Изменения характеристики сети при работе объемных машин

Рис.4.9.Изменение работы вентилятора при пневмотранспорте.

Рис.4.8. Варианты схем пневматического транспорта.

Рис.4.6. Изменение работы вентилятора при отключении части сети.

Рис.4.5. К расчету сети с недоучетом потерь.

1-характеристика сети действительная; 2- характеристика сети расчетная

Режим работы центробежной машины в этом случае изменится точно так же, как и при расчете сети с запасом. Производительность увеличится, т.е. измененный расход окажется больше начального (Q_изм > Q_нач.), давление в зависимости от расположения точек I и II на характеристике Р–Q нагнетателя может оказаться меньше или больше начального, т.е. р _изм. р_{нач. ,} а мощность, потребляемая нагнетателем, возрастает.

Поэтому отключение части сети без заглушки отключенных отростков возможно только тогда, когда электродвигатель установлен с достаточным запасом по мощности.

Максимальное изменение работы центробежного нагнетателя соответствует полному отключению сети. В этом случае потерь в сети не будет, и характеристика сети совпадает с линией динамического давления Р_д–Q, так как потери динамического давления на выход потока из выходного отверстия машины сохраняется.

Режим работы будет характеризоваться рабочей точкой III, в которой расход перемещаемого воздуха (или воды) окажется наибольшим (Q_III =Q_max), давление, развиваемое машиной, будет наименьшим и равным динамическому давлению (р _III = р _д), потребляемая мощность окажется наибольшей (N_Ш =N_макс).

а) – без заглушки; б) – с заглушкой отключенных участков; 1 – характеристика сети до отключения; 2 – характеристика сети после отключения.

Поэтому пуск машины при отключенной сети является нежелательным, так как электродвигатель вследствие повышенной нагрузки будет перегреваться, а в некоторых случаях может выйти из строя.

Иначе обстоит дело при отключении части сети с заглушкой отключенных участков. Такое отключение часто называют дросселированием.

Увеличение потерь в сети часто ведет к смещению характеристики сети влево. Работа нагнетателя изменяется так же, как при недоучете потерь при расчете сети (см. рис.4.6,б). Производительность нагнетателя при этом уменьшается (Q_II < Q_I), уменьшается также и мощность (N_II =N_I). Что касается давления, то оно может как увеличиваться, так и уменьшаться (р _II р_I).

По мере увеличения сопротивления сети характеристика будет все больше смещаться влево. Предельным явится случай полностью перекрытой сети. Тогда характеристика сети совместится с осью ординат. Режим работы нагнетателя в этом случае определится точкой III, причем расход окажется нулевым (Q_III = 0), а мощность – минимальной (N_Ш =N_мин). Давление определится начальной точкой линии р – Q нагнетателя при нулевом расходе.

Таким образом, при дросселировании сети можно не опасаться какой-либо перегрузки электродвигателя. Минимальное значение мощности при полностью перекрытой сети и является основанием для пуска центробежных машин при закрытой задвижке.

Утечки или подсосы через неплотности сети. Утечки или подсосы тоже являются причиной изменения характеристики сети. Если сети, присоединенные к насосам, практически герметичны и в них подсосы или утечки жидкости минимальны, то вентиляционные сети, как правило, негерметичны.

Рис.4.7. Влияние подсосов и изменения утечек в сети на работу вентиля тора(1);.Влияние плотности перемещаемой жидкости на работу нагнетателя

Неплотности сети влекут за собой непроизводительный подсос воздуха на всасывающей линии нагнетателя и утечку воздуха на нагнетательной линии.

Как подсосы, так и утечки уменьшают действительные сопротивления сети, и характеристика ее отклоняется вправо. В результате расчетная точка I (рис.4.7,1) переходит в точку II. Условия работы нагнетателя изменяются, так как производительность оказывается большей, чем это требуется при герметичной сети (Q_II = Q_I), мощность, потребляемая машиной, возрастает (N_II >N_I) c перезагрузкой электродвигателя, давление изменяется в зависимости от участка характеристики, в пределах которого расположены точки I и II.

Таким образом, негерметичность сети вызывает непроизводительные расходы, и поэтому на тщательность выполнения стыков следует обращать весьма серьезное внимание.

Изменение плотности перемещаемой среды при подаче капельных жидкостей практически не учитывается, так как нагрев жидкостей из-за малого коэффициента объемного расширения почти не меняет их объемного веса. Для расчета подачи воздуха или газов приходится учитывать изменение плотности при нагреве (например, при удалении газов от сушильных печей, горячих ванн, в дымососах от котельных установок).

Уменьшение объемного веса газа вызывает одновременно уменьшение потери давления в сети, присоединенной к вентилятору, так как потери в трубопроводах пропорциональны динамическому давлению

р _д=

В то же время изменяется и давление, развиваемое вентилятором, так как по формуле Эйлера р_в=.

В результате чаще всего наблюдается одновременное пропорциональное изменение характеристик как сети, так и нагнетателя. При этом точка II,характеризующая его работу при уменьшенном объемном весе газа, лежит на одной вертикали с точкой I, характеризующей работу нагнетателя при стандартном объемном весе газов в сети (рис.4.7,2).

Таким образом, при уменьшении плотности среды производительность нагнетателя остается практически неизменной (QQ), давление, создаваемое вентилятором, уменьшается пропорционально объемному весу газа, а мощность также уменьшается пропорционально объемному весу газа. Учитывая сказанное, можно было бы уменьшать мощность электродвигателей вентиляторов, предназначенных для перемещения нагретых газов и воздуха. Однако практически оборудование, обслуживаемое вентиляторами, обычно работает в переменном режиме и мощность электродвигателя приходится определять из расчета работы вентилятора в нормальных «холодных условиях». Так, вентиляторы, обслуживающие печи, в периоды растопки перемещают воздух, имеющий температуру цеха. Дымососы котельных установок в периоды растопки котлов также работают на воздухе, имеющем температуру котельной.

Перемещение воздуха или воды с твердыми примесями осуществляется при пневмо- или гидротранспорте материалов. Потери давления в сети при этом возрастают, так как такое перемещение связано с дополнительными сопротивлениями.

При равных скоростях или объемах, проходящих по сети, изменение сопротивления определяется по формуле

р _см = р _ч.в.(1 + k ) кГ/м² (4.7)

где р _см – сопротивление сети при перемещении воздуха с примесями (смеси)

р _ч.в. – сопротивление сети при перемещении чистого воздуха (в тех же объемах);

k – коэффициент пропорциональности, зависящий от рода перемещаемого материала при пневмотранспорте материалов (для древесных стружек k = 1,4; хлопка 1,5; металлической стружки 0,8 и т.д.);

- весовая концентрация материала, т.е. отношение веса перемещаемого в единицу времени материала G_м в кГ/ч к весу перемещаемого воздуха G_в в кГ/ч (или соответственно отношение веса твердых примесей к весу воды при гидротранспорте).

В результате увеличения потерь характеристика сети при транспорте материалов проходит левее характеристики сети при перемещении чистого воздуха.

Влияние изменения характеристики сети на работу нагнетателя зависит от особенностей сети, которая может быть выполнена в одном из двух вариантов (рис.4.8).

I – с пропуском смеси через вентилятор; II – с отделением продукта до вентилятора; 1 – продуктоприемник; 2 – транспортная сеть; 3- вентилятор; 4- продуктоотделитель.

Обычно сеть пневмотранспорта состоит из следующих основных элементов: пылеприемника (или продуктоприемника), транспортной сети, побудителя тяги (нагнетателя) и продуктоотделителя.

В первом варианте (рис.4.8, I) эти основные элементы расположены в указанной последовательности, причем смесь проходит по всей сети, включая и побудитель тяги.

Во втором варианте (рис.4.8,II) продуктоотделитель установлен перед нагнетателем. Таким образом, смесь перемещается лишь в продуктоприемнике сети и в продуктоотделителе, после которого воздух практически уже не содержит твердых примесей. Нагнетатель в этом случае всегда перемещает практически чистый воздух.

В первом случае меняется не только характеристика сети, но частично и характеристика нагнетателя. При перемещении смеси нагнетатель при равных объемах и давлениях требует увеличения мощности, которое связано с затратой дополнительной работы колеса вследствие соударения твердых частиц и лопаток, трения частиц в межлопаточном пространстве и в кожухе и т.п. Изменение мощности определяется по формуле, аналогичной выражению:

N_см = N_ч.в. (1+ k ) квт,

где k – коэффициент пропорциональности (для центробежных вентиляторов независимо от характера примесей, по данным ЦАГИ, k = 1);

N_см и N_ч.в. - мощности при перемещении смеси и чистого воздуха соответственно.

Изменение условий работы вентилятора при пневмотранспорте показано на рис.4.9, на котором изображены оба варианта сети.

Предполагается при этом, что изменение характеристики сети в обоих вариантах равноценно. Рабочая точка на чистом воздухе А_ч.в. При транспорте смеси рабочая точка А_см.. Если схема транспорта принята по варианту I, то мощность нагнетателя изменится и может быть изображена линией N_см – Q, которая характеризует изменение мощности нагнетателя при перемещении смеси и проходит выше линии N_ч.в. – Q.

1-характеристика сети при пневмотранспорте; 2-тоже, при чистом воздухе

Из рисунка следует, что при пневмотранспорте производительность вентилятора уменьшается (Q_см < Q_{ч.в. )}.давление, теряемое в сети, чаще всего увеличивается или остается практически неизменным (в зависимости от участка линии Р – Q, на котором лежат рабочие точки), т.е. р _см. р_ч.в., мощность вентилятора изменится и линия N_см. – Q пойдет выше линии N_ч.в. – Q. Мощность вентилятора N₁ окажется несколько большей, чем при работе нагнетателя на чистом воздухе N_ч.в.. Следует, однако, отметить, что в некоторых случаях при пневмотранспорте смесей с высокими концентрациями продукта может оказаться, что мощность практически не изменится, т.е. N_смN_ч.в.. Итак, при варианте I мощность электродвигателя к вентилятору должна быть определена из расчета транспортных условий, т.е. при перемещении продукта.

Если же схема пневмотранспорта принята по варианту II, то окажется, что в условиях перемещения смеси производительность уменьшится (Q_см<Q_{ч.в. )}., как и при варианте I, давление изменится аналогично варианту I, мощность уменьшится (N₂ < N_ч.в.).

Очевидно, в этом случае электродвигатель следует выбирать исходя из условий перемещения вентилятором чистого воздуха. Расчет в этом случае несколько усложняется, так как его надо выполнить дважды с пересчетом режима работы нагнетателя, перемещающего смесь, на режим работы с перемещением чистого воздуха.

Приведенные выше примеры изменения характеристики сети в отопительно-вентиляционной практике наблюдается весьма часто. В большинстве случаев это изменение режима может проводиться без технического риска, так как потребляемая вентилятором мощность уменьшается. В трех из этих случаев: при расчете сети с запасом, отключении части сети без ее заглушки и при пневмотранспорте по схеме I (см. рис.4.8,1) – мощности возрастают.

Поэтому изменять характеристики сети можно только после выполнения необходимого расчета, чтобы убедиться в том, что мощность вентилятора не превысит установочную.

В тех случаях, когда сеть оборудована осевым вентилятором или насосом, приведенные закономерности сохраняются, за исключением изменения мощности, которая для осевых машин остается практически постоянной. Поэтому изменения характеристики сети на электродвигателе не скажутся.

При изменении характеристики сети режим объемных нагнетателей меняется иначе, нежели центробежных. Так, при расчете сети с запасом действительная характеристика сети расположится правее расчетной (рис.4.10,а) и расчетная рабочая точка А переместится в положение А^’. Из рис.4.10,а ясно, что производительность при этом сохранится, а давление, создаваемое машиной, уменьшится на величину, равную расчетной ошибке р_р-р₁. Соответственно уменьшится мощность, потребляемая машиной, т.е. N_д< N_p.

При расчете сети с недоучетом потерь действительная характеристика сети пойдет круче расчетной (рис.4.10,б)..Расчетная точка А переместится в точку А^’. При неизменной производительности окажется, что давление, создаваемое машиной, возрастет на величину, равную расчетной ошибке р_д-р_р, а потребляемая мощность также возрастет (N_д> N_p.).