Цель работы: экспериментальным путем определить характеристики центробежного вентилятора: зависимости полного и статического давления, потребляемой мощности, а также КПД от производительности при постоянных значениях скорости вращения рабочего колеса машины и температуры перемещаемого воздуха.

Основные теоретические положения

Рассматривая область применения, вентиляторы подразделяют на вентиляторы общего назначения, тягодутьевые установки станционной теплоэнергетики (вентиляторы дутьевые ВД, дымососы Д, вентиляторы горячего дутья ВГД и мельничные ВМ) и вентиляторы специальные (шахтные ВШ, пневмотранспорта и др.).
Конструкционные особенности центробежного вентилятора определяются его аэродинамической схемой, под которой понимается схематический чертеж его проточной части с указанием основных размеров в долях наружного диаметра колеса. Вентиляторы разных размеров и конструкций, выполненные по одной аэродинамической схеме, относятся к одному типу.
Назначение вентиляторов состоит в подаче газа и в повышении его потенциальной энергии (статического напора).
Передача энергии от вала к потоку газа осуществляется в центробежных вентиляторах при помощи колеса с профилированными лопатками. Оно является главной частью центробежной машины (Рис. 1). Внутренняя полость рабочего колеса образуется двумя фасонными дисками и заключенными между ними профилированными лопатками. Основной диск имеет ступицу и жестко насажен на вал.
Поступающий в полость рабочего колеса газ вращается вокруг оси колеса с некоторой угловой скоростью. Под влиянием центробежных сил газ стремится к периферии и выбрасывается в канал, окружающий колесо. Работа центробежных сил в межлопаточных каналах приводит к изменению энергии потока, которая возрастает в направлении движения от центра к периферии колеса.
Объемная подача самых крупных центробежных вентиляторов, используемых для проветривания шахт, достигает в настоящее время 500 м3/с, в станционной теплоэнергетике – 250 м3/с. Рабочее колесо центробежного вентилятора с указанием абсолютной скорости С, окружной (переносной) скорости U и относительной скорости показано на рис.1.
Теоретический напор вентилятора при «бесконечном» количестве лопастей определяется по уравнению Эйлера, которое с учетом радиального входа потока можно записать в виде:

Отсюда теоретическое давление вентилятора

где – средняя плотность перемещаемого воздуха, кг/м3.

Рисунок 1 — рабочее колесо центробежного вентилятора.
Параллелограммы скоростей потока.

В реальном вентиляторе часть давления теряется в проточной части. Если оценивать эти потери давления гидравлическим КПД , то действительное давление вентилятора:

Произведение называется коэффициентом полного давления. С учетом последнего

Большое влияние на коэффициент полного давления оказывает угол . В зависимости от типа лопастей угол изменяется в пределах от 10 до 150, в связи с чем изменяется почти в три раза, от 0,35 до 1,2.
Лопасти, отогнутые вперед, передают потоку наибольшее количество энергии по сравнению с лопастями других форм. Но в общем количестве энергии здесь преобладает скоростная энергия. В полной энергии, передаваемой лопастями, отогнутыми назад, преобладает потенциальная энергия (статический напор). В зависимости от давления, создаваемого вентиляторами, их разделяют на три основные группы: низкого (до 1кПа), среднего (1 кПа - 3 кПа) и высокого (3 кПа – 12 кПа) давления.

Полное давление вентилятора обычно определяют при испытаниях головного образца машины:

где и - статическое давление потока соответственно на входе и выходе вентилятора;
и - соответствующие скорости потока. Удельная полезная (индикаторная) работа, сообщенная потоку вентилятором,

Отсюда полезная мощность вентилятора

где – объемная подача вентилятора, м3/с.
Мощность на валу (эффективная мощность) Ne обычно определяется при испытании вентилятора. Вентиляторы характеризуются двумя КПД:

Статический КПД дополняет оценку эффективности вентилятора, так как в полной энергии, сообщаемой потоку газа, соответственную долю составляет кинетическая энергия. Ориентировочно меньше на 20-30%.
Мощность привода вентилятора Nдв выбирается с запасом на возможные отклонения от расчетного режима:

где - КПД передачи; при непосредственном соединении вентилятора и привода =1,0, при клиноременной передаче =0,92.
Характеристики вентилятора получают непосредственным их испытанием при постоянной частоте вращения.
Режим машины, отвечающий максимальному значению к.п.д., называют оптимальным. В этом случае затрата мощности для создания напора и расхода осуществляется в машине наиболее экономично. Значения напора (давления), расхода и мощности, которые приводятся в справочниках, относятся (если нет оговорок) к оптимальному режиму работы машины.