Изучение характеристик центробежного вентилятора

Цель работы: определение полных индивидуальных характеристик центробежного вентилятора, изучение влияния на них числа оборотов двигателя.

Общие сведения

Полной индивидуальной характеристикой нагнетателя называются графически выраженные зависимости развиваемого полного давления р (или напора Н), мощности N, коэффициента полезного действия (КПД) h от производительности Q при постоянной частоте вращения n рабочего колеса. Наиболее важной характеристикой является зависимость давления от производительности p = f (Q), которая называется основной характеристикой.

Набор характеристик, построенных для различных частот вращения рабочего колеса называется универсальной характеристикой нагнетателя.

Использование характеристик позволяет произвести подбор нагнетатели для работы в данной установке, определить режим его работы.

Характеристики нагнетателей определяются экспериментально на стендах при постоянной частоте вращения рабочего колеса, а затем при помощи формул подобия строятся универсальные характеристики.

Методика определения характеристик нагнетателя состоит в следующем. Нагнетатель подключается к трубопроводу с переменным гидравлическим сопротивлением, например, задвижкой. Затем, поддерживая постоянной частоту вращения колеса нагнетателя, производится определение давления, мощности, КПД и производительности при каждом фиксированном положения задвижки.

Характеристики нагнетателей

Подачей (производительностью) нагнетателя называется количество газообразной либо жидкой среды, подаваемой нагнетателем в единицу времени. В зависимости от способа определения количества среды различают объемную Q и массовую M подачи.

При известных средней скорости с _ср движения потока в напорном трубопроводе и площади поперечного сечения трубопровода F объемная производительность нагнетателя Q определяется выражением

Q = с _ср F.

Массовая производительность M связана с объемной производительностью выражением

M = r Q,

где r - плотность перекачиваемой среды.

Единица измерения объемной производительности - м³/с, а массовой - кг/с.

Величина производительности нагнетателя определяется его конструкцией, и зависит от числа оборотов рабочего колеса, характеристики сети, к которой подключен нагнетатель.

Давление р нагнетателя представляет собой энергию, сообщенную единице объема перекачиваемой среды. Измеряется давление в Па (Н/м²) или Дж/м³. Напор Н нагнетателя – это энергия, переданная единице веса среды. Единица измерения напора – м.

Давление р и напор Н связаны соотношением р = r gН.

Полное давление р _п, нагнетателя состоит из статического р _ст и динамического р _д давлений

р _п = р _ст + р _д.

Динамическое давление можно определить из выражения

р _д = r с _ср²/2

Мощность нагнетателя. Полезной энергией нагнетателя называется энергия, полученная потоком среды от рабочих органов нагнетателя. Эта энергия равна разности энергий потока в выходном и входном патрубках нагнетателя. Полезной мощностью нагнетателя N _п называется полезная энергия в единицу времени.

Единицы измерения мощности - 1 Вт = 1 Дж/с.

Полезная мощность нагнетателя может быть определена выражениями

N _п = рQ = r QgН = МgН.

От вала двигателя к валу нагнетателя передается мощность на валу N _в. Мощность, передаваемая нагнетателем потоку среды, меньше мощности, передаваемой двигателем валу нагнетателя, на величину объемных, механических и гидравлических потерь энергии в нагнетателе.

Коэффициент полезного действия нагнетательного устройства. Эффективность использования энергии нагнетателем оценивается полным КПД нагнетателя h, который определяется как отношение полезной мощности к мощности на валу нагнетателя

h = N _п / N _в

В нагнетателях потери мощности подразделяются на механические, гидравлические и объемные. В соответствии с этим вводятся понятия механического h_м, объемного h_о и гидравлического h_г коэффициентов полезного действия.

Потери мощности D N на различные виды трения в рабочем органе нагнетателя являются механическими потерями. Механический КПД определяется выражением

h_м = (N _в - D N)/ N _в.

Объемные потери мощности возникают в результате утечек среды через уплотнения в нагнетателе. Если обозначить объемы утечек в единицу времени через D Q, то при подаче нагнетателя Q объемный КПД

h_о = Q /(Q + D Q).

Гидравлический КПД учитывает потери, возникающие вследствие наличия гидравлических сопротивлений в подводящем и отводящем трубопроводах, в рабочем колесе нагнетателя. Гидравлический КПД определяется выражением

h_г = Н /(Н + D Н _пот),

где D Н _пот - потери напора.

Полный КПД равен произведению гидравлического, механического и объемного КПД:

h = h_м h_г h_о.

Центробежный вентилятор

Схема центробежного вентилятора приведена на рис. 3.1. Воздух через входной коллектор 1 поступает на лопасти рабочего колеса. Рабочие лопасти 2, жестко скреплены с дисками, один из которых закреплен на валу, соединенным с валом приводного двигателя. Лопасти вращаются вокруг оси вала. Под действием центробежных сил воздух повышает свою энергию и выбрасывается в спиральную камеру, образованную корпусом 3, и далее вытесняется в напорный трубопровод 4. Характерная индивидуальная характеристика вентилятора приведена на рис. 3.2.

Рис. 3.1. Схема центробежного вентилятора

Рис. 3.2. Индивидуальная характеристика вентилятора

Экспериментальная установка

Экспериментальный стенд для исследования характеристик вентиляторов (рис. 3.3) включает в себя следующие элементы: центробежный 1 и осевой 2 вентиляторы, задвижки 3 и 4 на выходе каждого из вентиляторов, напорный трубопровод 5, дроссельное устройство (задвижка) 6. Измерение полного и динамического давлений в напорном трубопроводе осуществляется трубкой Пито-Прандтля 7 с краном 8 и микроманометром 9.

Электрическая схема стенда приведена на рис. 3.4. Вентиляторы приводятся в движение электродвигателями переменного тока. Напряжение питания электродвигателей регулируется латрами 1 и 2.

Потребляемая вентиляторами мощность измеряется ваттметром. Коммутация вентиляторов, а также подключение к ним ваттметра осуществляется группой переключателей В1 – В4. Частота вращения рабочего колеса вентилятора измеряется частотомером с помощью фотодатчика.

Рис. 3.3. Схема экспериментального стенда

Рис. 3.4. Электрическая схема лабораторной установки

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с устройством и принципом работы центробежного вентилятора.

2. Изучить экспериментальный стенд для определения характеристик центробежного вентилятора.

3. Полностью открыть задвижку на центробежном вентиляторе. Задвижку на осевом вентиляторе закрыть.

4. Подключить стенд к сети.

5. Определить начальное показание l ₀ микроманометра.

6. Включить центробежный вентилятор включателем В1. Переключатели В3 – В4 установить в положение «Измерение мощности центробежного вентилятора».

7. Латром 1 установить число оборотов рабочего колеса вентилятора 4000 об/мин. При этом измерение частоты вращения производить частотомером.

8. Полностью закрыть задвижку на напорном трубопроводе (положение 1) – холостой ход вентилятора.

9. Ваттметром измерить потребляемую двигателем мощность N _в.

10. Микроманометром определить полное l _п (дел) и динамическое l _дин (дел) давления в напорном трубопроводе.

11. Показания приборов записать в табл. 3.1.

12. При одном и том же числе оборотов вентилятора произвести серию измерений потребляемой мощности, полного и динамического давлений для каждого положения задвижки в соответствии с пп. 9 – 11.

13. Используя описанную методику, повторить опыты при числах оборотов вентилятора, указанных в табл. 3.1.

Обработка экспериментальных результатов

1. Определить динамическое и полное давления по формулам

;

,

где r_спирта= 809,5кг/м³ - плотность спирта в микроманометре;

g – ускорение свободного падения;

l - l ₀ - разность показаний микроманометра, м;

k = 0,2 - масштаб микроманометра.

2. Скорость движения потока воздуха на оси напорного трубопровода определяется по формуле

,

где r - плотность воздуха при 20 ^оС и j = 50 % (r = 1,2 кг/м³).

3. Определить среднюю скорость движения воздуха в трубопроводе

с _ср = 0,8 с _ос.

4. Подачу (производительность) вентилятора определить по формуле

Q = с _ср F,

где F - площадь поперечного сечения напорного трубопровода. Диаметр трубопровода, используемого в установке, d = 0,053 м.

5. Определить полный коэффициент полезного действия вентилятора

.

6. Все рассчитанные величины внести в табл. 3.1.

7. На основании результатов измерений и расчетных данных построить на индивидуальные характеристики центробежного вентилятора р _п= f (Q), N _в = f (Q), h = f (Q) для каждого числа оборотов двигателя вентилятора.

8. Проанализировать влияние частоты оборотов вентилятора на его индивидуальные характеристики.

Таблица 3.1

№ п/п	Результаты измерений	Расчетные данные
n	l п	р п	l дин	р дин	N в	с ос	с ср	Q	h
об/мин	дел	Па	дел	Па	Вт	м/с	м/с	м^3/с	%
1.1 … 1.5
2.1 … 2.5
3.1 … 3.5

Лабораторная работа № 4

Дата добавления: 2014-10-15