Вентиляторы

7.1. Основные расчетные соотношения и параметры вентиляторов

При небольшой степени повышения давления ( <1,15) изменение плотности газа в вентиляторе незначительно, поэтому, считая р = const, из уравнения Эйлера (§ 3.3) можно получить формулу для определения теоретического давления, создаваемого вентилятором,

P_T=l_T= (u₂C_2U-u_lC_1u). (7.1)

В вентиляторе часть давления теряется в рабочем колесе и корпусе (кожухе), потери давления учитываются гидравлическим КПД вентилятора _г и тогда действительное полное давление р = _гP^т. Действительное полное давление, создаваемое вентилятором, определяют также экспериментальным путем как разность полных давлений на выходе и входе вентилятора:

P=(P_2cт+с₂²/2)-(p_1ст+c₁²)=(Р_2ст-Р_1ст)+ ( с₂²- с₁²)/2, (7.2)

где Р_1ст, Р_2ст - статическое давление потока соответственно на входе и выходе вентилятора, Па; С1, С2 - соответствующие скорости потока, м/с.

Полезная мощность, Вт, вентилятора определяется по формуле

N_пол=PV, (7.3)

где V-производительность, м³/с.

В каталогах дается производительность V₀, выраженная в кубических метрах в секунду, м³/с, т.е. приведенная к условиям чистого воздуха (р₀ =0,103 МПа, Т₀ = 293 К, Ро = 1,2 кг/м³). Связь между V₀ и действительной производительностью V выражается соотношением V₀ = V/₀.

Мощность вентилятора N определяется при испытании вентилятора.

Вентиляторы характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД):

полным

=pV/N, (7.4)

статическим

_ст=р_стV/N (7.5)

где р_ст = р_2ст - р_1ст. Ориентировочно _ст меньше  на 20-30%.

Мощность двигателя для привода вентилятора, кВт, выбирается с запасом на возможные отклонения рабочего режима от расчетного

N_дв = (1,05  1,15) V/ (_пер 1000) (7.6)

где _пер - КПД передачи при непосредственном соединении валов двигателя и вентилятора т) _пер = 1,0, при клиноременной передаче _пер = 0,92.

В практике конструирования и подбора вентиляторов часто применяется коэффициент полного давления  и коэффициент быстроходности n_у.

Теоретическое давление вентилятора, имеющего радиальный вход (С_1u = 0), можно определить по формуле

P_т = u₂ C_2u (7.7)

Введя коэффициент закручивания потока на выходе ₂ = С_2u/u₂, имеем р_т = ₂ u₂². Оценивая гидравлические потери через _г определяем действительное давление вентилятора

P=_г₂ u₂²= (7.8)

Произведение

называется коэффициентом полного давления. На него большое влияние оказывает угол _2л.

В вентиляторах обычно применяются углы _2л = 150 - 165°, 85- 100°, 18-71°.

Коэффициент быстроходности характеризует конструкцию рабочего колеса, следовательно, способность создавать давление. Если принять плотность воздуха  = 1,2кг/м³, то

n=53nV^1/2р^-3/4, (7.12)

где n, 1/с; V, м³/с; р, Па.

7.2. Центробежные вентиляторы Основные конструктивные элементы центробежных вентиляторов

Конструкция вентилятора определяется его аэродинамической схемой, под которой понимается схематический чертеж его проточной части с указанием основных размеров в долях наружного диаметра колеса D₂, (рис. 7.2).

Вентиляторы разных размеров, выполненных по одной аэродинамической схеме, относятся к одному типу, т.е. представляют единую конструктивную серию геометрически подобных машин.

Основными элементами центробежного вентилятора являются рабочее колесо с лопатками 1, входной патрубок (коллектор) 2, спиральный корпус 3, ступица 4, вал 5 (рис. 7.2).

Рабочее колесо. Передача энергии от приводного вала к газу, протекающему через вентилятор, осуществляется с помощью рабочего колеса. По конструктивному исполнению рабочие колеса имеют ряд модификаций (рис. 7.3).

Барабанные рабочие колеса а выполняются с лопатками, загнутыми вперед, ширина колес равна половине диаметра. Окружная скорость этих колес допускается до 30-40 м/с. Кольцевые рабочие колеса б имеют меньшую ширину, чем барабанные, окружная скорость вращения колес допускается до 50-60 м/с. Рабочие колеса с коническим передним диском в имеют большую прочность и жесткость. Окружная скорость допускается до 85 м/с. Трехдисковые колеса г применяются в вентиляторах с двухсторонним всасыванием. Однодисковые колеса д применяются для пылевых вентиляторов.

Способ соединения лопаток с дисками оказывает существенное влияние на конструктивную жесткость колеса. Применяются следующие соединения: цельноштампованное, на шипах, клепаное , сварное и склеенное. В цельноштампованной конструкции рабочего колеса лопатки и передний диск штампуются из одного листа. Наиболее часто применяются клепаные колеса, которые хотя и трудоемки при изготовлении, но отличаются большой прочностью. Сварное соединение лопаток с дисками применяется для колес большого диаметра, особенно для вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, так как небольшое количество лопаток у этих колес облегчает технологию сварки.

Рабочее колесо должно быть отбалансировано.

Лопатки. В рабочих колесах вентиляторов применяются лопатки различных конструкций. Преимуществом листовых лопаток а является простота их конструкций, недостатком - небольшая жесткость. Профилированные лопатки оболочной и оболочно-каркасной конструкции в обладают высокой жесткостью и работают при окружных скоростях до 130 м/с (рис.7.5).

В ходной коллектор. Входные устройства вентиляторов бывают осевые или коленообразные. Осевой входной коллектор представляет собой цилиндрический или конический патрубок, соединяющий входное отверстие колеса со всасывающим трубопроводом или атмосферой. Форма осевых входных патрубков может быть разнообразной (рис. 7.7).

Коленообразное входное устройство представляет собой всасывающую камеру с входным прямоугольным отверстием, имеющим направление, близкое к радиальному, и с выходным отверстием, концентричным входному отверстию колеса (рис. 7.8). Поток в такой камере совершает поворот на угол, близкий к 90°. Сечение коленообразной коробки обычно больше сечения входа в колесо в 2-2,5 раза.

Корпус выполняется обычно в виде спирального кожуха с параллельными боковыми стенками. Спиральный корпус имеет прямоугольное, реже круговое сечение постоянной по радиусу ширины. На выходе из корпуса может быть установлен конический диффузор с углом раскрытия до 25° в сторону колеса. Спиральные камеры выполняются сварными или клепаными.

Для работы на запыленных газах корпус изготавливается из листовой стали большей толщины. Наиболее изнашиваемые листы корпуса изнутри защищаются накладками из стали или белого чугуна. Накладки из броневых листов крепятся при помощи сварки, заклепок или болтов. Для химически активных сред корпус выполняется из легированной стали. В местах прохода вала сквозь стену корпуса устанавливаются сальники.