Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Вентиляторы и их характеристики



В механической системе вентиляции источником перемещения воздуха является вентилятор. В е н т и л я т о р – это гидравлическая машина с рабочим органом в виде лопаточного колеса, создающая избыточное давление воздуха или других газов до 15 кПа. Вентиляторы предназначены для перемещения воздуха при проветривании помещений, для транспортировки аэросмесей и т.д. По принципу действия вентиляторы делятся на осевые, радиальные и диаметральные.

Простейший осевой вентилятор изображен на рис. 7.5. Он состоит из рабочего колеса 2, закрепленного на втулке и насаженного на вал 3 электродвигателя 4; кожуха 1, назначение которого – создать направление потоку воздуха. Осевые вентиляторы просты по устройству, компактны, способны перемещать большие объемы воздуха. К недостаткам осевых вентиляторов относят невысокое избыточное давление воздуха (ниже 200 Па) и значительная шумность работы.

На рис. 7.6 приведена схема радиального вентилятора со спиральным кожухом. Воздух через всасывающий коллектор 1 поступает к вращающемуся рабочему колесу 2. Лопатками 4 воздух захватывается, закручивается в направлении вращения колеса и отбрасывается в спиральный кожух 3. Кинетическая энергия потока воздуха из кожуха определяет напор вентилятора. Рабочее колесо насаживается либо на вал электродвигателя, либо на отдельный вал со шкивом, установленный в подшипниках, закрепленных на станине или на кожухе.

Радиальные (центробежные) вентиляторы различают по направлению вращения колеса. Если смотреть со стороны, противоположной входному

 

отвер­стию, то вентилятор, в котором рабочее колесо вращается по ча-

совой стрелке, называется вентилятором правого вращения, а против ча-

совой стрелки – левого вращения.

Колесо вентилятора должно вращаться всегда по ходу разворота спирального (улиткообразного) кожуха, так как при обратном враще­нии колеса подача вентилятора резко (примерно на 70 – 80%) уменьшается.

Вентилятору присваивается номер, соответствующий наружному диаметру ко­леса в (дециметрах). Так, например, вентилятор № 5 имеет наружный диаметр рабочего колеса 5 дм (500 мм), № 3 – 3 дм (300 мм) и т.д.

В настоящее время центробежные вентиляторы выпускаются промыш­ленностью сериями с колесами от 200 (№ 2) до 1000 мм (№ 10) через каждые 100 мм и от 1000 до 2000 мм (№ 20) через 200 мм.

Радиальные вентиляторы одной и той же серии и номера изготов­ляют с кожухами, имеющими различное направление выхода воздуха по отношению к линии горизонта,



По создаваемому давлению центробежные вентиляторы делятся на группы: низкого давления – до 1000 Па; среднего давления – до 3000 Па; высокого давления – до 12 000 Па. В системах вентиляции более широкое применение находят вентиляторы низкого давления. Радиальные вентиляторы высокого давления используют для пневматического транспорта и других производственных целей. Конструктивное выполнение радиальных вентиляторов показано на рис. 7.7.

 

Рис. 7.7. Конструктивное выполнение радиальных вентиляторов:

а – консольное крепление колеса на одном валу с двигателем; б – двухопорное крепление колеса (соединение с двигателем через муфту); в – консольное крепление колеса (соединение с двигателем через муфту); г – двухопорное крепление колеса (соединение с двигателем клиноременной передачей); д – двух-опорное крепление колеса двустороннего всасывания (соединение с двигателем через муфту); е – консольное крепление колеса (соединение с двигателем клиноременной передачей); ж – двухопорное крепление колеса двустороннего всасывания (соединение с двигателем клиноременной передачей).

Схема диаметрального вентилятора представлена на рис 7.8. Рабочее колесо 1 выполнено из двух дисков, соединенных криволинейными лопатками 2 с малой хордой. Вал рабочего колеса устанавливается в подшипниках, закрепленных в корпусе 3. В выходном патрубке 4 установлены направляющие плоскости 5, устраняющие закрутку воздуха. При вращении колеса воздух захватывается лопат­ками из входного патрубка 3 и движется в межлопаточных каналах в центростремительном направлении. Пройдя внутреннее пространство решетки, воздух вновь захватывается лопатками колеса, проходит их межлопаточные каналы в центробежном направлении и далее поступа­ет в выходной канал 4. Воздух движется в плоскостях, перпендикуляр­ных оси вращения колеса, вследствие чего вентиляторами создается плоскопараллельный поток. Поэтому данные вентиляторы можно изго­товлять большой ширины при сравнительно небольшом диаметре. Ло­патки диаметральных вентиляторов выполняют из листового металла и, как правило, в сечении они представляют собой дугу окружности. Поэто­му взаимосвязь между параметрами колеса описывается теми же уравне­ниями, что и у радиальных вентиляторов. Число лопаток в колесе со­ставляет от 12 до 64. В вентиляторах без направляющего аппарата внутри колеса его выполняют в виде двух плоских дисков, к которым приклепывают или приваривают лопатки.



Диаметральные вентиляторы нашли широкое применение в отопительно –вентиляционных системах транспортных средств, в малогабаритных установках кондиционирования воздуха, в зерноочистительных машинах.

Аэродинамические характеристики диаметральных вентиляторов позволяют использовать их в различных схемах соединения. Так для увеличения напора воздуха можно использовать последовательную схему, представленную на

рис. 7.9 ( а); для увеличение подачи – схему на рис. 7.9 (б ).

Вентиляторную установку при последовательном прохождении воздуха через поточную часть вентиляторов, соединенных патрубком применяют в том случае, когда необходимо подавал воздух в сеть (или отсасывать от сети), имеющей большой коэффициент сопротивления.

Установку при параллельном движении воздуха через проточную часть вентиляторов целесообразно применять в системах требующих подачи (или отсоса) большого количества воздуха в единицу времени. Подача воздуха данной установкой регулируется поворотом А-образной вставки 2, являющейся составной частью корпуса.


Рис. 7.9. Схемы соединения диаметральных вентиляторов:

а – последовательное соединение, здесь 1 – рабочее колесо; 2 – соединяющий кожух;

3 – выходные патрубки; 4 – корпус.

б – параллельное соединение, здесь 1 – рабочие колеса; 2 – вставка; 3 – входной

патрубок; 4 – выходной патрубок

Схемы конструктивных компоновок и способы соединения диаметральных вентиляторов с электродвигателями в основном такие же, кaк и у радиальных вентиляторов общего назначения.

Работа всех типов вентиляторов характеризуется следующими параметрами:

– подача вентилятора, м3 /ч (м3 /с);

рв –давление воздуха, создаваемого вентилятором, Па;

с – скорость воздуха на выходе из вентилятора, м/с;

n – частота вращения рабочего колеса, 1/с;

Nd – потребляемая мощность, Вт;

в – коэффициент полезного действия, %.

Эти технические данные определяют в процессе испытаний каждой модели изготовленного вентилятора

При проектировании вентилятора необходимо иметь математическую модель преобразования механической энергии на валу рабочего колеса в кинетическую энергию газа на выходе из вентилятора. Такая задача рассматривается в ряде специальных курсов. При выявлении условий, необходимых для получения того или иного параметра вентилятора, часто используют выражения, описывающие кинематику газа в межлопаточном канале при определенных допущениях. Так для оценки величины давления используется уравнение Эйлера.

Уравнение Эйлера для схемы движения воздуха в рабочем колесе радиального вентилятора, приведенной на рис. 7.10 имеет вид:

pт = (u2 c2u – u1 c1u ) , (7.1)

где pт - теоретическое давление, создаваемое вентилятором;

u1, u2 – окружные скорости на диаметрах колеса D1 и D2;

с1u , с2u –проекции абсолютных скоростей на окружные.


Рис. 7.10. Кинематика газа в рабочем колесе радиального вентилятора:

с – абсолютная скорость, это скорость движения потока относительно неподвижного корпуса вентилятора; u – окружная скорость кромок лопатки; w – относительная скорость, это скорость движения потока относительно вращающейся лопатки

Абсолютная скорость в любом сечении межлопаточного канала определяется из уравнения объемного расхода

Окружная скорость будет зависеть от диаметра сечения и частоты вращения лопатки, т.е

Относительная скорость находится путем геометрического построения при выбранном угле 1. С некоторыми допущениями принимают по абсолютной величине w2 = w1.

Следовательно, уравнение (7.1) устанавливает, что давление зависит от частоты вращения рабочего колеса, его геометрических размеров, угла наклона

лопаток и от подачи газа вентилятором.

Результаты серийных испытаний по установлению зависимостей между параметрами вентилятора обрабатываются в виде таблиц или номограмм, называемых характеристиками. В табл.7.2 и на рис. 7.11 приведены характеристики двух типов вентиляторов.

Таблица 7.2 – Характеристики осевых вентиляторов типа В - 0,6 - 300

№ вентилятора м3 рв , Па n, 1/мин % Nt, кВт
0,12
0,37
0,75
2,2
                 

 

Расчет систем вентиляции

7.3.1. Определение подачи вентилятора

При расчете системы вентиляции, прежде всего, определяется необходимая объемная подача свежего воздуха в конкретный объект обитания, 3/ч. Величина подачи зависит не только от объема помещения, но и от числа организмов, поглощающих кислород (людей, животных, птиц и др.). На нее влияет количество излишней теплоты, влаги и вредных газов.

Для оценки подачи по составу воздуха в рекомендуется методика с введением понятия к р а т н о с т и воздухообмена.

Под кратностью воздухообмена понимают отношение подачи

свежего воздуха к объему помещения.

Обозначают кратность воздухообмена через Кр и измеряют в 1/ч, т.е.

По нормам воздухообмена в жилых помещениях подача свежего воздуха на одного человека должна соответствовать Кр = 3…5, но не менее

30 м3/ч. Так, если в комнате площадью F=20 м2 и высотой В =2,5 м находится 5 человек, то при Кр= 4 подача свежего воздуха должна быть:

= Кр F B n = 4 1000 м3/ч.

Для других объектов обитания величина Кр приведена в табл.7 Приложения.

Замена воздуха в помещении из условий необходимого количества кислорода еще не является решением проблемы по созданию комфортных условий. В объекте обитания могут выделяться избыточная теплота, сверхнормативное количество влаги, много вредных газов и пыли. При организации воздухообмена необходимо предусмотреть и эти факторы.

Для поддержания в объекте стабильной температуры должен выполняться баланс теплоты: количество подводимой теплоты должно быть равно количеству отведенной теплоты ,т.е. . Если в помещении появились источники дополнительных тепловыделений, то избыточная теплота определится как

= .

Необходимая подача воздуха для удаления избыточной теплоты определяется по выражению

(7.2)

где – плотность воздуха;

iвн – энтальпия внутреннего воздуха;

iнар – энтальпия наружного воздуха.

Необходимая подача воздуха для удаления избыточной влаги вычисляется по формуле

, (7.3)

где – секундное массовое поступление влаги;

dвн – влагосодержание воздуха внутри помещения;

dнар – влагосодержание наружного воздуха.

 

Необходимая подача воздуха для удаления вредных газов находится по формуле

, (7.4)

где – секундное массовое поступление i-го газа;

– предельно допустимая концентрация в воздухе i-го вещества;

Ci – концентрация i-го вещества в поступающем воздухе.

Из определенных величин большая подача обеспечит требуемый воздухообмен.

 

7.3.2. Определение потребного давления на выходе из вентилятора

Для канальной приточной системы вентиляции, например, показанной на рис. 7.1, воздух поступает к вентилятору по магистрали подвода и нагнетается вентилятором в воздуховоды. В общем случае энергия, подводимая к вентилятору, затрачивается на создание разряжения на входе в вентилятор и на создание избыточного давления на выходе из вентилятора. Отсюда вентилятор должен создавать давление равное сумме избыточного давления и давления разряжения, т. е.

рв = ризб + рраз .

Значения ризб и рраз вычисляются исходя из особенностей магистралей отвода и подвода. В совокупности обе магистрали именуют вентиляционной сетью.

Расчету вентиляционной сети предшествует ее трассировка: выявление размеров отдельных участков, наличие конфигурации воздуховодов, размещение и тип местных сопротивлений. Это дает возможность по заданной подаче воздуха, по типу и геометрическим параметрам местных сопротивлений, по выбранным формам и сечениям каналов вычислить потери давления в вентиляционной сети.

К местным сопротивлениям относят элементы вентиляционной сети, в которых теряется энергия движущегося воздуха в связи с изменением его скорости или направления движения, это воздухозаборные, воздуховыпускные, запорно-регулирующие устройства, фасонные части воздуховодов, фильтры, теплообменники и т.п.

При выборе воздуховодов руководствуются конструктивно – эстетическими или экономическими соображениями. В капитальных зданиях обычно роль воздуховодов выполняют каналы, встроенные в конструкции сооружения. В ряде случаев воздуховоды выполняют подвесными в виде стального короба или пластикового канала. Сечения каналов могут иметь различную форму, независимо от этого егоплощадь поперечного сечения Fк вычисляется по формуле

Fк = ,

где - подача воздуха через канал;

с – скорость воздуха в канале, выбирается в пределах 2…5 м/с.

Потери давления во входной и выходной магистралях определяются по одинаковой методике, поэтому при определении давления на выходе из вентилятора в расчет включаются все участки и местные сопротивления вентиляционной сети. Для расчета рв рекомендуется выражение

l + + ,

где 1,1 – коэффициент увеличения потерь давления в вентиляционной сети;

– удельные (на метр длины) потери давления в канале от трения;

n – количество участков;

l – длина участка;

– потери давления на местных сопротивлениях;

к – количество местных сопротивлений;

рвых – потери давления на выпускной решетке.

m – количество выпускных решеток (для разветвленной выпускной магистрали.

Потери давления от трения на каждом метре длины участка

= ,

где – безразмерный коэффициент трения;

dэкв – диаметр эквивалентный;

– плотность воздуха в сечении;

с - скорость воздуха в сечении.

Коэффициент трения зависит от шероховатости стенок воздуховода и от скорости движения воздуха и для его определения используют формулу А.Д. Альтшуля:

= 0,11 ,

Где – критерий Рейнольдса;

К – коэффициент шероховатости.

Диаметр эквивалентный принят в качестве обобщающего линейного размера поперечного сечения воздуховода

dэкв = ,

где Fк – площадь поперечного сечения канала;

П – периметр сечения.

 

Коэффициент шероховатости зависит от состояния обтекаемой воздухом поверхности. Для каналов из различных материалов его значение приведено в табл. 7.3.

 

Таблица 7. 3 – Значения коэффициента шероховатости

Материал К, мм Материал К, мм
Листовая сталь 0,1 Шлакоалебастр 1,0
Винипласт 0,1 Шлакобетон 1,5
Асбоцемент 0,11 Кирпич
Фанера 0,13 Штукатурка

Потери давления на местном сопротивлении

= ,

где – коэффициент местного сопротивления.

Значения для некоторых фасонных воздуховодов приведены в табл. 8 Приложения.

Потери давления на каждой выпускной решетке

рвых = ,

где – коэффициент потерь на решетке (

свых – скорость воздуха на выходе их решетки, (свых= 5…8 м/с).

 

Подбор вентиляторов

Значения потребных подачи и давления позволяюподобрать для системы соответствующий вентилятор. По табличным характеристикам это сделать проще, но с некоторой погрешностью. Чаще используют монограммные характеристики. Одна из характеристик приведена на рис. 7.11.

Например, требуется подобрать вентилятор, обеспечивающий подачу м3/ч и давление рв = 650 Па. На верхней части номограммы (рис.7.11) проводим горизонтальную линию, соответствующую заданному рв до пересечения с линией в = 0,8. Точку пересечения проецируем на нижнюю часть номограммы до пересечения с требуемой подачей. Точка пересечения определяет номер вентилятора, равный № = 4. Точка пересечения на верхней части номограммы лежит на кривой линии А = 6500, что позволяет вычислить частоту вращения крыльчатки n и ее окружную скорость u:

n = А / № = 6500/ 4 = 1625 об/ мин ,

 

u = 34 м/с.


По номограмме скорость выхода воздуха из вентилятора 12 м/с, статическое давление на выходе – 100 Па.

Рис. 7.11. Аэродинамическая характеристика радиального вентилятора

Глава 8

Системы кондиционирования


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!