Стуров Д.С. Проектирование и расчет местной вентиляции машиностроительных производств

190

снабжена обтекателем 5, обеспечивающим плавный и свободный доступ возду-

ха к лопаткам, а непосредственно за рабочим колесом расположен спрямляю-

щий аппарат 6, предназначенный для выравнивания закрученного вихревого

потока воздуха.

Профиль поперечного сечения лопаток удобообтекаемой формы (сечение

крыла самолета) может быть симметричным или несимметричным. Вентилятор

с симметричным профилем сечения лопаток называется реверсным

, так как ра-

ботает практически одинаково при разных направлениях вращения (по часовой

стрелке и против). При несимметричном профиле сечения лопастей аэродина-

мические характеристики осевых вентиляторов существенно зависят от на-

правления вращения. При таком профиле лопатки осевого вентилятора должны

вращаться тупой кромкой или выпуклостью вперед.

При вращении колеса под действием лопаток

воздух перемещается в

осевом направлении, при этом его давление увеличивается. Осевые вентилято-

ры применяются в том случае, когда при небольших давлениях (30...300 Па)

необходимо подавить значительные объемы воздуха. Их достоинством являет-

ся простота конструкции, удобство регулирования расхода воздуха и др. Суще-

ствует несколько типов осевых вентиляторов, разделяющихся формой лопа-

ток, конструкцией направляющих

и спрямляющих аппаратов.

Путем изменения числа лопаток или угла их установки можно в широ-

ких пределах изменять аэродинамические характеристики осевых вентилято-

ров. [2; 13; 19]

Современными типами центробежных вентиляторов являются ЦЧ-75,

Ц9-57; Ц14-46, ЦП7-40, ЦУ-70 и др., а осевых – М, МЦ, Д, В, У, УК-2, ЦЗ-04

и др. Как центробежные, так и осевые

вентиляторы характеризуются высокой

экономичностью – КПД равен 0,7-0,8 и более.

В последнее время получили распространение крышные вентиляторы

(рисунок 5.4), которые встроены в короткий патрубок, размещаемый в крыше

здания. Такие вентиляторы применяют в бесфонарных зданиях, при этом дос-

тигается наибольшая компактность размещения вентиляции.

191

Рисунок 5.4. Крышные вентиляторы

а – радиальные; б – осевые

При выборе конструктивного типа вентиляторов используют критерий

быстроходности

75,0

У

H

пL

53п

⋅

= , (5.1)

где

п – скорость вращения рабочего колеса вентилятора в рад/сек;

Н – номер или давление, развиваемое вентилятором, Па (н/м

2

);

L – производительность м

3

/с вентилятора при максимальном КПД и посто-

янной плотности газа

ρ

= 1,2 кг/м

3

Если при расчете п

у

< 100, выбирают центробежные вентиляторы, а ес-

ли

п

у

> 100 – осевые.

В соответствии с действующим стандартом введена типовая маркировка

вентиляторов. Так, марка «Ц9-57 с д., № 5, исполнение

1, правый» присвоена

центробежному вентилятору серии

9 быстроходностью 57, среднего давления,

№ 5 (диаметр рабочего колеса

0,5 м), непосредственно соединенному с элек-

тродвигателем и имеющему правое вращение. Дополнительно следует указать

положение кожуха, обеспечивающее требуемое направление выходного отвер-

стия.

Как показали подробные испытания вентиляторов, для каждого конст-

руктивного типа, серии и размера существуют оптимальные (наивыгоднейшие

192

по КПД) значения производительности и напора, а также предельная окружная

скорость рабочего колеса. Последняя характеристика обычно устанавливается

по расчету или по условиям механической прочности лопастей рабочего колеса

либо по величине создаваемого шума. По этим причинам максимальная окруж-

ная скорость для большинства вентиляторов равна 60 м/с.

Характеристики, полученные при испытаниях каждой серии

вентиля-

торов, представляются в виде диаграмм или номограмм, которые используют

для выбора необходимого вентилятора по производительности и напору. Нали-

чие таких диаграмм исключает необходимость подробного аэродинамического

расчета и расчета прочности и позволяет ограничиться только выбором типа и

размера вентилятора из выпускаемой серии.

Напор

Н, создаваемый вентилятором, расходуется в сети на преодоление

сопротивлений в линии всасывания

Н

вс

(на трение и местные сопротивления),

на преодоление аналогичных сопротивлений в линии нагнетания

Н

нг

и на соз-

дание необходимого динамического напора

Н

д

струи воздуха:

g2

V

H

2

д

⋅

=

ρ

, мм. вод, ст.

или

2

д

V

2

1

H ⋅⋅=

ρ

, н/м

2

,

где

V – скорость воздуха в воздухопроводе, м/с;

р – плотность воздуха, равная 1,2 кг/м

3

.

Таким образом

Н

в

= Н

вс

+ Н

нг

+ Н

д

(5.2)

Одним из основных требований действующих государственных стандар-

тов является достижение наиболее высокого КПД, который в зависимости от

типа и серии должен быть не менее 0,6-0,7. Коэффициент полезного действия

при испытаниях вентилятора определяется выражением:

N1000

HQ

⋅

=

η

, (5.3)

где

N – мощность на валу рабочего колеса, измеренная без учета

механических потерь в подшипниках и передаче от электродвигателя.

193

Анализ уравнения показывает, что зависимость КПД от производитель-

ности вентилятора характеризуется кривой линией, выходящей из начала коор-

динат и имеющей четко выраженный максимум. При наибольшем значении

КПД достигается так называемый оптимальный, или наивыгоднейший, режим

работы, а получаемая при этом производительность называется оптимальной.

Выбор вентилятора следует производить по оптимальной производи-

тельности.

5.2 Услов ия подобия вентиляторов

Пропорциональное изменение основных геометрических размеров вен-

тилятора позволяет осуществлять расчетным путем переход от характеристик

одного исходного вентилятора к характеристикам других номеров вентиляторов

той же серии. Это обстоятельство может исключить необходимость пользовать-

ся многочисленными диаграммами, построенными для каждого вентилятора

одной и той же серии. При этом следует соблюдать

следующие условия.

1. При пропорциональном изменении геометрических размеров с со-

хранением режима, т. е. при

n = const и р = const, получим:

2

1

o

2

1

o

1

o

1

o

1

o

Д

V

H

;

Д

V

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

==

; (5.4)

5

1

o

11

oo

1

o

3

1

o

1

o

Д

HL

N

;

Д

L

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⋅

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

(5.5)

В этих формулах индексами «0» обозначаем исходные характеристики, а

индексами «1» — вновь определяемые.

При этом предполагается, что выполняются также условия кинемати-

ческого и динамического подобия, т. е. сохраняются условия обтекания лопа-

стей потоком воздуха (с учетом их формы), и коэффициенты полезного дейст-

вия остаются постоянными.

194

2. Для вентилятора одного и того же номера, т. е. при сохранении гео-

метрических размеров и плотности потока воздуха, с изменением режима его

работы только за счет угловой скорости получим:

3

1

o

1

o

2

1

o

1

o

1

o

1

o

1

o

n

N

;

n

H

;

n

V

L

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

===

(5.6)

Рисунок 5.5. Диаграмма характеристик центробежного вентилятора Ц4-70 № 5.

3. При одновременном изменении геометрических размеров вентилятора,

угловой скорости и плотности воздуха получим:

;

Д

n

H

;

Д

n

L

1

o

2

1

o

2

1

o

1

o

1

o

3

1

o

1

o

1

o

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅=

ρ

(5.7)

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

1

o

5

1

o

3

1

o

1

o

Д

n

N

ρ

(5.8)

L,

тыс

м

3

/ч

195

Приведенные формулы перехода характеристик при сохранении условий

подобия подтверждают также неизменность критерия быстроходности.

Пользуясь этими соотношениями, покажем на примере переход к ха-

рактеристикам геометрически подобного вентилятора, помня, что КПД должен

быть наивыгоднейшим.

Пример. Для вентилятора серии Ц4-70 № 5 известны его характеристики

при максимальном КПД, равном 0,8, и

ρ

= const, n = 100 рад/сек; Н

о

= 380 н/м

2

;

Q = 4150м

з

/ч.

Требуется определить те же характеристики для вентилятора № 8 той же

серии при той же угловой скорости.

Производительность вентилятора № 8:

17000

244,0

4150

8,0

5,0

100

4150

Д

n

Q

33

1

o

1

o

1

==

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

=

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

⋅

=

м

3

/ч

975

39,0

380

Д

H

3

1

o

1

==

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

= н/м

2

(Па).

5.3 Выбор вентиляторов по диаграммам

Характеристики вентилятора, полученные при лабораторных испытаниях

головного образца каждой модели, наносят на график, имеющий логарифмиче-

скую сетку: по горизонтальной оси - для производительности вентилятора и по

вертикальной оси - для давления.

На этом графике значения одинаковых коэффициентов полезного дей-

ствия выражаются прямыми наклонными линиями, а

постоянные числа оборо-

196

тов, или, иначе, окружные скорости рабочего колеса вентилятора, - в виде кри-

вых линий. Эти два семейства линий совместно с указанными масштабами на

логарифмических сетках для производительности и напора позволяют сделать

выбор оптимального вентилятора.

Пример. Требуется подобрать вентилятор, обеспечивающий производи-

тельность 40000 м

3

воздуха в час при давлении 1200 н/м

2

.

Из общих соображений выбираем серию Ц4-70 с высоким КПД. Из диа-

грамм характеристик вентилятора этой серии можно видеть, что все модели до

№ 8 включительно не могут удовлетворить условиям задания по производи-

тельности, и выбор можно сделать только для моделей №№ 10, 12 и 16. По за-

данной производительности и напору определяем: для модели

№ 10 η = 0,75

при

п = 98 рад/сек; для модели № 12 η = 0,79 при п = 73 рад/сек; для модели

№ 16 η = 0,70 при

п = 54 рад/сек.

Следовательно, из этой серии вентиляторов наиболее выгодной будет мо-

дель № 12, обеспечивающая получение наиболее выгодного КПД и удовлетво-

ряющая условию сканер

Номограммы вентиляторов серии Ц4-70 приведены на рис. 5.6, 5.7, 5.8.

Рисунок 5.6. Номограмма характеристик центробежного вентилятора

Ц4-70 № 10.

197

Рисунок 5.7. Номограмма характеристик центробежного вентилятора

Ц4-70 № 12.

Рисунок 5.8. Номограмма характеристик центробежного вентилятора

Ц4-70 № 16.

198

5.4 Окончательный подбор вентилятора к сети

Вентилятор к сети подбирается по объему перемещаемого воздуха

L

в

.(м

3

/с или м

3

/ч) и развиваемому давлению Н

в

, Па:

1. Объем воздуха, перемещаемый вентилятором в сети, равен:

L

в

= L

п

+

∆

L

эл

+

∆

L

п/о

, (5.9)

где

L

п

– полезный (расчетный) расход воздуха в сети, м

3

/ч, поступающий от

источников выделения вредных веществ при вытяжной вентиляции

или поступающий через воздухораспределители при приточной венти-

ляции. Объем этого воздуха определяется в главах 1 и 2;

∆

L

эл

– объем воздуха, подсасываемый в стыках труб

по длине воздуховода м

3

/ч;

∆

L

п/о

– объем воздуха подсасываемый в пылеотделителях,

калориферах и т.п., м

3

/ч;

∆

L

п/о

= 5% от L

п

∆

L

эл

= L

л

⋅ l

в/н

⋅

100

δ

, (5.10)

где

l

в/н

– общая длина всех воздуховодов на всасывающей линии сети (вариант

вытяжной вентиляции) или общая длина воздуховодов на нагнетаю-

щей линии (вариант приточной вентиляции сети, м);

δ

– коэффициент подосса воздуха (или утечки при приточной

вентиляции) на 1 м длины

м

%

(процент на метр длины)

Коэффициент

δ

принимается равным 0,1÷0,15

м

%

.

2. Давление, развиваемое вентилятором

Н

в

, Па:

Н

в

= 1,1Н

с

, (5.11)

где

Н

с

– сопротивление всей сети, Па;

1,1 – коэффициент запаса на неучтенные в расчете потери давления.

Нс = Н

зд

+ Н

маг

, Па (5.12)

где

Н

зд

– величина разряжения, образующегося в здании

при работе вытяжной вентиляции, Па

Принимают

Н

зд

= 30 ÷ 50 Па

199

Н

маг

– потери давления в воздушной магистрали сети.

В случаях многоканальной сети учитываются суммарные потери по глав-

ной магистрали.

3. Определяется коэффициент быстроходности вентилятора:

n

H

L

3,5n

75,0

в

.расч.у

⋅⋅= , (5.13)

где

n – угловая скорость в рад/с.

4. Выбирают серию вентилятора с таким расчетом чтобы

.расч.у

n ≤ n

у. эталон.

5. Накладывая характеристику сети (L

в

; H

в

) на аэродинамическую ха-

рактеристику вентилятора, определяют рабочую точку вентилятора в сети и

параметры его работы:

ρ

в

– КПД вентилятора;

n

в

- частота вращения рабочего колеса;

η

max

– максимально возможный КПД вентилятора.

6. Проверяется выполнение условий правильности подбора вентилятора к

сети:

- должен быть подобран вентилятор с меньшим номером;

- рабочая точка должна быть расположена правее линии

η

max

;

- КПД выбранного вентилятора должен быть

η

в

≥ 0,9

η

max

(5.13)

5.5 Определение мощности электропривода вентилятора

1. Определяется мощность на валу рабочего колеса вентилятора

3

в

вв

в

10

HL

N

−

⋅

=

η

, кВт (5.14)

2. Рассчитывается мощность электродвигателя

N

э

для привода вентилятора:

N

э

=

21

в

N

K

ηη

⋅

, (5.15)

Стуров Д.С. Проектирование и расчет местной вентиляции машиностроительных производств

Подождите немного. Документ загружается.