Центробежные вентиляторы: аэродинамические характеристики. Регулирование работы центробежных вентиляторов. Совместная работа вентиляторов. Выбор вентиляторов.
По предложению ЦАГИ коэффициентом быстроходности вентилятора принято считать частоту вращения вентилятора данного типа, который в режиме максимального КПД подает 1 м3/с газа, создавая условное давление 294 Па 30 кгс/м2 (30 кгс/м2294 Па), т. е. для вентиляторов коэффициент быстроходности равен
где Hопт — оптимальный напор, приведенный к плотности газа 1,2 кг/м3.
Подробнее с особенностями конструкций и рабочими характеристиками центробежных вентиляторов можно ознакомиться по справочникам и каталогам [38–44]. Технические характеристики некоторых вентиляторов и дымососов представлены в табл. 3.1–3.6, а типичная универсальная характеристика (построенная при разных частотах вращения рабочего колеса) центробежного вентилятора.
Регулирование производительности центробежных вентиляторов производится посредством изменения числа оборотов, дросселированием всасываемого или нагнетаемого потока прн помощи задвижки, а также поворотными направляющими лопатками, установленными перед всасыванием.
Сравним наиболее употребительные способы регулирования производительности центробежных вентиляторов при помощи задвижки на нагнетательном патрубке и изменением числа оборотов.
При вращении ротора воздух засасывается им через отверстие в задней стенке экрана, отбрасывается от центра ротора к периферии и направляется в кольцевой нагнетательный канал, образованный экраном и внутренней поверхностью корпуса сосуда. Из канала воздух попадает в рабочее пространство сосуда, а затем снова засасывается ротором через отверстие о задней стенке экрана. Цикл повторяется многократно. При этом почти вся механическая энергия вращающегося ротора эквивалентно преобразуется в тепловую, и температура воздуха внутри сосуда повышается. Регулирование температуры внутри сосуда осуществляется путем изменения производительности ротора центробежного вентилятора, т. е. изменением частоты вращения электродвигателя и площади поперечного сечения всасывающего отверстия с помощью жалюзийной решетки. При полностью открытом проходном сечении всасывающего отверстия при максимальной частоте вращения электродвигателя обеспечивается максимальная производительность ротора и наблюдается максимальное повышение температуры внутри сосуда. Ниже приведена техническая характеристика данной установки.
|
|
|
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ЦЕНТРОБЕЖНЫХВЕНТИЛЯТОРОВ
Центробежные вентиляторы, используемые в промышленности в качестве тягодутьевых машин (дымососов, дутьевых вентиляторов, воздуходувок), потребляют значительную долю электроэнергии. Особенностью этих машин является изменение их эксплуатационной экономичности в зависимости от режима работы, а также от способа регулирования производительности. Нередки случаи, когда в условиях эксплуатации тягодутьевые машины работают с к. п. д. 40—50%, иногда 20—30%, что объясняется неполной загрузкой оборудования. Кроме того, во многих случаях установленные на предприятии тягодутьевые машиныустаревшей конструкции имеют низкий собственный к. п. д. В повышении эксплуатационной экономичности действующих машин заключены большие резервы экономии электроэнергии. [c.229]
Центробежные и осевые вентиляторы, применяемые для центральных горизонтальных кондиционеров, должны обладать коэффициентом полезного действия соответственно не менее 0,8 и 0,6. Вентиляторы должны снабжаться устройствами для плавного - регулирования производительности, допускающими дистанционное автоматическоеуправление. [c.434]
|
|
|
Регулирование при помощи дросселя (задвижки). В практике при постоянной скорости вращения центробежного вентилятора еще не найдены способы повышения производительности. [c.266]
Однако для правильного ведения технологического процессапроизводительность и конечное давление м ашины должны поддерживаться в определенных пределах. Отсюда и возникает задачасоответствующего изменения характеристик машины таким образом, чтобы, во-первых, физически осуществить необходимые пределы параметров и, вовторых, достигнуть это максимально экономичным путем. Единственно экономичным методом изменения характеристик компрессорных машин центробежного типа в настоящее время является метод изменения числа оборотов и, до некоторой степени, метод закручивания потока при входе в рабочие лопатки (при наличии постоянной скорости вращения) в случае незначительного отклонения режима работы от основной характеристики. При значительном отклонении требующегося режима от кономичной зоны основнойхарактеристики (п = onst) возникает резкий относительный перерасход энергии на сжатие. Гак, например, в вентиляторах, снабженных устройствами для закручивания потока при входе в колесо, в тех случаях, когда средневзвешенный режим эксплуатации значительно ниже, чем по основной характеристике, приходится отказываться от высокоэффективной схемы с лопатками, загнутыми назад в пользу неэкономичной схемы с лопатками, загнутьщи вперед. Последнее объясняется тем, что при глубоком регулировании режима вниз последняя схема имеет больший к. п. д., вследствие того, что сильное закручивание потока снижает его исходный к. п. д. в меньшей степени, чем при первой схеме.
|
|
|
|
|
|
Последовательное включение двух или большего числа нагнетателей в большинстве случаев применяется тогда, когда давление, создаваемое одним нагнетателем, недостаточно для преодоления сопротивления сети. Таким образом, последовательное включение нагнетателей производится с целью увеличения давления. Иногда последовательное включение нагнетателей применяется из-за того, что для достижения необходимого давления требуются слишком высокие окружные скорости рабочего колеса, которые могут быть причиной разрушения колеса.
Схема последовательного включения нагнетателей приведена на рис. 7.1. При последовательным включении одно и то же количество среды последовательно перемещается всеми нагнетателями, а давление, необходимое для преодоления сопротивления всей сети, равно сумме давлений, создаваемых каждым нагнетателем.
Совместная работа вентиляторов целесообразна при режимах, когда рабочая точка располагается левее точки С на совместной напорной характеристике. Это хорошо иллюстрируется работой вентиляторов на сеть 3. В этом случае создаваемое давление совместно работающими вентиляторами (точка А) больше давления, которое создавал бы каждый из вентиляторов при раздельной работе на эту сеть (точки А1 и А2).
При совместной работе вентиляторов на сеть 2 рабочей точкой является точка С. Видно, что включение в совместную работу вентилятора с характеристикой р2 (Q) бесполезно, поскольку увеличения давления по сравнению с давлением, создаваемым при индивидуальной работе на эту сеть вентилятором с характеристикой р1 (Q), не происходит.
Работа в режимах, когда рабочая точка располагается правее точки С (например, при работе на сеть 1), характеризуется снижением суммарного давления (точка D) по сравнению с давлением вентилятора с характеристикой р1 (Q) при индивидуальной работе (точка D1). В данном режиме второй вентилятор работает как дроссель, и первому вентилятору приходится преодолевать сопротивление не только сети, но и второго вентилятора. Включение в совместную работу второго вентилятора даже вредно.
Вопрос о целесообразности совместной работы вентиляторов необходимо решать не только с учетом давления, но и КПД. Наиболее экономичной работа вентиляторов при последовательном включении будет, если каждый из них работает в режиме максимального КПД.
ПОДБОРА РАДИАЛЬНОГО ВЕНТИЛЯТОРА
Для подбора радиального вентилятора разберем, что представляет собой радиальный вентилятор.
Вентиляторы данного вида оборудованы центробежной крыльчаткой закрепленной на валу ротора двигателя
. Воздух засасывается через входное отверстие радиального вентилятора, где благодаря центробежной силе под прямым углом направляется к выходу. Центробежные вентиляторы широко используются в промышленной и коммерческой вентиляции для обустройства помещения кухни кафе, баров, ресторанов, а так же продовольственных магазинов оборудованных выпечкой свежего хлеба.
Существуют следующие основные характеристики радиальных вентиляторов, которые необходимо учитывать при подборе радиального вентилятора в систему воздуховодов для выполнения тех или иных задач по перемещению воздуха по воздуховодам:
♦ - сечение воздуховода;
♦ - производительность радиального вентилятора;
♦ - полное давление создаваемое вентиляторов;
♦ - число оборотов рабочего колеса;
♦ - стоимость радиального вентилятора.
Существует несколько типов радиальных вентиляторов, которые в свою очередь характеризуются габаритными размерами, весом, производительностью, полным рабочим давлением, числом оборотов ротора вентилятора на котором установлена центробежная крыльчатка и стоимостью. В тоже время каждый тип радиального вентилятора на базе одного и того же корпуса имеет несколько типоразмеров. Данные типоразмеры комплектуются вентиляторами различной мощности двигателя и скорости вращения ротора вентилятора. Эти данные в свою очередь влияют на полное рабочее давление радиального вентилятора, скорость и шум потока в воздуховоде. Все данные учитываются при подборе радиального вентилятора.
Такое разнообразие моделей помогает в зависимости от необходимых параметров более точно подобрать нужный радиальный вентилятор для данных условий работы и стоимости вентиляционного оборудования.
Осевые вентиляторы: область применения. Схема и принцип действия, классификация. Назначение основных элементов. Решетка профилей, напор и мощность осевого вентилятора. Рабочие характеристики. Расчет осевых машин.
Осевые вентиляторы используются в установках местного проветривания, в градирнях и т. п. Прямоточные центробежные (радиальные) вентиляторы используют в установках с ограниченными размерами. Смерчевые вентиляторы целесообразно применять для перемещения среды, которую нельзя подвергать механическому повреждению, а также для пневматического транспортирования материалов, вызывающих большой износ лопаток и дисков рабочих колес. Дисковые вентиляторы благодаря их малошумности устанавливают в местных кондиционерах для вентиляции помещений. Диаметральные вентиляторы широко используют в системах вентиляции и кондиционирования воздуха, в электротермическом оборудовании, в бытовых установках.
Осевой вентилятор в основном применяется для точечного охлаждения, оказывая помощь в активном охлаждении систем и машин. И устанавливают его в вентиляции именно в тех местах, где нет необходимой площади для установки большого вентилятора или пространство очень сильно ограничено. Название такого вентилятора появилось из-за того, что воздух в них проходит через ось в линейном направлении. Перемещение воздуха же лопастями осуществляется параллельно валу, на котором они и вращаются. Такие вентиляторы используются в самых разнообразных электрических и механических устройствах. А их размеры могут быть, как и самыми небольшими, таки достаточно огромными.
В работе вентилятора осевого канального передача всей энергии с вала электродвигателя потоку воздуха осуществляется с использованием рабочего колеса, которое состоит из консольных лопастей, очень аккуратно и тщательно закрепленных на втулке. И поскольку колесо осевого вентилятора даже при своем вращении удерживается в осевом направлении в то время, как его лопасти закреплены под определенным углом к плоскости вращения, то это колесо осуществляет перемещение воздуха вдоль все оси. И при этом происходит закручивание всего поток. Чтобы понять работу осевого вентилятора используют теорию решетки профилей.
Если рассечь колесо цилиндрической поверхности радиусом и развернуть ее с сечениями лопастей, то получится плоская решетка профиля осевого вентилятора. К основным величинам, которые характеризуют решетку вентилятора относятся: шаг лопастей, который должен быть равен расстоянию, находящемуся между сходственными точками сечений лопасти и измеренному только в направлении движения решетки. Также к этим величинам можно отнести длину хорды сечения лопасти и ширину решетку. Ширина решетки – это размер, который параллелен оси вращения. Величиной являются и лопастные углы, расположенные на входе и выходе, а также угол установки лопасти, который является углом между осью решетки и хордой лопасти. Густота решетка – это отношение хорды к шагу, а величина, обратная густоте, называется Шагом.
Только после построения плана скоростей на входе и выходе нужно будет ввести все основные кинематические параметры потока, который проходит через решетку осевого вентилятора. Это будут переносная, абсолютная и относительная скорости на входе и выходе. Углы же входа и выхода – это углы, которые находятся между осью решетки вентилятора и относительными скоростями на входе и выходе. Здесь же обязательно учитывается угол атаки лопасти, находящийся на воде осевого вентилятора и угол атаки лопасти решетки. Эти планы скоростей дают понять, что решетка профиля осевого вентилятора будет изменять значение и направление, как относительной, так и абсолютной скоростей.
С точки зрения потребителя осевые вентиляторы могут быть разделены на две большие группы:• общего назначения;
• специальные (специализированные) вентиляторы.
К вентиляторам общего назначения можно отнести вентиляторы, широко выпускаемые нашей промышленностью, в том числе коррозионно-стойкие и т. д.
Вентиляторы общего назначения конструктивно делятся:
• на вентиляторы в цилиндрическом корпусе;
• на вентиляторы в плоском корпусе (настенные вентиляторы);
• на крышные вентиляторы;
• на струйные вентиляторы, вентиляторы-дестратификаторы.
К вентиляторам специального назначения можно, например, отнести:
• взрывозащищенные вентиляторы;
• шахтные вентиляторы;
• дымососы;
• реверсивные вентиляторы;
• вентиляторы встречного вращения;
• струйные тоннельные вентиляторы;
• потолочные вентиляторы;
• вентиляторы воздушного душирования.
Очевидно, что это довольно условное деление вентиляторов, т. к. специальные вентиляторы могут быть использованы в вентиляционных системах как общепромышленные.
Хотя вентиляторы относятся к компрессорным машинам, расчет характеристик вентиляторов допустимо проводить в рамках теории насосов (см. п. 2), исходя из того, что степень сжатия газов в вентиляторах незначительна, т. е. изменением термодинамических параметров газов в них можно пренебречь.
В качестве основных параметров вентиляторов приняты: производительность Q, м3/с; полное давление Dp = rgH, Па; статическое давление D pст = Dp – Dpдин, Па; эффективная мощность Nэф, Вт; КПД, вычисленные по полному и статическому давлениям
В осевом вентиляторе (рис. 3.12) поток движется преимущественно в направлении оси вращения. Осевые вентиляторы просты в изготовлении, компактны и реверсивны. По сравнению с центробежными вентиляторами они имеют более высокие КПД и подачу при относительно малой степени сжатия.
Поршневые компрессоры: классификация, схемы, маркировка поршневых компрессоров. Теоретическая индикаторная диаграмма идеального компрессора и его работа. Объемный КПД компрессора. Производительность поршневых компрессоров и определение числа ступеней сжатия.
Наиболее распространены и многообразны по конструктивному выполнению, схемам и компоновкам поршневые компрессоры; их различают по устройству кривошипно-шатунного механизма (крейцкопфные и бескрейцкопфные), устройству и расположению цилиндров (простого и двойного действия, L-, У- и Ш-образные, горизонтальные и вертикальные, оппозитные, со ступенчатым поршнем и т. д.), числу ступеней сжатия. Поршневые компрессоры широко применяют в установках для получения искусственных удобрений и пластических масс, в холодильной промышленности и криогенной технике. В азотно-туковой промышленности поршневыми компрессорами сжимается азотно-водородная смесь до 25–50 МПа. В производстве полиэтилена сжатие этилена осуществляется до 200–250 МПа. В нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности поршневые компрессоры применяются в газлифтах, в процессах очистки нефтепродуктов от сернистых соединений и каталитического риформинга легких нефтепродуктов, для получения высокооктанового бензина и ароматических углеводородов. Необходимо отметить, что производительность объемных компрессоров слабо зависит от давления нагнетания.
Поршневые компрессоры
На рис. 3.1 показаны типовые конструктивные схемы поршневых компрессоров: крейцкопфные (крейцкопф-ползун с шарниром) — с двусторонним всасыванием и бескрейцкопфные — одностороннего всасывания (мощностью до 100 кВт). По расположению цилиндров поршневые компрессоры подразделяют на вертикальные, горизонтальные и угловые. Угловые компрессоры подразделяют на прямоугольные (или L-образные, когда ряды цилиндров расположены вертикально и горизонтально, т. е. угол между их осями составляет 90° ), а также У-образные и Ш-образные — машины с наклонными цилиндрами, установленными У- и Ш-образно. Оппозитные компрессоры представляют собой горизонтальные машины с встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны вала; они отличаются высокой динамической
уравновешенностью, меньшими габаритами и массой, и поэтому практически полностью вытеснили традиционный тип крупного горизонтального компрессора. Для машин малой и средней производительности основными являются два типа компрессора: прямоугольный и У-образный.
Тип поршневого компрессора определяется расположением цилиндров. Каждый тип компрессоров имеет свои преимущества. Схема компрессора и его тип взаимосвязаны.
Основным преимуществом вертикальных компрессоров — является равномерный и значительно меньший износ цилиндров и юбок поршней, благодаря меньшему давлению поршней на стенки цилиндров. Кроме того, в таких компрессорах происходит равномерное распределение смазывающих веществ по стенкам цилиндров и меньшее попадание абразивных частиц на трущиеся поверхности поршней и цилиндров. Это преимущество является решающим для компрессоров без смазки или с неполной смазкой там, где не допускается применение минерального масла (кислородные, хлорные и другие компрессоры).
Горизонтальные компрессоры более удобны при обслуживании, что очень важно для стационарных крупных компрессоров.
Преимущества угловых компрессоров — относительно малая масса и компактность — имеют решающее значение для компрессоров в передвижных установках.
Воздушные компрессоры одного типа с кривошипно-шатунным механизмом различаются числом рядов цилиндров, равным числу шатунов, расположением цилиндров и ступеней, конструкцией кривошипно-шатунного механизма, который может быть крейцкопфным или бескрейцкопфным. Эти признаки объединены в общее понятие схема компрессора, которая изначально предопределяет конструкцию компрессора, ее массу, габариты и цену компрессора, а также такие фактоы как экономичность при эксплуатации, надежность, простота в обслуживании и ремонте.
Различные требования, предъявляемые к компрессорам в зависимости от их назначения, отражаются в разнообразном количестве используемых схем. Наиболее применяемые из них показаны на рис. 2, а—m, на котором римскими цифрами обозначены ступени сжатия, а буквами Ур — уравнительная, полость; последняя в отличие от рабочих полостей не имеет клапанов и находится под постоянным давлением газа для уравнивания поршневых сил.
Бескрейцкопфные компрессоры просты по конструкции и компактны, вследствие чего их применяют для передвижных установок.
В крупных компрессорах сказываются недостатки такой схемы:пониженный механический к. п. д., большой прорыв газов через поршневые кольца, увеличенный расход масла, и соответственно, большое его попадание в качестве примесей в сжимаемый газ, малоэффективное использование рабочего объемацилиндра вследствие одинарного действия.Поэтому она уступаетместо схеме с крейцкопфом.
По числу ступеней сжатия различают одно-, двух- и многоступенчатые компрессоры. Многоступенчатое сжатие позволяет уменьшить температуру сжатого газа, увеличить КПД машины, снизить поршневые силы.
Производительность идеального поршневого компрессора определяется по формулеQт = SLn, (3.2)
где S — рабочая площадь поверхности поршня, L — ход поршня; n — число двойных ходов поршня в единицу времени.
Работа за цикл идеального поршневого компрессора равна
где k — показатель адиабаты сжимаемого газа; p1 — давление на линии всасывания; V1 — всасываемый объем.
Производительность реального поршневого компрессора связана с Qт через коэффициент подачи l :Q0 = lQт. (3.6)
Коэффициент подачи, в свою очередь, определяется как произведение частных коэффициентов подачи:l = lв lт lр lг lj . (3.7)
Здесь lв — коэффициент всасывания, характеризующий снижение производительности из-за мертвого пространства; lт — коэффициент подачи, учитывающий влияние подогрева газа на производительность; lр — коэффициент подачи, учитывающий влияние сопротивления всасывающего клапана на производительность компрессора; lг — коэффициент герметичности, учитывающий влияние прямых утечек газа на производительность компрессора (является аналогом объемного КПД насосов); lj — коэффициент подачи, учитывающий влияние влажности газа на производительность (при сжатии газа часть паров конденсируется, что приводит к дополнительному снижению объема сжатого газа).
Индикаторная диаграмма реального поршневого компрессора (рис. 3.16) является важным средством для контроля над работой компрессора; для ее построения используется специальный самописец, устанавливаемый обычно непосредственно на компрессоре. Работа за цикл пропорциональна площади индикаторной диаграммы. Процессу всасывания соответствует линия 4–1, процессу сжатия газа — линия 1–2, процессу нагнетания — линия 32–43, расширение газа, оставшегося в мертвом пространстве, описывается линией 3–4. «Всплески» вблизи точек 2 и 4 характеризуют инерционность клапанов, приводящую к запаздыванию их открытия. При появлении тех или иных неполадок в работе поршневого компрессора индикаторная диаграмма искажается, что позволяет использовать ее как средство диагноза технического состояния компрессора.
а индикаторной диаграмме идеального компрессора (рис. 10.10) линия 4-1изображает процесс всасывания рабочего тела, причем длина отрезка 4-1 соответствует рабочему объему цилиндра V1. Линия 1-2 изображает процесс сжатия, а линия 2-3 – выталкивания рабочего тела в напорную камеру.
Рис. 3.16. Индикаторная диаграмма работы поршневого компрессора
На рис. 2, з, ж представлены схемы со встречным движением поршней (оппозитное расположение).
Поршни компрессора расположены друг против друга (под углом 180°). При такой схеме силы инерции, возникающие при возвратно — поступательном движении поршней, полностью уравновешиваются. Соответственно компенсируются силы, действующие на коренные подшипники и шейки вала, что значительно снижает их износ и продлевает срок службы. Компрессоры с горизонтальным оппозитным расположением цилиндров, могут быть в два раза легче компрессоров с их односторонним расположением.
Несколько ступеней в одном ряду объединяют в дифференциальный блок (см. рис. 2, и, л), за счет чего уменьшается число сальников и длина ряда. Ступень высокого давления для снижения утечек газа уплотняют по возможно меньшему периметру поршня, располагая ее в торце дифференциального блока.
Выбор оптимального числа ступеней компрессора. При выборе числа ступеней компрессоров средней и большой производительности исходят из того, что отношение давлений в каждой ступени не должно превышать е — 4. При таком отношении давлений температуры, возникающие в цилиндрах компрессора, не слишком высоки и обеспечивается надежная смазка цилиндров. Только в небольших компрессорах с благоприятными условиями охлаждения и в некоторых специальных компрессорах допускают более высокие отношения давлений в ступенях.
При увеличении числа ступеней компрессора его теоретический циклвсе более приближается к изотермическому, но дополнительная экономия работы, достигаемая введением новой ступени, снижается. Устройство каждой добавочной ступени сопряжено с усложнением конструкции и дополнительными затратами работы вследствие потерь давления в клапанах и в добавочной межступенчатой коммуникации. Выбор оптимального числа ступеней производят с учетом обоих обстоятельств.
Рис. 2. Схемы поршневых компрессоров: а-з — двухступенчатых; и-м — трехступенчатых;н-п — четырехступенчатых; р-с — пятиступенчатых; м — шестиступенчатого.
Дата добавления: 2018-05-02; просмотров: 1645; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!