Расчёт центробежного вентилятора

Точно оценить потери давления во входном патрубке, особенно с учетом взаимного влияния течений в колесе и патрубке, очень трудно. Для ориентировочной оценки потерь давления можно пользоваться имеющимися в •литературе многочисленными материалами по входным участкам каналов и труб.

Потери в рабочем  колесе. Суммарные потери давления в рабочем колесе складываются из потерь на трение жидкости (газа) о диски колеса и в межлопастных каналах, потерь на удар при входе и потерь, связанных со срывами потока на рабочем колесе.

Потери на трение при вращении дисков рабочего колеса зависят от третьей степени окружной скорости и квадрата диаметра рабочего колеса dS. Величина этих потерь сравнительно невелика и составляет 2—4 % всех потерь мощности.

Потери  зa рабочим колесом. Эта группа потерь включает потери в зазоре и потери в спиральном кожухе. Потери в зазоре возникают из-за необходимости соблюдения расстояния между вращающимся рабочим коленом и входным патрубком. В зазоре происходит перетекание некоторой части жидкости (газа) из спирального кожуха в рабочее колесо в результате естественного перепада давления по обе стороны зазора. Следствием этого является возникновение   постоянного

кругового течения  внутри нагнетателя  и, следовательно, потерь.

Полные характеристики нагнетателей строят в координатах р—L, N—L и η—L. При снятии характеристики •(рис. 3.20) должны быть выполнены следующие условия: 1) конструктивные размеры нагнетателя не должны изменяться; 2) плотность перемещаемой среды должна быть постоянной; 3) частота вращения рабочего колеса должна быть неизменной.

 

Рис.   3.20.    Полная    характеристика вентилятора

 

8. Изменение полного, статического  и динамического давлений в  сети, присоединенной к нагнетателю. Характеристика сети. Способ наложения характеристик.

В начале сети полное давление равно 0, а в конце – динамическому  давлению, т.к. статическое равно 0.

Статическое давление на линии всасывания также всегда отрицательно, причем абсолютная величина этого отрицательного давления больше, чем полного. Статическое давление на нагнетании меньше полного на величину динамического давления, однако, в зависимости от значений последнего оно может быть как положительным, так и отрицательным. Полное давление, развиваемое вентилятором , определяется потерями давления в сети и равно разности полных давлений на участках нагнетания и всасывания, т.е.

.

Полное давление, развиваемое насосом, определяется как сумма потерь давления на преодоление пьезометрической высоты и на преодоление сопротивлений  в сети, т.е.

 

Характеристикой сети называется зависимость  между полными потерями давления в сети и расходом.

 Пользуясь характеристикой  сети, можно определить условия  работы нагнетателя, если на  общий график нанести характеристику  сети и характеристику p-L нагнетателя при определенном числе оборотов.

Точка пересечения этих двух характеристик  определит режим работы нагнетателя  в рассматриваемой сети, т.е. развиваемое  давление и производительность .

Способ наложения характеристик  позволяет легко и наглядно проверять  различные изменения режима работы нагнетателя в сети при изменении  их характеристик.

 

11. Неустойчивая работа нагнетателя  в сети, ее причины и способы предупреждения. Помпаж.

 

В некоторых случаях при работе центробежных или осевых нагнетателей в сети могут создаться неустойчивые (непостоянные) режимы. Причиной этого  могут быть колебания числа оборотов двигателей, связанные с колебаниями  напряжения в сети, изменения характеристики сети и т.п. На устойчивости работы вентиляторов и насосов может сказаться  и параллельное включение двух или  нескольких машин в общую сеть.

При неустойчивой работе нагнетателей наблюдаются резкие колебания производительности и большие нагрузки на двигатели.

Колебания производительности сопровождаются нередко изменением направления  движения жидкости, которое из нагнетательного  трубопровода через нагнетатель  поступает во всасывающий трубопровод. Подача при этом носит точкообразный  характер, присущий поршневым машинам, отчего явление, связанное с такой  работой, принято называть помпажом.

неустойчивая работа вентилятора  или насоса чаще всего возникает  при седлообразных характеристиках  нагнетателей с перегибом и явно выраженным максимумом. При параллельной работе двух нагнетателей на общую  сеть наличие второго нагнетателя  равноценно наличию в сети постоянного  гидростатического сопротивления, не зависящего от производительности первого нагнетателя. В связи  с этим устойчивый режим работы нагнетателей может нарушиться даже при незначительных колебаниях давления, вызванных изменением числа оборотов.

 

16. Конструкция и установка центробежных  насосов. Насосы общего и специального  назначения. Мероприятия по борьбе  с шумом и вибрацией при  работе насосов.

 

Центробежные насосы

Центробежные насосы составляют весьма обширный класс насосов. Перекачивание  жидкости или создание давления производится в центробежных насосах вращением одного или нескольких рабочих колес. Большое число разнообразных типов центробежных насосов, изготовляемых для различных целей, может быть сведено к небольшому числу основных их типов, разница в конструктивной разработке которых продиктована в основном особенностями использования насосов.

В результате воздействия рабочего колеса жидкость выходит из него с более высоким давлением и большей скоростью, чем при входе. Выходная скорость преобразуется в корпус насоса в давление перед выходом жидкости из насоса. Преобразование скоростного напора в пьезометрический частично осуществляется в спиральном отводе 1 (рис. 4.5) или направляющем аппарате 3. Несмотря на то что жидкость поступает из колеса 2 в канал спирального отвода с постепенно возрастающими сечениями, преобразование скоростного напора в пьезометрический осуществляется главным образом в коническом напорном патрубке 4. Если жидкость из колеса попадает в каналы направляющего аппарата 3, то большая часть указанного преобразования происходит в этих каналах.

Направляющий аппарат был введен в конструкцию насосов на основании опыта работы гидравлических турбин, где наличие направляющего аппарата является обязательным. Насосы ранних конструкций с направляющим аппаратом назывались турбонасосами.

 

 

Рис. 4.5. Схема насоса со спиральным отводом

 

 

 

В теплоэнергетике для обеспечения  энергетического цикла используют более 20 различных видов насосов. Насосное оборудование теплоэлектростанций  среди вспомогательного оборудования занимает первое место.

При выборе насоса следует учитывать, что требуемые режимы работы (подача и напор) должны находиться в пределах рабочей области его характеристики.

Для иллюстрации рассмотрим метод  подбора насо-

Н,м

Рис. 4.19. Сводный график полей Н—Q для консольных насосов

сов типа К. Типоразмер насоса выбирают по максимально необходимой подаче и сопротивлению системы, в которую устанавливают насос, при этой подаче. По подаче и напору на сводном графике полей Q—Н (рис. 4.19) предварительно выбирают насос требуемого типоразмера, а затем но графической характеристике уточняют правильность выбора.

 

 

Средства снижения шума

Одним из наиболее эффективных способов борьбы с шумом и вибрацией, возникающими при работе центробежных насосов и обусловленных неоднородностью потока при обтекании конструктивных элементов, является их эксплуатация на режимах, близких к режиму максимального КПД. Минимальные значения уровней лопастного шума соответствуют подаче насоса Q = (0,8—l,0)Qoпт. Отклонение эксплуатационной подачи насоса в ту или иную сторону от указанной области подач приводит к увеличению лопастного шума (и вибрации) на  10—15 дБ.

Для снижения шума, распространяющегося  от вентилятора в окружающее пространство, используется звукоизолирующий корпус. Для вентилятора, расположенного в камере, с целью снижения шума применяют звукопоглощающую облицовку строительных ограждений. Для защиты от шума помещений, расположенных под камерой, пол камеры выполняют на упругом основании.

Выбор типа и конструкции глушителя  для снижения шума, распространяющегося  по воздуховодам, определяется частотным составом шума и требуемым снижением его уровня, размерами присоединительного воздуховода, допустимой скоростью воздушного потока и располагаемым местом для установки глушителя. При этом сам глушитель должен иметь незначительное сопротивление проходу воздуха. Применяются глушители следующих типов: камерные со звукопоглощающим материалом (ЗПМ) по внутренним поверхностям (несоосные и соосные); камерные соосные без ЗПМ; активного типа (трубчатые и пластинчатые); экранные. Простейший вид глушителя — канал, облицованный звукопоглощающим материалом.

 

18. Понятие о циркуляции потока  по профилю лопаток. Теорема  Н.Е.Жуковского о подъемной силе элемента лопатки. Принципы проектирования и расчета осевой машины. Характеристика осевой машины.

 

При вращении колеса осевого вентилятора  возникает направленный параллельно  его оси поток воздуха. Число  лопаток в этих вентиляторах обычно колеблется от 2 до 12. Однако при рассмотрении работы вентилятора в целом можно  ориентировочно принять, что каждая лопатка работает изолированно, внеся  затем, в случае необходимости, поправки на влияние лопаток.

Теорема Н.Е.Жуковского о подъемной силе. Если на крыло действует так называемая подъемная сила, направленная вертикально вверх, то это значит, что давление под крылом больше, чем над ним.

Н.Е.Жуковским доказана теорема о том, что подъемная сила Y крыла бесконечной длины

                                          

где - перпендикулярна скорости и действует на отрезок крыла длиной  

       - массовая плотность в

        - циркуляция скорости,

Осевые вентиляторы с невысокими коэффициентами давления работают при  значительных окружных скоростях и  создают относительно большой шум. Их целесообразно использовать для  перемещения больших объемов воздуха при малых сопротивлениях сети. Они широко используются там, где важна компактность установки, например, в общеобменных вытяжных системах, когда вентилятор можно установить в окне или в отверстии стены.

 

19. Типы современных, осевых вентиляторов  и насосов. Соединение их с  электродвигателем. Область применения.

 

Осевым вентилятором называется вентилятор, в котором воздух (или газ) перемещается вдоль оси рабочего колеса, вращаемого двигателем (рис. 4.27). Как и у радиальных вентиляторов, характеристики осевых вентиляторов показывают зависимость давления и мощности на валу и КПД от подачи.

Рис. 4.27. Схема осевого  вентилятора

1 — корпус; 2 — рабочее колесо; 3 — обтекатель

 

По назначению осевые вентиляторы  делят на вентиляторы общего назначения и специальные. Вентиляторы общего назначения предназначены для перемещения чистого или мало запыленного воздуха, не содержащего взрывоопасных веществ, липкой, волокнистой и цементирующей пыли и агрессивных веществ при температуре до 40°С. Температурный предел принят из тех соображений, что при более высоких температурах значительно ухудшаются условия теплоотдачи обмоток электродвигателя, находящегося обычно в потоке перемещаемого газа.

К специальным вентиляторам относят  вентиляторы, не используемые в обычных  системах общеобменной вентиляции гражданских и промышленных зданий. Это вентиляторы, используемые для перемещения взрывоопасных и агрессивных примесей, шахтные вентиляторы и вентиляторы тоннельной вентиляции, потолочные вентиляторы, вентиляторы градирен, вентиляторы, встроенные в технологическое оборудование, и т. д.

На рис. 4.30 показаны различные варианты конструктивных схем соединения осевых вентиляторов с электродвигателем. В схеме 2 условия входа воздуха на рабочее колесо хуже, чем в схеме /, поскольку электродвигатель расположен перед колесом. Схемы 3 и 5 применяются в тех случаях, когда по правилам техники безопасности или по технологическим соображениям электродвигатель нельзя устанавливать в потоке перемещаемой среды. Если по конструктивным соображениям невозможно установить электродвигатель внутри корпуса вентилятора, то применяется схема 4. В случае когда частоты вращения электродвигателя и рабочего колеса вентилятора не совпадают, применяется схема 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.30. Схемы соединения осевых вентиляторов с электродвигателями

 

Осевые насосы могут  быть жестколопастными, в которых лопасти рабочего колеса жестко закреплены относительно ступицы и угол их установки не может быть изменен, и поворотно-лопастными, в которых положение лопастей может регулироваться.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.32. Схема рабочего органа осевого насоса

 

Осевые нагнетатели широко применяются как в качестве вентиляторов, так и в качестве насосов. Осевые вентиляторы используются в установках местного проветривания для вентиляции отдельных выработок, стволов и участков шахтной вентиляционной сети; для проветривания станций и перегонных тоннелей метрополитена; в вентиляторных градирнях тепловых электростанций и др. В последние годы в связи с увеличением мощностей паровых турбин циркуляционная вода в конденсаторы турбин подается быстроходными осевыми насосами.