Расчет вентилятора высокого давления

Вентиляторы осевые одноступенчатые Аксипал FTDA, осевые крышные с диффузором FTDA-RD и осевые крышные с клапаном FTDA-RB (далее вентиляторы FTDA) предназначены для перемещения воздуха и других газов, агрессивность которых по отношению к углеродистым сталям обыкновенного качества не выше агрессивности воздуха, с содержанием пыли не более 10 мг/м3. Вентиляторы осевые одноступенчатые Аксипал FTDE, осевые крышные с диффузором FTDE-RD и крышные с клапаном FTDE-RB (далее вентиляторы FTDE) предназначены для перемещения взрывоопасных газопаровоздушных смесей IIA, IIB и IIC категорий, групп Т1, Т2, Т3 и Т4 по классификации ГОСТ Р 51330.0-99, не вызывающих ускоренной коррозии материалов и покрытий проточной части вентиляторов, не содержащих взрывчатых веществ, добавочного кислорода, взрывоопасной пыли, липких и волокнистых материалов, а также окислов железа. Вентиляторы предназначены для обслуживания взрывоопасных зон помещений классов 1 и 2 по ГОСТ Р 51330.13-99. Температура перемещаемой среды от -40 °С до +40 °С. Вентиляторы FTDA и FTDE предназначены для эксплуатации в условиях макроклиматического района с умеренным климатом (исполнение У), категорий размещения 1, 2, 3 и 4 по ГОСТ 15150-69. По требованию заказчика вентиляторы FTDA могут иметь другое климатическое исполнение, а также могут иметь исполнение для их эксплуатации при температуре до + 90 °С. Вентиляторы FTDE предназначены для обслуживания взрывоопасных зон помещений классов В-1а, В-1б, В-1г по классификации «Правил устройства электроустановок» (ПУЭ). Вентиляторы комплектуются асинхронными электродвигателями с высотой оси вращения от 56 до 200 мм. Вентиляторы могут монтироваться непосредственно в воздуховодах как на горизонтальных, так и на вертикальных участках.

На графике

Индивидуальный график характеристик вентилятора Аксипал

1 производительность Q,м3/час 2 полное давление Pv, Па 3 сплошными синими линиями показаны кривые характеристик работы вентилятора в зависимости от угла установки лопаток рабочего колеса с точностью до одного градуса 4 синей пунктирной линией показано динамическое давление без диффузора 5 синей пунктирной линией показано динамическое давление с диффузором 6 угол установки лопаток рабочего колеса 7 максимальное значение угла установки лопаток рабочего колеса 8 сплошными зелёными линиями показаны кривые потребляемой вентилятором мощности, кВт 9 зелёными пунктирными линиями показаны уровни среднего звукового давления, дБ(А)

Подбор вентилятора начинают с определения его номера (размера) и синхронной частоты вращения. По заданным аэродинамическим характеристикам (производительноcти Q и полному давлению Pv) на сводных графиках определяют размер (номер) вентилятора и синхронную частоту вращения рабочего колеса вентилятора. При этом может учитываться оптимальный размер воздуховодов или проёмов в стенах или перекрытиях. На соответствующем индивидуальном графике характеристик в точке пересечения координат производительности и полного давления (рабочей точке) находят кривую характеристик вентилятора для соответствующего угла установки лопаток рабочего колеса. Данные кривые проведены с интервалом установки угла лопаток в один градус. Рабочая точка одновременно показывает потребляемую вентилятором мощность (в случае несовпадения рабочей точки и кривой потребляемой мощности необходимо провести интерполяцию) и средний уровень звукового давления. Динамическое давление и динамическое давление с присоединённым диффузором находят на пересечении соответствующих наклонных прямых с вертикалью, проведённой от производительности Q (значения считывают на шкале полного давления Pv). Вентиляторы Аксипал по заказу потребителя могут оснащаться электродвигателями как отечественного, так и зарубежного производства. В случае если фактические параметры эксплуатации вентилятора (температура, влажность, абсолютное атмосферное давление, плотность воздуха или фактические обороты вращения электродвигателя) отличаются от параметров, при которых составлены графики аэродинамических характеристик следует уточнить фактические аэродинамические характеристики вентилятора и потребляемую мощность по следующим формулам (ГОСТ 10616-90) и основным законам вентиляции: Q=Q0•n/n0 (1)

Источник

Методика расчета вентилятора высокого давления ВВД-CНМT 315-130

1. Диаметр входного отверстия вентилятора (см.рис 1.1.) определяют по формуле:

где с – геометрический коэффициент, с =3,5 4,5

Указанная формула выведена ЦАГИ и основана на предложении, что наименьшие потери давления в каналах колеса полученной при минимальном значении оптимальной скорости на входе.

2.Скорость входа в вентилятор равна:

3.Диаметр входа по конструктивным соображениям принимается:

4.Ширина колеса на входе определяется на основании следующих соображений

Если исходить из сохранения скорости на повороте ( ) и допустить,

что площадь живого сечения потока равна цилиндрической поверхности то получим:

В действительности же в связи с тем, что отрыв потока на повороте практически неизбежен, ширину колеса принимают с запасом:

=1,25·0,055=0,06875 м (6)

где К .При лопатках замкнутых назад и радиальных, К=1,05 1,25.При лопатках, замкнутых вперед, К=1,20 2,5,причем запас тем больше, чем больше отношение .

У центробежных вентиляторов колеса изготавливаются равной ширины

или полуконическими .При полуконических колесах обеспечивается меньшая потеря давления на поворот и лучший диффузионный эффект в межлопаточных каналах, т.е более высокий К.П.Д. Однако технология изготовления полуконических колес более сложна.

5.Окружная скорость на входе в колесо:

6.Относительная скорость на выходе в колесо:

При отсутствии закручивания на входе, когда =0, то получим:

значит (8) примет вид:

а соответствующий угол протекания потока

7.Угол установки лопаток на входе в колесо

где — угол атаки, т.е разность между углом набегающего потока и углом установки лопаток на входе, обычно

Далее на основе ряда соображений следует задаться (с последующей проверкой) наружным диаметром колеса , углом выхода с лопаток , числом лопаток и продолжить расчет.

8.Окружная скорость на выходе с колеса:

9.Скорость закручивания потока на выходе из колеса без учета влияния числа лопаток:

+ cos =69,85+38,9·cos =106,4 м/с (13)

(в расчетах первого приближения можно принимать )

Скорость закручивания потока при выходе с колеса с учетом влияния конечного числа лопаток будет меньше, т.е

=(0,7 =(0,7 =74,48 101,1 м/с (14)

Принимаем =100 м/с.

10.Коэффициент закручивания потока на выходе из колеса:

11.Теоретическое давление лопаточного колеса:

Если принять , то:

12.После определения размеров кожуха, пользуясь соответствующими диаметрами, подачи плавающей потери давления внутри вентилятора: на входе, при повороте к лопаткам, между лопатками, при выходе в кожух и в кожухе.

Потеря давления при протекании потока между лопатками колеса прежде всего зависит от угла атаки. Так как форма междулопаточных каналов лучше у колес с замкнутыми назад лопатками, то потери у них будут меньше, чем у колес с лопатками, замкнутыми вперед.

Потери давления на удар при выходе с колеса можно уменьшать при установке плоского щита, чем лопаточного направляющего. Эти потери обычно меньше у колес с лопатками, замкнутыми назад, чем для колес с лопатками, замкнутыми вперед, так как в первом случае абсолютные скорости выхода меньше.

Потери давления в кожухе существенно зависит от его размеров, а так же от формы. В скрученном литом кожухе переменной ширины эти потери меньше, чем в прямоугольном сварном кожухе постоянной ширины.

Обычно суммарная величина гидравлических потерь в вентиляторе составляет:

А давление, развиваемое при нормальных условиях равно:

· 1,43 =837,24 кг/м 2 (19)

·100 = ·100 =33,6 =10 (21)

Если заданное значение не соответствует вычисляемому

то следует произвести пересчет, изменив принятые предварительные параметры некоторых из геометрических параметров вентилятора:

13.Гидравлический К.П.Д. вентилятора равен:

14.Гидравлическая мощность вентилятора:

15.Мощность, связанная с потерями на трение воздуха через зазор (она добавляется к мощности гидравлической), определяется по формуле:

где =(0,01 0,05)Q=(0,01 0,05) 0,756=0,0076 0,038 м 3 /с (25)

16.Мощность,расходуемая на трение дисков и колец колеса о воздух(так называемая нулевая или паразитная мощность), может быть приближенно посчитана по формуле ЦАГИ:

где =(5 10 -6 для колес с коническим передним диском

и =(10 10 -6 -для колес с плоским передним диском.

=(10 10 -6 ·0,120· (1+5 )=5,2 к/Вт

Принимаем =5,66 к/Вт

17.Мощность на колесе, т.е расходуемая только колесом при механических потерях в подшипниках и в приводе:

Выбираем двигатель 4А160S2УЗ с мощностью 15кВт, асинхронной частотой вращения 2900 мин -1 .

( -низкий в виду того, что не производился пересчет. должен быть в пределах =(0,47 ))

В результате работ по совершенствованию центробежных вентиляторов их К.П.Д значительно повысился. Для вентиляторов с быстроходностью, лежащей в пределах =25 , при лопатках, загнутых вперед,

=0 ; при лопатках, оканчивающихся радиально

=0 , и при лопатках, загнутых назад =0 и более.

Следует отметить, что рассмотренный метод аэродинамического расчета центробежных вентиляторов, равно как и другие современные методы, до сих пор еще основываются на приближенной модели движения потоков, в которой не учитываются несимметричность каналов и полей скоростей, неравномерность работы каналов колеса.

Заключение.

Целью данной работы было изучение конструкции, принципа действия и основ расчета вентилятора высокого давления. В качестве отчета о проделанной работе представлены:

—Пояснительная записка.В пояснительной записке описана конструкция ветилятора, классификация, расчет основных и конструктивных параметров, а также приведена схема очистки воздуха с использованием данного вентилятора и описана область ее применения в ПСМ.

-Графическая часть.В графической части представлен чертеж вентилятора и схема очистки воздуха АС-1. Графические изображения выполнены на листах формата А2 и скомпанованы на листе формата А1

Литература

1.Калинушкин М.П. Вентиляторные установки., М:1962-288c.

2.Кочергин С.М. Вентиляция. Оборудование и технологии. Учебно-практическое пособие.- М:- Стройинформ, 2007-424с.

Источник

Основы гидравлики

Вентиляторами называют устройства, служащие для перемещения воздуха или других газов при давлении не более 0,15×10 5 Па.
Они, как и насосы, находят применение во многих отраслях народного хозяйства и, в частности, в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха.
Автомобильная, дорожная и сельскохозяйственная техника применяет в своей конструкции, например, вентиляторы системы охлаждения двигателей, вентиляторы системы отопления и кондиционирования воздуха в салоне. Аэромобили, суда на воздушной подушке и подобные машины используют вентиляторы в качестве движителя.

Следует отличать вентиляторы от воздуходувок и компрессоров, способных перемещать газы при давлении более 0,15×10 5 Па. Компрессоры, в отличие от вентиляторов, чаще всего являются аэромашинами объемного типа, использующими принцип вытеснения вещества по аналогии с объемными насосами. Если же в качестве компрессора применяются динамические аэромашины (центробежные, осевые турбины и т. п.), то сжатие воздуха в них осуществляется в несколько ступеней, т. е. поэтапно.

Вентиляторы разделяют на центробежные и осевые. Эти два типа вентиляторов используют непосредственное силовое воздействие рабочими органами (крыльчатками) на потоки воздуха или газов для увеличения их кинетической энергии, т. е. являются аэродинамическими машинами.

Как в конструкциях насосов, среди вентиляторов лопастного типа иногда выделяют тип диагональные вентиляторы, у которых лопасти изогнуты по схеме, не позволяющей классифицировать их как центробежные или осевые (рис. 1). В диагональных вентиляторах лопатки расположены под углом 45˚ к оси колеса либо они имеют сложную геометрическую форму, придающую диагональное направление перемещаемому потоку газа.
Перемещение рабочей среды (газа, воздуха) в таких вентиляторах осуществляется и вдоль оси рабочего колеса (как у осевых вентиляторов), и радиально (как у центробежных вентиляторов) вдоль внешней стенки кожуха.
Подобная конструкция имеет некоторые достоинства по сравнению с вентиляторами осевого типа, так как возникающие центробежные силы способствуют повышению давления в потоке.
Кроме того, лопасти диагональных вентиляторов в меньшей степени подвержены поперечной изгибающей нагрузке, поскольку значительная часть энергии передается потоку в осевом направлении, что выгодно отличает их от центробежных (радиальных) вентиляторов.

В отдельную группу можно выделить так называемые диаметральные вентиляторы, в которых схема перемещения воздушных потоков отличается от таковой у центробежных вентиляторов – и входящий, и нагнетаемый потоки перемещаются по внешнему периметру рабочего колеса (рис. 1).
Рабочее колесо диаметральных вентиляторов оснащено длинными, но очень узкими лопатками.
Отличается у таких вентиляторов и конструкция кожуха – вдоль внешнего участка рабочего колеса имеется широкое окно, из которого лопасти захватывают газ (воздух), перемещают его вдоль закрытой части кожуха и выбрасывают в выходное отверстие (раструб). Иногда конструкция диаметральных вентиляторов вообще не предусматривает кожуха – остатки его функции выполняет раструб.

Поскольку диагональные и диаметральные вентиляторы представляют собой некоторую разновидность основных типов вентиляторов — центробежных и осевых, в этой статье более подробно рассмотрены характеристики двух последних конструкций.

Центробежные вентиляторы

Центробежные вентиляторы иногда называют радиальными вентиляторами, поскольку перемещение воздушного потока при контакте с лопастями осуществляется от центра к внешнему периметру, т. е. радиально.

Общий вид и схема устройства центробежного вентилятора (рис. 2) напоминают конструкцию центробежных насосов. Он состоит из рабочего колеса (ротора) 2 с лопатками, спирального корпуса 2 (кожуха) и станины 1. Рабочее колесо насажено на вал 4, который установлен в подшипниках на станине. Ротор центробежного вентилятора состоит из двух дисков, между которыми располагаются лопатки. Их число колеблется от 6 до 36.

Кожухи вентиляторов выполняют из листового металла сварными или клепаными. У центробежных вентиляторов кожух обычно имеет форму логарифмической спирали (улитки). В нем имеются круглое входное и квадратное или прямоугольное выходное отверстия.

Принцип работы центробежного вентилятора аналогичен принципу работы центробежного насоса.
Воздух, поступивший через входное отверстие вентилятора в полость рабочего колеса, захватывается лопатками и приводится во вращение. Под действием центробежных сил он сжимается, отбрасывается к внешней стенке спирального кожуха, и, двигаясь по спирали, попадает через выходное отверстие в воздуховод.
Основное назначение кожуха – собрать поток воздуха, сбегающего с ротора и понизить его скорость, т. е. преобразовать кинетическую энергию потока газа (динамическое давление) в потенциальную энергию (статическое давление).
В среднем скорость движения воздуха или газа в кожухе центробежного вентилятора принимается равной половине окружной скорости рабочего колеса.

Центробежные вентиляторы классифицируют по следующим признакам:

по создаваемому давлению – низкого давления (до 0,01×10 5 Па), среднего (до 0,03×10 5 Па) и высокого давления (свыше 0,03×10 5 Па);
по назначению – общего (для перемещения чистого воздуха и неагрессивных газов) и специального назначения (для перемещения запыленного воздуха, дымовых газов – дымососы, и др.);
по числу сторон всасывания – одностороннего и двустороннего всасывания;
по числу ступеней – одноступенчатые и многоступенчатые, работающие, как и многоступенчатые центробежные насосы.

Осевые вентиляторы

Этот тип вентиляторов иногда называют аксиальными вентиляторами, поскольку перемещение потока в них осуществляется вдоль оси рабочего колеса. Еще одно название осевых вентиляторов, издавна укрепившееся в быту – пропеллеры.

Осевой вентилятор представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе (обечайке) лопаточное колесо, при вращении которого поступающий через входное отверстие воздух под воздействием лопаток перемещается между ними в осевом направлении. На рис. 3 показан простейший осевой вентилятор, состоящий из двух основных частей – осевого лопаточного колеса 1, расположенного на одном валу с двигателем, и цилиндрического корпуса (кожуха) 2.

Колесо осевого вентилятора состоит из втулки, на которой закреплены наглухо или в которую встроены лопатки. Число лопаток на колесе обычно от 2 до 32. Лопатки изготавливают симметричного или специального несимметричного профиля, расширяющегося и закручивающегося по мере приближения к втулке. Осевые вентиляторы с лопатками симметричного профиля называют реверсивными, а с лопатками несимметричного профиля – нереверсивными.

Колеса осевых вентиляторов делают сварными из листовой стали или литыми; они бывают также штампованными. В последнее время получили широкое распространение вентиляторы из пластмасс.

Кожух осевого вентилятора имеет цилиндрическую форму (обечайку) и роль его более ограничена, чем у центробежных вентиляторов, так как поток воздуха (газа) проходит вдоль оси вентилятора, и на его движение обечайка почти не оказывает влияние.
Диаметр кожуха не должен превышать 1,5 % длины лопатки колеса, так как большие зазоры между колесом и кожухом резко снижают аэродинамические качества осевого вентилятора.
При отсутствии всасывающего воздуховода на входе устанавливают коллектор, обеспечивающий хорошее заполнение входного сечения вентилятора, а также устанавливают обтекатель.
Для понижения скорости потока (преобразование кинетической энергии в потенциальную энергию давления) на выходе из вентилятора иногда устанавливают диффузор.

Сравнительные характеристики центробежных и осевых вентиляторов

Центробежные вентиляторы, по сравнению с осевыми, способны создавать большее давление на выходе, поэтому их целесообразно применять для подачи воздуха при значительном давлении. Поэтому их часто применяют в системах вентиляции со сложной разветвленной сетью воздуховодов, в системах пневмотранспорта материалов, в котельных установках в качестве тягодутьевых устройств, и в системах кондиционирования воздуха.

Осевые вентиляторы не способны создавать высокого давления, подобно центробежным, но имеют больший КПД, они способны работать реверсивно (т. е. в обратном направлении), более просты в изготовлении (а значит и дешевле), балансировке, монтаже и обслуживании, имеют меньшие габариты и вес. В связи с этим осевые вентиляторы чаще всего применяют для проветривания помещений, вентиляции шахт, тоннелей и т. п. – там, где не требуется создание относительно высокого давления потока воздуха (газа).

Работа вентиляторов сопровождается шумом, интенсивность которого обусловливается типом вентилятора, режимом его работы, качеством изготовления и монтажа. Снижению шумов способствует установка вентилятора на одном валу с двигателем, применение специальных виброгасителей при креплении на станине, качественная балансировка ротора, тщательная обработка и отделка поверхностей лопаток рабочего колеса, мягкое соединение с воздуховодами.

Обозначение вентиляторов

В настоящее время промышленность выпускает вентиляторы многих типов и серий. Каждому вентилятору присваивается условное обозначение – индекс, в котором указаны:

давление, создаваемое вентилятором: н.д. – низкое, с.д. – среднее, в.д. – высокое давление;
назначение вентилятора: Ц – центробежный общего назначения, ЦП – пылевой и т. д.;
коэффициент давления при оптимальном режиме – цифрой, соответствующей 10-кратной величине этого коэффициента (с округлением до целых единиц);
удельная частота вращения (быстроходность) – цифрой, округленной до целых единиц;
номер вентилятора – цифра или число, соответствующее диаметру колеса в дециметрах.

Пример обозначения центробежного вентилятора: н.д. Ц4-70 № 8, что означает центробежный вентилятор общего назначения низкого давления с коэффициентом давления 0,403, быстроходностью 70 и диаметром рабочего колеса 800 мм.

Рабочие параметры и характеристики вентиляторов

К основным техническим характеристикам вентиляторов относятся подача, полное давление, КПД, потребляемая мощность, критерий быстроходности.

Подача вентиляторов

Подача вентилятора L (м 3 /ч или м 3 /сек) – объем газа (или воздуха), перемещаемого вентилятором за единицу времени.
В общем случае подача вентилятора может быть определена, как произведение площади живого сечения потока газа в выходном отверстии вентилятора на соответствующую проекцию абсолютной скорости потока на выходе из рабочего колеса:

где:
S_вых – площадь выходного отверстия, которая принимается с учетом коэффициента стеснения потока лопатками, равного 0,9…0,95;
с_v2 – проекция абсолютной скорости потока газа: для центробежных вентиляторов – радиальная проекция, для осевых – осевая проекция.

При выборе вентилятора для конкретных практических нужд используют аэродинамические характеристики-графики, устанавливающие зависимость между основными рабочими параметрами вентилятора и расходом газа (воздуха). Пример такой аэродинамической характеристики вентилятора приведен внизу на рис. 4 .

Полное давление вентилятора

Полное давление р_п вентилятора зависит от плотности газа (его физическая характеристика), коэффициента давления и скорости потока (кинематические характеристики), и определяется на основе уравнения Эйлера:

где:
ρ – плотность газа;
ψ – коэффициент давления вентилятора; ψ = η_г φ₂ (здесь η_г – гидравлический КПД вентилятора, φ₂ — коэффициент закручивания потока, определяемый из отношения проекции скорости потока к его абсолютной скорости);
v₂ –скорость потока на выходе из колеса.

Мощность вентилятора

Теоретическая мощность вентилятора, передаваемая перемещаемой среде, определяется по формуле:

Действительная мощность N, потребляемая вентилятором, значительно отличается от полезной вследствие гидравлических потерь энергии при протекании воздуха внутри вентилятора. Эти потери складываются из потерь на вихреобразование у кромок лопастей и лопаток, перетекание воздуха через зазоры между колесом и кожухом вентилятора и механических потерь на трение.

КПД вентиляторов

КПД – отношение полезной мощности к потребляемой вентилятором от приводного устройства:

Полный КПД вентиляторов, как и КПД насосов, может быть определен в виде произведения трех составляющих:

где: η_г – гидравлический КПД (потери в потоке), η_о – объемный КПД (утечка через зазоры), η_м – механический КПД (трение).

Полный КПД центробежных вентиляторов (в зависимости от быстроходности и конструкции лопаток) составляет от 0,65 до 0,85. У осевых вентиляторов он не превышает 0,9.

При подборе электродвигателя для вентиляторной установки используют коэффициент запаса К = 1,05…1,2 для осевых вентиляторов, и К = 1,1…1,5 – для центробежных вентиляторов.

Критерий быстроходности вентиляторов

Центробежные и осевые вентиляторы, как и насосы, удобно классифицировать по удельной частоте вращения (критерию быстроходности). Критерий быстроходности характеризует аэродинамические качества вентилятора – его способность создавать большее или меньшее давление.
Для оптимальной работы вентилятора при ρ = 1,2 кг/м 3 критерий быстроходности определяется по формуле:

где:
L – подача в м 3 /с;
ω – угловая скорость в с -1 ;
р_п – давление в Па.

Для геометрически подобных вентиляторов (имеющих одинаковую конструкцию и форму при разных габаритах) критерий быстроходности будет одинаковым. Для центробежных вентиляторов критерий быстроходности составляет 40…80, а для осевых – 80…300. Осевые вентиляторы при прочих равных условиях (в частности, при одинаковой угловой скорости колеса) развивают меньшее давление по сравнению с центробежными, поэтому значение nуд у них выше (т. е. для получения необходимого давления требуется более высокая скорость вращения).

Использование критерия быстроходности облегчает подбор и расчет вентиляторов, так как быстроходность входит в индекс вентиляторов. По индексу можно судить о давлении, развиваемом вентилятором.

На рис. 4 представлена универсальная аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора, на которой графически изображены все допустимые или оптимальные для данного вентилятора режимы его работы. Пользуясь универсальной аэродинамической характеристикой, можно выбрать наиболее эффективный режим работы вентилятора, при котором его КПД будет иметь максимальное значение.

Пример решения задачи на подбор вентилятора

Задача
Определить давление, развиваемое центробежным вентилятором, если коэффициент давления ψ = 0,9, частота вращения рабочего колеса n = 1450 мин -1 , наружный диаметр колеса D₂ = 0,4 м, а плотность воздуха ρ = 1,2 кг/м 3 .

Решение.
Окружную скорость на наружном диаметре рабочего колеса определяем по формуле:

Источник

Измерение параметров вентилятора в сети

На графике

Индивидуальный график характеристик вентилятора Аксипал

Источник