Закручиванием потока воздуха перед колесом

При отсутствии закручивания потока воздуха перед колесом

вентилятора теоретическое давление последнего выражается, как

известно, уравнением (2):

* т = Р^2 ^2и*

Следовательно, предполагается, что скорость закручивания

с1и, входящая в уравнение (1):

Р т

 = =

Р и

г

 с2и Р м

1 ^1 и >

равна нулю и, значит, абсолютная скорость потока на входе на ло­

патку колеса сх

перпендикулярна направлению скорости % (рис.47).

При искусственном закручивании потока воздуха перед колесом

направление относительной скорости w1

 отклоняется в сторону на­

правления вращения колеса, причем тем больше, чем сильнее про­

исходит это закручивание. Составляющая с1и становится больше

нуля, и теоретическое давление, которое определяется теперь уже

уравнением (2), уменьшается.

Соответственно этому понижаются кривые давления вентилятора

на графике Q — Pv

, причем это понижение происходит тем сильнее,

чем большим является угол закручивания потока а; подача

вентилятора, работающего на определенную сеть, уменьшается
С понижением кривых давлений уменьшается и к. п. д.

вентилятора, поэтому снижение расходуемой мощности происходит

не пропорционально уменьшению произведения расхода воздуха на

давление QPV

, а в меньшей степени. На рис. 48 видно, что понижение

расходуемой вентилятором мощности при закручивании потока

воздуха перед колесом происходит по кривой БгБь

.

Устройства, осуществляющие закручивание потока воздуха пе­

ред входом в колесо радиального вентилятора, называются направ­

ляющими аппаратами.

Для центробежных вентиляторов направляющие аппараты можно

подразделить на четыре типа:

а) осевой направляющий аппарат (ОНА), представляющий собой

набор радиально расположенных во входном патрубке вентиля­

тора (или в самостоятельном патрубке) лопастей, которые можно

одновременно и синхронно поворачивать на любой угол вокруг ра­

диальных осей;

б) упрощенный осевой направляющий аппарат конструкции

Л. А. Рихтера (УОНА), состоящий из двух секторов, которые раз­

ворачиваются в различные стороны и обеспечивают тем самым ча­

стичное закручивание проходящего между ними воздуха;

в) радиальный направляющий аппарат (РНА), представляющий

собой спиральный кожух с набором поворотных лопастей, располо-женных по кругу параллельно оси

вала вентилятора; этот кожух при­

мыкает к входному патрубку корпу­

са вентилятора;

г) упрощенный радиальный на­

правляющий аппарат конструкции

А. Г. Бычкова, состоящий из короб­

ки с набором поворотных лопастей,

расположенных не по кругу, как у

РНА, а на прямой, параллельной

оси вала.

В вентиляторах, устанавливаемых

в вентиляционных системах, приме­

няются почти всегда осевые направ­

ляющие аппараты (ОНА) вследствие

их меньших размеров по сравнению с размерами направляющих

аппаратов других типов при одинаковой эффективности работы

и экономичности.

Рис. 50. Кривые EtB5

 и BiBs

в координатах Q/Qo и N/N0

71 На рис. 49 представлена характеристика вентилятора Ц4-70

с осевым направляющим аппаратом при различных углах поворота

лопастей последнего.

Экспериментальные исследования различных авторов показали,

что экономичность регулирования вентиляторов осевыми направляю­

щими аппаратами почти не зависит от числа и формы лопаток и

значительно зависит от типа вентилятора и режима его работы.

Обычно число лопаток принимается равным 8 или 12. Лопатки,

как правило, вырезают из плоского металлического листа постоян­

ной толщины, и только в тех случаях, когда прочность и жесткость

лопаток (у вентиляторов большой величины) оказывается недоста­

точной, их выполняют крыловидными или чечевицеобразными.

Прежде чем рассматривать зависимость экономичности регули­

рования от типа вентилятора и режима его работы, следует пояс­

нить, что понимается под экономичностью регулирования и как она

оценивается.

Понижение расходуемой вентилятором мощности (см. рис. 48)

происходит при регулировании направляющим аппаратом по кривой

£i£5

 и при регулировании дросселем по кривой БгБ&

. Положение

этих кривых показывает, что регулирование направляющим аппа­

ратом эффективнее и экономичнее дросселирования.

Для более точной оценки экономичности таких кривых удобнее

пользоваться графиками с кривыми снижения мощности или, как

принято их называть, с кривыми регулирования.

Снижение мощности определяем по формуле (17), заменяя п на

Q и п0

 на Q0

:

т-=П-г)- (18)

No \ Qo J

В этом случае кривые Б1БЪ

 и БХБ6

 (см. рис. 48) будут выглядеть

несколько иначе (рис. 50). С помощью рис. 50 легко оценить эконо­

мичность обоих способов регулирования. Например, при регулиро­

вании подачи данного вентилятора от исходного значения до 50%

от него потребляемая мощность падает при дросселировании до 68%

и при регулировании направляющим аппаратом до 45%.,

Рассмотрим влияние на экономичность регулирования вентиля­

тора направляющим аппаратом значения относительного диаметра

входа в колесо, угла выхода лопаток колеса, начального режима

работы вентилятора.

Относительным диаметром входа в колесо называют отноше­

ние диаметра окружности, от которой берут свое начало лопатки,

к диаметру колеса, т. е. к окружности, где расположены концы

лопаток.

Влияние относительного диаметра входа в колесо на экономич­

ность регулирования направляющим аппаратом заключается в сле­

дующем: чем меньше этот диаметр, тем более низкой является и

экономичность регулирования закручиванием потока воздуха перед

колесом.

72 Такая закономерность легко объясняется теоретически с по­

мощью уравнения Эйлера — при одной и той же частоте вращения

колеса скорость % понижается при уменьшении значения относи­

тельного диаметра входа в колесо и соответственно этому умень­

шается и второй член уравнения Эйлера.

Таким образом, понижение кривой давления при повороте лопа­

ток направляющего аппарата на один и тот же угол будет более зна­

чительным у вентилятора с большим относительным диаметром вхо­

да в колесо.

Регулирование направляющим аппаратом вентиляторов с лопат­

ками, загнутыми вперед, экономичнее, чем вентиляторов с лопат­

ками, загнутыми назад.

При проведении исследований по определению влияния на регу­

лирование начальных режимов вентилятора было обнаружено до­

вольно любопытное явление: у вентиляторов с лопатками, загнутыми

назад, более экономичным является регулирование на начальном

режиме с меньшим расходом воздуха; у вентиляторов с лопатками,

радиально оканчивающимися, экономичность регулирования прак­

тическиодинакова на различных начальных режимах; у вентилято­

ров же с лопатками, загнутыми вперед, наоборот, более экономич­

ным является регулирование на начальном режиме с большим

расходом воздуха.

Описанный выше эффект влияния на экономичность регулирова­

ния вентилятора направляющим аппаратом таких факторов, как

значение относительного диаметра входа в колесо, угол выхода ло­

паток колеса и начальный режим работы, был, как уже говорилось,

обнаружен при экспериментальных исследованиях. Естественно воз­

никает вопрос, не являются ли экспериментальные результаты слу­

чайными (поскольку они носили ограниченный характер), не позво­

ляющими сделать обобщенные выводы. Поэтому теоретические под­

тверждения этого эффекта следует считать не только полезными, но

и необходимыми.

На основе уравнения Эйлера при некоторых возможных для

этого случая допущениях удалось получить1

 теоретическое уравне­

ние кривой регулирования:

N __ a>2cos(180°— pg) — £>, wx

cos (180° — PJ

N0

 ~~ a 2H-^cos{180° — p2)

l u2

 — Dl

ut

 Q

«3 +K;2 COS(180O --P,) QO

Это уравнение является параболой типа

N„ [ Qo I { Qo I

1

 Г. Г. Вахвахов. Исследование осевых направляющих аппаратов для

эксплуатационного регулирования производительности центробежных вен­

тиляторов и выбор оптимальных схем этих аппаратов. Дисс. на соискание

ученой степени канд. техн. наук. МИСИ, 1954.

+

4 Зак. 1135 73 Здесь А + Б = 1, так как при Q!Q0

 = 1 NIN0

 должно быть также

равно 1.

Поэтому последнее уравнение можно записать в следующем виде:

No V ЧQo 1 \ Qo I k o \Qo) 1 \Qol

Так как ~ — (pf) >• 0, то NlNQ

 уменьшается с уменьшением В.

WoWo- 7

Но

Б = ц2—Di^i

a 3

+ a; 2 cos(180o

- p2) '

и поэтому можно сделать следующие выводы:

а) чем больше относительный диаметр входа в колесо Dlf тем

меньше отношение N/N0;

б) с уменьшением угла выхода лопатки |32

 отношение N/N0

уве­

личивается, т. е. регулирование становится менее экономичным;

в) при различных режимах работы изменяется Q0

 и соответст­

венно этому w2; с увеличением Q0

 при |32

> 90° (лопатки, загнутые

вперед) cos (180° — (32) имеет положительное значение — Б и N/N0

уменьшаются, при р2

 — 90° (лопатки, радиально оканчивающиеся)

cos (180° — (32) равен нулю — Б и N/N0

 остаются неизменными, а

при (32

< 90° (лопатки, загнутые назад) cos (180°—р2) имеет отрица­

тельное значение — Б я N/N0

 увеличиваются.

Таким образом, теоретические выводы полностью подтвердили

результаты, полученные экспериментальным путем.

Следует указать, что полученное уравнение устанавливает только

качественную связь между экономичностью регулирования, с одной

стороны, и геометрическими параметрами и режимом работы венти­

лятора— с другой. Значения падения мощности получать таким об­

разом нельзя, так же как нельзя определять фактические давления

вентилятора по уравнению Эйлера.

Небезынтересно указать еще на одно различие между вентиля­

тором с лопатками, загнутыми вперед, и вентилятором с лопатками,

загнутыми назад, при регулировании их направляющим аппаратом,

замеченное автором при экспериментальных исследованиях, про­

веденных в 1953 г., и независимо от него В. М. Коваленко и К- В. Че-

бышевой в ЦАГИ им. Жуковского [4].

Оказалось, что закручивание направляющим аппаратом потока

воздуха перед входом в колесо вентилятора с лопатками, загнутыми

вперед, изменяет кинематику потока за колесом не только количест­

венно, что естественно, но и качественно. Скорость закручивания

потока за колесом с2и уменьшается по сравнению со скоростью, кото­

рая была до поворота лопастей направляющего аппарата, не только

из-за естественного уменьшения скоростей wx

 и w2

, но и вследствие

поворота вектора скорости w2

 в сторону, противоположную вращению

колеса Соответственно этому давление вентилятора понижается не

только за счет появления скорости закручивания потока перед

74 входом в колесо, но и за счет уменьшения этой скорости при повороте

вектора скорости.

У вентиляторов с лопатками, загнутыми назад, такого явления

не наблюдалось, т. е. при закручивании потока перед колесом ско­

рость закручивания уменьшалась только в связи с уменьшением

wxи w