIII =рД), потребляемая мощность окажется наибольшей (NIII=Nмакс)
Поэтому пуск машины при отключенной сети является нежелательным, так как электродвигатель вследствие повышенной нагрузки будет перегреваться, а в некоторых случаях может выйти из строя.
Иначе обстоит дело при отключении части сети с заглушкой отключенных участков. Такое отключение часто называют дросселированием.
Увеличение потерь в сети ведет к смещению характеристики сети влево. Работа нагнетателя изменяется так же, как при недоучете потерь при расчете сети. Производительность нагнетателя при этом уменьшается ( LII<LI ), уменьшается также и мощность (NII<NI). Что касается давления, то оно может как увеличиваться, так и уменьшаться (pII pI).
По мере увеличения сопротивления сети характеристика будет все больше смещаться влево. Предельным явится случай полностью перекрытой сети. Тогда характеристика сети совместится c осью ординат. Режим работы нагнетателя в этом случае определится точкой III, причем расход окажется нулевым (LIII =0), а мощность —минимальной (NIII=Nмин). Давление определится начальной точкой линии p — L нагнетателя при нулевом расходе.
Таким образом, при дросселировании сети можно не опасаться какой-либо перегрузки электродвигателя. Минимальное значение мощности при полностью перекрытой сети и является основанием для пуска центробежных машин при закрытой задвижке.