Обеспечение подачи воздуха

Режимы вентиляции, отопления и охлаждения связаны с подачей в системе определённого количества воздуха, что обеспечивается соответствующими воздухоподающими машинами, в качестве которых используются вентиляторы различных типов. Основными конструктивными элементами вентиляторов являются рабочее колесо и кожух. Рабочее колесо, приводимое во вращение двигателем, обеспечивает повышение давления перемещаемого вентилятором воздушного потока. Кожух вентилятора обеспечивает организацию перемещаемого воздушного потока. В нём имеются всасывающее и нагнетательное отверстия.

Работу вентилятора характеризуют такие показатели как L -производительность по воздуху, м³/с (м³/ч), т.е. подача; Dp_v - полное давление, представляющее собой разность давлений в нагнетательном и не всасывающем отверстиях, кгс/м² (Па): Dp_dv - динамическое давление, вычисляемое по средней скорости воздуха в нагнетательном отверстии, кгс/м² (Па); Dp_sv - статическое давление, определяемое как разность между полным и динамическим давлениями, кгс/м² (Па); N_вент- мощность на валу колеса вентилятора, кВт (Вт); η_вент- коэффициент полезного действия вентилятора, выражающий отношение полезной работы совершаемой вентилятором, к работе, передаваемой двигателем на вал колеса вентилятора в одинаковые отрезки времени.

Мощность на валу колеса вентилятора (кВт- при L в м³/с и Dp_v в кгс/м²) определяется по формуле:

N_вент= L Dp_v / 102 η_вент (4.109)

Связь между производительностью по воздуху и давлением вентилятора обычно выражают в виде графика и называют его размерной индивидуальной характеристикой вентилятора.

Наибольшее распространение на практике полупили осевые и радиальные (центробежные) вентиляторы. Наиболее простыми по конструкции являются осевые вентиляторы, где имеется установленное в кожухе (корпусе) вращающееся рабочее колесо, лопатки которого расположены под углом к плоскости его вращения, в результате чего воздух перемещается в осевом направлении.

Радиальные вентиляторы имеют различное исполнение - одностороннего и двухстороннего всасывания как одинарные (с электродвигателем с односторонним приводным валом), так и сдвоенные (с электродвигателем с двухсторонним приводным валом). Основными конструктивными элементами радиального вентилятора являются рабочее колесо с лопатками и кожух (корпус) спиралевидной формы. Вращающееся рабочее колесо обеспечивает перемещение воздуха под давлением. Корпус обеспечивает организацию воздушного потока от осевого направления во всасывающем отверстии к тангенциальному в нагнетательном отверстии. Принципиальные схемы разновидностей таких вентиляторов представлена на рис.4.84.

Поскольку энергию воздуху в вентиляторе сообщает рабочее колесо, то его конструкция и размеры изначально определяют характеристики агрегата. С использованием данных рис.4.84 подача воздуха определяется из выражения:

L = π D_к b_к C_2r (4.110)

Величина скорости C_2r зависит от конструкции лопаток колеса (загнутые назад, вперёд или радиальные), их фермы, ориентации (принятые углы атаки и выходные углы) и окружной скорости U₂ вращения колеса. Давление, развиваемое колесом вентилятора, также зависит от его окружной скорости. Следует иметь в виду, что подача воздуха прямо пропорциональна частоте вращения колеса, давление - её квадрату, а потребляемая мощность- её кубу.

При выборе конструкции колеса необходимо учитывать, что по сравнению с лопатками других типов загнутые вперёд лопатки дают возможность получить наибольшее давление при одинаковых частоте вращения и диаметре колеса. Так, если принять за исходное давление Dp_sv вентилятора, снабженного колесом с радиальными лопатками, то при загнутых назад лопатках давление составит (0,4...0,6) Dp_sv, а при загнутых вперёд - (1,3…1,5)Dp_sv

Основное назначение спирального корпуса - сбор воздуха и организация его поступления в сеть. Средняя скорость воздушного потока в нём меньше скорости на выходе из колеса, вследствие чего здесь кинетическая энергия потока частично преобразуется в потенциальную, что, естественно сопровождается потерями. Эта особенность взаимодействия воздушного потока с кор­пусом является предпосылкой получения различных аэродинамических характеристик модификаций вентиляторов путём изменения размеров спирали корпуса при его постоянной ширине и одном и том же колесе, что применяется на практике.

Рис.4.84. Принципиальные схемы радиальных вентиляторов: а - форма и построение спирального корпуса; б - расположение лопатки (правое вращение) и план скоростей; в - одинарный вентилятор одностороннего всасывания; г - сдвоенный вентилятор одностороннего всасывания; д - одинарный вентилятор двустороннего всасывания; е - сдвоенный вентилятор двухстороннего всасывания; С₂ - результирующая скорость на выходе из лопатки; С_2r, С_2u - проекция результирующей скорости соответственно на радиальное направление и направление окружной скорости; U₂ - окружая скорость колеса; ω₂ - относительная скорость на выходе из лопатки; А_к -раскрытие корпуса; В_к - ширина корпуса; b_к - ширина колеса; С_к - длина выходного отверстия корпуса; D_к - диаметр колеса; d_к - диаметр входного отверстия колеса; Е_к - длина корпуса; Н_к и H¹_к- высота корпуса; R_к - радиус языка; 1 - электродвигатель; 2 - рабочее колесо; 3 - спиральный корпус

Размеры спирали корпуса определяются при её построении. Наиболее простое и широко используемое в практике - это построение спирали дугами окружностей по правилу «конструкторского квадрата» со стороной (рис.4.84), исходя из соотношения а = 0,25А_к. Для корпусов традиционной формы принимают раскрытие спирали А_к = 0,5D_к. За счёт сокращения величины А_к можно получить вентиляторы с корпусом уменьшенного размера, подача воздуха и давление которых будут соответственно снижены.

Вместе с тем, для расширения диапазона рабочих режимов вентилятора данного типоразмера используют его модификации с различными рабочими колёсами, диаметру которых больше или меньше номинального на. 5-10%.

Для систем вентиляции и кондиционирования серийно выпускаются вентиляторы, основные требования к которым регламентированы ГОСТ 5976-73 «Вентиляторы радиальные (центробежные) общего назначения». Они имеют обозначение типа, состоящее из буквы Ц (центробежный), уловных обозначений характеризующих коэффициент полного давления и значение быстроходности при максимальном коэффициенте полезного действия, а также номера вентилятора, численно равного диаметру колеса в дециметрах (например, Ц4-70 М4). Индивидуальные характеристики серийно выпускаемых вентиляторов этого типа номеров от 2,5 до 20 приводятся в соответствующих справочниках, по которым можно выбрать необходимую его модель следующим образом.

Вентилятор работает обычно в системе воздуховодов, регулирующих устройств, фильтров, теплообменников и др., называемых сетью. Элементы сети могут быть расположены только перед вентилятором, только за вентилятором или одновременно перед и за вентилятором. В первом случае вентилятор работает на всасывание, во втором - на нагнетание, в третьем - на всасывающенагнетательную сеть.

Сеть имеет свою характеристику - зависимость суммарных полных потерь Dр_с давления во всех элементах сети от расхода L_с воздуха в сети. Характеристику сети определяют в большинстве случаев расчётом, или в реальных установках её оценивают экспериментально. Характеристику сети накладывают на график индивидуальной аэродинамической характеристики вентилятора, как это показано на рис.4.85, и по точке их пересечения судят о сбалансированности режима их совместного функционирования.

Рис.4.85. Области режимов работы серийных вентиляторов общего назначения

Такой метод, широко применяемый на практике, позволяет достаточно объективно подобрать для реальной сети наиболее приемлемый экономичный вентилятор, работающий в режиме максимального КПД, поскольку рабочей точке С соответствует условие, при котором производительность такого вентилятора равна требуемому расходу воздуха L_с через сеть, а развиваемое им давление равно потере давлений Dр_с в сети при этом расходе. В частности, для принятой нами аэродинамической характеристике сети, согласно рис.4.85 при Dр_с = 17,5 кгс/м² (172 Па) и L_с = 0,7 тыс. м³/ч подходит радиальный вентилятор марки Ц4 - 70 №2,5. Естественно, что при других расходах воздуха и потере давления потребуется свой соответствующий вентилятор.

В общем случае при расчёте мощности электродвигателя, кроме КПД вентилятора, должны быть учтены потери, зависящие от способа соединения колеса вентилятора с двигателем (потери в передаче η_п). Тогда мощность на валу двигателя (кВт) определяется по формуле:

N = L Dp_sv/3600×102 η_вент η_п, (4.111)

где η_п = 1 при непосредственной насадке колеса вентилятора на вал электродвигателя и η_п = 0,96 при соединении вала колеса вентилятора с валом электродвигателя с помощью муфты или клиноремённой передачи.

Установочную мощность электродвигателей N_у, кВт определяют по формуле:

N_у= k ₃ N, (4.112)

где k₃ - коэффициент запаса мощности, принимаемый по табл.4.30.

Таблица 4.30

Мощность на валу электродвигателя, кВт	Коэффициент запаса мощности k3
при центробежном вентиляторе	при осевом вентиляторе
До 0,5 От 0,51 до 1 От 1,01 до 2 От 2,01 до 5 Более 5	1,5 1,3 1,2 1,15 1,1	1,2 1,15 1,1 1,05 1,05

Дата добавления: 2014-11-06