Дипломная работа - Синтез алгоритмов управления тепловым режимом

Подождите немного. Документ загружается.

19,4

ВТЗ

 

Постоянная времени Т

ВТЗ

равна 2 сек.

2.2.2. Центробежный вентилятор

Обычный центробежный вентилятор представляет собой рас-

положенное в спиральном кожухе колесо с рабочими лопастями, при

вращении которого воздух, поступающий через входное отверстие, попадает

в каналы между лопастями и под действием центробежной силы переме-

щается по этим каналам, собирается спиральным кожухом и направляется в

его выпускное отверстие. Кожух также служит для преобразования

динамического напора в статический. Для усиления напора за кожухом

ставят диффузор. На рис. 2.5 представлен общий вид центробежного

вентилятора.

Рис. 2.5 Общий вид центробежного вентилятора.

Обычное центробежное колесо состоит из лопастей, заднего диска,

ступицы и переднего диска. Литую или точеную ступицу, предназначенную

для насаживания колеса на вал, приклепывают, приворачивают или прива-

ривают к заднему диску. К диску приклепывают лопасти. Передние кромки

лопастей обычно крепят к переднему кольцу.

Вентиляторы специального назначения, например, пылевые,

выполняют с консольным расположением лопастей без переднего кольца, а в

некоторых случаях и без заднего диска (открытое колесо). Колеса чаще всего

склепывают из листового металла (могут быть и литыми). Легкие колеса

изготовляют штамповкой. Широкие колеса для прочности иногда снабжают

тягами, соединяющими передние кольца со ступицами.

Спиральные кожуха выполняют из листовой стали и устанавливают на

самостоятельных опорах, у вентиляторов малой мощности их крепят к

станинам.

При вращении колеса воздуху передается часть подводимой к

двигателю энергии. Развиваемое колесом давление зависит от плотности

воздуха, геометрической формы лопастей и окружной скорости на концах

лопастей.

Выходные кромки лопастей центробежных вентиляторов могут быть

загнутыми вперед, радиальными и загнутыми назад. До недавнего времени

делали в основном кромки лопастей загнутыми вперед, так как это позволяло

уменьшить габаритные размеры вентиляторов. В настоящее время часто

встречаются рабочие колеса с лопастями, загнутыми назад, потому что это

позволяет поднять к.п.д. вентилятора.

При осмотре вентиляторов следует иметь в виду, что выходные (по

ходу воздуха) кромки лопастей для обеспечения безударного входа всегда

должны быть отогнуты в направлении, обратном направлению вращения

колеса.

Для уменьшения потери на удар (так же, как и у насосов) при входе

потока в спиральный кожух в некоторых конструкциях применяют входные

направляющие аппараты. Диффузор, устанавливаемый за вентилятором, для

повышения статического напора должен иметь скос по ходу закручивания

потока воздуха в вентиляторе (т. е. быть направленным в сторону кожуха

вентилятора).

Одни и те же вентиляторы при изменении частоты вращения могут

иметь различную подачу и развивать различные давления, зависящие не

только от свойств вентилятора и частоты вращения, но и от присоединенных

к ним воздуховодов. При перемещении воздуха через воздуховод часть

напора теряется на трение и в местных сопротивлениях, т. е. в самом

вентиляторе, на входе и выходе из воздуховода, при переходе воздуха через

уширения и сужения, фильтры, калориферы и т. д. Такие потери на

нагнетающей части не ограничены, а на всасывании они не должны

превышать атмосферного давления.

Зная потери и необходимую подачу воздуха, можно по каталогу

подобрать вентилятор.

Станины вентиляторов отливают из чугуна или сваривают из стали. На

станине в подшипниках (чаще всего шариковых) устанавливают также и

валы. Колеса на валах укрепляют шпонками и стопорными болтами

Если вентиляторы используются с ременной передачей, то на валы

между подшипниками консольно насаживают шкивы. Колеса на валы чаще

всего насаживают консольно. Наиболее надежны и компактны малые

вентиляторы, где колеса насажены непосредственно на валы

электродвигателей.

Если наблюдать со стороны, противоположной всасыванию, то

вентиляторы, в которых колеса вращаются по часовой стрелке, будут

называться правыми, а против часовой стрелки — левыми. Правильным

будет вращение колес по ходу разворота спиральных кожухов. При обратном

вращении колес подача вентилятора резко падает, но реверсирования не

происходит.

Положение кожуха принято обозначать литерами: кожух с

расположением выходного отверстия вверх — литерой В, вниз — Н, вправо

— П, влево — Л. Возможны промежуточные положения (под углом 45°): ВЛ,

ВП, НЛ и НП. Кроме того, указывают направление вращения колеса.

Центробежные вентиляторы принято разделять на вентиляторы

низкого давления [P<0,001 МПа (100 кгс/м

)], среднего давления [Р>0,004

МПа (400 кгс/м

)] и высокого давления [Р>>0,004 МПа (400 кгс/м

)].

Вентиляторы, приспособленные для перемещения дымовых газов,

называют дымососами, а для перемещения воздуха, засоренного

механическими примесями, — пылевыми.

Вентиляторы должны иметь плавный бесшумный ход, рабочие колеса

— правильное вращение. Лопасти рабочих колес не должны иметь вмятин,

прогибов или разрывов, рабочие колеса — биения или смещения по валу при

вращении. Рабочие колеса вентиляторов следует отбалансировать, при

правильной балансировке рабочее колесо останавливается в разных

положениях и не возвращается в исходное. Рабочие колеса должны легко

поворачиваться от руки и не задевать кожухов. Гайки болтов, крепящих

вентиляторы, надежно затягивают. Для надежного крепления болтов

применяют контргайки.

Зазор между кромкой всасывающего конуса центробежного

вентилятора и кромкой переднего диска колеса в радиальном направлении

для вентиляторов Ц4-70 и Ц4-76 не должен превышать 1% диаметра колеса,

радиальный зазор между задним диском колеса и стенкой улитки — 4%

диаметра колеса. Для вентилятора Ц14-46 радиальный зазор между кромкой

всасывающего конуса и колесом не должен превышать 0,5%, между задним

диском колеса и улиткой — 10% диаметра колеса. Те же зазоры для

вентилятора Ц8-18 составляют соответственно 1 и 3%, а для Ц17-40 — 1 и

5%. Для осевых вентиляторов 06-300 зазор между обечайкой и кромками

лопастей должен быть не более 3% диаметра колеса.

При эксплуатации необходимо проводить осмотр подшипников

вентилятора и заменять в них смазку не менее двух раз в год (см. главу 2).

Оси вентиляторов и электродвигателей, соединенных муфтами,

должны находиться на одной прямой. Валы вентиляторов и

электродвигателей, соединенных с помощью ременной передачи, должны

быть строго параллельны. Средние линии полотен шкивов вентилятора и

электродвигателей должны совпадать.

Всасывающие отверстия вентиляторов, не присоединенные к

воздуховодам, должны иметь защитные металлические решетки с ячейками

размером 25—30 мм.

При наличии шума в вентиляторе в процессе его работы в результате

износа подшипников, ослабления растяжек рабочего колеса, попадания

посторонних предметов, а также при возникновении вибрации вентилятора

необходимо выключить электродвигатель, установить причину шума или

вибрации вентилятора и принять меры к их устранению.

Систематически следует очищать рабочие колеса и внутренние

поверхности кожухов вентиляторов от пылевых и иных отложений. Для

облегчения очистки в кожухах должны быть сделаны люки с герметическими

крышками. Сроки очистки вентиляторов устанавливаются инструкциями.

При перемещении вентиляционными установками воздуха,

содержащего вредные вещества, оказывающие воздействие на металл,

необходимо систематически следить за состоянием защитного покрытия

рабочих колес и внутренних поверхностей кожухов. Сроки восстановления

покрытия устанавливаются инструкцией.

Характеристики вентиляторов выражают связь между основными

параметрами его работы. Полная характеристика вентилятора при посто-

янной частоте вращения вала (n = const) выражается зависимостями между

подачей Q и давлением Р, мощностью N и к. п. д. Зависимости P(Q), N(Q) и

T(Q) обычно строят на одном графике. По ним подбирают вентилятор.

Характеристику строят на основе испытаний. На рис. 2.6 представлена

аэродинамическая характеристика центробежного вентилятора ВЦ-4-76-16

[7].

Рис. 2.6 Аэродинамическая характеристика вентилятора ВЦ-4-76-16.

Производительность вентилятора составляет 70000 м

/ч или 19,4 м

/с.

Частота вращения вала вентилятора - 720 об/мин. или 75,36 рад/сек.,

мощность приводного асинхронного двигателя вентилятора составляет 37

кВт.

Вентилятор нагнетает наружный атмосферный воздух в тепловую

завесу. В результате теплообмена воздуха с горячей водой, пропускаемой

через трубки теплообменника ВТЗ, происходит нагрев проходящего воздуха.

Рассмотрим схему регулирования режима работы вентилятора ВЦ4-

76 №16. На рис. 2.7 приведена функциональная схема вентиляторного

агрегата при регулировании частотой вращения.

Рис. 2.7 Функциональная схема вентиляторного агрегата, регулируемого

изменением частоты вращения асинхронного двигателя ().

Мощность асинхронного короткозамкнутого двигателя составляет 37

кВт.

Передаточную функцию вентилятора можно представить в виде

коэффициента усиления, который определяется исходя из аэродинамической

характеристики вентилятора (рис. 2.6). Коэффициент усиления вентилятора в

рабочей точке равен 1,819 м

/с.

ЦВ



Рис. 2.8 Математическая модель центробежного вентилятора.

2.2.3. Преобразователь частоты (ПЧ)

Регулировать расход воздуха центробежного вентилятора можно с

помощью преобразователя частоты (ПЧ). Преобразователь частоты

осуществляет регулирование частоты тока статора электродвигателя

вентилятора в зависимости от сигнала задания. Скорость вращения ротора

определяется частотой тока статора. В соответствии с теорией электрических

машин [5] частота вращения ротора асинхронного электродвигателя

изменяется не мгновенно при изменении частоты тока статора. При

изменении частоты тока статора возникает переходной процесс, при котором

электродвигатель переходит в новое равновесное состояние,

характеризующееся новой частотой вращения ротора. Время переходного

процесса зависит от суммарного момента инерции вращающихся масс

вентилятора и ряда других причин. Поэтому в первом приближении

передаточную функцию ПЧ можно записать в виде апериодического звена,

Передаточная функция запишется в следующем виде:

)(





ПЧ

KpW

(2.2)

где

ПЧ

– коэффициент преобразователя частоты, К

– коэффициент

передачи, который характеризует степень изменения скорости вентилятора

при изменении частоты тока статора двигателя, Т

– постоянная времени,

характеризующая инерционность разгона вентилятора.

ПЧ

определяется по соотношению:

max

ПЧ

З f

Гц Гц

U В В

  

max

– максимальная частота тока статора, U

зf max

– максимальное

напряжение, подаваемое с устройства управления.

Рассчитаем К

по формуле:

max





(2.3)

где ω

Вmax

– максимальная частота вращения вентилятора, которая равна:

max

720 6,28

720 / / 75,36 /

об мин рад сек рад сек





  

Тогда К

будет равняться:

сек

Гцрад

Гц

секрад



 507,1

/36,75

Постоянная времени Т

определяется по выражению

ПППП

Тt )53( 

исходя из фактического времени разгона двигателем вентилятора, которое

составляет T

разгон

=10 сек. Поэтому:

сек

ПП

разгон

33,3



, T

=3 сек.

Передаточная функция преобразователя частоты представляется в

виде:

)(







JПЧ

(2.4)

На рис. 2.9 представлена математическая модель преобразователя

частоты и асинхронного двигателя.

Uз

f ω

Рис. 2.9 Математическая модель преобразователя частоты и асинхронного

двигателя.

Кпч

p T 

2.2.4. Калориферная установка.

Калориферы предназначены для нагрева чистого не запыленного

воздуха в системах кондиционирования воздуха, вентиляции, воздушного

отопления и в сушильных установках. Классифицировать применяющиеся в

настоящее время калориферы можно по нескольким признакам. На рис. 2.10

приведена краткая классификация калориферов.

Рис. 2.10 Классификация калориферов.

По виду теплоносителя различают калориферы: водяные, паровые,

электрические. По виду поверхности паровые и водяные различают:

гладкотрубчатые, ребристые. По характеру движения теплоносителя делят

на: одноходовые, многоходовые. По количеству рядов труб в настоящее

калориферы делятся на две модели

- среднюю (С) с тремя рядами труб

- большую (Б) с четырьмя рядами труб.

Классификация калориферов

По виду

теплоносителя

По кол-ву рядов

труб

По характеру

движения

теплоносителя

водяные

паровые

электрические

Средняя

модель с 3

трубами

Большая

модель с 4

трубами

одноходовые

Многоходовые

гладкотрубчатые

ребристые

гладкотрубчатые

ребристые

Теплоноситель (вода или пар) поступает через входной штуцер,

проходит по трубкам и удаляется через выходной штуцер. Нагреваемый

воздух обтекает внешние поверхности труб. По ходу движения воздуха

трубки в калориферах могут располагаться в коридорном или шахматном

порядке. В последнем случае обеспечиваются лучшие условия теплопередачи

однако вместе с этим возрастает и сопротивление воздуха.

В одноходовых калориферах доступ теплоносителя из

распределительных коробок открыт во все трубки и теплоноситель проходит

по ним между распределительной и сборной коробками один раз.

Коробки многоходовых калориферов имеют поперечные перегородки,

которые создают последовательное движение теплоносителя по трубкам. В

таких калориферах скорость движения теплоносителя в трубках при

одинаковом расходе по сравнению с одноходовыми больше, в связи с чем

интенсивность теплопередачи возрастает. В то же время живое сечение

трубок меньше, следовательно, больше сопротивление движимого

теплоносителя.

В ребристых калориферах наружная поверхность труб имеет

оребрение, благодаря чему площадь теплопередающей поверхности

увеличивается. Количество трубок ребристых калориферов меньше, чем у

гладкотрубчатых, но технические показатели выше. Последнее

обстоятельство послужило причиной того, что в настоящее время

применяются, как правило, ребристые калориферы, серийно выпускаемые

отечественной промышленностью. Оребрение поверхностных трубок

выполняется различными способами.

В пластинчатых калориферах ребра образованы стальными

пластинами, насаженными на трубки. Трубки калориферов могут иметь

круглое или овальное сечение, пластины могут охватывать одну или

несколько трубок и по своей форме быть прямоугольными или круглыми.

В спирально-навивных калориферах ребра образуются навивкой

стальной ленты. При этом за счет большого усилия при навивке