Основными характеристиками вентиляторов, как и любых нагнетателей являются производительность, развиваемое давление, мощность, коэффициент полезного действия [3].
Давление вентилятора включает в себя статическое и динамическое:
р=рст+рдин (28)
Статическое давление характеризует запас потенциальной энергии газа. Статическое давление вентиляторов представляет собой сумму разрежения при всасывании рв и давления при нагнетании рн.
На рис. 21 представлены три способа использования статического давления вентилятора:
1) при наличии всасывающего и нагнетательного трубопроводов (рис.21,а)
2) в нагнетательном вентиляторе (рис. 21, б);
3) во всасывающем вентиляторе (рис. 21, в).
Рис. 21. Три способа использования статического давления вентилятора
Разность ординат рн и рв на рис. 21,б и рис. 21,в равна абсолютной суммарной ординате рв+рн на рис. 21,а.
Динамическое давление соответствует кинетической энергии
газа, причем
рдин=ρυ2/2 (29)
где υ — скорость воздуха на выходе из вентилятора, м/с.
|
|
Динамическое давление в вентиляторах может составлять до 50% от полного давления.
Следовательно, полное давление, развиваемое вентилятором, включает в себя:
(30)
Вентиляторы классифицируются по характеру и месту их установки на три группы:
1. Дутьевые, у них отсутствует всасывающая труба (рв=0), и вентилятор, засасывая воздух прямо из атмосферы, развивает давление
(31)
А мощность расходуется на нагнетание воздуха. Поэтому такой вентилятор называется нагнетающим.
2. Вытяжные (эксгаустеры), у них нагнетательная труба отсутствует или очень короткая по сравнению с всасывающей трубой (рн=0),а давление вентилятора
(32)
и его мощность тратится только на отсасывание воздуха.
3. Безнапорные, у них отсутствуют всасывающая и нагнетательная трубы, статического давления нет, т. е. рв=0, рн=0, а вентилятор создает давление
(33)
и мощность тратится исключительно на перемещение воздуха.
Объемное количество воздуха, перемещаемого вентилятором в единицу времени, называется производительностью и выражается в м3/с (м3/мин, м3/ч).
Массовое количество воздуха
(34)
где ρ – плотность воздуха при условиях всасывания, зависящая от газовой постоянной, температуры, давления и влажности всасываемого газа, кг/м3.
Характерной величиной для определения размеров вентилятора является объемная, а не массовая производительность. В то же время для теплового баланса важно знать массовое количество подаваемого или отсасываемого воздуха при t = 20° С; р= 1·105 Н/м2 = 760 мм рт. ст.
Количество воздуха при стандартных условиях для сравнения
различных вентиляторов
|
|
(35)
для воздуха
Действительно подаваемое вентилятором количество воздуха Qд меньше всасываемого на величину утечек через неплотности и зазоры.
Отношение
(36)
называется коэффициентом подачи, или объемным к. п. д.
При определении мощности, потребляемой вентилятором, можно пренебречь изменением плотности воздуха, тогда мощность, потребляемая вентилятором, (Nв)
определяется по уравнению:
(37)
где р – давление вентилятора, Н/м2;
Q – производительность вентилятора, м3/с;
- 0,4÷0,6 – общий к. п. д.
В (37) общий к. п. д. учитывает потери мощности внутри вентилятора, на преодоление механических сопротивлений в приводе и подшипниках, т. е.
(38)
где - к.п.д. самого вентилятора без учета механических потерь;
= 0,95÷0,97 в зависимости от типа, числа и состояния подшипников;
= 0,90÷0,95 – для клиноременной передачи.
Если рабочее колесо вентилятора находится на одном валу с двигателем, то ; .
Если вал вентилятора соединяется с валом двигателя при помощи соединительной муфты, то .
Для центробежных вентиляторов, у которых мощность резко возрастает даже при незначительном увеличении производительности, в (37) вводится коэффициент запаса мощности. Это объясняется тем, что при работе вентилятора в сети в результате неточностей расчетов, отступлений от проекта при монтаже, негерметичности сети и многих других причин мощность может отличаться от расчетной.
Коэффициент запаса мощности принимается КN=1,10÷1,15; для осевых вентиляторов, у которых мощность в меньшей степени зависит от изменения подачи, КN = 1,05÷1,10.
Тогда расчетная мощность двигателя (для непосредственного соединения с вентилятором)
(39)
По каталогу подбирается соответствующий по типу двигатель, у которого установленная мощность на валу — ближайшее большее значение по сравнению с расчетным. Правильно выбранная установленная мощность электродвигателя вентилятора обусловливает экономичность и надежность его эксплуатации. Если подобрать двигатель недостаточной мощности, то он быстро выйдет из строя, а работа двигателя с избыточной мощностью вследствие уменьшения cosφ при недогрузке установки станет неэкономичной.
Установившееся движение жидкости или газа в трубопроводах происходит при равновесии действующих движущих сил давления и сил, тормозящих движение.
Принцип расчета воздуховода.
В сложных воздуховодах общая потеря давления определяется суммированием потерь давления только в участках, какой – либо магистрали (без ответвлений), образующей весь путь движения воздуха от произвольно выбранных мест всасывания и нагнетания.
(40)
- длина участка;
d – диаметр трубопровода;
- коэффициент гидравлического трения;
- плотность воздуха;
w – линейная скорость;
y – число участков магистрали;
За расчетную, как правило, принимают наиболее протяженную магистраль, сопротивление ответвлений преодолевается за счет давления в месте его присоединения к магистрали (в узле), тогда оказывается, что потери давления в ответвлениях воздухопровода равны этим располагаемым давлениям.
Рассмотрим разветвленный воздухопровод с известными потерями давления на ряде участков (рис.22).
Требуется определить потери давления
2 5 на участках 1 и б и общую потерю
1 6 давления. Потеря давления на участке:
3 а м б N в а равна 3, на участке 2 равна 5
Рис. 22. Схема воздуховода.
По принципу равенства давлений на участках в точке 1 должно быть давление равно потере давления на участке а, т.е. трем, а потеря давления на участке (а+б), должна быть равна потере на участке 2 (узел N) т.5, следовательно на участке б потеря равна разности (5-3)=2. Тогда суммарная потеря давления по всей сети: (а+б+в)=3+2+6 =11; или 1,б,в(3+2+6)=11 или (2+в)=5+6=11, т.е. общие потери давления на всех участках одинаковы, следовательно расчеты проведены верно.
|
|
У трубопроводов, состоящих из участков разного диаметра,
потери давления на преодоление трения вычисляются отдельно для
каждого участка. Величина сопротивления всего трубопровода равна сумме сопротивлений всех участков.
Потери давления в фасонных частях по (41)
(41)
Коэффициенты потерь определяются отдельно для каждого вида местного сопротивления - колена, перехода и т. д., значения которых приведены в табл. 1.
Динамическое давление на выходе из трубопровода обычно полностью теряется. Поэтому его необходимо прибавить к тормозящим силам
рдин=ρυ2/2
Для того чтобы пропустить через данный трубопровод заданное
количество воздуха, необходимо у начала трубопровода создать
нагнетателем избыточное давление
(42)
т. е. величина этого давления должна быть равна сумме всех сопротивлений движению, в том числе: сопротивлений трения на прямых участках трубы, местных сопротивлений и потерь динамического давления на выходе из трубопровода.