Сведения из теории и расчетные зависимости

Дзержинский политехнический институт (филиал)

Кафедра «Машины и аппараты химических и пищевых производств»

Испытание
центробежного вентилятора

Методические указания
к лабораторной работе по дисциплине
«Гидравлика и гидравлические машины»

для студентов специальностей 240801 и 260601
всех форм обучения

Нижний Новгород 2007

Составители: В.И. Сажин, В.А. Алексеев, А.А. Иванов, В.М. Косырев, . В.С. Коновалов, Д.Е. Суханов

УДК 621.51/52

Испытание центробежного вентилятора: метод. указания к лаб. работе по дисциплине «Гидравлика и гидравлические машины» для студентов спец. 240801 и 260601 всех форм обучения / НГТУ; Сост.: В.И. Сажин,
В.А. Алексеев, А.А. Иванов, В.М. Косырев, В.С. Коновалов, Д.Е. Суханов.-
Н. Новгород, 2007. – 22 с.

Приведены сведения о конструкциях центробежных вентиляторов; даны зависимости для расчета параметров работы вентиляторов; приведено описание лабораторной установки; изложена методика проведения работы и обработки опытных данных.

Редактор В.И. Бондарь

Подп. в печать . .07. Формат 60´84¹/₁₆. Бумага газетная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 1,4. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 200 экз. Заказ .

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ. 603600, Нижний Новгород, ул. Минина, 24.

Ó Нижегородский государственный
технический университет, 2007

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является ознакомление с конструкциями вентиляторов, изучение устройства центробежного вентилятора Ц9-57 №3 и построение его рабочей характеристики.

2. Устройство, Принцип работы и область
применения центробежных вентиляторов

Вентиляторами называют гидравлические машины, предназначенные для перемещения больших количеств газа при невысокой степени их сжатия. Наибольшее распространение в технике получили лопастные вентиляторы, в которых энергия вращающегося лопастного колеса преобразуется в потенциальную и кинетическую энергию перемещаемого газа. Вентиляторы широко применяют в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, в установках пылеулавливания и пневмотранспорта, в теплообменных аппаратах воздушного охлаждения, в дутьевых печах, в бытовой технике.

Вентиляторы классифицируют по следующим признакам:

· по направлению движения газа в проточной части машины – центробежные (радиальные), осевые, диаметральные;

· по количеству ступеней – одно-, двух- и многоступенчатые;

· по количеству подводов газа – одностороннего и двухстороннего всасывания;

· по создаваемому давлению – низкого (до 1 кПа), среднего (от 1 до 3 кПа) и высокого (от 3 до 12 кПа) давления;

· по характеру перемещаемой среды – общего назначения, для запыленных, взрывоопасных или агрессивных газов, дымососы и др.;

· по исполнению узла передачи крутящего момента от двигателя на рабочее колесо – через промежуточный вал, через клиноременную передачу, непосредственно на рабочее колесо, закрепленное на валу двигателя, и др.

В центробежных вентиляторах (рис. 1, а) поток газа движется от оси колеса радиально под действием центробежных сил, возникающих при вращении лопастного рабочего колеса, в спиралеобразном корпусе (кожухе). В осевых вентиляторах (рис. 1, б) газ движется вдоль оси рабочего колеса пропеллерного типа. Диаметральные вентиляторы (рис. 1, в) имеют рабочее колесо типа «беличьего». В них газ, входя через боковое отверстие кожуха, проходит по диаметру рабочего колеса и покидает кожух через второе боковое отверстие кожуха. Области применения вентиляторов различного типа показаны на рис. 2.

Как для центробежных, так и для осевых вентиляторов номер вентилятора обозначает диаметр рабочего колеса по внешним кромкам лопаток, выраженный в дециметрах. Например, вентилятор с рабочим колесом диаметром 630 мм обозначается номером № 6,3.

а)

б) в)

Рис. 1. Конструктивные схемы вентиляторов:

а – центробежного; б – осевого; в – диаметрального;

1 – кожух; 2 – всасывающий патрубок; 3 – нагнетательный патрубок; 4 – рабочее колесо;
5 – вал; 6 – передний диск; 7 – задний диск; 8 – лопатки; 9 – диффузор

Рис. 2. Области применения вентиляторов:

1 – осевых одноступенчатых; 2 – специальных осевых (для градирен); 3 – центробежных
общего назначения одностороннего всасывания (низкого, среднего и высокого давления);
4 – центробежных одностороннего всасывания (n = 3000 об/мин); 5 – центробежных
двухстороннего всасывания; 6 – дутьевых; 7 – дымососов

Подача и напор, развиваемые центробежными вентиляторами, во многом зависят от геометрических параметров рабочего колеса (в первую очередь от формы лопаток и отношения ширины лопаток к их длине).

Лопатки рабочих колес выполняют загнутыми как назад, так и вперед по направлению вращения колеса (рис. 3). При загибе лопаток вперед заданный напор получают при меньшей окружной скорости колеса, соответственно – при меньшем его диаметре, чем при загибе вперед, однако гидравлическое сопротивление в последнем случае имеет меньшие значения.

а) б)

Рис. 3. Формы лопаток рабочего колеса:

а – лопатки отогнуты назад; б – лопатки отогнуты вперед

Отношение ширины лопатки к ее длине является наименьшим у вентиляторов высокого давления. Рабочие колеса вентиляторов низкого и среднего давления, обладающих большими производительностями, имеют относительно большую ширину (рис. 4). Чтобы обеспечить прочность и жесткость широких колес, их окружную скорость ограничивают значениями 30…50 м/с. Поэтому рабочие колеса таких вентиляторов изготавливают с лопатками, загнутыми вперед, не считаясь с понижением гидравлического КПД вентилятора. У вентиляторов высокого давления, обладающих меньшей производительностью, ширина колес относительно невелика (рис. 5), поэтому их лопатки обычно загнуты назад.

Вентиляторы разделяются на типы по критерию быстроходности рабочего колеса n_у, характеризующему подобие вентиляторов при их работе в оптимальном режиме (т. е. при максимальном КПД):

, (1)

где – коэффициент производительности; – коэффициент полного давления (здесь Q – расход газа; F – площадь диаметрального сечения рабочего колеса; p – полное давление, создаваемое вентилятором; u – окружная скорость колеса на концах лопаток; r – плотность газа).

а)

б)

Рис. 4. Центробежный вентилятор низкого давления:

а – внешний вид; б – конструкция;

1 – кожух; 2 – всасывающий патрубок; 3 – рабочее колесо;
4 – электродвигатель; 5 – станина

а)

б)

Рис. 5. Центробежный вентилятор высокого давления:

а – внешний вид; б – конструкция

1 – кожух; 2 – всасывающий патрубок; 3 – рабочее колесо;
4 – электродвигатель; 5 – станина

Таблица 1. Ориентировочные значения критерия быстроходности для вентиляторов различных типов

Характеристики центробежных вентиляторов, как и других центробежных машин для перемещения и сжатия газов, подобны характеристикам центробежных насосов. При работе вентилятора на сеть рабочий режим устанавливается по точке пересечения характеристики вентилятора H(Q) с характеристикой сети.

Регулирование производительности и напора при работе вентилятора в сети осуществляют двумя способами:

1) изменением характеристик вентилятора;

2) изменением характеристики сети.

Первый способ более экономичен, и его широко применяют для крупных вентиляторных установок большой мощности. Данный способ реализуют изменением частоты вращения рабочего колеса вентилятора, изменением геометрических параметров рабочего колеса или используя различного рода направляющие аппараты (рис. 6).

Осевой направляющий аппарат (рис. 6, а) состоит из поворотных секторных лопаток, связанных общей втулкой и установленных во всасывающем патрубке перед рабочим колесом. При одновременном повороте лопаток направляющего аппарата в закрытое положение они перекрывают проходное сечение, частично накладываясь друг на друга по принципу жалюзи.

Упрощенный направляющий аппарат состоит из нескольких жалюзийных лопаток, установленных во входных коробках (рис. 6, б) и предназначенных для закручивания потока на входе в рабочее колесо. Лопатки должны закручивать поток в сторону вращения колеса и устанавливаться как можно ближе к нему, чтобы избежать эффекта раскручивания потока.

Второй способ регулирования реализуют изменением сопротивления сети путем дросселирования (с помощью поворотных заслонок, жалюзийных решеток или задвижек). Этот способ прост, но неэкономичен и позволяет осуществлять регулирование только в сторону уменьшения производительности.

б)

Рис. 6. Крупные вентиляторы с направляющими аппаратами:

а – вентилятор высокого давления с осевым направляющим аппаратом;
б – вентилятор двухстороннего всасывания с упрощенным направляющим аппаратом;

1 – кожух; 2 – всасывающий патрубок; 3 – направляющий аппарат;
4 – рабочее колесо; 5 – нагнетательный патрубок; 6 – вал; 7 – муфта;
8 – электродвигатель; 9 – станина; 10 – входные коробки

Сведения из теории и расчетные зависимости

По принципу действия, а также по характеру протекающих процессов центробежные вентиляторы аналогичны центробежным насосам. Небольшие давления, развиваемые вентиляторами, не влияют на изменение свойств газов, в связи с чем их основные гидродинамические характеристики – плотность и вязкость – можно принимать постоянными.

Основными параметрами, определяющими работу центробежного вентилятора, являются: производительности объемная Q и массовая G, полезная мощность N, коэффициент полезного действия η_в и полное давление p, создаваемое вентилятором.

Полное давление p, создаваемое вентилятором, представляет собой разность между абсолютным давлением и атмосферным давлением p_а = 101,3 кПа. Вследствие этого, если вентилятор создает избыточное давление, то p будет иметь положительное значение, если вакуум – отрицательное. Полное давление, создаваемое вентилятором, определятся как

, (2)

где – статическое давление, – динамическое давление.

В свою очередь, статическое давление складывается из вакуума , создаваемого вентилятором на всасывании, и давления , создаваемого на нагнетании:

. (3)

Динамическое давление определяется по скорости газа или воздуха с в выходном патрубке вентилятора:

. (4)

Следовательно, полное давление вентилятора определяется зависимостью

. (5)

Если всасывающий патрубок вентилятора открыт непосредственно в атмосферу ( ), то такой вентилятор называется нагнетательным и

. (6)

Если нагнетательный патрубок вентилятора открыт в атмосферу, то и тогда

.

Такой вентилятор называется всасывающим.

В случае, когда вентилятор установлен так, что он только перемещает воздух, не создавая разрежения на всасывании и напора на нагнетании, то и . Такой вентилятор называется безнапорным. Он не создает статического напора, а его энергия затрачивается только на создание скорости перемещения воздуха:

. (7)

Подача или производительность Q центробежного вентилятора – это объемное количество воздуха или газа, подаваемое вентилятором в единицу времени. На практике подача вентилятора обычно определяется по действительным условиям всасывания или нагнетания. Она может быть также приведена к стандартным техническим условиям: температуре 20 °С, абсолютному давлению 101,3 кПа и относительной влажности φ = 50 %.

Как и в случае центробежного насоса, полный коэффициент полезного действия центробежного вентилятора равен произведению объемного, гидравлического и механического КПД:

. (8)

Для характеристики полноты использования энергии газа после вентилятора вводят понятие статического КПД, под которым подразумевают отношение мощности, затрачиваемой на создание статического напора N_ст, к общей затрачиваемой мощности (мощности на валу вентилятора) N_в:

. (9)

Введение η_ст обусловлено тем, что источником энергии для перемещения газа в газопроводах при работе вентиляторов является статический напор, и отношение статического давления к динамическому характеризует полноту использования затрачиваемой в вентиляторе энергии. Для увеличения статического давления в некоторых вентиляторах устанавливают диффузоры, в которых происходит повышение за счет снижения .

Полезная мощность, создаваемая вентилятором,

. (10)

Аналогично мощность, необходимая на создание статического напора,

. (11)

Полная мощность, затрачиваемая вентилятором,

. (12)

Тогда статический КПД

. (13)

Мощность двигателя для привода вентилятора

, (14)

где η_пер – КПД передачи от вала двигателя к валу рабочего колеса вентилятора; m – коэффициент запаса мощности на изменение режима работы вентилятора (m = 1,05 ÷ 1,15).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: