Основные сведения. Вентилятором называется лопастная гидромашина, в которой механическая энергия вращающегося рабочего колеса преобразуется в энергию движущегося газа (воздуха)

 

Вентилятором называется лопастная гидромашина, в которой механическая энергия вращающегося рабочего колеса преобразуется в энергию движущегося газа (воздуха) в результате динамического взаимодействия лопаток рабочего колеса с обтекающим их газом (воздухом).

Предназначены вентиляторы для перемещения и нагнетания газообразных сред (по воздуховодам и без них) из одного объема в другой.

Центробежные вентиляторы широко применяются практически во всех отраслях народного хозяйства. Например, они используются для проветривания (вентиляции) производственных, общественных и жилых помещений, создания определенных условий во многих технологических установках химической и других отраслей промышленности, обеспечения комфортабельных условий на транспорте, создания микроклимата в различных радиоэлектронных приборах и электронно-вычислительных машинах. Диаметры рабочих колес вентиляторов изменяются от нескольких десятков миллиметров до 4-5 метров, а потребляемая ими мощность от нескольких ватт до нескольких тысяч киловатт.

Работа вентилятора характеризуется следующими аэродинамическими параметрами: подачей Q; полным р, статическим р _ст и динамическим р _дин давлением; потребляемой мощностью N; полным h и статическим h_ст коэффициентом полезного действия (КПД).

Подача вентилятора определяется по формуле:

, (9.1)

где Q_изм – объемный расход в выходном патрубке, измеренный расходомером, м³/с;

r_изм – плотность среды в расходомере, кг/м³;

r ₁ – плотность среды на входе в вентилятор, кг/м³.

Полное давление равно разности давлений потока на входе в вентилятор и выходе из него, т.е.

. (9.2)

Динамическое давление определяется по формуле

(9.3)

где x – коэффициент, учитывающий сжимаемость среды;

р_дин – динамическое давление, рассчитанное по средней скорости потока на выходе из вентилятора, Па;

r ₂, g₂ – плотность и удельный вес среды на выходе из вентилятора, кг/м³ и Н/м³ соответственно.

Коэффициент, учитывающий сжимаемость среды, равен:

, (9, 4)

где k – показатель адиабаты (для воздуха k = 1.4).

Если р_ст < 0, 02× р ₁ и v_{ср 2} < 50 м/с, то можно считать x = 1.

Статическое давление равно разности полного и динамического давления, т.е.

. (9.5)

Полезной мощностью называется энергия, передаваемая рабочим колесом вентилятора всему потоку газа (воздуха) в единицу времени. Если предполагать процесс сжатия происходящим без притока тепла при постоянной энтропии во всей среде, то полезная мощность

. (9.6)

Если динамическое давление вентилятора не используется, то полезная мощность

, (9.7)

где

. (9.8)

Если р ₂ /р ₁ < 1, 3, то N_п = р · Q· b,

где – коэффициент сжимаемости перемещаемой среды.

Если р ₂ /р ₁ < 1, 3, тогда b = b _ст, р = р_ст и

(9.9)

Потребная мощность N вентилятора – мощность на валу электродвигателя, т.е. мощность на валу рабочего колеса вентилятора без учета потерь в подшипниках, приводе и др.

Полный и статический КПД вентилятора равны:

(9.10)

Совокупность зависимостей полного и статического давлений, потребляемой мощности, полного и статического КПД вентилятора от его подачи при фиксированной частоте вращения рабочего колеса и постоянной плотности газообразной среды называется индивидуальной аэродинамической характеристикой вентилятора. К примеру, такая характеристика приведена на рисунке 9.1. Характеристику вентилятора определяют, как правило, в результате его аэродинамических испытаний.

Сочетание полного и статического давлений, пот-ребляемой мощности, полного и статического КПД, соответствующих на данной характеристике вполне определенной подаче, называется режимом работы вентилятора. Режимы работы, соответствующие наибольшим значениям полного КПД, для которых справедливо соотношение h ³ 0, 9 h_max, называются номинальными.

На рисунке 9.1 номинальным режимам соответствует утолщенный участок кривой полного КПД.

Обычно вентиляторы работают на сеть. Сетью называется система воздуховодов различной протяженности, в которой работает вентилятор. Сеть образуют прямые участки воздуховодов с постоянным по площади и форме поперечным сечением, всевозможные фасонные элементы (тройники, диффузоры, конфузоры, поворотные колена, дроссельные и регулирующие устройства, задвижки, заслонки, решетки). В отдельных случаях элементами сети могут быть такие агрегаты, как фильтр, калорифер, циклон и др.

Режим работы данного вентилятора, установленного в данной сети, называется рабочим. Для определения рабочего режима находят так называемую рабочую точку. Рабочая точка – точка пересечения кривой полного давления вентилятора (рисунок 9.2) с характеристикой сети, на которую он работает.

Характеристика сети – зависимость суммарных потерь давления D р во всех элементах сети от расхода газа (воздуха) в ней. Следовательно, газ (воздух) будет перемещаться по воздуховодам данной сети с заданным расходом лишь в том случае, когда полное давление вентилятора равно суммарным потерям давления.

Суммарные потери давления в неразветвленной сети подсчитываются по формуле

, (9.11)

где D р_i – потери давления в отдельных элементах сети, Па;

k – коэффициент сопротивления сети.

Величина k зависит от конфигурации сети и параметров перемещаемого газа (воздуха). Потери давления в отдельных сопротивлениях определяют по формуле

(9.12)

где x _i – коэффициент сопротивления элемента;

r– плотность среды, кг/м³;

S – площадь характерного сечения элемента, м²;

Q – расход среды, кг/м³;

n – показатель степени;

υ _i – средняя скорость потока в характерном сечении элемента, м/с.

Величина x _i определяется по справочнику в зависимости от вида, размеров и конструктивных особенностей элемента сети и от числа Рейнольдса.

При развитом турбулентном режиме среды n = 2.

Для ламинарного режима n = 1.

При неразвитом (переходном) турбулентном режиме 1 < n < 2.

Характеристику сети можно построить как расчетным путем, используя формулы (9.11) и (9.12), так и экспериментально, измерив перепады (потери) полных давлений во всасывающем и нагнетательном (напорном) воздуховодах для нескольких рабочих режимов вентилятора.