Снижение производительности вентилятора
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 . 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.
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.
Регулирование при помощи дросселя (задвижки). В практике при постоянной скорости вращения центробежного вентилятора еще не найдены способы повышения производительности.
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.
Регулирование центробежных вентиляторов
Цель работы: изучение способов регулирования работы центробежных нагнетателей и определение наиболее оптимального из них.
Общие сведения
Регулированием называется такое изменение подачи и др. параметров нагнетателя, которое осуществляется непрерывно без останова устройства.
Целью регулирования является приспособление параметров нагнетателя к изменяющимся условиям работы.
При работе нагнетателя в сети его рабочая точка определяется пересечением характеристики полного давления и характеристики сети. Поэтому изменять подачу нагнетателя можно перемещением рабочей точки либо вдоль характеристики сети либо вдоль напорной характеристики. В соответствии с этим существуют два наиболее распространенных способа регулирования нагнетателей:
а) изменением характеристик сети;
б) изменением характеристик нагнетателя.
Существует еще способ регулирования подачи поворотными направляющими лопастями на входе в рабочее колесо. При таком способе регулирования одновременно изменяются характеристика сети и характеристики нагнетателя.
Дроссельное регулирование при постоянной частоте вращения вала
Регулирование заключается в искусственном введении в сеть дополнительного гидравлического сопротивления. При этом изменяется характеристика сети, но не изменяется характеристика нагнетателя. Регулирующими устройствами, дросселирующими сеть, могут быть клапаны, задвижки, диафрагмы и т.п. устройства.
Пусть нагнетатель включен в трубопроводную систему с вентилем. Режим работы нагнетателя на такую сеть можно определить графически путем наложения характеристики сети на полную характеристику нагнетателя, представляющую собой зависимости полного давления рп, мощности N и КПД h от производительности (рис. 9.1). Точка пересечения характеристик сети и полного давления является рабочей точкой и определяет величину давления и производительности нагнетателя.
При полностью открытом вентиле характеристика сети является самой пологой, и режим работы определяется точкой А. Этой точке соответствуют значения производительности QA, и давление рА. По известной производительности QA можно также определить потребляемую мощность NA и коэффициент полезного действия hА.
При перекрытии вентиля сопротивление сети увеличивается, и характеристика сети становится более крутой. Рабочая точка перемещается из положения А в положение В, а затем в С. Эти точки определяют новые параметры работы нагнетателя.
Из рисунка видно, что максимальная подача обеспечивается при полностью открытом вентиле. Следовательно, дроссельный способ регулирования применяется только для уменьшения подачи. Мощность на валу при регулировании уменьшается. При этом увеличивается доля энергии, расходуемой на дросселирование. Например, регулирование до точки В приводит к бесполезной потере давления на дросселе Dрдр. Тогда мощность, затрачиваемая на дросселирование
Чем более глубоко осуществляется процесс регулирования, тем более непроизводительны затраты мощности.
Поскольку есть затраты мощности на дросселирование, то с энергетической точки зрения способ не выгоден, однако ввиду чрезвычайной простоты этот способ имеет широкое применение.
Дросселирование насосов имеет свои особенности. При перекачивании жидкостей насосом регулирующие устройства устанавливаются только на нагнетательном трубопроводе, с целью предотвращения кавитации.
Дроссельное регулирование допустимо только при возрастающей характеристике мощности. Если характеристика падающая, то с уменьшением производительности затраченная мощность растет, что нецелесообразно.
Регулирование изменением частоты вращения рабочего колеса
Способ состоит в изменении частоты вращения рабочего колеса без изменения характеристик сети. Характеристики нагнетателя при этом изменяются.
Пусть центробежный нагнетатель может работать при различных скоростях вращения рабочего колеса n1, n2, n3, и т.д. (рис. 9.2). Рабочие точки нагнетателя определяются тогда как пересечение напорных характеристик с характеристикой сети (точки 1, 2, 3). Видно, что изменением частоты вращения можно достигнуть различных значений подач Q1, Q2, Q3 и давлений р1, р2, р3. Мощность и КПД определяются по графику при соответствующих значениях подачи.
С увеличением частоты вращения колеса подача и давление увеличиваются, с уменьшением – уменьшаются. В отличие от регулирования дроссели-рованием данный способ может осуществляться как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения подачи.
Потери мощности на дросселирование отсутствуют, поэтому способ энергетически выгоден, но более сложен в реализации. Из-за сложности реализации в эксплуатации данный способ регулирования применяется более редко.
Экономичность способа регулирования зависит от способа изменения частоты вращения рабочего колеса.
Способы изменения частоты вращения колеса:
— использование двигателя постоянного тока и регулировка напряжением питания этого двигателя;
— использование паротурбинного привода и изменение частоты вращения турбины воздействием на паровпускное устройство;
— использование гидромуфта и индукторных муфт скольжения;
— использование ременных вариаторов частоты вращения рабочего колеса.
Порядок выполнения работы
1. Регулирование вентилятора дросселированием
1. Ознакомиться со способами регулирования центробежных вентиляторов.
2. Изучить экспериментальный стенд для регулирования характеристик центробежного вентилятора (см. лаб. работу № 3).
3. Полностью открыть задвижку на центробежном вентиляторе. Задвижку на осевом вентиляторе закрыть.
4. Подключить стенд к сети.
5. Определить начальное показание l0 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 открыть задвижку на напорном трубопроводе.
9. Ваттметром измерить потребляемую двигателем мощность Nв.
10. Микроманометром определить полное lп (дел) и динамическое lдин (дел) давления в напорном трубопроводе.
11. Показания приборов записать в табл. 9.1.
12. Установить задвижку на напорном трубопроводе в положение 2. С помощью латра 1 обеспечить постоянство числа оборотов вращения колеса вентилятора. Выполнить необходимые измерения в соответствии с пп. 9–11.
13. При одном и том же числе оборотов вентилятора произвести серию измерений потребляемой мощности, полного и динамического давлений для каждого положения задвижки.
2. Регулирование вентилятора изменением частоты вращения рабочего колеса
1. Полностью открыть задвижку на центробежном вентиляторе. Задвижку на осевом вентиляторе закрыть.
2. Определить начальное показание l0 микроманометра.
3. Включить центробежный вентилятор включателем В1.
4. Полностью открыть задвижку на напорном трубопроводе.
5. Латром 1 установить начальную частоту вращения центробежного вентилятора 4000 об/мин.
6. Микроманометром определить полное lп (дел) и динамическое lдин (дел) давления в напорном трубопроводе.
7. Показания приборов записать в табл. 9.2.
8. Произвести измерения для данного положения задвижки при различных частотах вращения колеса вентилятора.
Обработка экспериментальных результатов
1. Методика определения динамического рдин и полного рп давления, осевой сос и средней сср скоростей, производительности Q вентилятора описана в лабораторной работе № 3 (см. раздел «Обработка опытных данных», пп. 1-4).
2. Все рассчитанные величины внести в табл. 9.1 и 9.2.
3. На основании результатов измерений и расчетных данных построить зависимости относительного изменения потребляемой мощности Nв/Nв0 от относительного изменения производительности Q/Q0 вентилятора при различных способах регулирования.
Таблица 9.1
Регулирование вентилятора дросселированием
| № п/п | Результаты измерений | Расчетные данные | |||||||||
| n | lп | рп | lдин | рдин | Nв | сос | сср | Q | Q/Q0 | Nв/Nв0 | |
| об/мин | дел | Па | дел | Па | Вт | м/с | м/с | м3/с | |||
| … |
Таблица 9.2
Частотное регулирование вентилятора
| № п/п | Результаты измерений | Расчетные данные | |||||||||
| n | lп | рп | lдин | рдин | Nв | сос | сср | Q | Q/Q0 | Nв/Nв0 | |
| об/мин | дел | Па | дел | Па | Вт | м/с | м/с | м3/с | |||
4. Полученные результаты проанализировать. Выбрать наиболее экономичный способ регулирования.
Источник: https://studopedia.su/11_22601_regulirovanie-tsentrobezhnih-ventilyatorov.html
3. Способы регулирования работы вентиляторов
Известны следующие способы регулирования работы вентиляторов:
-
дросселирование потока воздуха в линии нагнетания или всасывания;
-
изменение частоты вращения рабочего колеса;
-
изменение направления потока перед входом в рабочее колесо;
-
поворот лопаток или отдельных частей лопаток рабочего колеса.
Дросселирование потока осуществляется введением в вентиляционную сеть дополнительного сопротивления (дросселя), устанавливаемого после нагнетательного патрубка вентилятора при нагнетательной вентиляции и перед всасывающим устройством вентилятора при всасывающей вентиляции. В первом случае регулирование сводится к изменению характеристики сети при неизменной характеристике вентилятора, при этом характеристики сети становятся круче. Во втором случае изменяется характеристика вентилятора при неизменной характеристике сети.
Регулирование изменением частоты вращения ротора возможно при наличии регулируемого привода. Изменяя в определенных пределах частоту вращения машины, можем получить ряд характеристик Н=f (Q), каждая из которых будет лежать тем ниже, чем меньше частота вращения. В пределах полученного при этом поля характеристик можно изменять расход и напор в любых соотношениях независимо от взаимной связи этих параметров, предписываемой характеристикой машины для расчетной частоты вращения.
Регулирование изменением направления потока на входе в рабочее колесо основывается на изменении скорости закручивания υ1u потока при входе в рабочее колесо и осуществляется специальным направляющим аппаратом (НА). Этот аппарат представляет собой систему поворотных лопаток, устанавливаемых перед входом в колесо вентилятора. Посредством специального механизма все лопатки могут одновременно поворачиваться относительно своих радиальных осей. Лопатки изменяют направление воздушного потока, т. е. сообщают ему скорость закручивания υ1u. В результате этого, как вытекает из уравнения Л. Эйлера, изменяется напор вентилятора. Если в направляющем аппарате поток закручивается в направлении вращения колеса, то υ1u имеет знак «минус», давление и потребляемая мощность уменьшаются. При закручивании потока в обратную сторону скорость υ1u имеет знак «плюс» и давление возрастает.
Таким образом, изменяя направление потока в абсолютном движении на входе в колесо, можно получить ряд новых характеристик Н = f(Q) для вентилятора при той же самой частоте вращения рабочего колеса. При регулировании этим способом изменение производительности и напора осуществляется переходом рабочей точки на новую характеристику машины, получаемую в результате закручивания потока перед колесом. Глубина регулирования с помощью направляющего аппарата у центробежных вентиляторов меньше, чем у осевых вентиляторов.
Регулирование поворотом лопаток рабочего колеса осуществляется в осевых вентиляторах и поворотом некоторых частей лопаток рабочего колеса в центробежных вентиляторах. Этот способ особенно целесообразен для случаев, когда основным регулируемым параметром является давление за вентилятором. У центробежных вентиляторов конструктивно удается выполнить поворотными только хвостовые части лопаток — закрылки.
Регулирование шахтных вентиляторов может вестись с использованием одновременно двух-трех способов, например изменением положения лопаток направляющего аппарата и частоты вращения рабочего колеса.
Выбор того или иного способа регулирования вентиляторов должен решаться с учетом наибольшей его экономичности, простоты и удобства обслуживания.