Изучение устройства насосного и вентиляционного оборудования энергетического предприятия

Практическая работа № 5

Изучение устройства насосного и вентиляционного оборудования энергетического предприятия

Цель работы:

- изучить конструкцию и характеристики центробежных вентиляторов;

- изучить принцип действия и особенности конструкции центробежных вентиляторов, выполненных по различным аэродинамическим схемам

- получение практических навыков по определению параметров центробежных вентиляторов

1 Конструкция центробежных вентиляторов

Вентиляторами называют гидравлические машины с рабочим органом в виде лопаточного колеса, предназначенные для перемещения воздуха или другого газа при потерях давления в сетях не свыше 1500 Па. В центробежном вентиляторе поток воздуха, поступающий во вращающееся лопаточное рабочее колесо, изменяет направление движения о осевого на радиальное, а в осевом вентиляторе направление потока не меняется.

Взаимозависимость основных параметров вентиляторов в соответствии с теорией подобия определяется при максимальном КПД безразмерным числом п_у – критерием быстроходности

, (46)

где Q – производительность, м/с;

Р – давление в Па, приведённое к стандартной плотности воздуха р = 1,2 кг/м³;

т- угловая частота вращения, 1/с.

Области применения центробежных вентиляторов соответствуют значения быстроходности п_у< 100, а осевых - п_у> 100.

Проточную часть вентилятора характеризует его аэродинамическая схема, где приведены все размеры, выраженные в процентах от диаметра D рабочего колеса. На рис. 1 приведена для примера аэродинамическая схема вентилятора Ц4-70.

Рисунок 1 Аэродинамическая схема центробежного вентилятора Ц4-70 (все размеры даны в % от диаметра колеса D)

Вентиляторы разных размеров и конструкций, выполненных по одной аэродинамической схеме относятся к одному типу. Основными элементами вентилятора являются входной патрубок, рабочее колесо и спиральный корпус.

Входной патрубок (рисунок 2).

Служит для подвода поступающего в вентилятор воздуха. Его форма и размеры характеризуются длиной L_K, диаметром D _к входногр отверстия, диаметром D_K - входного отверстия, диаметром D_oминимального по площади сечения. Диаметр D_o называют диаметром входа в вентилятор. Рабочее колесо осуществляет передачу энергии от привода протекающему через вентилятор воздуху. При вращении рабочего колеса воздух, поступающий через входное отверстие, попадает в каналы между лопатками и под воздействием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается спиральным корпусом и направляется в его выпускное отверстие. Колесо обычно состоит из переднего и заднего дисков (рисунок 3), между которыми с одинаковым шагом установлены лопатки.. В ряде случаев используются колёса полуоткрытого типа без переднего диска. Размеры рабочего колеса характеризуются его диаметром D определяемым по концам лопаток. Диаметр рабочего колеса вентилятора, выраженный в дециметрах, соответствует номеру вентилятора. Так, вентилятор № 5 имеет диаметр рабочего колеса D = 0,5м. Задний диск рабочего колеса обычно выполняют плоским; передней диск может быть плоским или коническим.

Передние диски более сложной формы практически не применяются, Меридиональное сечение рабочего колеса характеризуется двумя параметрами: Bi - шириной на входе; в₂ - шириной при входе на лопатки. Лопатки рабочего колеса обычно имеют цилиндрическую форму; их устана-ливают перпендикулярно плоскости заднего диска. Выходные кромки лопаток могут быть загнутыми вперед (D >90°) (рисунок 4), радиальными (D ^ 90°) и загнутыми назад (D 90°).

Рис.4 Формы лопаток рабочих колёс центробежных вентиляторов:

а - загнутая назад; б - радиальная; в - загнутая вперёд

Наиболее часто лопатки делаются загнутыми вперед, что позволяет уменьшать габариты вентилятора. В настоящее время выпускают вентиляторы и с лопатками загнутыми назад, что приводит к увеличению КПД и уменьшению шума, хотя габариты вентилятора несколько увеличиваются.

Входные кромки лопаток для обеспечения безударного входа потока воздуха следует всегда отгибать в направлении вращения (/?, < 90°). Лопатки могут быть тонкими (листовыми) или профильными. Желательно применение профилированных объемных лопаток.

Спиральный корпус. Для отвода в определенном направлении воздуха, выходящего из рабочего колеса, а также для частичного преобразования динамического потока воздуха в статическое служит спиральный корпус. Он обычно имеет постоянную ширину В (рисунок 5), несколько превышающую ширину рабочего колеса. Обечайка спирального корпуса чаше всего бывает очерчена или по логарифмической кривой или дугами окружности.

Вблизи рабочего колеса обечайка переходит в так называемый язык. Часть ₍спирального корпуса, ограниченную этим языком и являющейся продолжением обечайки плоскостью, выходной частью корпуса. Длиной выходного отверстия корпуса С и его шириной В, характеризует площадь выходного сечения вентилятора. В отдельных случаях вместо обычного спирального корпуса за рабочим колесом может быть установлен радиальный лопаточный или безлопаточный диффузор, а также корпус другого вида: с двумя и более выходными отверстиями и т.д.

Для присоединения вентилятора к сети на входе в вентилятор часто устанавливают входную коробку, на выходе из него - диффузор (рис.6). Последний обеспечивает также дополнительное преобразование динамического давления выходящего из спирального корпуса в статическое.

Для регулирования режимов работы вентилятора в ряде случаев применяют направляющего аппараты различных типов. Наиболее широкое распространение получили осевые направляющие аппараты, которые устанавливают обычно на входных патрубках вентиляторов. Центробежный вентиляторов в совокупности с входной коробкой, диффузором и направляющим аппаратом или с одним из этих элементов, составляет вентиляторную установку.

Рис. 6. Вентиляторная установка

1-диффузор; 2- центробежный вентилятор; 3-осевой направляющий аппарат; 4-входная коробка

2 Характеристики и выбор центробежных вентиляторов

Характеристика вентилятора графически выражает связь между основными параметрами его работы. Полная характеристика вентилятора определённых геометрических размеров при перемещении воздуха неизменной плотности и неименной частоте вращения выражает зависимость между производительностью Q (м³/с), полным Р, статическим Р_С1 давлении (Па), потребляемой мощностью N (кВт), полным г) и статическим rj_aii КПД.

Характеристику определяют по данным аэродинамических испытаний вентилятора (рисунок 7)

Рисунок 8 Характеристика вентилятора при различных частотах вращения

Следует иметь ввиду, что не рекомендуется применять вентилятор при режимах работы, когда г/ < O,9?7_max, где rj_imx - максимальное значение КПД вентилятора.

~ Исходными для подбора вентилятора являются полученные из расчёта сети значения Q и Р, приведённые к стандартной плотности воздуха р= 1,2 кг/м³ , а также соображения конструктивного и эксплуатационного характера. Но всегда необходимо стремиться к выбору такого вентилятора, который будет работать наиболее экономично, т.е. при наибольшем КПД.

Перед- выбором вентилятора, рассчитывая на его наиболее удобное непосредственное соединение с электродвигателем, полезно подсчитать значение критерия быстроходности для стандартных частот вращения ш в 75; 100; 150% 300 1/с (п=720; 960; 1450; 2900 I/мин) по формуле (I). Если критерий п_у<100, то выгоден центробежный вентилятор. После этого необходимо выбрать наиболее подходящую серию вентиляторов, выпускаемых промышленностью.

Когда выбрана и серия, то остаётся выбрать размер вентилятора (номер) и на его характеристике по точке пересечения координат заданных Q и Р определить соответствующие ш и г/.

При этом мощность вентилятора определяется по формуле:

, (50)

где Q – производительность, м /с;

Р – давление, Па;

– КПД вентилятора.

В качестве примера на рис. 9 приведена универсальная характеристика вентилятора Ц4-70 № 5.

Воспользовавшись этой характеристикой необходимо определить давление Р, создаваемое вентилятором, его КПД и мощность N, если потребная производительность составляет Q = 1,95 и 1, 1 м³/с, а вентилятор непосредственно соединён с электродвигателем, с частотой вращения соответственно 1450 и 960 1/мин.