15. Совместная работа вентилятора и сети

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=р_ст+р_дин (28)

Статическое давление характеризует запас потенциальной энергии газа. Статическое давление вентиляторов представляет собой сумму разрежения при всасыва­нии р_в и давления при нагнетании р_н.

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 р_н и р_в на рис. 21,б и рис. 21,в равна абсолютной суммарной ординате р_в+р_н на рис. 21,а.

Динамическое давление соответствует кинетической энергии газа, причем

р_дин=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 (р_в=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 (р_н=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. р_в=0, р_н=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 Q_д 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, (N_в)

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 К_N=1,10÷1,15; для осевых вентиляторов, у которых мощность в меньшей степени за­висит от изменения подачи, К_N = 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

р_дин=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.