Давления, создающиеся в его потоке

МЕХАНИЗМ СОЗДАНИЯ ВЕНТИЛЯТОРОМ ДАВЛЕНИЯ.

УРАВНЕНИЕ ЭЙЛЕРА

Давление, создаваемое вентилятором, вызывается передачей

воздуху энергии от вращающегося колеса; после рабочего колеса

полное давление не увеличивается.

Теоретическое полное давление, развиваемое вентилятором

(при отсутствии потерь), определяется по уравнению Эйлера, ле­

жащему в основе расчета всех видов вращающихся лопаточных ма­

шин: турбин, насосов, вентиляторов:

Рт

 = р(и2с2и — и1с1и). (1)

Скорости с1и и с 2 м

 (рис. 6) представляют собой скорости закручи­

вания потока.

Уравнение (1) показывает, что теоретическое давление вентиля­

тора зависит только от плотности перемещаемой среды, окружной

скорости и скорости закручивания потока.

При отсутствии перед вентилятором каких-либо аппаратов, за­

кручивающих поток, скорость с1и равна нулю. В этом случае дав­

ление следует определять по сокращенному уравнению Эйлера:

Рт

 = рщс2и. (2)

Для осевого вентилятора щ-=их

 = и, и поэтому уравнение Эй­

лера примет вид:

P T

= pw(c2u

 — clu), (3)

а при отсутствии закручивания потока перед вентилятором, т. е.

когда с1и = О,

Уравнение (2) определяет разницу в аэродинамическихсвойст­

вах радиальных вентиляторов с лопатками разных видов. Из рис. 6

следует, что при равных диаметрах колес и при одинаковойокруж­

ной скорости и2

 скорость закручивания с2а у вентилятора с лопат­

ками, загнутыми вперед, будет всегда больше по величине, чем у

вентилятора с лопатками, загнутыми назад. Следовательно, вен­

тиляторы с лопатками, загнутыми вперед, будут создавать большие

давления, чем вентиляторы с лопатками, загнутыми назад. Венти­

ляторы с радиально-оканчивающимися лопатками занимают в этом

отношении промежуточное положение.

 

Схема последовательной работы вентиляторов применяется для

Увеличения величины давления.

Построение суммарной аэродинамической характеристики по­

следовательно работающих вентиляторов показано на рис. 34; от­

резки, представляющие собой давления вентиляторов при каждом

значении расхода воздуха, складываются.

Эффективность работы определяется, как обычно, пересечением

суммарной характеристики сети. Поэтому установка последователь­

но работающих вентиляторов целесообразна при малых подачах

воздуха (кривая сети /) и менее выгодна при больших подачах

(кривая сети 2).

Последовательная работа вентиляторов с разнымихарактеристи­

ками может еще более ограничить участок рациональной их работы.

Например, в случае, приведенном на рис. 35, работа на режимах,

когда рабочая точка находится правее точки А, сопровождается

понижением общей величины давления.

Примерно та же картина наблюдается и при совместной работе

вентилятора и естественной тяги (рис. 36).

Естественная тяга вызывается тепловым подпором в помещении.

Чем больше через это помещение проходит воздуха, тем меньше он

успевает нагреваться и тем меньше будет величина тяги. Соответ

ствеино этому характеристика естественной тяги Ре

 — f (Q) пред­

ставляет собой прямую, снижающуюся при увеличении расхода воз­

духа.

При режимах работы слева от точки А (кривая сети /) введение

в работу вентилятора оправдано, при режимах работы справа от

точки А (кривая сети 2) нерационально.

Подачи всех последовательно включенных в одну сеть венти­

ляторов должны быть одинаковыми, если только между ними нет

каких-либо ответвлений для выпуска воздух

РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЕНТИЛЯТОРОВ

РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОДАЧИ

ВЕНТИЛЯТОРА

ВВЕДЕНИЕМ В СЕТЬ

ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ

Принцип регулирования по­

дачи вентилятора введением в

сеть дополнительногосопротив­

ления или, как принято назы­

вать, дросселированиемдоста­

точно хорошо известен.

При введении в сеть допол­

нительного сопротивления (рис.

46) кривая сети и дополнитель-

Рис. 46. Характеристика вентиля­

тора и сети

I — с дросселем, // — без дросселя ного сопротивления передвигается влево на графике Q — Pv

. Влево

перемещается и рабочая точка вентилятора, соответственно чему по­

нижается и создаваемая ими подача. Если до введения дополнитель­

ного сопротивления (дросселя) в сеть вентилятор имел подачу QA

При давлении PVA и потреблял мощность

3600-1000т1л

а после введения дросселя подача стала равной QB

 и давление PVB,

то потребляемая мощность, расходуемая на преодоление сопротив­

ления сети и дросселя:

Л

г QBP

VB QB PVE PVE Л Г PVB

l\l B= — * Ж1\ Б,

т. е. значительная часть потребляемой вентилятором мощности рас­

ходуется на преодоление сопротивления дросселя.

Вообще же снижение мощности при дросселированиипроисхо­

дит по кривой мощности от точки А до точки В; эту кривую часто

называют дроссельной кривой вентилятора.

Отсюда можно сделать вывод, что эффективность дросселиро­

вания зависит только от типа вентилятора

 

ДАВЛЕНИЯ, СОЗДАЮЩИЕСЯ В ЕГО ПОТОКЕ

Состояние газа характеризуется плотностью, температурой,

давлением и относительной влажностью.

Температура выражается или в Кельвинах, или в градусах Цель­

сия. Соотношение между ними определяется формулой

Т - t + 273,15.

Под давлением подразумевают абсолютное его значение, отсчи­

тываемое от абсолютного вакуума. В практике вентиляции принято

принимать значения давления, отсчитываемые от барометрического

давления, причем при давлениях, больших барометрического, их

называют избыточными, при меньших—разрежением.

Относительная влажность определяется отношением массы во­

дяных паров в каком-нибудь объеме к их массе в том же объеме

при полном насыщении.

Связь между давлением, плотностью и абсолютной темпера­

турой устанавливается уравнением.

P/(gp) = RT,

где g— ускорение свободного падения, м/с2

.

Для воздуха с абсолютной температурой 293 К и относительной

влажностью 50% удельная газовая постоянная Rn=28S Дж/(кг-К).

Удельная газовая постоянная представляет собой работу в 1 Дж,

совершенную газом массой 1 кг, находящимся под постоянным дав­

лением, при нагревании его на 1 К.

Связь между плотностью и абсолютной температурой при неиз­

менномдавлении выражается формулой

p2

/pi = TJT2

,

а связь между плотностью и давлением при неизменной темпера­

туре —

p2

/Pi = Р%1Рг-

При переменных значениях температуры и давления

р2

 _ РчТг

Pi PiT2

 '

В мировой практике принято все результаты аэродинамических

испытаний и разработку аэродинамических характеристик венти­

ляторов для каталогов относить к нормальным (стандартным) баро­

метрическим условиям: барометрическое давление Рн

 = 103,3 кПа,

температура tR

 = 20° С (Тн

 — 293 К), относительная влажность

б 50%, удельная газовая постоянная Rn

 = 288 Дж/(кг- К). При этих

условиях плотность воздуха р н

 = 1,2 кг/м3

.

Фактическая плотность воздуха при нестандартных значениях

давления, влажности и температуры определяется по формуле

РЕ

Р (273 + 20) /? н

103,3 (273 + 0 Я

 

 

Как видим, для воздуха значение #/288 очень мало изменяется,

и поэтому в расчетах вентиляционных сетей колебания влажности,

как правило, не учитываются.

Значения удельной газовой постоянной для некоторых газов

заметно отличаются от значений ее для воздуха:

Кислорода Оа

 260

Азота N3

 295

Водорода Н2

 260

Окиси углерода СО 297

Углекислого газа СОа

 190

Сильно перегретого пара Н2 0 461

Метана СН4

 518

Сернистого ангидрида S02

 130

При перемещении таких газов необходимо учитывать это от­

личие.

Давления, возникающие в потоке движущегося воздуха, разде­

ляют на три вида: статическое, динамическое и полное.

Статическое давление представляет собой давление газа, нахо­

дящегося в трубопроводе. Оно характеризует потенциальнуюэнер­

гию потока и действует с одинаковой силой во все стороны.

Динамическое давление (называемое также скоростным) пред­

ставляет собой давление, оказываемое движущимся воздухом на

поверхность, не параллельную движению потока, и характеризует

кинетическую энергию потока.

7 При скорости v ^ 50 м/с динамическое давление определяется

по формуле

Рд

 = рУ2

/2.

При больших скоростях следует учитывать сжимаемость газа.

Полное давление определяется как сумма статического и дина­

мического давлений и представляет собой полную энергию движу­

щегося воздуха в рассматриваемом сечении трубопровода:

1

П 1 СТ Т 1 д-

Давление измеряется с помощью приемников давления и мано­

метров; их показания дают разность между абсолютными давления­

ми и барометрическим. Эта разность считается положительной, если

полное и статическое давления больше барометрического, и отри­

цательной, если эти давления меньше барометрического

 

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ВЕНТИЛЯТОРАХ

1. СУЩЕСТВУЮЩИЕ ВИДЫ ВЕНТИЛЯТОРОВ

Вентилятором называется лопаточная машина, создающая мак­

симальное давление 15 кПа (по рекомендациям СЭВ — 30 кПа).

По направлению потока газа в колесе вентиляторы разделяются

на следующие виды: а) радиальные1

 (рис. 1); б) осевые (рис. 2);

в) диаметральные (рис. 3); г) диагональные — радиально-осевые

(рис. 4).

В радиальном вентиляторе воздух, входя во входной патрубок

корпуса в осевом направлении, отклоняется в колесе почти на 90°

в радиальном направлении и после этого поступает в улитку кор­

пуса. В осевом вентиляторе воздух проходит корпус и колесо в од­

ном и том же направлении—вдоль оси вала вентилятора. В диа­

метральномвентиляторе воздух входит в радиальном направлении

на лопатки колеса от периферии к центру, пересекает его примерно

по диаметру и выходит через лопатки с противоположной стороны,

отклоняясь при этом на некоторый угол. В диагональном вентиля­

торе воздух перемещается в колесе по диагонали между радиаль­

ным и осевым направлениями. Наиболее широко в вентиляционных

системах используются радиальные и осевые вентиляторы.

Радиальные вентиляторы разделяются на три подвида по на­

правлению выхода лопаток рабочего колеса2

 (рис. 5):

с лопатками, загнутыми назад по ходу вращения (f}2

<C 90°);

с лопатками, радиально оканчивающимися (Р2

 — 90°);

с лопатками, загнутыми вперед по ходу вращения (р2

> 90°).

Отметим, что начальный угол лопаток f}x

 должен быть всегда

меньше 90°. Форма лопаток существенно влияет на аэродинамиче­

ские качества вентиляторов (подробнее об этом будет сказано

ниже).

Весьма распространено условное разделение радиальных вен­

тиляторов по максимально создаваемому ими практическому дав­

лению на вентиляторы низкого, среднего и высокого давления.

Вентиляторы, создающие максимальные давления, или, вернее,

максимальную разницу давлений до и после вентилятора 1000 Па,

принято называть вентиляторами низкого давления, от 1000 до

3000 Па — среднего давления, свыше 3000 Па — высокого дав­

ления.

1

 Распространенное в отечественной технической литературе название

этих вентиляторов центробежными не точно определяет их по принципу на­

правления потока газа в колесе, и поэтому рекомендуется принять название

радиальные, применяемое в зарубежной технической литературе и рекомен­

дуемое СЭВ.

2

 Указанная система отсчета углов выхода лопаток колеса установлена

с июля 1965 г. ГОСТ 10616—63; до этого в СССР было принято вести отсчет

углов в обратном порядке: лопатки, загнутые назад (р2

> 90°)

 

 

Следует указать, что такое разделение радиальных вентиляторов

является совершенно необоснованным с научной точки зрения, так

как любой вентилятор теоретически способен создать почти неогра­

ниченное давление, если установить ему соответствующую частоту

вращения. В настоящее же время и практическое значение такого

деления потеряло смысл, поскольку большинство выпускаемых про­

мышленностью вентиляторов являются одновременно вентиляторами

и низкого и среднего давления.

Радиальные вентиляторы различаются также по конструктив­

ному исполнению колеса и корпуса: одностороннего всасывания

(см. рис. 1), двустороннего всасывания, двухступенчатые и много­

ступенчатые.

У вентиляторов двустороннего всасывания воздух забирается

с обеих сторон корпуса, а колесо составлено как бы из двух колес

вентилятора одностороннего всасывания. Эти вентиляторы подают

значительно большее количество воздуха, чем вентиляторы одно­

стороннего всасывания, при том же давлении, при одних и тех же

диаметрах колес и одинаковых частотах их вращения.

10 У двухступенчатых и многоступенчатых вентиляторов на одном

рабочем валу установлены последовательно два колеса или более

с подачей воздуха из выходного патрубка первого колеса на вход

следующего, что увеличивает конечное давление против конечного

давления одноступенчатого вентилятора.

К радиальным следует отнести и так называемые дисковые вен­

тиляторы, у которых колесо вместо лопаток имеет ряд дисковых

колец, расположенных на валу. Относительно узкие зазоры между

кольцами служат каналами для прохода воздуха, перемещаемого

от центра к периферии колеса за счет сил трения. Эти вентиляторы

обладают меньшими возможностями в отношении создания дав­

ления и расхода воздуха, чем обычные радиальные, и имеют низкий

к. п. д., но они являются менее шумными в работе и поэтому могут

применяться в тех случаях, где предъявляются особые требования

к шуму.

Осевые вентиляторы также имеют различные модификации.

В вентиляционных установках наиболее распространены осе­

вые вентиляторы с листовыми лопатками, вырезанными из метал­

лического листа и имеющими одну и ту же толщину по всей пло­

скости.

Значительно менее распространены осевые вентиляторы с так

называемыми профильными лопатками, имеющими форму само­

летного крыла, или чечевицеобразными. Эти вентиляторы за счет

большой прочности лопаток способны развивать большие давления,

чем вентиляторы с листовыми лопатками.

Известны также осевые вентиляторы, у которых перед колесом

или за ним устанавливают неподвижные лопатки. Такие неподвиж­

ные лопатки называют направляющим (если они установлены пе­

ред колесом) аппаратом осевого вентилятора или спрямляющим

(если они установлены за колесом). Установка направляющих

и спрямляющих аппаратов хотя и усложняет конструкцию осевых

вентиляторов, но повышает их аэродинамические свойства.

Так же как и радиальные, осевые вентиляторы для повышения

давления могут выполняться двух- или многоступенчатыми.

Вентиляторы классифицируются также и по направлению вра­

щения колеса. В нашей стране принято обозначать вентилято­

ром правого вращения тот, у которого колесо вращается по ча­

совой стрелке, если смотреть на него со стороны привода, и вентиля­

тором левого вращения тот, у которого колесо вращается против ча­

совой стрелки.

Следует сказать, что такое определение не является строгим,

так как местоположение привода более или менее определенным

бывает только у радиальных вентиляторов, что же касается осевых,

то у них привод может быть по обе стороны от колеса при одном

и том же направлении вращения. Поэтому правильнее определять

направление вращения колеса не по расположению привода, а по

местоположению стороны всасывания.

По рекомендации СЭВ предлагается называть: вентилятором

и правого вращения тот, у которого колесо вращается по часовой

стрелке, если смотреть со стороны всасывания, и вентилятором ле­

вого вращения тот, у которого колесо вращается против часовой

стрелки