Учебное пособие

В.И. СУББОТИН, Н.В. КАЛИНИН, Л.И. ТИМОШИН

ТЯГОДУТЬЕВЫЕ НАГНЕТАТЕЛИ

В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ

Учебное пособие

Иваново 2009

УДК 621. 65:621.

С 89

Субботин В.И., Калинин Н.В.,Тимошин Л.И. Тягодутьевые нагнетатели в теплоэнергетике: Учеб.пособие /ГОУВПО “Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина”. - Иваново, - 2009. - 160 с. ISBN 978-5-89482-619-6

В учебном пособии рассмотрены тягодутьевые нагнетатели (дымососы и вентиляторы), применяемые в котельных теплоэнергетических системах, получившие преобладающее распространение в теплоэнергетике. Для указанных типов нагнетателей даны основные определения, параметры и аэродинамические характеристики. В таблицах приведены данные для выбора энергетических тягодутьевых машин осевого и центробежного типов различной производительности.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обучающихся очно и заочно по направлению “Теплоэнергетика” специальностям “Промышленная теплоэнергетика”, “Тепловые электрические станции”, “Энергообеспечение предприятий”, преподавателей вузов, научных и инженерно-технических работников.

Табл. 4. Ил. 111. Библиогр: 5 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета ГОУВПО “Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина”.

Научный редактор

Н.В.Калинин, канд.техн.наук, профессор (Московский энергети-

ческий институт (ТУ))

Рецензенты

В.П. Созинов, д-р техн. наук, профессор (ГОУВПО “Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина”), В.И. Французов, канд. техн. наук, доцент (ГОУВПО “Санкт- Петербургский государственный технологический университет”)

ISBN 978-5-89482-619-6 Ó В.И. Субботин, Н.В. Калинин,

Л.И. Тимошин, 2009

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение….………………………………………………….4

1. Основные расчетные соотношения и параметры

вентиляторов и дымососов.. …….…………………….5

2. Основные конструктивные элементы

центробежных и осевых вентиляторов ……………..11

2.1. Основные конструктивные элементы

центробежных вентиляторов……………………....11

2.2. Основные конструктивные элементы

осевых вентиляторов………………………………..19

3. Подача воздуха в котлоагрегат и отвод дымовых

газов……………………………………………………….24

4. Аэродинамические схемы и конструктивные

особенности вентиляторов и дымососов...………….29

5. Влияние механических примесей на работу

вентиляторов и дымососов…...………………………42

6. Регулирование тягодутьевых нагнетателей..………46

7. Эксплуатационные характеристики вентиляторов

и дымососов …………………………………………..…53

8. Выбор вентиляторов и дымососов..…………….….. 56

Библиографический список....……………………………67

Приложение 1. Аэродинамические характеристики

дутьевых котельных вентиляторов………………… 68

Приложение 2. Аэродинамические характеристики

мельничных вентиляторов……………………………88

Приложение 3. Аэродинамические характеристики

вентиляторов горячего дутья……..………………...99

Приложение 4. Аэродинамические характеристики

котельных дымососов…………….…………………107

Приложение 5. Аэродинамические характеристики

осевых основных котельных дымососов…………139

Приложение 6. Аэродинамические характеристики

дымососов циркуляции дымовых газов……….... 149

Приложение 7. Электродвигатели для привода

тягодутьевых машин…………………………..….... 154

ВВЕДЕНИЕ

Дутьевые вентиляторы и дымососы являются неотъемлемыми элементами котельных установок теплоэлектроцентралей и ТЭС. Они тесно связаны с другими частями станции. Так, выбор схемы и параметров газовоздушного тракта связан с видом сжигаемого топлива, системой теплоприготовления, видом топочного устройства и горелок.

Имеется связь между улавливанием и рассеиванием вредных выбросов (золы, серы, NO) и аэродинамикой газового тракта и дымовых труб. Работа тягодутьевых нагнетателей также связана с экономичностью и надежностью котельных установок. Потребляя часть электроэнергии на привод, они влияют на общую экономичность тепловых электрических станций.

В пособии представлены также дымососы рециркуляции, вентиляторы горящего дутья, мельничные вентиляторы и др.

В настоящее время на мощных блоках получили применение высокоэкономичные быстроходные вентиляторы с профилированными лопатками, отогнутыми назад, а также осевые и одно- и двухступенчатые нагнетатели. Немаловажную проблему составляет подбор привода и способа регулирования производительности высокоэкономичных машин.

В учебном пособии представлены основы теории центробежных и осевых вентиляторов и дымососов, основные конструкции, вопросы регулирования производительности и давления.

Особое внимание уделено выбору тягодутьевых нагнетателей. Даны не только поля характеристик вентиляторов и дымососов, но и их индивидуальные характеристики давления, мощности, КПД, позволяющие производить выбор оптимальных параметров.

1. ОСНОВНЫЕ РАСЧЕТНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

И ПАРАМЕТРЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ И ДЫМОСОСОВ

При небольшой степени повышения давления (e £ 1,15) изменение плотности газа в вентиляторе незначительно, поэтому изменением его термодинамического состояния можно пренебречь. Считая r = const, из уравнения Эйлера получаем формулу для определения теоретического давления, создаваемого вентилятором,

Р_т = Р l _т = Р (u₂ с_2г – u₁ с_1г). (1.1)

В вентиляторе часть давления теряется в рабочем колесе и корпусе (кожухе), потери давления учитываются гидравличес­ким КПД вентилятора h_г, и тогда действительное полное дав­ление Р = h_г Р_т. Действительное полное давление, со­здаваемое вентилятором, определяют также эксперименталь­ным путем как разность полных давлений на выходе и входе вентилятора:

Р = Р₂ – Р₁ = (Р_2ст + r с²₂/2)² - (Р_1ст + r с²₁/2) =

= (Р_2ст – Р_1ст) + r (с²₂ - с²₁/2), (1.2)

где Р_1СТ, Р_2СТ - статическое давление потока на входе

и выходе вентилятора соответственно, Па;

с₁, с₂- соответствующие ско­рости потока, м/с.

Действительное полное давление, создаваемое дымососом, определяют с учетом самотяги (рис. 1.1):

Р = Р₂ – Р₁ = (Р_2ст – Р_{1 ст}) + r_г (с²₂ – с²₁) /2 +

+ åDР – gr_г Н_тр (r_в/ r_г - 1), (1.3)

где r_г - плотность дымовых газов, кг/м³;

åDР = g × r_г × å Dh - потери давления на участке 1-2;

r_в - cредняя плотность воздуха по высоте дымовой трубы, кг/м³;

Н_тр - высота дымовой трубы, м.

Выражение g_г Н_тр (r_в/ r_г - 1) называют самотягой, или естественной тягой дымовой трубы. Поскольку r_в > r_г и Н_тр> 0, то самотяга положительна и на её величину можно уменьшить давление дымососа, необходимого в системе удаления продуктов сгорания котлоагрегата.

В современных котельных установках тепловых электростанций ввиду большой разности температур наружного воздуха и дымовых газов и при больших высотах дымовых труб (до 400 м) самотяга проявляется существенно.

Рис.1.1. Совместная работа дымососа и дымовой трубы

Полезная мощность, кВт, вентилятора определяется по формуле

N_пол = р × Q, (1.4)

где Q - производительность, м³/с;

Р - давление, кПа.

В каталогах дается производительность Q₀, выраженная в ку­бических метрах в секунду (м³/с), т.е. приведенная к условиям чистого воздуха (P_o = 0,103 МПа, Т_o = 293 К,

r₀ = 1,2 кг/м³). Связь между Q_о и действительной производительностью Q выражает­ся соотношением Q_o= Q × p/p _o.

Мощность, потребляемая вентилятором, определяется с учетом потерь, кВт:

N = N_пол + N_д + N_об + N_мех,

где N_пол - полезная или гидравлическая мощность;

N_д - мощность, затрачиваемая на преодоление трения дисков вращающегося рабочего колеса о воздух (дисковые потери);

N_об - мощность, расходуемая на циркуляцию воздуха через зазор между рабочим колесом и входным патрубком (объемные потери);

N_мех - потери мощности на преодоление механического трения вала вентилятора в подшипниках.

Вентиляторы характеризуются коэффициентом полез­ного действия (КПД):

полным

h = Р × Q /N, (1.5)

статическим

h_cт = Р_ст Q /N, (1.6)

где Р_ст = Р_2ст - Р_1ст. Ориентировочно h_ст меньше hна 20 -30 %.

Мощность двигателя для привода вентилятора, кВт, выбира­ется с запасом на возможные отклонения рабочего режима от расчетного:

N_ot = (1,05¸1,15) р Q /(h h_пер ∙ 1000), (1.7)

где h_пер - КПД передачи при непосредственном соединении валов двигателя и вентилятора h_пер = 1,0; при клиноременной передаче h_пер = 0,92.

В практике конструирования и подбора вентиляторов часто применяется коэффициент полного давления `P и ко­эффициент быстроходности n_s.

Теоретическое давление вентилятора, имеющего радиаль­ный вход ( с_1u = 0), можно определить по формуле

P_т = r u₂ с_2u. (1.8)

Введя коэффициент закручивания потока на выходе

m₂ = с_2u /u₂, имеем Р_т = r m₂ u²₂. Оценивая гидравлические потери через h_г, определяем действительное давление вентилятора:

Р = r h_г m₂ u²₂ = r ×`P u²₂. (1.9)

Произведение

`Р = h_г m₂ = Р / (r u²₂) (1.10)

называется коэффициентом полного давления. На него большое влияние оказывает угол b_2Л.

Для ориентировочного расчета полного давления при трех типах лопаток, применяемых в центробежных (радиальных) вентиляторах, можно пользоваться следующими данными:

Тип лопаток	b2л	m2	hг	`P
Отогнутые вперед	>90о	1,10 - 1,60	0,60 - 0,75	0,66 - 1,20
Радиальные	90о	0,85 - 0,95	0,65 - 0,80	0,60 - 0,76
Отогнутые назад	<90о	0,50 - 0,80	0,70 - 0,90	0,35 - 0,72

В вентиляторах обычно применяются углы

b_2Л = 150 ¸165°, 85 ¸100°, 18 ¸71°.

Используются коэффициенты давления Y = 2Р, производительности = Qи мощности l = N;

= 4 Q / (p D²₂ u²₂); (1.11)

l = N / [ r (p D²₂ / u³₂). (1.12)

Коэффициент быстроходности характери­зует конструкцию рабочего колеса, следовательно, способность cоздавать давление.

Для оценки конструктивного типа вентиляторов ЦАГИ предложил считать коэффициентом быстроходности частоту вращения вентилятора данного типа, подающего в

режиме максимального КПД Q = 1 м³ /с газа при условном давлении P = 30 кгс/м² (~ 300 Па) и плотности воздуха

r = 1,2 кг/м³.

n= 53 n Q ^1/2 P ^{– 3 /4}, (1.13)

где n, измеряется в 1 / с; Q - в м³/с; P - в Па.

Для каждого типа вентилятора характерно определенное зна­чение коэффициента быстроходности:

Вентиляторы	Коэффициент
	быстроходности
Центробежные вентиляторы высокого давления	10—30
Центробежные вентиляторы низкого и среднего
давления с лопатками:
отогнутыми спереди	30 -60
отогнутыми назад	50 -80
Центробежные вентиляторы двустороннего	80 -120
всасывания
Осевые для повышенных давлений со cпрямляю-	120 - 200
щими аппаратами
Осевые с листовыми лопатками двойной	200 - 400
кривизны (закрученными)

Диапазоны применения вентиляторов представлены на рис.1.2.

2. ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

ЦЕНТРОБЕЖНЫХ И ОСЕВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ

2.1. Основные конструктивные элементы

центробежных вентиляторов

Конструкция вентилятора определяется его аэродинамичес­кой схемой, под которой понимается схематический чертеж его проточной части с указанием основных размеров в долях наружного диаметра колеса D₃ (рис. 2.1). Вентиляторы разных размеров, выполненные по одной аэродинамической схеме, относятся к одному типу, т.е. представляют единую конструктивную серию геометрически подобных машин.
Основными элементами центробежного вентилятора являются рабочее колесо с лопатками 1 (рис.2.1), входной патрубок (коллектор) 2, спиральный корпус 3, ступица 4, вал 5.

Рабочее колесо. Передача энергии от приводного вала к газу, протекающему через вентилятор, осуществляется с помощью рабочего колеса. По конструктивному исполнению рабочие ко­леса имеют ряд модификаций (рис. 2.2).

Барабанные рабочие колеса а выполняются с лопатками, загнутыми вперед, ширина колес равна половине диаметра. Окружная скорость этих колес допускается до 30-40 м/с. Коль­цевые рабочие колеса б имеют меньшую ширину, чем барабан­ные, окружная скорость вращения колес допускается до 50 – 60 м/с. Рабочие колеса с коническим передним диском в имеют большую прочность и жесткость. Окружная скорость до­пускается до 85 м/с. Трехдисковые колеса г применяются в вен­тиляторах с двухсторонним всасыванием. Однодисковые коле­са д применяются для пылевых вентиляторов.

Способ соединения лопаток с дисками оказывает существен­ное влияние на конструктивную жесткость колеса. Применяют­ся следующие соединения: цельноштампованное, на шипах, клепаное (рис. 2.3), сварное и склеенное. В цельноштампованной конструкции рабочего колеса лопатки и передний диск штампуются из одного листа. Наиболее часто приме-

няются клепаные колеса, которые хотя и трудоемки при изготовлении, но отличаются большой прочностью. Сварное соединение лопа­ток с дисками применяется для колес большого диаметра, осо­бенно для вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, так как небольшое количество лопаток у этих колес облегчает техноло­гию сварки.

Рабочее колесо должно быть отбалансировано.

Рис.2.1. Аэродинамическая схема центробежного вентилятора:

1 - рабочее колесо; 2 - входной патрубок (коллектор); 3 - спиральный корпус; 4 - ступица; 5 - вал

Рис. 2.2. Конструктивные исполнения рабочих колес: а -барабанное; б - кольцевое; в - коническое; г - трехдисковое;

д- однодисковое; е - двухстороннего всасывания; ж - бездисковое

Рис.2.3. Клепаные колеса повышенной жесткости: а - со стержневыми тягами; б - с удлиненными лопатками

Лопатки. В рабочих колесах вентиляторов применяются ло­патки различных конструкций (рис. 2.4).

Рис.2.4. Конструкции лопаток колес вентиляторов: а -листовые;

б - оболочные; в - оболочно-стержневые

Рис. 2.5. Сечения листовых лопаток, очерченных одной дугой окружности: а -лопатки, отогнутые вперед (л.о.в.); б -лопатки, отогнутые назад (л.о.н.)

Преимуществом листо­вых лопаток а является простота их конструкций, недостат­ком - небольшая жесткость. Профилированные лопатки оболоч­ной б и оболочно-каркасной в конструкции обладают высокой жесткостью и работают при окружных скоростях до 130 м/с. Лис­товые лопатки очерчены отрезком логарифмической спирали, дугой окружности, в редких случаях плоские.

В случае, когда лопатка очерчена одной дугой окружности (рис. 2.5), радиус этой окружности, равный радиусу кривизны лопатки, R_л определяется по формуле

R_л = (D₂ – D₁) / [4 (D₂ cos b₂ – D₁ cos b₁) ]. (2.1)

Знак R_лбудет положительным для лопаток, отогнутых назад, и отрицательным для лопаток, отогнутых вперед. Радиус окруж­ности, на которой расположены центры дуг лопаток,

. (2.2)

Длина лопатки

L = (p a R_л) / 180, (2.3)

где a- угол в градусах, под которым лопатка видна из центра ее дуги.

Входной коллектор. Входные устройства вентиляторов быва­ют осевые или коленообразные. Осевой входной коллектор представляет собой цилиндрический или конический патру­бок, соединяющий входное отверстие колеса со всасывающим трубопроводом или атмосферой. Форма осевых входных патруб­ков может быть разнообразной (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Формы входного патрубка: а -цилиндрическая; б -коническая; в -с плавным очертанием; г -составная; д -разрезная

Коленообразное входное устройство представляет собой вса­сывающую камеру с входным прямоугольным отверстием, имеющим направление, близкое к радиальному, и с выходным отверстием, концентричным входному отверстию колеса (рис. 2.7). Поток в такой камере совершает поворот на угол, близкий к 90°. Сечение коленообразной коробки обычно боль­ше сечения входа в колесо в 2-2,5 раза.

Рис.2.7. Формы входных коленообразных коробок: а -прямоугольная; б -прямоугольная со скошенной стенкой; в -составная

Корпус выполняется обычно в виде спирального кожуха с параллельными боковыми стенками. Спиральный корпус име­ет прямоугольное, реже круговое сечение постоянной по радиу­су ширины. На выходе из корпуса может быть установлен кони­ческий диффузор с углом раскрытия до 25° в сторону колеса. Спиральные камеры выполняются сварными или клепаными. Обечайка спирального корпуса очерчена по логарифмической спирали или дугами окружностей по правилу так называе­мого конструкторского квадрата (рис. 2.8).

Сторона этого квад­рата а = А/4, где А = (1¸1,2) Q/В×С_а -раскрытие спирального корпуса. В- ширина спирального корпуса. Больший размер прямоугольного выходного отверстия корпуса (длина) С= (1,15¸1,25) А.

Рис.2.8. Обечайка спирального корпуса, очерченная дугами

окружностей

Радиусы дуг окружностей определяются по формулам

r₁ = 0,5 D₂ + 3,5 а; r₂ = 0,5 D₂ + 0,25 а;

r₃ = 0,5 D₂ + 1,5 а; r₄ = 0,5 D₂ + 0,5 а.

Для монтажа ротора корпус выполняется съемным. В боль­шинстве консольных конструкций вентилятора корпус подве­шивается к кронштейну приводной части. Такая конструкция позволяет получить различные схемы сборки за счет поворота корпуса относительно оси (рис. 2.9).

Рис.2.9. Положения корпуса центробежного вентилятора

Только для крупных кон­сольных конструкций и вентиляторов с двусторонним всасыва­нием корпус устанавливается на раме или лапах (рис. 2.10). Из условия жесткости корпус дутьевого вентилятора имеет каркас из профильного проката и обшивку из тонкого листа толщиной 4-6 мм (каркасная конструкция).

Рис.2.10. Конструктивные схемы центробежных вентиляторов:

1-консольное крепление колеса на одном валу с двигателем; 2- двухопорное крепление колеса, соединение с двигателем через муфту; 3- консольное крепление колеса, соединение с двигателем через муфту; 4 - двухопорное креп­ление колеса, соединение с двигателем клиноременной передачей; 5, 6- кон­сольное крепление колеса, соединение с двигателем клиноременной передачей; 7 -двухопорное крепление колеса двухстороннего всасывания, соединение с дви­гателем ременной передачей (может быть соединение с двигателем через муфту)

Для работы на запыленных газах корпус изготавливается из листовой стали большей толщины. Наиболее изнашиваемые листы корпуса изнутри защищаются накладками из стали или белого чугуна. Накладки из броневых листов крепятся при по­мощи сварки, заклепок или болтов. Для химически активных сред корпус выполняется из легированной стали 1Х18Н9Т. В местах прохода вала сквозь стенку устанавливаются сальники.

2.2. Основные конструктивные элементы

осевых вентиляторов

В осевых вентиляторах в отличие от центробежных направле­ние движения потока совпадает с осью вращения рабочего ко­леса. Лопатки рабочего колеса, закрепленные под углом к плоскости вращения, передают энергию потоку и перемещают его в осевом направлении. Лопатки рабочих колес обычно вы­полняются неподвижными, жестко закрепленными на втулке, и реже поворотными.

Конструкция вентилятора определяется его аэродинамичес­кой схемой (рис. 2.11), в которой основные размеры осевого вентилятора даются в долях от диаметра рабочего колеса, определяемого по наружным концам рабочих лопаток.

Рис.2.11. Аэродинамическая схема осевого вентилятора:

1 - коллектор; 2 - передний обтекатель; 3 - корпус; 4 - рабочее колесо (РК); 5 - входной направляющий аппарат (ВНА); 6 - спрямляющий аппарат; 7- втулки: РК, ВНА; 8 - лопатки РК;

9 -диффузор коллектор; q_ВНА, q_РК и q_СА - углы установки лопаток ВНА, РК и СА

Для вентиляторов основные размеры следующие: D_BT= =(0,3 + 0,55) D; диаметр входного коллектора D_K = 1,2 D; длина входного коллектора L_K = 0,2 D. Углы установ­ки лопаток 15-32°. Окружная скорость в осевых вентиляторах составляет менее 100 м/с, а в отдельных случаях -150 м/с.

В конструкции осевого вентилятора применяются устройст­ва, улучшающие его аэродинамические свойства и повышаю­щие КПД, - передний и задний обтекатели, направляющие и спрямляющие аппараты. Передний обтекатель обеспечивает постепенное возрастание скорости потока до с₀ на входе в на­правляющий аппарат при минимальных потерях энергии.

Входной направляющий аппарат представляет собой конфузорные межлопаточные каналы, в которых происходит закру­чивание потока против направления вращения колеса, что при­водит к увеличению давления, создаваемого вентилятором. В спрямляющем аппарате часть кинетической энергии преоб­разуется в потенциальную с некоторыми потерями, вызванными движением потока в межлопаточных каналах. Для преобразо­вания кинетической энергии потока газа в потенциальную на выходе осевого вентилятора иногда устанавливается диф­фузор.

Аэродинамические качества осевых вентиляторов зависят от угла установки и профиля рабочих лопаток, а также от схе­мы вентилятора. Осевые вентиляторы создают меньшее давление по сравнению с центробежными, поэтому объемные по­тери, зависящие от разности давлений на выходе и входе рабо­чего колеса, незначительны. Вследствие этого КПД осевых вен­тиляторов несколько выше, чем центробежных.

Осевые вентиляторы классифи­цируются: на одноступенчатые с входным направляющим (ВНА) и спрямляющим (СА) аппаратами, с осевым (меридиональным) ускорением потока; двухступенчатые; реже трехступенчатые. Имеются специально разработанные реверсивные вентиляторы, используемые для реверсирования воздушного потока путем обращения течения в его проточной части. Осуществляется это изменением направления вращения рабочего колеса на обратное. Лопатки рабочих колес таких вентиляторов не имеют изгиба профилей.

По способу соединения осевого вентилятора с приводом можно выделить шесть конструктивных схем (рис. 2.12).

Рис. 2.12. Конструктивные схемы осевых вентиляторов: 1 - на одном валу рабочее колесо, двигатель и спрямляющий аппарат; 1а - на одном валу рабочее колесо и двигатель; 2 - на одном валу двигатель на опоре и рабочее колесо; 2а - на одном валу двигатель и рабочее колесо; 3 - колесо находится в воздуховоде, двигатель вынесен наружу; 4 - двигатель вынесен впереди всасывающего патрубка; 5 - двигатель вынесен за поворотное колесо; 6- двигатель подсоединен с помощью клиноременной передачи

Корпуса стационарных вентиляторов выполняются сварны­ми или сварно-литыми, разъемными по горизонтальной плос­кости и обработанными по внутренней поверхности. Корпуса выполняются ненесущей и несущей конструкции. В вентилято­рах с корпусом ненесущей конструкции нагрузку от ротора вос­принимают опорные секции.

Конструкция приводной части осевого вентилятора состоит в основном из приводного и трансмиссионного валов, подшип­ников, муфты и зависит от его схемы.

При монтаже и эксплуатации выдерживаются радиальные зазоры между внутренним диаметром корпуса и концами ло­паток рабочих колес. Этот зазор не превышает 1,5 % от длины лопаток рабочего колеса. Увеличение зазора ухудшает аэроди­намические качества вентилятора.

Конструкция рабочих колес осевых вентиляторов зависит от способа крепления лопаток к ним. Лопатки с постоянным углом установки сварные из листового проката и приварива­ются к втулке. Крепление поворотных лопаток рабочих колес производится изнутри втулки с помощью резьбового или штыкового соединения. В осевых вентиляторах применя­ются в основном листовые лопатки, а также профильные (рис. 2.13).

Рис.2.13. Профильная лопатка рабочего колеса осевого вентилятора (вид в плане): 1 - перо лопатки; 2 - пятка лопатки; 3 - специальный болт крепления лопатки к хвостовику

Профильные лопатки, закрученные (винтовые) с переменны­ми углами b_1л и b_2Л по длине, а также незакрученные, но с хордой, уменьшающейся к периферии, повышают КПД осевого нагнетателя. Объясняется это следующим: элементы лопат­ки, находящиеся на разных расстояниях от центра, при враще­нии имеют неодинаковые окружные скорости. Вследствие этого лопатка с постоянной шириной и постоянными углами входа и выхода создает давление, изменяющееся по ее длине, что приводит к радиальным перемещениям частиц рабочей среды в проточной полости рабочих колес и снижению КПД нагнетателя. Поэтому ступени осевых нагнетателей с большой длиной лопаток создают профильными, из-за чего отсутствуют радиальные перемещения частиц рабочей среды.

3. ПОДАЧА ВОЗДУХА В КОТЛОАГРЕГАТ И ОТВОД

ДЫМОВЫХ ГАЗОВ

Дутьевые вентиляторы предназначены для подачи воздуха в топку котлоагрегата. Они подают холодный воздух в воздухоподогреватель котлоагрегата, засасывая его из верхней части котельной, где температура из-за потерь теплоты котлоагрегатом может достичь 30^оС и выше. Тем самым теплота, выделяемая наружными поверхностями котельного агрегата, частично используется.

Одновременно осуществляется некоторая вентиляция котельного помещения. При проектировании котельной установки необходимо рассчитать получаемую при такой вентиляции кратность обмена воздуха в помещении n = V/V_к, т.е. отношение расхода воздуха V, засасываемого дутьевыми вентиляторами, к объему его в котельном помещении V_к. Кратность обмена не должна превышать n< 3 во избежание сильных потоков воздуха внутри котельной. При этом в помещении котельной создается разрежение, которое должно компенсироваться притоком воздуха через световые фонари и оконные проемы. В зимнее время такой приток холодного воздуха недопустим. На это время года предусматривается забор воздуха частично или полностью снаружи.

При сжигании угольной пыли часть воздуха, подаваемого дутьевыми вентиляторами, так называемый первичный воздух, используется для транспорта пыли к горелкам. Остальное количество воздуха в виде вторичного подается непосредственно к горелкам. Распределение воздуха на первичный и вторичный определяется как необходимым расходом его на транспорт угольной пыли, так и содержанием летучих веществ в топливе.

Предварительно холодный воздух обычно подогревается смешением его с частью возду­ха, подогретого в воздухоподогревателе. При этом осуществляется рециркуляция части горячего воздуха, отводимого для смешения с холодным после воздухоподогревателя или его секций.

Иногда применяют предварительный подогрев воздуха в калориферах паром, отбираемым из турбины.

При замкнутой индивидуальной системе пылеприготовления с шаровыми барабанными мельницами и промежуточными бункерами пыли мельничный вентилятор используется обычно как для подъема угольной пыли из мельницы в циклон и пылевые бункеры, так и для подачи угольной пыли к горелкам. Для интенсификации процессов зажигания и горе­ния пыли применяют специальные дутьевые вентиляторы горячего воздуха. В этом случае воздух (или газовоздушная смесь) с остаточ­ной пылью из мельничных вентиляторов отво­дится в топочную камеру котлоагрегата через дополнительные сбросные горелки.

При работе котлоагрегата на газе или мазуте дутьевая установка состоит только из дутьевых вентиляторов холодного воздуха.

Правилами технической эксплу­атации устанавливаются следующие требова­ния к температуре воздуха, подаваемого в воз­духоподогреватель, в зависимости от вида то­плива. Для несернистого сухого топлива темпера­тура воздуха должна быть не ниже 30° С, при несернистом влажном топливе она должна превышать точку росы водяных паров дымо­вых газов по крайней мере на 5 -10° С.

При работе котла на сернистом топливе температуру воздуха не­обходимо выбирать на основании коррозион­ных характеристик дымовых газов и условий предохранения поверхностей нагрева воздухоподогревателя от коррозии и забивания золой.

Для обеспечения надежной работы у котельных агрегатов производительностью 220 т/чи выше устанавливают по два совмест­но работающих дутьевых вентилятора. При малой нагрузке агрегата работает лишь один из них, что способствует снижению расхода энергии на дутье. Производительность каждого из двух вентиляторов при совместной (параллельной) работе должна обеспечить 50 % полной нагрузки котла.

Для регулирования нагрузки пиковых водо­грейных котлов в широком диапазоне в зави­симости от температуры

наружного воздуха и тепловой нагрузки устанавливают по одному дутьевому вентилятору на каждую газовую горелку.

Производительность дутьевого вентилято­ра энергетического котлоагрегата определяется по формуле

Q_в = b₁ В_рV^o (a_т - Da_т + Da_взп - Da_пл) х

х [(t_х.в + 273)] /273 × 1,01× 10⁵/Р_б,

где V^o- теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива, м³/кг;

b₁ - коэффициент запаса подачи (для котлоагрегатов

паропроизводительностью D > 5,6 кг/с b₁ = 1,05; и

D< 5,6 кг/с b₁ = 1,1);

a_т - коэффициент избытка воздуха в топке;

Da_взп - утечка воздуха в водоподогревателе;

Da_т и Da_пл - присосы воздуха в топке и в пылепригото-

вительной установке;

t_х.в - температура холодного воздуха, поступающего

в вентилятор, ^оС;

Р_б - барометрическое давление воздуха, Па.

Напор, развиваемый дутьевыми вентиляторами, зависит от сопротивления воздушного тракта, включая всасывающий и нагнетающий его участки. Основным является сопротивление воздухоподогревателя и пылевых горелок. Имеют значение также сопротивление воздухо­водов и динамический напор потока на выходе из пылевых горелок в топочную камеру. С уче­том этих величин общий напор, создаваемый дутьевыми вентиляторами, составляет 3,5 - 4 кПа.

При установке тангенциальных молотковых мельниц, работающих под избыточным давле­нием, общий напор дутьевого вентилятора мо­жет увеличиться до 5 -7 кПа. Напор вентиляторов первичного (горячего) воздуха может составить 2 - 3 кПа.

На теплоэлектроцентралях применяют, как правило, котельные агрегаты с газовым трак­том, находящимся под разрежением, которое создается дымососами. При работе на газе или мазуте возможно применение газоплотных котельных агрегатов с наддувом, то­почная камера и газоходы которых находятся под избыточным давлением, достаточным для преодоления сопротивления газового тракта и отвода дымовых газов через дымовую трубу в атмосферу. В этом случае напор дутьевого вентилятора должен составить до 5 – 10 кПа.

Производительность дымососа, м³/с, определяет­ся с учетом присосов воздуха по газовому тракту на всасывающей его стороне и температуры газов, проходящих через него:

Q_в = В_р [ [V^o_г + (a_д - 1) ×V^o] (n_д + 273) / 273× 1,01× 10⁵/Р_б,

где V_г^o- полный объем продуктов сгорания, м³/кг;

a_д - коэффициент избытка воздуха перед дымососом;

n_д - температура газов перед дымососом, ^oС.

Напор, создаваемый дымососом, определя­ется сопротивлением всего газового тракта. Основной составляющей этого сопротивления является сопротивление газоходов котельного агрегата, равное 1,5 - 2 кПа. Значительное сопротивление до 0,6 - 0,8 кПасоздают золо­уловители центробежного типа - батарейные циклоны, центробежные скрубберы и др. Отно­сительно невелико сопротивление электро­фильтров (100 – 200 Па ). При определении на­пора дымососа учитывают естественную само­тягу в газоходах котла и дымовой трубе, а также сопротивление дымовой трубы и дина­мический напор дымовых газов на выходе из трубы (с учетом скорости их 20 - 35 м/с ).

Сопротивление воздушного и газового трактов определяют аэродинамическим расче­том. В результате необходимая величина напора дымососов составляет до 2 - 5 кПа.

Объемный часовой расход холодного воздуха и дымовых газов при сжигании различных видов топлива можно подсчитать по приближенным их удельным величинам на единицу тепловой мощности котлоагрегата (табл. 3.1).

4. АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ СХЕМЫ И КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ВЕНТИЛЯТОРОВ И ДЫМОСОСОВ

К тягодутьевым устройствам относятся дутьевые, мельнич­ные вентиляторы и вентиляторы горячего дутья, дымососы. К ним предъявляется ряд требований: высокая экономичность при номинальной и частичных нагрузках котлоагрегата, высо­кая надежность работы, умеренные габариты при достаточно высокой быстроходности, умеренный шум.

В зависимости от особенностей котла, определяемых сортом сжигаемого топлива, тягодутьевые устройства могут изме­нять свое назначение или приобретать дополнительные функции.

В России применяются вентиляторы и дымососы центробежного типа, для очень крупных котлоагрегатов - дымососы осевого типа. Коэффициент полезного действия современных тягодутьевых машин при полной нагрузке достигает 80 -85 % и выше. Так, КПД дутьевых вентиляторов отечественных котлоагрегатов 500 и 640 т/ч достигает 87 %. При номинальной нагрузке котлоагрегата дымососы и дутьевые вентиляторы должны иметь КПД не ниже 90 % максимальной его величины.

Тягодутьевые устройства имеют простую конструкцию: ра­бочие колеса выполняются сварными из листовой углеродис­той стали, спиральные кожухи тоже сварные; изготовление этих нагнетателей отличается ограниченным объемом механи­ческой обработки; подшипники качения со смазкой погруже­нием или консистентной. В обозначении тягодутьевых уст­ройств использованы следующие обозначения: В - вентилятор; Д - дымосос дутьевой двухступенчатый; М - мельничный дымосос; ВГД -вентилятор горячего дутья; ДГ - дымосос рециркуляции газов; О - осевой дымосос; Н - отогнутые назад лопатки; 2 - двухсторон­нее всасывание; У, Ш - соответственно узкое и широкое рабочие колеса; А и П - индексы аэродинамической схемы. Номер обо­значает диаметр рабочего колеса в дециметрах. В обозначе­нии аэродинамической схемы первое число равно относитель­ному диаметру входа `D<sub>0</sub>` = D₀ / D₂,а второе число - это угол выхода b_2л лопаток рабочего колеса в градусах. Например, вентилятор 0,55 - 40 имеет = 0,55 и b_2л = 40°.

Рекомендуется также следующее обозначение аэродинами­ческой схемы: первая цифра обозначает отношение внутрен­него диаметра к внешнему; вторая - ширину рабочего колеса на выходе в долях от диаметра рабочего колеса, принятого за 100; третья цифра - угол установки лопатки на выходе в граду­сах. Например, для схемы 0,55-40 будет 55-11-40.

Характеристики аэродинамических схем тягодутьевых нагнетателей на оптимальном режиме приведены в табл. 4.1.

ВНИИАМ (бывш. МО ЦКТИ им. И.И. Ползунова) разработал аэродинамические схемы дымососов с лопатками, отогнутыми назад, отличающиеся высокими технико-экономическими по­казателями.

Центробежные дымососы типа ДН, выполняемые по схемам 0,55 - 40 и 0,62 - 40, имеют номера от 9 до 26. Дымососы осуществля­ют отвод дымовых газов с температурой 370-570 К из топок котлов.

Дымососы одностороннего всасывания типа ДН предназна­чены для отсасывания газов из топок котлов паропроизводительностью 2,5 -320 т/ч.

Дымосос изготовляется правого и левого вращения. Правым считается вращение рабочего колеса по часовой стрелке, если смотреть со стороны электродвигателя.

Основными узлами дымососа являются: рабочее колесо, ходовая часть, улитка, всасывающая воронка, направляющий аппарат и фундаментная рама.

Рабочее колесо дымососа представляет собой сварную конструкцию, состоящую из крыльчатки с противоизносной решеткой и ступицы (рис. 4.1). Крыльчатка включает в себя 16 листовых загнутых назад лопаток, расположенных между основным (коренным) и коническим (покрывающим) дисками. Ло­патки крыльчатки штампованные. Покрывающий диск состоит из конуса и воротника. Конус штам­пуется из стальной листовой заготовки; воротник, выполненный из стального литья, приваривается к вершине конуса.

Рис.4.1. Рабочее колесо дымососа ДН-19 со встроенной противоизносной решеткой (левое):

1- конический диск; 2- основной диск; 3- рабочие лопатки; 4- ступица; 5- дополнительные лопатки встроенной противоизносной решетки

Противоизносная решетка устанавливается на основном диске рабочего колеса между ступицей и входом в решетку рабочих лопаток. Конструктивно она выполнена в виде приваренных к основному диску дополнительных лопаток (по числу лопаток рабочего колеса), являющихся продолжением рабо­чих лопаток и наклоненных к плоскости основного диска под углом в сторону, противоположную на­правлению вращения рабочего колеса (см. рис. 4.1).

Принцип действия дополнительных лопаток встроенной противоизносной решетки заключается в следующем: частицы золы (пыли), находящиеся в потоке газов, встречая на своем пути дополнитель­ные лопатки, равномерно распределяются по поверх­ности рабочих лопаток, что обеспечивает их равно­мерный износ. Применение встроенных противоизносных решеток дает дополнительный эффект в по­вышении срока службы рабочих колес дымососов и позволяет отказаться от такой сложной технологиче­ской операции, как наплавка рабочих поверхностей лопаток твердыми сплавами.

Ступица, выполненная из стального литья, при­крепляется к основному диску крыльчатки с по­мощью сварки. Рабочее колесо крепится на валу ходовой части с помощью шпонки, торцевой стопорной шайбы и двух болтов, заворачиваемых в торец вала.

Ходовая часть дымососа состоит из кованого вала; подшипников качения, расположенных в об­щем литом корпусе, имеющем горизонтальный разъем; узла уплотнения и упругой муфты, соединяющей вал машины непосредственно с валом электродвигателя. Подшипник со стороны электродвигателя является опорно-упорным. Общий корпус, отлитый из чугуна, исключает коробление в процес­се эксплуатации и уменьшает вибрацию подшипни­ков.

Смазываются подшипники с помощью масляной ванны, расположенной в корпусе ходовой части. Уплотнение вала состоит из резиновых манжет и маслосбрасывающих колец, предотвращающих утечку масла. Охлаждение масла осуществляется посредством змеевика, расположенного в масляной ванне (рис. 4.2).

Рис.4.2. Система водяного охлаждения дымососа ДН-19: а - схема подвода воды к змеевикам;

б - узел подвода воды к змеевикам; 1 - сливная воронка

По змеевику циркулирует охлаж­дающая вода, подводящаяся с одной стороны корпу­са подшипников. Расход охлаждающей воды состав­ляет около 0,5 м³/ч на дымосос, температура на вхо­де в змеевик не должна превышать 25° С. На период зимней эксплуатации при понижении температуры окружающей среды ниже 0°С система водяного охлаждения отключается и вода из змеевиков уда­ляется продувкой змеевика сжатым воздухом.

Допустимая температура подшипников ходовой части не должна превышать 70 ^оС.

Ротор дымососа в сборе (ходовая часть с наса­женным рабочим колесом) подвергается баланси­ровке на заводе-изготовителе.

Улитка дымососа сварная из листовой и про­фильной стали. Для создания необходимой жест­кости стенки улитки усиливаются оребрением из угольников и полос. В улитке имеются лаз и смотро­вой люк, обеспечивающие возможность техниче­ского осмотра проточной части дымососа при крат­ковременных остановах. Для выема ротора на улит­ке предусматривается съемная часть. Внутренняя поверхность улитки (по образую­щей) защищается от абразивного износа броневыми плитами из малоуглеродистой стали, заменяемыми по мере износа.

Возможные развороты улитки дымососов приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

Типоразмер дымососа	Направление вращения	Угол разворота улитки j, град.
ДН - 19	Правое и левое

Режим работы дымососа устанавливается осевым направляющим аппаратом, который состоит из сварного цилиндрического корпуса с направляющей полосой, по которой перемещается на роликах поворотное кольцо; 12 листовых лопаток, соединенных с поворотным кольцом рычажной системой, и обтекателя, расположенного по оси корпуса.

Лопатки осевого направляющего аппарата могут поворачиваться на угол от 0 (всасывающее от­верстие открыто полностью) до 90°.

Дымососы двухстороннего всасывания типа ДНх2 (рис. 4.3) применяются в котлоагрегатах до 420 т/ч при запыленности потока не более 2 г/м³. Дымососы ДНх2 выпускаются с противоизносной защитой внутренних поверхностей спиральных отводов, всасывающих карманов, рабочих поверхностей лопаток и без противоизнос­ной защиты - для газомазутных котлов (тип ДН х 2ГМ) (рис.4.3).

Рабочее колесо представляет собой сварную конструкцию, состоящую из 32 листовых загнутых назад лопаток, расположен­ных между основным и двумя коническими покрывающими дисками. Лопатки штампованные и при необходимости защи­щены от износа наплавкой из твердого сплава. Ступица из стального литья соединяется с диском болтовым соединением, что обеспечивает возможность демонтажа. Спиральный отвод и всасывающие карманы выполняются сварными из листовой и профильной стали. Стенки отвода и карманов усилены реб­рами. Внутренняя поверхность отвода и всасывающих карма­нов защищается броневыми листами из малоуглеродистой стали, заменяемыми по мере износа.

Дымососы снабжены осевыми направляющими аппарата­ми, позволяющими регулировать их работу. Дымососы этой се­рии имеют рабочие колеса повышенной износоустойчивости, что позволяет значительно увеличить срок их эксплуатации по сравнению с дымососами типа Д (схема 0,7 - 37), имеющими лопатки, отогнутые вперед.

Дутьевые вентиляторы предназначены для подачи воздуха в топку котла и систему пылеприготовления. Вентиляторы всасывают атмосферный воздух, к которому добавляется воз­дух из помещения котельной.

Рис.4.3. Дымосос двустороннего всасывания типа ДН: 1 - электродвигатель; 2 - входные коробки;

3 - корпус; 4 - рабочее колесо; 5 - направляющий аппарат и коллектор; 6 - ходовая часть; 7 - стойка

Температура воздуха на входе в воздухоподогреватель зависит от сорта сжигаемого топлива, а также определяется соображениями предотвращения кор­розии поверхностей нагрева воздухоподогревателей и может достигать 330 - 350 К.

Дутьевые вентиляторы типа ВДН имеют аэродинамические схемы: Ц 59-15, 1-30; 0,7-160-И и 0,55-40-1. Изготовляются серий­ные дутьевые вентиляторы по номерам от 8 до 36.

На рис. 4.4 показан дутьевой вентилятор одностороннего всасывания. По конструктивному исполнению типоразмеры вентиляторов типа ВДН идентичны типоразмерам ды­мососов типа ДН. Конструктивное отличие состоит в отсутст­вии броневой защиты спирального отвода, меньшей толщине листовых лопаток рабочего колеса и отсутствии накладок, которые у дымососов привариваются с рабочей стороны лопа­ток в месте сопряжения их с основным диском рабочего ко­леса.

Центробежные вентиляторы горячего дутья одностороннего всасывания типа ВГДН применяются в системах воздушных трактов котлов различной производительности. По конструк­тивному исполнению типоразмеры вентиляторов типа ВГДН идентичны типоразмерам дымососов типа ДН. Конст­руктивное отличие заключается в отсутствии противоизносной защиты, меньшей толщине лопаток рабочего колеса. Кро­ме того, учитывая высокую температуру перемещаемого возду­ха, рабочее колесо изготовляют из малоуглеродистой молибде­новой стали 12ХМ.

Мельничные вентиляторы предназначены для пневмотранс­порта угольной пыли в системе пылеприготовления и подачи ее в топку котла. Тип мельничного вентилятора зависит от при­мененной схемы пылеприготовления. Типовые конструкции мельничных вентиляторов рассчитаны на температуру среды около 470 К, развиваемое давление превышает 10 кПа, а часто­та вращения составляет 1500 об/мин. Специальные конструк­ции мельничных вентиляторов с устройствами водяного или воздушного охлаждения вала работают с температурой среды около 720 К.

Рис.4.4. Дутьевой вентилятор одностороннего всасывания: 1 - осевой направляющий аппарат;

2 - всасывающая воронка; 3 - улитка; 4 - рабочее колесо; 5 - корпус подшипника; 6 - фундаментальная рама; 7- опора

Рис.4.5. Осевой одноступенчатый дутьевой вентилятор: 1- ходовая часть; 2 - всасывающий карман; 3 - корпус; 4 - рабочее колесо; 5 - бандаж; 6 - спрямляющий аппарат; 7- гидроусилитель;8- привод золотника; 9 - диффузор; 10 - опоры

Конструкции мельничных вентиляторов выполняются с учетом уменьшения износа рабочего колеса и спирального корпуса. Мельничные вентиляторы выпускаются типов ВМ-А, ВМ и ВМ-у, выполненных по аэродинамическим схемам вентиляторов соответственно 0,5-45; 0,5-40 (МО ЦКТИ) и 0,6-90 (ЦАГИ).

В теплотехнике также используются осевые одноступенчатые дутьевые вентиляторы ВО-1-16/11 и двухступенчатые вентиляторы ВДОД-31,5, ВДОД-41; двухступенчатые дымососы типа ДОД с диаметрами рабочих колес от 2850 до 4300 мм и частотой вращения от 595 до 370 об/мин.

Осевой одноступенчатый дутьевой вентилятор ВО-1-16/11 (рис.4.5) предназначен для подачи воздуха в топке котлов паропроизводительностью 420 т/ч, работающих с уравновешенной тягой.

Особенностью конструкции вентилятора является то, что производительность и давление регулируются поворотом ло­паток рабочего колеса при работающем вентиляторе. Синхрон­ный поворот 23 лопаток осуществляется с помощью гидроуси­лителя. Лопатки могут поворачиваться от 16^о до 28°. Исходный угол установки рабочих лопаток, принимаемый условно за ну­левой, составляет 59°30' в прикорневом сечении лопаток и яв­ляется расчетным углом установки. Увеличение угла установ­ки рабочих лопаток от 0 до 16^о приводит к плановому возраста­нию производительности и давления и наоборот. Поворот ло­паток в указанных пределах обеспечивает требуемую глубину регулирования при высокой экономичности.

Осевые двухступенчатые вентиляторы (рис.4.5) имеют коэффициен­ты давления 0,44-0,62 (0,22-0,31 на ступень) при КПД = 80 ¸ 82 %. Рекомендуемое обозначение схемы 63-18-46, где D_BT/ D_K= 0,63; z = 18, q_рк = 46° на D_ср. Осевые вентиляторы применяются на блоках большой мощности.

5. ВЛИЯНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ НА РАБОТУ

ВЕНТИЛЯТОРОВ И ДЫМОСОСОВ

Особенностью условий работы дымососов и мельничных вен­тиляторов является наличие в рабочей среде твердых приме­сей (золы в дымовых газах и угольной пыли в воздухе), вызывающих эрозийный и абразивный износы лопаток и дисков рабочего колеса, а также обечайки спирального корпуса. Наиболь­ший износ наблюдается в тех местах лопаток и дисков рабоче­го колеса, к которым силами инерции прижимаются твердые частицы. Иногда перемещаемый газ увлажнен и содержит капельную влагу. Увлажненный газ вызывает эрозионный и кор­розионный износ деталей вентилятора. Если газовый поток и изнашиваемая деталь находятся при высоких температурах, то процесс износа значительно усиливается термическим вли­янием.

Износ вращающихся деталей, а также отложения частиц при­водят к нарушению статической и динамической балансиров­ки ротора, к увеличению нагрузки на подшипники, к появле­нию вибрации.

Степень износа определяется по наличию вибраций. В про­цессе эксплуатации обычно приходится несколько раз баланси­ровать ротор до замены деталей колеса из-за их износа.

Износ уменьшается с увеличением радиуса кривизны тра­ектории частиц в абсолютном движении r _м. Для колес с лопат­ками, отогнутыми назад, радиус кривизны траектории намного больше, чем у колес с лопатками, отогнутыми вперед (рис. 5.1).

Увеличение размеров дымососов также вызывает уменьше­ние износа за счет увеличения радиуса кривизны траектории частиц и снижения удельной нагрузки на единицу поверхнос­ти износа. Кроме того, интенсивность износа пропорциональна третьей степени скорости потока газов и движущихся в нем твердых частиц. Дымососы и вентиляторы, перемещающие аб­разивную среду, имеют небольшую частоту вращения: дымосо­сы - не более 980 об/мин, мельничные вентиляторы работают удовлетворительно при 1480 об/мин, так как угольная пыль менее абразивна, чем зола.

Твердые примеси в рабочей среде находятся во взвешенном состоянии и перемещаются вместе с ней под действием сил аэродинамического характера и оказывают влияние на аэро­динамические характеристики тягодутьевых устройств.

Рис. 5.1. Траектории крупных частиц золы между лопатками: а - при загнутых вперед лопатках; б - при загнутых назад лопатках; - × - × - × - траектории частиц, движущихся вдоль лопатки

Плотность перемещаемой смеси

r_см = (m_г + m _тф) / V,

где m_г- массовая производительность по газу, кг/с;

m _тф - мас­совая производительность по твердой

фракции, кг/с;

V- объ­емная производительность, м³/с.

Отношение плотностей смеси и газа

, (5.1)

где m_тф - массовая концентрация твердой фрак­ции,

кг/кг; m_тф = m_тф /m_г.

Согласно уравнению Эйлера потребляемая мощность про­порциональна плотности перемещаемой среды. Таким образом, если плотность среды увеличивается в (1+ m_тф) раз, то мощ­ность возрастает во столько же раз:

N_см = N (1 + m_тф). (5.2)

Если концентрация и частицы твердой фракции малы, то присутствие частиц не вызовет увеличения гидравлических по­терь. Поэтому р = р _см.

Соответственно этому КПД должен уменьшиться в

(1+ m_тф) раз, так как V = У_см:

h_см = h / (1+ m_тф). (5.3)

Если размеры твердых частиц в перемещаемой среде большие, то при движении вдоль кривых поверхностей частицы бу­дут выпадать из потока, а на преодоление силы трения их о по­верхность будет затрачиваться дополнительная энергия. Следовательно, давление, создаваемое вентилятором и дымо­сосом, уменьшится, а потребляемая мощность возрастет. Со­гласно опытным данным можно записать следующие расчетные соотношения:

р _см = р (1 – k_р m_тф); (5.4)

N _см = N (1 – k_N m_тф); (5.5)

h_см = 1 – k_h m_тф, (5.6)

где к_p= 0,1 ¸ 0,45; к_N = 1,5 ¸ 1,7; к _h @ к_р + k_N.

При использовании экономичных центробежных тягодутье-вых устройств с сильно отогнутыми назад лопатками могут возникать отложения твердых частиц на тыльной стороне лопаток. Такие отложения наблюдались на тыльной стороне ло­паток дымососов при работе паровых котлов на твердом топли­ве. Особенно опасна работа дымососов с подобными лопатками в том случае, когда дымовые газы после мокрых золоуловите­лей содержат капельную влагу.

Рассмотрим силы, действующие на твердую частицу на поверх­ности сильно отогнутой назад лопатки (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Силы, действующие на частицу золы, находящуюся

на тыльной стороне замкнутой назад лопатки дымососа

Центробеж­ная сила Р,действующая по радиусу, имеет составляющие - нормальную N и касательную Т к поверхности лопатки. Каса­тельная составляющая силы стремится сдвинуть частицу в на­правлении движения потока, а под действием нормальной составляющей возникает сила трения F = k N,где к - коэффици­ент трения частицы о поверхность лопатки. При условии Т > Fили же b > b_тр частица будет сталкиваться с лопатки, где угол трения b_тр = arc tg к.

Следовательно, чтобы золовые отложения не имели место на тыльной стороне лопаток, отогнутых назад, необходимо со­блюдать условие b₂ > b_тр. Поэтому в настоящее время приме­няются дымососы с углом установки лопаток 40° и более вместо 20° (например, схемы 55-11-40,62-13-40).

В качестве средства борьбы с отложениями пыли на лопатках дымососов, перемещающих запыленные потоки газа с относи­тельной влажностью 100 %, применяется подъем температуры газа на входе в дымосос выше температуры точки росы.

6. РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЯГОДУТЬЕВЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ

Тягодутьевые нагнетатели котельного агрегата выбираются на номинальную нагрузку. Однако значительную часть времени они работают при пониженной по сравнению с расчетной производительностью. Объясняется это следующим: выбор вентиляторов и дымососов осуществляют с запасом по расходу и давлению и часть времени котлоагрегаты работают при пониженной нагрузке. Поэтому необходимо обеспечить высокий КПД тягодутьевых нагнетателей не только в номинальном режиме, но и в эксплуатации при частичной нагрузке.

Важным для экономии расхода электроэнергии на собствен­ные нужды является обеспечение эффективного регулирова­ния производительности и давления вентиляторов и дымосо­сов в широком диапазоне. К числу простейших, но малоэконо­мичных регулирующих устройств относятся дроссельные ши­беры, которые устанавливаются в любом сечении воздушного тракта и которые воздействуют на поток вне рабочего колеса вентилятора. На рис.6.1 представлен график регулирования с помощью такого шибера.

Рис. 6.1. График дроссельного регулирования с помощью

шибера при нагнетании

Мощность, затрачиваемая в шибере, кВт,

. (6.1)

Наибольшее распространение получили более экономичные направляющие аппараты, которые устанавливаются непосредственно перед всасывающим отверстием тягодутьевого нагнетателя и которые закручивают при частичных нагрузках входящий поток (рис. 6.2).

Рис.6.2. График регулирования производительности

нагнетателей направляющим аппаратом при всасывании

На рис. 6.3 показаны различные направляющие аппараты для регулирования тягодутьевых нагнетателей. Наибольшее распространение для центробежных машин одностороннего всасывания получили осевые направляющие аппараты (ОНА), состоящие из ряда секторов, поворачиваемых на различные углы с помощью общего кольца (рис. 6.3,а). Простотой устройства и надежностью работы отличаются осевые аппараты, состоящие из двух створок (рис. 6.3,б). Они применяются для регулирования дутьевых вентиляторов котлоагрегатов небольшой мощности и мельничных вентиляторов систем пылеприготовления.

Рис. 6.3. Направляющие аппараты для регулирования тягодутьевых машин: а - осевой аппарат: 1- обечайка; 2 - створка; 3 - обтекатель; 4 - расчалка; 5 - поворотное кольцо; 6 - рукоятка привода; 7 - рычаги; 8 - ролики; б - двустворчатый осевой аппарат: 1- cтворки; 2- обечайка; 3 - рычаг нижней створки; 4 - рычаг верхней створки; 5 - винт; 6 - маховик; в - упрощенный направляющий аппарат (тангенциальный): 1 - cтворки; 2 - карман; 3 - колесо; г - цилиндрический аппарат

На центробежных дымососах двухстороннего всасывания получили применение упрощенные тангенциальные направляющие аппараты шиберного типа (УНА), устанавливаемые в карманах дымососов (рис. 6.3, в). Применяются также направляющие аппараты с цилиндрической поворотной обечайкой (ЦНА), схема которых показана на рис. 6.3, г.

Для вентиляторов и дымососов, выпускаемых с регулирующи­ми устройствами, в каталогах приводятся их дроссельно-регулировочные