Главная

1. Общие сведения о вентиляционных установках и требования к ним

2. Пылевыделение и взрывоопасность на предприятиях по переработке зерна

3. Основные параметры воздуха как рабочего тела аспирационных систем

4. I-d диаграмма для влажного воздуха

5. Законы сохранения массы и энергии потоков

6. Давление воздуха в воздухопроводах аспирационных систем
   •  6.1. Измерение давлений в воздухопроводах и схемы подключений микроманометра
   •  6.2, График распределения давлений в вентиляционных воздухопроводах и выводы из него

7. Скорость и расход воздуха в воздухопроводах аспирационных систем
   •  7.1. Скорость воздуха в воздухопроводах и ее определение
   •  7.2. Определение расхода воздуха на аспирацию оборудования

8. Потери давления в воздухопроводах
   •  8.1. Сопротивление трения, коэффициент трения
   •  8.2. Потери давления в местных сопротивлениях, коэффициент местных сопротивлений

9. Гидравлический расчет воздухопроводов
   •  9.1. Методы
   •  9.2. Расчет ответвлений аспирационных сетей
   •  9.3. Характеристика аспирационной сети

10. Вентиляторы аспирационных сетей
   •  10.1. Конструктивные типы
   •  10.2 Условия подобия вентиляторов
   •  10.3. Выбор вентиляторов по диаграммам

11. Очистка воздуха от пыли
   •  11.1. Измерение запыленности воздуха
   •  11.2. Основные показатели работы пылеотделительных устройств
   •  11.3. Классификация и основные типы пылеотделительных устройств

12. Методика и пример расчета аспирационной сети

13. Пневмотранспортные установки (ПТУ)
   •  13.1. Общие сведения о пневматическом транспорте
   •  13.2. Загрузочные устройства (питатели) ПТУ
   •  13.3. Трубопроводы ПТУ
   •  13.4. Разгрузители ПТУ

14. Расчет пневмотранспортных установок
   •  14.1. Скорость воздуха о трубопроводах пневмотранспорта
   •  14.2. Коэффициент концентрации смеси
   •  14.3.Определение расхода воздуха и диаметра трубопровода
   •  14.4. Расчет общих потерь давления (напора) в пневмосети

Список литературы

Лекция 10. Вентиляторы аспирационных сетей

Основными аэродинамическими характеристиками вентиляторов яв­ляются производительность и напор воздуха. Первая определяет количе­ство проходящего агента и зависит от геометрических размеров вентилято­ра, а вторая — давление, создаваемое аппаратом путем закручивания и сжатия потока воздуха, что зависит от конструкции вентилятора.

10.1. Конструктивные типы вентиляторов.

В вентиляционной технике применяются центробежные и осевые венти­ляторы. Схема устройства центробежного вентилятора показана на рис. 19.

Основным рабочим органом является рабочее колесо 1, состоящее из отдельных лопастей, установленных между двумя стальными дисками. Ко­лесо закреплено на валу и помещено в металлический спиральный корпус 2, изготовленный из листовой стали или отлитый из чугуна. При вращении рабочего колеса воздух засасывается через осевое отверстие 3, увлекается лопастями, создающими разрежение и закручивание потока, и вытесняется через выходное отверстие 4.

Рабочее колесо вентилятора соединяется с валом при помощи литой или кованой ступицы и закрепляется консольно, т. е. имеет одну опору (при небольших размерах вентилятора предпочтительнее размещать его непо­средственно на валу электродвигателя). Большие вентиляторы имеют меж­ду электродвигателем и рабочим колесом промежуточный вал, опираю­щийся на два подшипника. На этом валу может располагаться шкив для привода от электродвигателя.

Рис.19 Схема центробежного вентилятора

Схема устройства осевого вентилятора показана на рис. 20. Основным элементом этого механизма является рабочее колесо 1, помещенное в ме­таллический корпус 2. Рабочее колесо состоит из литой ступицы, в которой закреплены одним концом лопасти. Лопасти колеса, или лопатки, установ­лены под некоторым углом и являются отдельными частями винтовых по­верхностей постоянного или радиалыю-переменного шага. При вращении рабочего колеса па передних и задних винтовых поверхностях лопаток созда­ется разность давлений (по законам вихревой теории Н. Е. Жуковского), в результате чего воздух засасывается во входное, расширяющееся отверстие 3 корпуса и нагнетается в противоположное выходное отверстие 4.

Рис.20 Схема осевого вентилятора

Ступица рабочего колеса обычно снабжена обтекателем 5, обеспечи­вающим плавный и свободный доступ воздуха к лопаткам, а непосред­ственно за рабочим колесом расположен спрямляющий аппарат 6, пред­назначенный для выравнивания закрученного вихревого потока воздуха.

Профиль поперечного сечения лопаток удобообтекаемой формы (се­чение крыла самолета) может быть симметричным или несимметричным. Вентилятор с симметричным профилем сечения лопаток называется ре-версным, так как работает практически одинаково при разных направле­ниях вращения (по часовой стрелке и против). При несимметричном про­филе сечения лопастей аэродинамические характеристики осевых венти­ляторов существенно зависят от направления вращения. При таком про­филе лопатки осевого вентилятора должны вращаться тупой кромкой или выпуклостью вперед.

Государственные стандарты предусматривают серийный выпуск геомет­рически подобных вентиляторов, т. е. таких, у которых соответственные линейные размеры находятся в определенном соотношении (масштабе).

В соответствии с ГОСТ 10616 машиностроительные заводы изготав­ливают вентиляторы, в которых давление нагнетаемого воздуха достигает до 12000 н/м²(Па). При этом принято условное деление всех вентиляторов на вен­тиляторы низкого (Н < 1000 н/м²), среднего (1000 < Н < 3000 н/м²) и высокого (3000 н/м² < Н < 12000 н/м²) давления. Более высокие давления воздуха создаются в компрессорах.

Для вентиляторов низкого давления окружная скорость лопастей со­ставляет не более 30 м/с, а для вентиляторов среднего давления — не более 60 м/с.

Современными типами центробежных вентиляторов являются Ц4-75, Ц9-57, Ц14-46, ЦП7-40, Ц4-70 и др., а осевых - М, МЦ, Д, В, У, УК-2, ЦЗ-04 и др. Как центробежные, так и осевые вентиляторы характеризуются высокой экономичностью (КПД 0,7 и более).

Отдельные серии геометрически подобных вентиляторов различаются не только по размерам и конструктивным особенностям, но и по так на­зываемому критерию быстроходности. Если через Q обозначить производи­тельность в м³/с, через Н напор, или давление в н/м², и через п скорость вращения в рад/сек при постоянной плотности газа  в кг/м³, то все гео­метрически подобные вентиляторы одной серии при оптимальном режи­ме, т. е. при максимальном КПД, независимо от размеров имеют одинако­вое условное число оборотов:

,

что и называют критерием быстроходности. Критерием быстроходности принято пользоваться при выборе конструктивного типа вентиляторов: при  < 100 выбирают центробежные, а при > 100 — осевые. Это значит, что центробежные вентиляторы следует применять при высоких напорах, а осевые — при относительно больших количествах перемещаемого воздуха и небольших давлениях.

В принципе, осевые вентиляторы работают при более высоких КПД, т. к. благодаря их конструктивным особенностям отсутствуют потери напо­ра от резкого поворота воздушного потока.

Осевые вентиляторы имеют меньшие габариты, их легко изготовить реверсивными, а мощность их мало зависит от изменения производитель­ности.

Классификация вентиляторов обычно осуществляется по принадлеж­ности к определенному конструктивному типу (центробежные осевые или специальных конструктивных решений); по назначению (центробежные общего использования, центробежные пылевые, дымососы, дутьевые и др.); по создаваемому напору (низкого, среднего и высокого давления); по направлению вращения (правого вращения — по часовой стрелке, если смотреть со стороны привода, и левого — против часовой стрелки); по критерию быстроходности при оптимальном режиме (эта величина ком­плексно характеризует такие основные показатели, как напор, производи­тельность и окружную скорость); по номеру, выражающему размер рабо­чего колеса в дециметрах; по исполнению, соответствующему определенному конструктивному решению (проекту) (непосредственное соедине­ние с валом электродвигателя или через ременную передачу).

В соответствии с действующим стандартом введена типовая маркировка вентиляторов. Так, марка «Ц9-57 с.д., № 5, исполнение 1, правый» присво­ена центробежному вентилятору серии 9 быстроходностью 57, среднего давления, № 5 (диаметр рабочего колеса 0,5м), непосредственно соеди­ненному с электродвигателем и имеющему правое вращение. Дополнитель­но следует указать положение кожуха, обеспечивающее требуемое направ­ление выходного отверстия.

Как показали подробные испытания вентиляторов, для каждого конст­руктивного типа, серии и размера существуют оптимальные (выгод­нейшие по КПД) значения производительности и напора, а также пре­дельная окружная скорость рабочего колеса. Последняя характеристика обычно устанавливается по расчету или по условиям механической проч­ности лопастей рабочего колеса либо по величине создаваемого шума. По этим причинам максимальная окружная скорость для большинства венти­ляторов равна 60 м/с.

Характеристики, полученные при испытаниях каждой серии вентиля­торов, представляются в виде диаграмм или номограмм, которые исполь­зуют для выбора необходимого вентилятора по производительности и на­пору. Наличие таких диаграмм исключает необходимость подробного аэро­динамического расчета и расчета прочности и позволяет ограничиться толь­ко выбором типа и размера вентилятора из выпускаемой серии.

Напор Н, создаваемый вентилятором, затрачивается в сети на преодоле­ние сопротивлений в линии всасывания Н_вс (на трение и местные сопротив­ления), на преодоление аналогичных сопротивлений в линии нагнетания Н_нг и на создание необходимого динамического напора Н_д струи воздуха:

 или  ,

где  — скорость воздуха в воздухопроводе, м/с;

 — плотность воздуха, равная 1,2 кг/м³.

 Таким образом

.

Одним из основных требований действующих государственных стандар­тов является достижение наиболее высокого КПД, который в зависимос­ти от типа и серии должен быть не менее 0,6—0,7. Коэффициент полезного действия при испытаниях вентилятора определяется выражением:

,

     Анализ уравнения показывает, что зависимость КПД от производитель­ности вентилятора характеризуется кривой линией, выходящей из начала координат и имеющей четко выраженный максимум. При наибольшем зна­чении КПД достигается так называемый оптимальный, или выгодней­ший, режим работы вентилятора, а получаемая при этом производительность называ­ется оптимальной.

Выбор вентилятора следует производить по оптимальной производи­тельности.

10.2. Условия подобия вентиляторов

Пропорциональное изменение основных геометрических размеров вен­тилятора позволяет осуществлять расчетным путем переход от характери­стик одного исходного вентилятора к характеристикам других номеров вен­тиляторов той же серии. Это обстоятельство может исключить необходи­мость пользоваться многочисленными диаграммами, построенными для каждого вентилятора одной и той же серии. При этом следует соблюдать следующие условия.

1. При пропорциональном изменении геометрических размеров с сохране-нием режима, т. е. при n = const и р = const, получим:

;  ;

;

В этих формулах индексами «0» обозначаем исходные характеристики, а индексами «1» — вновь определяемые.

При этом предполагается, что выполняются также условия кинемати­ческого и динамического подобия, т. е. сохраняются условия обтекания лопастей потоком воздуха (с учетом их формы), И коэффициенты полез­ного действия остаются постоянными.

2. Для вентилятора одного и того же номера, т.е. при сохранении гео­метрических размеров и плотности потока воздуха, с изменением режима его работы только за счет угловой скорости получим:

;   ; 

3.     При одновременном изменении геометрических размеров вентилято­ра, угловой скорости и плотности воздуха получим:

;  ;

Приведенные формулы перехода характеристик при сохранении условий подобия подтверждают также неизменность критерия быстроходности.

Пользуясь этими соотношениями, покажем па примере переход к ха­рактеристикам геометрически подобного вентилятора, помня, что КПД должен быть выгоднейшим.

Пример. Для вентилятора серии Ц4-70 № 5 известны его характеристики
при максимальном КПД, равном 0,8, и р = const, n = 100 рад/сек; Н₀ = 380
н/м²:Q = 4150м³/ч.          

Рис. 21. Характеристики  центробежного вентилятора Ц4-70 № 5.

Требуется определить те же характеристики для вентилятора № 8 той же серии при той же угловой скорости. Производительность вентилятора № 8:

.

Давление в вентиляторе будет:

.

Характеристики вентилятора, полученные при лабораторных испыта­ниях головного образца каждой модели, наносят па график, имеющий логарифмическую сетку: по горизонтальной оси - для производительнос­ти вентилятора и по вертикальной оси - для давления.

На этом графике значения одинаковых коэффициентов полезного дей­ствия выражаются прямыми наклонными линиями, а постоянные числа оборотов, или, иначе, окружные скорости рабочего колеса вентилятора, - в виде кривых линий. Эти два семейства линий совместно с указанными масштабами на логарифмических сетках для производительности и напора позволяют сделать выбор оптимального вентилятора.

Пример. Требуется подобрать вентилятор, обеспечивающий производи­тельность 40000 м³ воздуха в час при давлении 1200 н/м².

Из общих соображений выбираем серию Ц4-70 с высоким КПД. Из диа­грамм характеристик вентилятора этой серии можно видеть, что все моде ли до № 8 включитель­но не могут удовлетво­рить условиям задания по производительности, и выбор можно сделать только для моделей №№ 10,12 и 16. По за­данной производитель­ности и напору опреде­ляем; для модели № 10 =0,75 при n=98 pad/сек; для модели № 12   = 0,79 при n= 73 рад/сек; для модели № 16  = 0,70 при n = 54 рад/сек.

Следовательно, из этой серии вентилято­ров наиболее выгодной будет модель № 12, обеспечивающая полу­чение наиболее выгод­ного КПД и удовлетво­ряющая условию зада­ния.

         Рис.23 Характеристики центробежного вентилятора Ц4-70 № 10

Номограммы вентиляторов серии Ц4-70 приведены па рис. 23, 24, 25.

Рис. 24. Характеристики центробежного вентилятора Ц4-70 № 12.

Рис. 25. Характеристики центробежного вентилятора Ц4-70 № 16.