4. Контрольное задание 1
Построить аэродинамические индивидуальные характеристики радиального вентилятора ЦЧ-76 по безразмерной аэродинамической характеристике этого вентилятора (см.рисунок 2).
Диаметр D рабочего колеса и частоту вращения n и n принять по таблице 5 в соответствии с вариантом. Использовать формулы для вычисления безразмерных коэффициентов (см. таблицу 1) и формулы пересчета (2.7 и 2.8) .
Таблица5
№ Варианта
|
Частота Вращения,
|
Диаметр Рабочего Колеса, М |
№ Варианта
|
Частота Вращения,
|
Диаметр Рабочего Колеса, М |
||
n1 |
n2 |
|
n1 |
n2 |
|
||
1 2 3 4 |
600 700 800 900 |
1200 1300 1400 1500 |
0,5
|
13 14 15 16 |
800 900 1000 1100 |
1100 1200 1300 1400 |
0,63
|
5 6 7 8 |
1000 1100 1200 1300 |
1600 1700 1800 1900 |
0,4
|
17 18 19 20 |
1200 1300 1400 1500 |
1500 1600 1700 1800 |
0,5
|
9 10 11 12 |
1400 1500 1600 1700 |
2000 2100 2200 2300 |
0,32
|
21 22 23 24 |
1600 1700 1800 1900 |
1900 2000 2100 2200 |
0,4 |
5. Работа вентиляторов на сеть.
3.1 Полное давление вентилятора, работающего в сети.
Рассмотрим случай, когда вентилятор засасывает воздух из резервуара большого объема так, что статическое давление в нем р можно считать все время постоянным. Вентилятор перемещает воздух по всасывающему участку и через нагнетательный участок выбрасывает его в другой резервуар, давление в котором Р также не изменяются, причем р р (рисунок 5).
Рисунок 5.
Полное давление р, развиваемое вентилятором при работе в данной сети, можно определить по следующему выражению:
р= р - р = (р - р ) + (Δр + Δр ) + р , (3.1)
где: Δр и Δр - потери давления на всасывающем и нагнетательном участках сети;
р = - динамическое давление воздуха на выходе из нагнетательного участка сети;
В обычных вентиляционных системах, где давления в объемах всасывания и нагнетания одинаковы и соответствуют барометрическому, уравнение (3.1) упрощается:
Р = (Δр + Δр ) + Р , (3.2)
Фактические подача, давление, потребляемая мощность и КПД вентилятора, работающего в сети, соответствуют точке пересечения кривой полного давления вентилятора с характеристикой этой сети; эту точку принято называть рабочей точкой; точки А, В, С, Д (рисунок 6)
Рисунок 6.
Потеря давления в воздуховодах простой вентиляционной сети определяется уравнением:
= , (3.3)
где: - коэффициент трения в воздуховоде;
l, d – длина и диаметр воздуховода;
- плотность воздуха;
- суммарный коэффициент потерь в местных сопротивлениях;
- скорость движения воздуха;
Уравнение (3.3) обычно выражается через расход воздуха L и коэффициент k, характеризующий гидравлическое сопротивление сети:
= kL (3.4)
Уравнение (3.4) называется характеристикой сети. График сети строится по точкам в том же масштабе, что и характеристика вентилятора. При наложении этих графиков, по рабочей точке определяются параметры вентилятора.
6. Расчет простейшей вентиляционной сети. Пример расчета.
Пример: Дана вентиляционная сеть (вариант «2», рисунок 9) с расходом
L = 9300 м /ч = = 2,58 м /с (с открытой дроссельной заслонкой).
Определить диаметры воздуховодов, № вентилятора Ц4-76, частоту вращения рабочего колеса при оптимальном режиме работы вентилятора.
Построить эпюры давлений по длине воздуховодов при полностью открытой и частично закрытой заслонке, считая давление на входе в сеть и на выходе из сети равным барометрическому давлению.
Решение:
1) Для расчета диаметров воздуховодов зададимся скоростью воздуха для всасывающего участка = 12-15 м/с; для нагнетательного = 15-20 м/с. Пусть = 14 м/с;
=18 м/с, тогда d = м; d м.
Принимаем d =500мм, d 450мм. значения диаметров из нормального ряда диаметров труб для воздуховодов:
d =100;110;125;140;160;180;200;225;250;280;315;355;400;450;500;560;630;710;
800; 1000... [мм]
2) Вычисляем фактическую скорость в воздуховодах:
м/с
м/с.
3) Определяем уравнение характеристики сети, вида:
= kL , где -полное сопротивление сети
Определяем потерю давления на участках:
= Па – потеря давления на всасывающем участке при открытой заслонке(сопротивление трения);
= Па – динамическое давление во всасывающем участке;
= Па - динамическое давление в нагнетательном участке;
= Па – сопротивление трения в нагнетательной трубе;
Сопротивление диффузора на выходе вентилятора:
Па,
где м/с – скорость на выходе вентилятора.
Полное сопротивление сети:
Δр = Δр + Δр + Δр + р = 167 + 446 + 60 + 157 = 830 Па.
Определить коэффициент К:
k = =124.7
Запишем уравнение характеристики сети: Δр = 124,7 L
4) Построение графика характеристики сети по точкам, которые получаем расчетом(результаты в таблицу 6).
Таблица 6
L, м /с |
0 |
0,5 |
1,0 |
1,5 |
2,0 |
2,58 |
3,0 |
Δр = 124,7 L ,Па |
0 |
31 |
125 |
280 |
499 |
830 |
1122 |
На рис. 7 показан график сети, построенный по данным таблицы 6.
т.А - рабочая точка вентилятора при открытой заслонке;
т.Б – при частично закрытой заслонке.
Рисунок 7. L м3/с
5) Для заданного режима (Δр = 830 Па; L= 2,58 м /с) рассчитываем диаметр вентилятора Ц4-76 на оптимальном режиме = 0.82, (при мах КПД)
D м
Нормальный ряд диаметров рабочего колеса вентилятора [м]: 0,2;0,25;0,32;0,4;0,5;0,63;0,8;1,0;1,25;1,6;……
Ближайший диаметр из нормального ряда №6,3 D=0,63 м.
6)Определяем частоту вращения n:
n = ;
угловая скорость
окружная скорость u= м/с.
7) Используя формулы (2.1), (2.2) и таблицу 2 рассчитываем характеристику вентилятора (таблица 7) и строим ее на рисунке 7.
Таблица 7
|
0,14 |
0,175 |
0,22 |
0,27 |
0,29 |
|
0,93 |
0,91 |
0,82 |
0,67 |
0,60 |
L=12.75 , м /с |
1,78 |
2,23 |
2,8 |
3,4 |
3,7 |
р =1007 , Па |
936 |
916 |
825 |
675 |
604 |
Пересечение характеристик сети и вентилятора D = 0,63 м при n = 1300 дает рабочую точку А с параметрами L = 2,63 м /с, р = 860 Па (см. рисунке 7). Эти данные (с запасом) отличаются от заданных на величину менее 2 %, поэтому можно не пересчитывать частоту вращения вентилятора. При необходимости пересчет ведется по формулам (2.7), (2.8).
8) Построение эпюр давлений по длине воздуховодов.
Для построения эпюр необходимо знать давления в характерных сечениях. В нашем случае, когда дроссель полностью открыт имеем:
Δр = 167 Па – потеря давления на всасывающем участке;
Δр =446 Па - потеря давления на нагнетательном участке;
Δр = 60 Па - потеря давления в диффузоре;
р = 104 Па и р = 157 Па – динамические давления;
р = = 240 Па – динамическое давление на выходе вентилятора.
На рисунке 8 показаны эпюры давлений для двух случаев:
Рисунок 8.
а) заслонка открыта L = L
б)заслонка частично закрыта L = 0,5L , расход в сети равен 50% максимального.
Для построения эпюр проводят линию 0 – 0, обозначающую атмосферное давление. Вверх откладывают избыточные давления (+), вниз – давления разрежения (-). Масштаб давлений выбирают в соответствии с максимальным, например, m .
Используются заданные граничные условия: давление на входе в сеть и на выходе из сети принято равным атмосферному. Это означает: на входе полное давление равно нулю, а на выходе статическое давление равно нулю. Поэтому во всасывающей трубе возникает разрежение, а в нагнетательной трубе избыточное давление. На выходе из сети динамическое давление р теряется. В сечении вентилятора происходит скачок давления, равный полному давлению вентилятора р = 830 Па.
При частично закрытой заслонке рабочую точку В получаем на характеристике вентилятора при расходе L = 0,5L = 0,5*2,63 = 1,31 м /с (см. рисунке 7)
Давление р = 930 Па получаем из графика (см. рисунке 7).
При дросселировании вентилятора расчет эпюры можно упростить; так как L = 0,5L , то скорости в сети уменьшаются в 2 раза, а давления в 4 раза. Поэтому все давления в сечениях уменьшаем в 4 раза. Потерю давления в дроссельной заслонке определяем таким образом. Вначале строим эпюру на всасывающем участке, затем на нагнетательном, начиная с конца сети (на выходе воздуха). Давление вентилятора р = 930 Па определяет перепад давления на заслонке Δр :
= р - 0,25(Δр + Δр + Δр + р ) = 930 - 0,25(167 + 446 + 60 + 157) = =930 - 207,5 = 722,5 Па.