Вентиляторы

Центробежные вентиляторы условно делятся на вентиляторы низкого давления ( p < 10³ Па ), среднего давления ( p = 10³ – 3*10³ Па) и высокого давления ( р = 10³ – 10⁴ Па ). В спиралеобразном корпусе 1 вентилятора (рис. 3.1) вращается рабочее колесо (барабан) 2 с большим числом лопаток. Отношение ширины лопатки к ее длине зависит от развиваемого давления и является наименьшим для вентиляторов высокого давления. Газ поступает по оси вентилятора через патрубок 3 и уда­ляется из корпуса через нагнетатель­ный патрубок 4.

Рис. 3.1. Схема вентилятора низкого давления:

1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – всасывающий патрубок; 4 – нагнетательный патрубок

 

Лопатки вентиляторов обычно выполняют загнутыми вперед (угол ), или загнутыми назад ( ) по направлению вращения колеса. При лопатках, загнутых вперед, заданный напор получают при меньшей окружной скорости колеса, соответственно – при меньшем его диаметре, чем при лопатках загнутых назад; однако гидравлическое сопротивление последних ниже.

Рабочие колеса вентиляторов низкого и среднего давления, обладающих большими производительностями, имеют относительно большую ширину. Для того чтобы обеспечить прочность и жесткость широких колес, окружную скорость их необходимо ограничить (не более 30 – 50 м/с). Поэтому рабочие колеса таких вентиляторов изготавливают с лопатками, загнутыми вперед (β₂ = 120 - 150⁰), не считаясь с понижением гидравлического к. п. д. η_г вентилятора.

У вентиляторов высокого давления, обладающих меньшей производительностью, ширина колес относительно невелика. Поэтому их лопатки обычно загнуты назад.

Характеристики центробежных вентиляторов, как и других центробежных машин для перемещения и сжатия газов, подобны характеристикам центробежных насосов, а зависимость производительности, напора и мощности от числа оборотов выражается уравнениями (3.1) - (3.3).Рабочий режим устанавливается по точке пересечения характеристики центробежного вентилятора с характеристикой сети (см. рис.3.4).

Мощность на валу вентилятора N_в находят по уравнению

, (3.1)

где V - производительность вентилятора, м³/с; H – напор вентилятора, м; ρ - плотность газа, кг/м³;η_в = λ_Vη_гη_мех - к. п. д. вентилятора, определяемый как произведения коэффициента подачи λ_V, гидравлического η_г и механического η_мех к. п. д.

 

Полный напор вентилятора Н может быть рассчитан по формуле

(3.2)

где Р_Н и Р_ВС - статическое давление соответственно в нагнетательном и всасывающем патрубках, Па; υ_H и υ_BC - средняя скорость движения в нагнетательном и всасывающем патрубках соответственно, м/с; H_H и Н_ВС - высоты нагнетания и всасывания, м; h_п — потеря напора, обусловленная гидравлическими сопротивлениями.

В данном случае статическое давление на всасывающей линии равно барометрическому давлению: P_BC = P_б

Скорость воздуха на входе в вентилятор близка к нулю: υ_ВС=0

Высота всасывания также равна нулю: Н_ВС=0, а высота нагнетания, т.е. расстояние от вентилятора до места установки трубки Пито - Прандтля, которая позволяет измерить разность между полным и статическим напорами, т.е. динамический напор, равна 1м: H_H = 1 м.

Потерю напора рассчитываем, пренебрегая местными сопротивлениями:

(3.3)

Где λ - коэффициент трения, который в данном случае 0,02; l и d - длина и диаметр трубопровода, равные соответственно 1 и 0,2 м.

Окончательная формула для расчета полного напора вентилятора приво­дится к следующему виду:

(3.4)

где H_H=1 м.

Потребляемая вентилятором мощность, Вт

 

(3.5)

 

Где V - объемная производительность, м³/с; P - полное давление вентилятора, Па.

Коэффициент полезного действия вентилятора η есть отношение полез­ной мощности ко всей потребляемой мощности N_n, которая может быть изме­рена ваттметром либо другими измерительными приборами:

(3.6)

КПД вентиляторной установки равен произведению КПД самого вентиля­тора, передачи и электродвигателя:

(3.7)

Потребляемая электродвигателем вентилятора мощность состоит из полезной мощности, которая расходуется на перемещение газа и потерь мощно­сти:

(3.8)

 

В момент пуска вентилятора для преодоления сил инерции необходимо приложить дополнительную мощность, поэтому двигатель испытывает повышенную нагрузку. Для того чтобы свести к минимуму нагрузку на двигатель, при пуске вентилятора полностью закрывают нагнетательный патрубок. При этом производительность вентилятора V=0.Так что полезная мощность также равна нулю, и вся потребляемая электродвигателем энергия тратится на преодоление сопротивлений (см. уравнение 3.8).

Важнейшими характеристиками вентилятора являются производительность V (м³/с), напор H (м), а также потребляемая мощность N и коэффициент полезного действия η. Для правильного выбора вентилятора надо знать зави­симость напора, потребляемой мощности и КПД от производительности.

Характерной особенностью центробежных вентиляторов является то, что их КПД имеет максимальное значение лишь при оптимальной производительности. В связи с этим их целесообразно применять лишь при определенных значениях производительности, соответствующих достаточно высоким значениям КПД.