что такое рабочая точка вентилятора
Характеристика сети. Рабочая точка. Выбор вентиляторов.
Вентиляторы работают обычно в системе воздухопроводов различной протяженности, называемой сетью. Уравнение характеристики сети, по которой транспортируется газ с помощью вентилятора, аналогично такому же уравнению для центробежного насоса (2.30) и выражает зависимость между расходом проходящего по воздухопроводу газа Q и потерей давления в сети
, (2.55)
где Рст – гидростатическое давление, обусловленное подъемной силой, возникающей при разности плотностей перекачиваемого газа и воздуха 
и разности давлений в объемах всасывания и нагнетания 
. При перекачке атмосферного воздуха 
и 
.
Характеристика сети (2.56) принимает вид
(2.56)
и называется параболической.
Давление, развиваемое вентилятором, расходуется исключительно на преодоление сопротивлений сети, кривая характеристики сети (2.56) будет проходить через начало координат (рис 2.55, а).
При наложении характеристики сети 1 на построенную в том же масштабе характеристику вентилятора 2 в пересечении этих кривых (Рис 2.55, б) получается рабочая точка А. Она определяет подачу воздуха QА в воздухопровод и развиваемое при этом давление PА, т. е. определяет режим работы вентилятора.
Параметры сети – расход QА, соответствующее ему давление PА и плотность 
перемещаемого газа – являются исходными данными для выбора вентилятора, который должен работать в этой сети. Поскольку давление PА определяется гидравлическим расчетом сети, то необходимо учитывать, что если величина потерь полного давления в сети не превышает 2 % абсолютного полного давления перед вентилятором, то при выборе вентилятора нет необходимости рассматривать всасывающий и нагнетательный участки сети отдельно. Достаточно знать суммарные потери давления во всей системе. Если потери давления в сети превышают указанную выше величину, то необходимо задавать потери во всасывающем и нагнетательном участках сети отдельно.
Необходимо также учитывать, что вблизи входного и выходного сечений вентилятора на расстоянии примерно в два калибра и меньше не должно быть каких-либо элементов, нарушающих равномерность заполнения входного и выходного сечений вентилятора (диффузоры с большим углом раскрытия, поворотные участки в виде колен).
Если их установка необходима, то при выборе вентилятора целесообразно пользоваться аэродинамической характеристикой вентилятора с соединенными элементами. Если таких характеристик нет, то присоединенные элементы следует относить к элементам сети, и при расчете суммарного сопротивления сети учитывать потери давления в них.
Кроме параметров QА и PА, при выборе вентилятора должны быть заданы компоновка вентилятора и тип привода. В некоторых случаях дают жесткие ограничения габаритных размеров, частоты вращения вентилятора и его КПД.
Выбрать оптимальный вентилятор – значит определить его тип (схему), размер и частоту вращения, при которых выполнялись бы все требования технического задания. Как правило, вентилятор должен иметь наибольший возможный КПД, минимально возможные габаритные размеры и массу. Для обеспечения области параметров Q и P вентилятор должен иметь требуемые регулировочные характеристики.
Наиболее просто выбрать вентилятор по параметрам Q и P по каталогам, в которых приведены характеристики и области работы серийных вентиляторов различных типоразмеров. Откладывая на координатных осях сводного графика значения Q и P (приведенные к нормальным условиям) и проводя нормали к осям, получаем точку пересечения, попадающую в поле рабочих параметров, определяющую их необходимый типоразмер и частоту вращения вентилятора. Если вентилятор имеет непосредственный привод с электродвигателем, то он обеспечивает режимы, соответствующие его характеристике при частоте вращения электродвигателя. Для расширения диапазона рабочих режимов вентилятора данного типоразмера используют его модификации с различными рабочими колесами, диаметры которых больше или меньше номинального на 5…10 %.
При определении размера (номера) вентилятора следует стремиться к тому, чтобы заданным значениям давления и производительности соответствовало наибольшее значение КПД (не ниже 0,9 от максимального).
Индивидуальные характеристики в каталогах фирм-изготовителей приводятся для нормальных условий чистого воздуха, поэтому при подборе вентилятора и электродвигателя необходимо:
1) производительность вентилятора Q (с учетом утечек или подсосов воздуха) принимать с поправочным коэффициентом на заданное или расчетное количество воздуха;
— для стальных и пластмассовых воздухопроводов длиной до 50 м – 1,10;
— в остальных случаях – 1,15;
2) полное давление Р принимать:
— для условий, отличающихся от нормальных условий чистого воздуха,
, (2.57)
где Рр – расчетное давление в сети, Па; ρг – плотность газа (при t = 20 ºС,
В = 1,013·10 5 Па), кг/м 3 ; ρв – плотность воздуха при тех же условиях, кг/м 3 ;
— для сетей пневмотранспорта
, (2.58)
где К – опытный коэффициент, зависящий от вида транспортируемого материала, размера и формы частиц, скорости и характера движения, диаметра воздухопровода и других факторов; μ – массовая концентрация перемещаемой смеси, равная отношению массы пыли к массе чистого воздуха;
3) потребляемую мощность на валу электродвигателя определять по следующим формулам:
— при перемещении чистого воздуха при нормальных условиях
, (2.59)
где 
– КПД вентилятора, выбирается по характеристике; 
– КПД передачи,
— при перемещении воздуха с высокой температурой
, (2.60)
— при перемещении воздуха с механическими примесями
, (2.61)
4) установочную мощность электродвигателя определять по формуле
, (2.62) 
где 
– коэффициент запаса мощности ( 
=1,05…1,20 – для осевых вентиляторов, =1,10…1,50 – для центробежных вентиляторов).
Изменение режимов работы вентиляторов. Изменять режим работы вентилятора можно различными способами:
— изменением частоты вращения вала вентилятора;
— дросселированием на входе и выходе вентилятора;
— направляющими аппаратами различной конструкции;
— параллельной и последовательной работой вентиляторов.
Первый способ требует применения электродвигателей с регулируемой частотой вращения. Законы подобия колес вентиляторов описываются уравнениями (2.31) – (2.33), умноженными на отношение плотностей ρ/ρ1 перекачиваемого газа при первоначальных и измененных условиях, а для расчета потребной частоты вращения колес вентилятора применимы законы пропорциональности (2.35). Так как характеристика сети выходит из начала координат, то она является геометрическим местом точек, подчиняющихся (2.35), т. е. параболой подобных режимов работы вентиляторов.
Изменение подачи вентилятора дросселированием осуществляется с помощью шибера на всасывающей или напорной линии, устанавливаемого не ближе двух калибров диаметра воздухопровода к вентилятору. Этот способ применяется очень широко ввиду его конструктивной простоты.
Направляющие аппараты различных конструкций используются для изменения режимов работы вентиляторов с большой подачей (дутьевые вентиляторы, дымососы).
Известны различные типы направляющих аппаратов: осевой (Рис 2.56), упрощенный, радиальный, цилиндрический, встроенный и др.
Управляющий аппарат устанавливается на входе в вентилятор. Воздух, проходя через направляющий аппарат, закручивается лопатками тем сильнее, чем больше угол их установки. При этом меняются регулировочные характеристики.
Закручивание потока против направления вращения колеса (αНА
Дата добавления: 2018-11-30 ; просмотров: 5101 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Аэродинамические характеристики вентиляторов
Под аэродинамическими характеристиками вентиляторов понимают производительность вентилятора в зависимости от значения давления воздуха в сети. Так, давление с определенным значением соответствует определенному удельному расходу воздушной массы. Данная зависимость проиллюстрирована на графике 1.
График 1– Аэродинамические характеристики вентилятора и сети воздуховода
График характеристики сети наглядно демонстрирует зависимость производительности вентилятора от значения давления воздуха в сети. На данном графике рабочей точкой вентилятора является точка лежащая на пересечении кривой характеристики сети и кривой аэродинамической характеристики вентилятора. Данная точка характеризует воздушный поток для заданной сети воздуховода.
График 2 – Кривые сети в зависимости от изменения давления
Данная зависимость наглядно показывает, как расход воздуха зависит от сопротивления воздуха в сети. В зависимости от кривой сопротивления сети рабочая точка может смещаться как вверх по графику, так и вниз, понижая или, соответственно, увеличивая расход воздуха.
При этом следует учитывать, что в случае отклонения перепада давления от теоретических (расчетных) значений, и положение рабочей точки, и расход воздуха будут отличаться от расчетных.
График 3 – Изменение значений скорости вентилятора
Для получения эксплуатационных характеристик сходных с теоретическими, возможно изменение значений скорости вращения рабочего колеса вентилятора, показано на графике 3. Так, например, при увеличении или уменьшении скорости вращения вентилятора можно смещать рабочие точки как вправо и вверх по графику, так и опускать их влево и вниз, изменяя тем самым расход воздуха.
График 4 – Изменение давления в зависимости от скорости вращения рабочего колеса вентилятора
И в первом, и во втором случаях возможно отклонение фактических показателей давления от теоретических расчетных данных (на графике 4 изображено, как ΔР1 и ΔР2). Вследствие чего, рабочая точка для расчетной сети может определяться так, чтобы была возможность выхода на уровень наибольшей эффективности эксплуатации. При этом изменение количества оборотов рабочего колеса вентилятора (и увеличение, и уменьшение) ведет к снижению эффективности.
Пример расчета рабочей точки вентилятора
Для того чтобы правильно выбрать вентилятор для шахты или подземного рудника, достаточно рассчитать его рабочую точку: оптимальное соотношение подаваемого объема воздуха и величины давления (сопротивление вентиляционной системы, которое необходимо преодолеть для подачи требуемого объема воздуха).
Постараемся решить такую задачу в зависимости от типа и качества применяемых вентиляционных рукавов. Рассмотрим и сравним результаты расчетов при использовании рукавов Ventiflex и рукавов из винилискожи (ТГВШ). Технические характеристики вентрукавов Ventiflex можно посмотреть здесь.
Задача:
Какой объем воздуха должен подать вентилятор при какой величине депрессии, чтобы получить исходные значения на конце вентиляционной трубы.
Qт = 8,5 м3/с – требуемое количество воздуха на конце трубы
L = 400м – длина трубопровода
D = 800мм – диаметр воздуховода
Расход воздуха для проветривания (требуемая производительность ВМП) определяется по формуле:
2. Выбор вентилятора производится по расчётным значениям его производительностиQвмп, м 3 /с и депрессии hв, необходимой для преодоления сопротивления трубопровода.
Депрессия вентилятора определяется по формуле:
hвмп = hстат + hдин = 10,8× Qвмп 2 × R×Ψ + 
;
где ρ – плотность воздуха,
υ – скорость движения воздуха,
R – сопротивление трубопровода, кμ
Ψ – коэффициент, учитывающий влияние утечек на сопротивление трубопровода, определяется по графику в зависимости от коэффициента доставки η – величины обратно пропорциональной kут трубопровода;
По таблице коэффициентов принимаем R = 2,19 kμ, Ψ = 0,957
hвмп = hстат + hдин = 10,8× Qвмп 2 × R×Ψ + = 10,8×8,88 2 ×2,19×0,957+ = 1784,87 + 190,68 = 1975,55 Па,
Необходимая мощность электродвигателя вентилятора составит: , Вт, где η – КПД вентилятора; N = = 21950 Вт = 21,95 кВт
Таким образом, для подачи воздуха потребуется вентилятор мощностью не менее 22 кВт, с подачей 8,88 м 3 /с и полным давлением 1975 Па
Аналогичные вычисления для вентиляционного рукава из винилскожи (ТГВШ), со значением коэффициентов утечек kут = 1,32 и R = 4,2 kμ Ventiflex составили
Qвмп = 11,22 м 3 /с
N = 64,9 кВт
Сравнительная таблица результатов расчетов рукавов Ventiflex и рукавов из винилискожи для различной длины воздуховодов:
таблица 2
Вывод:
Таким образом, сравнительный расчет рабочих точек для вентиляторов при использовании вентиляционных рукавов Ventiflex и рукавов, произведенных из винилскожи (ТГВШ), показал, что в первом случае
Обобщенные технические характеристики линейки вентрукавов от ООО «КолаВент» можно посмотреть здесь.
И определение рабочей точки
Построение характеристики сети
Особенностью эксплуатации центробежных и осевых вентиляторов является зависимость их объемной подачи и поддерживаемого давления от характеристик сети, на которую они работают. В зависимости от характеристик сети один и тот же вентилятор может поддерживать различные давления и обеспечивать разный объемный расход.
Фактический объемный расход и полное давление центробежного или осевого вентилятора при его работе может быть определено только после построения характеристики вентиляционной сети.
Характеристика сети представляет собой зависимость потерь давления в сети от объемного расхода воздуха. Она строится в той же системе координат, что и аэродинамическая характеристика вентилятора.
Точка пересечения аэродинамической характеристики вентилятора и характеристики сети называется рабочей точкой. Ее координаты соответствуют фактическому объемному расходу и полному давлению центробежного или осевого вентилятора при его работе на данную сеть.
Рассмотрим вопрос определения рабочей точки более подробно.
Потери давления при движении потока воздуха по каналам вентиляционной системы определяются суммой потерь давления Dрдл по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы и потерь давления Dрм в местных сопротивлениях.
,
Эквивалентный диаметр трубопровода определяется формулой:
,
где F – площадь проходного сечения вентиляционного канала, м 2 ; П – периметр сечения вентиляционного канала, м.
Для расчета коэффициента потерь давления по длине трубопровода рассчитаем значение критерия Рейнольдса.
,
Коэффициент кинематической вязкости воздуха может быть определен по справочнику [13] или рассчитан по формуле:
Если рассчитанное значение критерия Рейнольдса
то режим движения воздуха ламинарный и коэффициент потерь давления по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы определяется формулой:
.
Если рассчитанное значение критерия Рейнольдса
то режим движения воздуха турбулентный и коэффициент потерь давления по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы определяется формулой:
.
Если рассчитанное значение критерия Рейнольдса
то режим движения воздуха развитый турбулентный и коэффициент потерь давления по длине прямолинейных участков каналов вентиляционной системы определяется формулой:
Потери давления в местных сопротивлениях вентиляционной системы определяются по формуле:
,
где 
— суммарный коэффициент потерь давления в местных сопротивлениях вентиляционной системы, зависящий от вида местного сопротивления.
Значения коэффициент потерь давления в местных сопротивлениях выбираются в зависимости от вида сопротивления по справочной литературе [6].
Таким образом, потери давления при движении потока воздуха по каналам вентиляционной системы определяются формулой
.
Для построения характеристики вентиляционной сети выразим скорость потока воздуха через его объемный расход.
где V – объемный расход воздуха, м 3 /с.
Окончательно уравнение характеристики вентиляционной сети примет вид
.
Если на выходе из вентиляционной системы по технологическим соображениям должно поддерживаться некоторое избыточное давление РП, то уравнение характеристики вентиляционной сети примет вид
.
При построении характеристики вентиляционной сети на графике аэродинамической характеристики вентилятора выбираются значения его объемной подачи, для которых рассчитывается значение потерь давления в сети по полученным формулам.
Результаты расчета следует представлять в виде таблицы.
Построение характеристики сети и определение рабочей точки для различного давления на выходе из вентиляционной сети показано на рис. 11.
Рис. 11 – Построение характеристики сети
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Что такое рабочая точка вентилятора
Для каждой вентиляционной системы, аспирационной или пневмотранспортной установки вентилятор подбирают индивидуально, используя графики аэродинамических характеристик нескольких вентиляторов. По давлению и расходу воздуха на каждом графике находят рабочую точку, которая определяет коэффициент полезного действия и частоту вращения рабочего колеса вентилятора. Сравнивая положение рабочей точки на разных характеристиках, выбирают тот вентилятор, который даёт наибольший кпд при заданных значениях давления и расхода воздуха.
Пример подбора радиального вентилятора
Исходные данные: расход воздуха 1200 м3/ч, потери давления 500 Па.
Алгоритм подбора:
1. Выбираем вентилятор, подходящий по исходным данным: ВР 86-77 №2,5.
2. Откладываем на графике рабочую точку. Для заданных значений на характеристике — это точка под номером 1.
3. Находим рабочую точку вентилятора для заданной сети, для этого мы проводим прямую линию из начала координат до точки 1 и продлеваем её до пересечения с кривой (рабочая характеристика вентилятора) – это точка под номером 2.
4. Полученная точка 2 — это рабочая точка вентилятора без регулировки сети.
Обращаем внимание, что расход воздуха и создаваемое давление увеличится, так как вентилятор всегда подстраивается под систему.
Кроме того, подбор вентилятора рекомендуется осуществлять, если разница между точками 2 и 1 не превышает 150 Па.