Сведения из теории и расчетные зависимости

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.

5

8

9

7

3

4

а)

6

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).