Введение.
Основные условные обозначения.
Глава 1. Общие сведения.
1.1. Характеристики сети и вентилятора.
1.2. Критерии подобия. Быстроходность и габаритность.
1.3. Типы вентиляторов, их особенности и области работы.
Глава 2. Основные уравнения. Характеристики плоских решеток профилей.
2.1. Параметры решеток профилей и потока.
2.2. Уравнения Бернулли и Эйлера. Теорема Жуковского.
2.3. Теоретические характеристики плоских решеток.
2.4. Экспериментальные характеристики решеток.
Глава 3. Поток в идеальном вентиляторе и структура реального течения. Влияние конструктивного исполнения.
3.1. Теоретические основы.
3.1.1. Уравнения, описывающие течение в межвенцовых зазорах.
3.1.2. Распределение параметров потока по длине лопаток. Параметры закрутки потока и реактивность.
3.1.3. Давление и КПД идеального вентилятора. Потери, связанные с остаточной закруткой потока.
3.1.4. Уравнение связи при нецилиндрических поверхностях тока.
3.2. Структура реального течения.
3.2.1. Экспериментальное исследование течения в межвенцовых зазорах.
3.2.2. Характеристики кольцевых решеток.
3.3. Влияние конструктивных особенностей элементов проточной части на течение и аэродинамическую характеристику.
3.3.1. Влияние коллектора, кока и формы подводящего переходника.
3.3.2. Крученые и некрученые лопатки.
3.3.3. Радиальные зазоры между лопатками колеса и границами проточной части. Форма концов лопаток.
3.3.4. Радиальные зазоры у лопаток регулирующего аппарата с корпусом и втулкой.
3.3.5. Осевой зазор между лопаточными венцами.
3.3.6. Способ крепления лопаток на втулке и герметичность ее диафрагмы.
3.4. Вращающийся срыв и помпаж. Расширение диапазона устойчивой работы.
3.4.1. Общие сведения.
3.4.2. Устройства для расширения диапазона устойчивых режимов работы.
Глава 4. Некоторые аэроакустические особенности осевых вентиляторов.
4.1. Методика акустических измерений и их обработки.
4.2. Влияние осевого зазора между лопаточными венцами на акустические свойства вентилятора.
4.3. Влияние формы профилей лопаток и типа аэродинамической схемы вентилятора.
4.4. Влияние наклона лопаток аппарата. Сочетание" чисел лопаток колеса и аппарата.
Глава 5. Влияние числа Рейнольдса на аэродинамическую характеристику вентиляторов.
5.1. Основные положения и условия определения влияния числа Re.
5.2. Влияние числа Re на характеристики вентиляторов различных аэродинамических схем.
5.3. Влияние формы профиля.
Глава 6. Методы выбора вентилятора и покрытия поля режимов. Совместная работа вентиляторов.
6.1. Расчет размерной характеристики по безразмерной. Пересчет характеристик при изменении частоты вращения, диаметра и плотности газа.
6.2. Методы выбора.
6.2.1. Выбор по величине быстроходности.
6.2.2. Выбор по величине габаритности или эквивалентного отверстия.
6.2.3. Другие методы выбора.
6.3. Зона экономичной работы. Покрытие поля вентиляционных режимов.
6.3.1. Зона при регулировании поворотом лопаток и частотой вращения.
6.3.2. Выбор оптимального ряда типоразмеров регулируемых вентиляторов.
6.3.3. Построение ряда вентиляторов с дискретными характеристиками.
6.4. Некоторые вопросы совместной работы вентиляторов.
6.4.1. Параллельная установка вентиляторов.
6.4.2. Последовательная установка вентиляторов.
Список литературы.
Вентиляторы общего назначения применяют для работы на чистом воздухе, температура которого меньше 80 градусов. Для перемещения более горячего воздуха предназначены специальные термостойкие вентиляторы. Для работы в агрессивных и взрывоопасных средах выпускают специальные антикоррозионные и взрывобезопасные вентиляторы. Кожух и детали антикоррозионного вентилятора выполнены из материалов, не вступающих в химическую реакцию с коррозионными веществами перемещаемого газа. Взрывобезопасное исполнение исключает вероятность искрообразования внутри корпуса (кожуха) вентилятора и повышенного нагревания его частей во время работы. Для перемещения запылённого воздуха применяют специальные пылевые вентиляторы. Размеры вентиляторов характеризуются номером, который обозначает диаметр рабочего колеса вентилятора, выраженный в дециметрах.
По принципу действия вентиляторы подразделяются на центробежные (радиальные) и осевые. Центробежные вентиляторы низкого давления создают полное давление до 1000 Па; вентиляторы среднего давления - до 3000 Па; и вентиляторы высокого давления развивают давление от 3000 Па до 15000 Па.
Центробежные вентиляторы изготавливают с дисковым и бездисковым рабочим колесом:
Лопатки рабочего колеса крепятся между двумя дисками. Передний диск - в виде кольца, задний - сплошной. Лопасти-лопатки бездискового колеса крепятся к ступице. Спиральный кожух центробежного вентилятора устанавливают на самостоятельных опорах, или на станине, общей с электродвигателем.
Осевые вентиляторы характеризуются большой производительностью, но низким давлением, поэтому широко применяются в общеобменной вентиляции для перемещения больших объёмов воздуха при невысоком давлении. Если рабочее колесо осевого вентилятора состоит из симметричных лопаток, то вентилятор является реверсивным.
Схема осевого вентилятора:
Крышные вентиляторы изготавливаются осевые и радиальные; устанавливаются на крышах, на бесчердачном перекрытии зданий. Рабочее колесо и осевого, и радиального крышного вентилятора вращается в горизонтальной плоскости. Схемы работы осевого и радиального (центробежного) крышных вентиляторо в:
Осевые крышные вентиляторы применяют для общеобменной вытяжной вентиляции без сети воздуховодов. Радиальные крышные вентиляторы развивают более высокие давления, поэтому могут работать как без сети, так и с сетью подключенных к ним воздуховодов.
Подбор вентилятора по аэродинамическим характеристикам.
Для каждой вентиляционной системы, аспирационной или пневмотранспортной установки вентилятор подбирают индивидуально, используя графики аэродинамических характеристик нескольких вентиляторов. По давлению и расходу воздуха на каждом графике находят рабочую точку, которая определяет коэффициент полезного действия и частоту вращения рабочего колеса вентилятора. Сравнивая положение рабочей точки на разных характеристиках, выбирают тот вентилятор, который даёт наибольший кпд при заданных значениях давления и расхода воздуха.
Пример. Расчёт вентиляционной установки показал общие потери давления в системе Нс=2000 Па при требуемом расходе воздуха Q с=6000 м³/час. Подобрать вентилятор, способный преодолеть это сопротивление сети и обеспечить необходимую производительность.
Для подбора вентилятора его расчётное давление принимается с коэффициентом запаса k =1,1:
Нв= kHc ; Нв=1,1·2000=2200 (Па).
Расход воздуха рассчитан с учётом всех непродуктивных подсосов. Q в= Q с=6000 (м³/час). Рассмотрим аэродинамические характеристики двух близких номеров вентиляторов, в диапазон рабочих значений которых попадают значения расчётного давления и расхода воздуха проектируемой вентиляционной установки:
Аэродинамическая характеристика вентилятора 1 и вентилятора 2.
На пересечении величин Р v =2200 Па и Q =6000 м³/час указываем рабочую точку. Наибольший коэффициент полезного действия определяется на характеристике вентилятора 2: кпд=0,54; частота вращения рабочего колеса n =2280 об/мин; окружная скорость края колеса u ~42 м/сек.
Окружная скорость рабочего колеса 1-го вентилятора (u ~38 м/сек) значительно меньше, значит, будут меньше создаваемые этим вентилятором шум и вибрация, выше эксплуатационная надёжность установки. Иногда предпочтение отдаётся более тихоходному вентилятору. Но рабочий коэффициент полезного действия вентилятора должен быть не ниже 0,9 его максимального кпд. Сравним ещё две аэродинамические характеристики, которые подходят для выбора вентилятора к той же вентиляционной установке:
Аэродинамические характеристики вентилятора 3 и вентилятора 4.
Коэффициент полезного действия вентилятора 4 близок к максимальному (0,59). Частота вращения его рабочего колеса n =2250 об/мин. Кпд 3-его вентилятора несколько ниже (0,575), но и частота вращения рабочего колеса существенно меньше: n =1700 об/мин. При небольшой разнице коэффициентов полезного действия 3-й вентилятор предпочтительнее. Если расчёт мощности привода и электродвигателя покажет близкие результаты для обоих вентиляторов, следует выбрать вентилятор 3.
Расчёт мощности, требуемой для привода вентилятора.
Мощность, которая требуется для привода вентилятора, зависит от создаваемого им давления H в (Па), перемещаемого объёма воздуха Q в (м³/сек) и коэффициента полезного действия кпд:
N в= H в ·Q в/1000·кпд (кВт); Нв=2200 Па; Q в=6000/3600=1,67 м³/сек.
Коэффициенты полезного действия предварительно подобранных по аэродинамическим характеристикам вентиляторов 1, 2, 3 и 4 соответственно: 0,49; 0,54; 0,575; 0,59.
Подставляя величину давления, расхода и кпд в формулу расчёта, получим следующие значения мощности для привода каждого вентилятора: 7,48 кВт, 6,8 кВт, 6,37 кВт, 6,22 кВт.
Расчёт мощности электродвигателя для привода вентилятора.
Мощность электродвигателя зависит от вида её передачи с вала двигателя на вал вентилятора, и учитывается в расчёте соответствующим коэффициентом (k пер). Нет потерь мощности при непосредственной посадке рабочего колеса вентилятора на вал электродвигателя, т. е. кпд такой передачи равен 1. Кпд соединения валов вентилятора и электродвигателя с помощью муфты 0,98. Для достижения необходимой частоты вращения рабочего колеса вентилятора применяем клиноремённую передачу, коэффициент полезного действия которой 0,95. Потери в подшипниках учитываются коэффициентом k п=0,98. По формуле расчёта мощности электродвигателя:
N эл= N в / k пер· k п
получим следующие мощности: 8,0 кВт; 7,3 кВт; 6,8 кВт; 6,7 кВт.
Установочную мощность электродвигателя принимают с коэффициентом запаса k з=1,15 для двигателей мощностью менее 5 кВт; для двигателей более 5 кВт k з=1,1:
N у= k з· N эл.
С учётом коэффициента запаса k з=1,1 окончательная мощность электродвигателей для 1-го и 2-го вентиляторов составит 8,8 кВт и 8 кВт; для 3-го и 4-го 7,5 кВт и 7,4 кВт. Первые два вентилятора пришлось бы комплектовать двигателем 11 кВт, для любого вентилятора из второй пары достаточно мощности электродвигателя 7,5 кВт. Выбираем вентилятор 3: как менее энергоёмкий, чем типоразмеры 1 или 2; и как более тихоходный и эксплуатационнонадёжный по сравнению с вентилятором 4.
Номера вентиляторов и графики аэродинамических характеристик в примере подбора вентилятора приняты условно, и не относятся к какой-либо конкретной марке и типоразмеру. (А могли бы.)
Расчёт диаметров шкивов клиноремённого привода вентилятора.
Клиноремённая передача позволяет подобрать нужную частоту вращения рабочего колеса посредством установки на вал двигателя и приводной вал вентилятора шкивов разного диаметра. Определяется передаточное отношение частоты вращения вала электродвигателя к частоте вращения рабочего колеса вентилятора: n э / n в .
Шкивы клиноремённой передачи подбираются так, чтобы отношение диаметра приводного шкива вентилятора к диаметру шкива на валу электродвигателя соответствовало отношению частот вращения:
D в / D э = n э / n в
Отношение диаметра ведомого шкива к диаметру ведущего шкива называется передаточным числом ремённой передачи.
Пример. Подобрать шкивы для клиноремённой передачи вентилятора с частотой вращения рабочего колеса 1780 об/мин, с приводом от электродвигателя мощностью 7,5 кВт и частотой вращения 1440 об/мин. Передаточное отношение передачи:
n э / n в =1440/1780=0,8
Необходимую частоту вращения рабочего колеса обеспечит следующая комплектация: шкив на вентиляторе диаметром 180 мм , шкив на электродвигателе диаметром 224 мм .
Схемы клиноремённой передачи вентилятора, повышающей и понижающей частоту вращения рабочего колеса:
Чтобы сузить результаты поисковой выдачи, можно уточнить запрос, указав поля, по которым производить поиск. Список полей представлен выше. Например:
Можно искать по нескольким полям одновременно:
Логически операторы
По умолчанию используется оператор AND
.
Оператор AND
означает, что документ должен соответствовать всем элементам в группе:
исследование разработка
Оператор OR означает, что документ должен соответствовать одному из значений в группе:
исследование OR разработка
Оператор NOT исключает документы, содержащие данный элемент:
исследование NOT разработка
Тип поиска
При написании запроса можно указывать способ, по которому фраза будет искаться. Поддерживается четыре метода: поиск с учетом морфологии, без морфологии, поиск префикса, поиск фразы.
По-умолчанию, поиск производится с учетом морфологии.
Для поиска без морфологии, перед словами в фразе достаточно поставить знак "доллар":
$ исследование $ развития
Для поиска префикса нужно поставить звездочку после запроса:
исследование*
Для поиска фразы нужно заключить запрос в двойные кавычки:
" исследование и разработка"
Поиск по синонимам
Для включения в результаты поиска синонимов слова нужно поставить решётку "#
" перед словом или перед выражением в скобках.
В применении к одному слову для него будет найдено до трёх синонимов.
В применении к выражению в скобках к каждому слову будет добавлен синоним, если он был найден.
Не сочетается с поиском без морфологии, поиском по префиксу или поиском по фразе.
# исследование
Группировка
Для того, чтобы сгруппировать поисковые фразы нужно использовать скобки. Это позволяет управлять булевой логикой запроса.
Например, нужно составить запрос: найти документы у которых автор Иванов или Петров, и заглавие содержит слова исследование или разработка:
Приблизительный поиск слова
Для приблизительного поиска нужно поставить тильду "~ " в конце слова из фразы. Например:
бром~
При поиске будут найдены такие слова, как "бром", "ром", "пром" и т.д.
Можно дополнительно указать максимальное количество возможных правок: 0, 1 или 2. Например:
бром~1
По умолчанию допускается 2 правки.
Критерий близости
Для поиска по критерию близости, нужно поставить тильду "~ " в конце фразы. Например, для того, чтобы найти документы со словами исследование и разработка в пределах 2 слов, используйте следующий запрос:
" исследование разработка"~2
Релевантность выражений
Для изменения релевантности отдельных выражений в поиске используйте знак "^
" в конце выражения, после чего укажите уровень релевантности этого выражения по отношению к остальным.
Чем выше уровень, тем более релевантно данное выражение.
Например, в данном выражении слово "исследование" в четыре раза релевантнее слова "разработка":
исследование^4 разработка
По умолчанию, уровень равен 1. Допустимые значения - положительное вещественное число.
Поиск в интервале
Для указания интервала, в котором должно находиться значение какого-то поля, следует указать в скобках граничные значения, разделенные оператором TO
.
Будет произведена лексикографическая сортировка.
Такой запрос вернёт результаты с автором, начиная от Иванова и заканчивая Петровым, но Иванов и Петров не будут включены в результат.
Для того, чтобы включить значение в интервал, используйте квадратные скобки. Для исключения значения используйте фигурные скобки.
По горизонтальной оси: Q
– производительность (количество воздуха, перекачиваемое вентилятором в единицу времени), измеряется куб метрами в час.
По вертикальной оси: Pv
– полное давление. Полное давление вентилятора равно разности полных давлений потока за вентилятором и перед ним. Масштаб графиков - логарифмический.
На графике:
Pv
– полное давление, Па;
Q
– производительность, тыс. м3/час;
Nу
– установочная мощность, кВт;
n
– частота вращения рабочего колеса, об/мин;
η
– КПД агрегата.
Реальные кривые полного давления вентилятора Pv(Q) при вращении его рабочего колеса (крыльчатки) при оборотах n=950 об/мин и n=1450 об/мин обозначены двумя жирными линиями. Здесь же приведена серия ниспадающих кривых, пересекающих кривые Pv(Q) (тонкие линии). Эти кривые иногда называют кривыми мощности (или кривыми равной мощности). На каждой такой кривой приведена мощность электродвигателя.
На самом деле, это кривые полного давления Pv’(Q), которое имел бы этот вентилятор, если бы он работал с переменной частотой вращения, но при постоянной мощности.
Слева от точки пересечения с реальной кривой Pv(Q) — с повышенной частотой вращения относительно номинала, а правее точки пересечения - с пониженной частотой.
Из всего выше сказанного следует понимать, что в левой части, до пересечения мнимой кривой (тонкой линии) с реальной (жирной линии) электродвигатель вентилятора работает с запасом по мощности, а в правой части после пересечения – электродвигатель перегружен, и при длительной работе может выйти из строя.
Пример характеристики вентилятора при комплектации электродвигателем
Рассмотрим такой пример. Если взять вентилятор ВЦ 14-46 №4 , укомплектовать его электродвигателем 4кВт 1500 об/мин и включить такой вентилятор с открытым входом – то в таком случае рабочая точка вентилятора сместиться в крайнее правое положение на кривой полного давления Pv(Q) для n=1450 об/мин (при этом Q > 10 тыс. куб м и Рv=1400 Па) (точка А на графике). Но чтобы перекачать такое количество воздуха и с таким давлением нужна установочная мощность электродвигателя не менее 7,5 кВт, а лучше и 11 кВт (см. графики). Поэтому в таком режиме электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин будет работать с большой перегрузкой и наверняка очень скоро перегреется и выйдет из строя (если у него нет соответствующей защиты).
И что же делать?
Надо закрывать (т.е. шиберовать) вход вентилятора. По идее, первый запуск вентилятора должен происходить при закрытом шибере на входе вентилятора (т.е. на «холостом» ходу).
«Холостой» ход для вентилятора — это работа вентилятора при закрытом входе (рабочая точка на реальной кривой полного давления вентилятора смещена влево).
После пуска агрегата шибер открываются одновременно с измерением тока потребления электродвигателя (рабочая точка по кривой смещается вправо). Постепенно открытием шибера значение тока потребления электродвигателя доводится до номинального* и при этом шибер фиксируется (точка В на графике). Дальнейшее открытие шибера будет смещать рабочую точку вентилятора вправо (к точке А ), а это в нашем случае будет вводить электродвигатель 4 кВт 1500 об/мин в режим перегрузки.
* — Номинальный ток электродвигателя указан на шильдике электродвигателя.
Рис 7.24. Установка осевого вентилятора ЦАГИ типа У.
Рис. 7.23. Крышный осевой вентилятор.
1-предохранительная решетка; 2- коллектор; 3- корпус; 4- электродвигатель; 5- рабочее колесо; 6- диффузор; 7- клапан; 8- зонт.
В настоящее время начат выпуск этого вентилятора в крышей модификации (рис 7.23). Колесо вентилятора при этом вращается в горизонтальной плоскости, будучи установлено на валу вертикально расположенного электродвигателя, укрепленного на трех растяжках в обечайке (корпусе).
Вся установка размещается в коротком трубопроводе, снабжен ном предохранительной решеткой со стороны входа воздуха и зонтом на выходе.
Агрегаты выпускаются свенти-пяторами № 4, 5, 6, 8, 10 и 12. По данным каталога, предельные окружные скорости составляют 45м/сек. Максимальное развиваемое статическое давление достигает 10-11 кГ/м 2 при статическом к. п. д. 0,31.
Осевые вентиляторы ЦАГИ типа У (универсальные) имеют более сложную конструкцию. Колесо вентилятора состоит из втулки большого диаметра (0,5 D), на которой укреплены 6 или 12 полых лопаток. Каждая лопатка приклепана к стержню, который в свою очередь ввернут в специальный стакан и закрепляется гайками во втулке. Лопатки поворотные и могут устанавливаться под углом от 10 до 25° к плоскости вращения колеса (рис. 7.24). Установка лопаток под необходимым углом проводится по разметке, сделанной на боковой поверхности втулки.
Возможность менять углы установки лопаток, т. е. менять геометрию колеса, придает этому вентилятору универсальность, так как развиваемое им давление увеличивается с увеличением угла установки лопаток.
Вентилятор рассчитан на привод от электродвигателя посредством клиноременной передачи, поэтому колесо вентилятора установлено на валу. Вал имеет два подшипника, корпуса которых размещаются в коробчатых держателях. Каждый из держателей имеет четыре литых стержня, оканчивающихся плоскими лапами с отверстиями под установочные болты. Держатели со стержнями и лапами образуют две рамы, на которых удерживается колесо. Шкив для привода расположен консольно на конце вала. В настоящее время (в основном для нужд текстильной промышленности) выпускаются вентиляторы с 12 лопатками № 12, 16 и 20. Колесо этих машин весьма прочно и допускает окружные скорости до 80-85 м/сек..
Учитывая, что давление, развиваемое вентилятором типа У, зависит от угла установки лопаток, характерно вентилятора следовало бы строить для каждого угла отдельно. Поэтому для вентиляторов типа У приводится особая универсальная характеристика, охватывающая области работы вентиляторов в различных условиях.
Производительность вентиляторов указанных трех размеров лежит в пределах от 1-6000 до 100000 ,м 3 /ч. Развиваемые давления колеблются от 11 кГ/м 2 (при лопатках, установленных под углом 10°) до 35-40 кГ/м 2 (при установке лопаток под углом.
Электродвигатель, приводящий во вращение колесо вентилятора, располагают обычно на полу у стены помещения, в отверстии которой монтируют вентилятор.
Максимальный к. п. д. вентилятора (при углах установки лопаток 20°) достигает 0,62. При меньших и больших углах установки к. п. д. несколько снижается (до 0,5 при 10° и до 0,58 при 25°).
Под аэродинамической схемой вентилятора подразумевается, совокупность основных конструктивных элементов, расположенных в определенной последовательности и характеризующих проточную часть машины, через которую проходит воздух. В вентиляторе ВОД11П реализована аэродинамическая схема, представленная на рис.7.25 (РК1 + НА + РК2 + СА), т.е. воздух всасывается в вентилятор из канала 5 через коллектор 6 под действием аэродинамических сил, возникающих при вращении лопаток 8 рабочего колеса РК 1 .
Рис.7.25 Аэродинамическая схема вентилятора ВОД11П
При выходе из колеса закрученный поток воздуха попадает на лопасти 9 направляющего аппарата НА1, который раскручивает его и направляет на лопатки 10 рабочего колеса РК2 второй ступени. При этом в НА осуществляется небольшая подкрутка потока перед входом в РК2 в направлении обратном вращению ротора, что способствует повышению тяги на втором колеся. После РК2 поток попадает в спрямляющий аппарат СА. С помощью лопастей 11 СА раскручивает поток и направляет его в диффузор, выполненный в виде расширяющегося конуса 14 и обечайки 13. В диффузоре по ходу потока увеличивается площадь живого сечения, следовательно скоростной напор снижается, а давление возрастает. При этом статический напор также возрастает.
Рабочие колеса РК1 и РК2 жестко закреплены на валу 4, установленном в подшипниках 3 и 12 и получающим вращение от двигателя 1 через муфту 2. Обтекатель 7 служит для выравнивания потока воздуха, втягиваемого в вентилятор.
На рис.7.26. представлен в разрезе вентилятор ВОД11П, который предназначен для проветривания горных выработок добычных участков и отдельных камер, а также используется при проходке стволов шахт, в калориферных установках, на крупных предприятиях и т.п.
Вентилятор состоит из ротора – вала 2 с двумя рабочими колесами 4 и 10, закрепленных жестко на валу с помощью шпонок 3 и стопорных колец. Рабочие колеса первой ступени РК1 и второй ступени РК2 имеют идентичную конструкцию, состоят из втулок 4 на которых размещено 12 лопаток из полимерного материала. Лопатки 8 и 11 устанавливаются в специальные гнезда крепятся с помощью распорных пружинных колец 6 и прижимаются пружинами 5 к втулке колеса. Такое крепление лопаток позволяет поворачивать их вручную через специальные окна в корпусе при остановленном вентиляторе в пределах углов установки 15 – 45 0 для регулирования подачи и давления. Корпус вентилятора состоит из двух разъемных частей верхней 7 и нижней 15, выполненных из стального литья в виде разрезного цилиндра.
