Контрольные вопросы
1. Понятие о местном сопротивлении. Коэффициент местного гидравлического сопротивления. Формула Вейсбаха.
2. Определение потерь напора в местных сопротивлениях.
3. Схема экспериментальной установки и порядок выполнения эксперимента на ней.
4. Принцип наложения потерь. Взаимное влияние местных сопротивлений.
5. Зависимость коэффициента местного сопротивления от числа Рейнольдса.
Лабораторная работа №5 Испытание центробежного вентилятора
Цель работы – приобретение навыков экспериментального определения параметров работы вентилятора и построение его аэродинамической характеристики.
Теоретическая часть. Для перемещения потоков воздуха и промышленных газов при небольшой степени сжатия (p/p0=1,1) в пищевой промышленности используются вентиляторные установки. Их применяют в системах вентиляции и кондиционирования воздуха промышленных помещений, они являются неотъемлемой частью многих технологических процессов (солодоращение, выращивание микроорганизмов, охлаждение готовой продукции, сушка и т.п.), обеспечивают оптимальное протекание процессов горения.
Вентилятор является центробежной машиной, предназначенной для перемещения воздуха и газов, а также их смесей с мелкими твёрдыми частицами.
В зависимости от давления, создаваемого при номинальном режиме, вентиляторы подразделяют на вентиляторы низкого давления (p<1 кПа), среднего давления (1 кПа<p<3 кПа) и высокого давления (p>3 кПа).
Для создания давления до 10 кПа и выше используют вентиляторы с узкими рабочими колёсами. Такие вентиляторы назы-
ваются воздуходувками.
По устройству и принципу действия центробежный вентилятор (рисунок 24) аналогичен центробежному насосу.
Рисунок 24 – Центробежный вентилятор
Рабочее колесо 1 вентилятора состоит из ступицы 5 и жёстко связанного с ней основного диска 7. Рабочие лопатки 2 крепятся к основному 7 и переднему 6 дискам. Центробежное колесо заключено в спиралеобразный корпус 3, который укреплён на станине 4. Рабочее колесо 1 насажено на вал 8, приводимый во вращение от электродвигателя.
В вентиляторах используются рабочие колёса с лопатками, загнутыми вперёд и загнутыми назад.
Применение центробежных вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, даёт экономию электроэнергии примерно на 20%. Другое весьма важное достоинство вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, заключается в том, что они относительно легко переносят перегрузки по расходу воздуха.
Центробежные вентиляторы с лопатками, загнутыми вперёд, обеспечивают одни и те же расходные и напорные характеристики, что и вентиляторы с лопатками, загнутыми назад, при меньшем диаметре колеса и более низкой частоте вращения. Таким образом, они могут достичь требуемого результата, занимая меньше места и создавая меньший шум.
Работа вентилятора характеризуется аэродинамическими параметрами: напором (давлением), подачей, полезной и потребляемой мощностью, коэффициентом полезного действия (КПД), частотой вращения рабочего колеса, уровнем звукового давления.
Напор H, м (давление p, Па) определяется величиной удельной энергии, сообщаемой вентилятором единице веса перемещаемого воздуха (разностью удельных механических энергии на выходе из вентилятора и на входе в него).
Объёмное количество воздуха, всасываемого вентилятором в единицу времени, называется подачей Q и выражается в м3/с.
Потребляемой мощностью или мощностью на валу вентилятора Ne называется мощность, потребляемая вентилятором от электродвигателя.
Полезная мощность Nn определяется мощностью, передаваемой вентилятором воздуху
(5.1)
где
- плотность перекачиваемого воздуха,
кг/м3;
Q
- подача вентилятора м3/с;
– ускорение силы тяжести м/с2;
- напор, создаваемый вентилятором в м.
столба перекачиваемого воздуха;
-
давление, создаваемое вентилятором,
Па.
Степень совершенства конструкции вентилятора и условия его эксплуатации характеризуются КПД, определяемым по формуле
(5.2)
Центробежные вентиляторы имеют частоту вращения рабочего колеса n от 300 до 3000 об/мин.
Совокупность зависимостей полного давления p, создаваемого вентилятором, потребляемой им мощности Nl, КПД вентилятора от подачи при определённой частоте вращения n и постоянной плотности воздуха называют индивидуальной аэродинамической характеристикой вентилятора. На рисунке 25 для примера приведена аэродинамическая характеристика серийного вентилятора Ц 14-46 №6, 3 при частоте вращения n=600 об/мин и плотности воздуха ρв=1,22 кг/м3, соответствующей нормальным атмосферным условиям.
Аэродинамические характеристики вентилятора определяются в результате его аэродинамических испытаний.
Режим работы вентилятора, соответствующий максимальному значению КПД ηmax, называют номинальным. Рабочим участком (зоной) характеристики вентилятора называют ту её часть, для которой величина полного КПД η≥0,9 ηmax.
Рисунок 25 – Аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора
В каталогах обычно приводят не всю характеристику данного типоразмера вентилятора, а лишь его рабочий участок, соответствующий эффективной работе вентилятора.
Вентилятор работает обычно в системе воздухопроводов различной протяжённости, называемой сетью. При перекачке атмосферного воздуха характеристика сети имеет вид
(5.3)
и называется параболической.
Давление, развиваемое вентилятором, расходуется исключительно на преодоление сопротивлений сети, кривая характеристики сети (5.3) будет проходить через начало координат (рисунок 26, а).
При наложении характеристики сети 1 на построенную в том же масштабе характеристику вентилятора 2 в пересечении этих кривых (рисунок 26, б) получается рабочая точка А.
Рисунок 26 – Характеристика воздухопровода (а) и рабочая точка вентилятора (б)
Рабочая точка вентилятора определяет подачу воздуха QА вентилятором в воздухопровод и развиваемое при этом давление pА, т. е. определяет режим работы вентилятора.
Параметры сети – расход QА, соответствующее ему давление pА и плотность ρ перемещаемого газа – являются исходными данными для выбора вентилятора, который должен работать в этой сети. Давление pА определяется гидравлическим расчётом сети.