В чем заключается качественный метод регулирования вентиляторов

Центробежные вентиляторы

Здесь индексом «д» обозначены действительные мощность и производительность, а индексом «тр» — требуемые в результате регулирования.

Однако при значительном уменьшении расхода потери в задвижке могут существенно превышать потери в сети. Например, при необходимости уменьшить расход на 40% сопротивление сети должно увеличиться в 2,8 раза, из которых на долю задвижки, очевидно, придется сопротивление Δp_з в 1,8 раза больше сопротивления сети. Поэтому регулирование задвижкой в широких пределах невыгодно.

Одним из основных методов качественного регулирования яв­ляется регулирование изменением числа оборотов. Однако при непосредственной установке вентилятора или насоса на валу электродвигателя регулировка изменением числа оборотов зат­рудняется. Ограниченное число оборотов двигателя может не совпасть с требуемым.

Центробежный вентилятор Ц4-70 №5 (D=500 мм) имеет производительность Q_д=6500 м 3 /ч при давлении p_д=70 кг/м 2 , n_д=1400 об/мин, η_д=0,76. Мощность N_д составляет 1,64 кВт (без учета КПД привода)

Определить режимы работы вентилятора и мощности при количественном и качественном регулировании, если требуемый режим работы определяется производительностью Q_тр=3900 м 3 /ч.

А. Регулирование сети количественное (рис. IV. 19,а)

1. По характеристике требуемый режим работы вентилятора при Q_тр=3900 м 3 /ч и n_д=1400 об/мин определяется p_д=80 кг/м 2 и η_д=0,73.

2. Определяем рабочую точку характеристики сети при Q_тр=3900 м 3 /ч:

3. Находим величину дополнительного сопротивления, которое необходимо ввести в сеть:

т.е. сопротивление задвижки должно превышать сопротивление сети более чем в 2 раза (55,8 : 25,2 = 2,22).

4. Мощность вентилятора

Таким образом, при уменьшении производительности на 40% мощность уменьшилась только на

что является следствием увеличения давления с 70 до 80 кг/м 2 и снижения КПД с 0,76 до 0,73.

Б. Регулирование путем изменения числа оборотов вентилятора (рис.6. 1,б)

1. Определяем рабочую точку, характеризующую измененный режим работы вентилятора: Q_тр=3900 м 3 /ч и p_тр=25,2 кг/м 2 (см. выше).

2. По характеристике определяем режим работы вентилятора: n=850 об/мин и η_д=0,76.

3. Мощность вентилятора

Из полученных данных следует, что число оборотов в минуту необходимо уменьшить с 1400 до 850, т.е. на

что близко к 40% уменьшения производительности. Мощность при этом уменьшиться в 4,7 (1,64 : 0,35 = 4,7) раза. Теоретически же мощность должна была уменьшиться в 4,62 ((1 : 0,6) 3 = 4,62) раза. Таким образом, расчетные данные совпадают с теоретическими.

Из приведенных в примере двух вариантов регулирования вен­тилятора, работающего в сети, с полной очевидностью вытекает целесообразность качественного регулирования по сравнению с количественным вследствие больших экономических преимуществ первого.

Изменения числа оборотов нагнетателя можно достичь путем соединения вала нагнетателя и электродвигателя с помощью гидромуфты или электромагнитной муфты, позволяющих при по­стоянном числе оборотов двигателя менять число оборотов на­гнетателя. Следует учесть, однако, что конструкции этих муфт, довольно сложны и поэтому их целесообразно использовать только в установках относительно большой мощности (более 40 кВт).

Качественное регулирование может быть осуществлено путем изменения угла установки лопаток, уменьшением числа лопаток в колесе, проточкой колеса (в насосах). Наконец, характеристику машины можно изменить, перепуская часть жидкости со стороны нагнетания мимо сети во всасывающую линию, для чего уве­личивают зазор между входным патрубком и кромкой лопаток или переднего кольца колеса. Однако при этом наряду с умень­шением производительности снижается и КПД машины, что в большинстве случаев невыгодно экономически.

Более совершенным способом качественного регулирования является изменение характеристики нагнетателя с помощью нап­равляющего аппарата. Направляющий аппарат (рис. 6. 2, а) представляет собой решетку из металлических секторов (обычно от 8 до 12), каждый из которых укреплен на радиальном стерж­не и может поворачиваться. При повороте на 90° секторы полно­стью перекрывают сечение трубопровода, а при 0° плоскости сек­торов параллельны потоку. Установленные перед всасывающими отверстиями вентиляторов под, некоторым углом к оси вала сек­торы аппарата изменяют направление движения потока, вызывая его закручивание. Благодаря изменению величины истинной скорости потока при входе на лопатку развиваемое нагнетателем давление тоже меняется. При закрутке потока в направлении, совпадающем с направлением вращения, давление, развиваемое колесом, нагнетателя падает. Направляющий аппарат более простой конструкции изображен на рис. 6. 2, б.

Рис. 6. 2, Направляющие аппараты

а – секторный; б — простой

а – изменение расхода в зависимости от угла установки сектора; б – изменение КПД и мощности в зависимости от изменения расхода

О том, в какой степени направляющий аппарат меняет производительность центробежного (дутьевого) вентилятора, наг­лядно свидетельствуют графики, приведенные на рис. 6.3. На рис.6.3, а дается зависимость между углом поворота секторов направляющего аппарата и производительностью. На графике рис.6.3, б—изменение мощности и КПД в % N_макс (по отношению к случаю, когда секторы направляющего аппарата пол­ностью открыты).

В тех случаях, когда нагнетатель имеет не­достаточную производительность, иначе говоря, когда сеть имеет чрезмерное сопротивление, количественное регулирование должно обеспечить снижение потерь давления в сети для получения более пологой ее характеристики. Для этого тре­буется переделка сети, что далеко не всегда возможно.

Качественное регулирование в этом случае весьма просто осу­ществляется за счет увеличения числа оборотов нагнетателя. При этом, как отмечалось выше, производительность возрастет про­порционально первой степени, давление—.пропорционально квад­рату, а мощность – кубу увеличения числа оборотов, т.е. увеличение производительности на 20% потребует 73% дополнительной мощности, а на 44% – утроения.

Поэтому при необходимости увеличить производительность нагнетателя более чем на 25-30% следует способ регулирования выбирать на основании предварительного технико-экономического расчета.

Регулирование работы нагнетателей объемного действия. Поскольку перемещаемый ими объем не зависит от характеристики сети для регулирования производительности объемных нагнетателей, лучше всего применять качественный метод — изменять число оборотов. При этом производительность будет изменяться пропорционально числу оборотов.

Из способов количественного регулирования применяется только перепуск части жидкости из нагнетательной линии во всасывающую для уменьшения ее подачи во внешнюю сеть. Однако этот способ регулирования не экономичен.

Устойчивость работы нагнетателей в сети (помпаж). В некоторых случаях при работе центробежных или осевых нагнетателей в сети могут создаться неустойчивые (непостоянные) режимы. Причиной этого могут быть колебания числа оборотов дви­гателей, связанные с колебаниями напряжения в сети, изменения характеристики сети и т. п. На устойчивости работы вентилято­ров и насосов может сказаться и параллельное включение двух или нескольких машин в общую сеть.

При неустойчивой работе нагнетателей наблюдаются резкие колебания производительности и большие нагрузки, на двигатели.

Колебания производительности сопровождаются нередко изменением направления движения жидкости, которая из нагнетательного трубопровода через нагнетатель поступает во всасы­вающий трубопровод. Подача при этом носит толчкообразный характер, присущий поршневым машинам, отчего явление, связанное с такой работой, принято называть помпажем.

Неустойчивая работа вентилятора или насоса чаще всего воз­никает при седлообразных характеристиках нагнетателей с пере­гибом и явно выраженным максимумом.

Пускай насос при постоянном числе оборотов подает жид­кость в камеру, истечение из которой происходит через трубо­провод, имеющий значительное сопротивление. Характеристика насоса (или вентилятора) и сети (бака или камеры) приводит­ся на рис.6.4.

Если объем камеры незначителен, то насос или вентилятор будет работать вполне устойчиво, подавая в сеть объем, опре­деляемый пересечением характеристик в точке А.

Если же объем камеры, расположенной между нагнетателем и сетью, будет большим, то нагнетатель станет работать нерав­номерно. Сначала, сразу после пуска нагнетателя, пока давле­ние в камере или баке незначительно, в сеть будет поступать значительный объем, соответствующий производительности Q_Е. Расход Q_A’ в сети (при давлении, соответствующем точке Е) определится точкой А’. Давление в камере или баке начнет возрастать. Когда оно достигнет максимально возможного для данного нагнетателя значения (точка В), производительность уменьшится до величины Q_в, которая, однако, превышает количество вытекающей жидкости Q_A”, т.е. Q_в > Q_A”. Давление при этом продолжает повышаться.

Как только давление хотя бы незначительно превысит величину р_в, подача жидкости прекратится. Режим работы нагнетателя сравнительно быстро перейдет во II квадрант (в точку С). Такой переход неизбежен, ибо при прекращении подачи жидкости (L₀=0) нагнетатель может развить только давление р_D меньшее, чем давление р_в.

Жидкость при этом начнет протекать в обратном направлении через нагнетатель с отрицательным расходом Q_c. Одновременно жидкость будет вытекать из камеры или бака с расходом Q_A”. Давление при этом понизится, чему соответствует линия CD (рас­ходы Q_c — Q_D.) для нагнетателя и A” – A’ (расходы Q_A” – Q_A’) для камеры.

Когда давление достигнет минимума в точке D, при котором жидкость продолжает течь через нагнетатель в обратном направлении, режим работы нагнетателя перейдет в точку Е, соответ­ствующую его производительности при противодавлении р_Е. Ис­течение из камеры или бака будет происходить с расходом Q_A’. Учитывая, что Q_A’ < Q_E давление в камере или баке вновь нач­нет повышаться, пока не достигнет максимума в точке В. Произ­водительность нагнетателя при этом уменьшится от Q_E до Q_В.

После достижения максимума цикл работы повторится. Производительность нагнетателя будет колебаться в пределах, от +(Q_E Q_B) до -(Q_C Q_D), тогда, как объем жидкости, прохо­дящей по сети, будет колебаться в интервале от Q_A’ до Q_A”.

Устойчивой работы, т.е. равновесия системы, в этом случае, достичь невозможно, так как область пересечения характеристик нагнетателя и сети лежит вне рабочих участков характеристики нагнетателя.

При малой емкости камеры (или бака) работа нагнетателя станет более устойчивой, так как время изменения давлений ста­новится сравнимым со временем изменения режимов работы нагнетателя. Если первое меньше последнего, то работа будет протекать устойчиво.

Неустойчивая работа нагнетателей может наблюдаться и при их очень пологой характеристике, когда постоянное гидростатическое давление сети мало зависит от производительности нагнетателя.

При крутой характеристике нагнетателя, не имеющей переги­бов, работа машины значительно более устойчива и практически не зависит от колебаний сопротивлений сети и от колебаний чис­ла оборотов нагнетателя.

Следует отметить, что при параллельной работе двух нагнетателей на общую сеть наличие второго нагнетателя равноценно наличию в сети постоянного гидростатического сопротивления, не зависящего от производительности первого нагнетателя. В связи с этим устойчивый режим работы нагнетателей может нарушиться даже при незначительных колебаниях давления, выз­ванных изменением числа оборотов.

Л Е К Ц И Я № 7.

Конструкция и работа центробежных и осевых вентиляторов, насосов.

РЕГУЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ЕСТЕСТВЕННОЙ ВЕНТИЛЯЦИИ

Основная задача регулирования систем механической вентиляции состоит в обеспечении на всех участках вентиляционной сети предусмот­ренных проектом расходов воздуха. Регулированию или наладке пред­шествует техническое испытание вентиляционной установки, проводимое для снятия фактических показателей ее работы.

Производительность вентиляционной установки регулируется двумя способами.

Первый способ регулирования производительности заключается в изменении характеристики сети, т. е. в увеличении или уменьшении суммарного сопротивления путем прикрытия или открытия регулирую­щих устройств (шиберов, дроссель-клапанов, воздухораспределительных устройств ИТ. п.).

Второй способ регулирования производительности заключается в изменении характеристики вентилятора путем увеличения или уменьше­ния частоты его вращения. Второй способ выгоднее с экономической точки зрения.

Регулирование вентиляционной установки начинают с регулирова­ния вентилятора с целью приведения в соответствие с данными проекта его полного давления и производительности. Регулирование сети начи­нают с ответвлений, расположенных ближе к вентилятору. С помощью регулирующих устройств путем создания дополнительных сопротивле­ний производительность по ответвлениям доводят до проектной. Излиш­ки воздуха перераспределяют по участкам, передавая их на те участки, где расходы занижены. В том случае, если ответвления не имеют регу­лирующих устройств, дополнительные сопротивления создают путем установки диафрагм из кровельной стали.

Регулирование может быть закончено, когда расходы воздуха через вытяжные и приточные устройства, а также в головном участке установ­ки будут доведены до проектных или будут отличаться от них не более чем на 10%. При регулировании необходимо обращать внимание на уве­личение потребляемой мощности вентиляторов при увеличении произ­водительности последних.

Регулирование общеобменной механической приточно-вытяжной вентиляции заключается в доведении производительности вентиляцион­ных установок до проектной без соблюдения равномерного распределе­ния воздуха по отдельным участкам.

Регулирование установок местной вытяжной вентиляции состоит в приведении их производительности в соответствие с проектом и регу­лировании распределения воздуха по местным отсосам.

Регулирование установок местной приточной вентиляции (воздуш­ные души) заключается в установлении правильного направления воз­душного потока и в определении действительных скоростей воздушных потоков на рабочих местах, а также размеров струи воздушного душа.

Вытяжные канальные системы естественной вентиляции регулиру­ют при наружной расчетной температуре 5° С, причем регулирование расходов воздуха начинают с каналов нижнего этажа и заканчивают каналами верхнего этажа. Общий расход воздуха регулируется утеп­ленным дроссель-клапаном, установленным в шахте. Уменьшение расхо­да воздуха по каналам достигается прикрытием жалюзийных решеток или установкой диафрагм в местах перехода каналов в сборный короб.

Регулирование естественной вентиляции (аэрации) однопролетных и многопролетных цехов является сложной задачей, которая определяет­ся многообразием вариантов перекрытий, высотой отдельных пролетов и расположением источников тепловыделений по площади цеха и рас­сматривается в специальной литературе.

Способ регулирования производительности вентилятора

Опубликовано в «Б1оллетеие нзобретеишi.> М 7 за 1960 г.

Известны способы регулирования производительности вентиляторов, с целью снижения потребляемой ими мощности на режимах уменьшенной производительности. Однако известные способы регулирования производительности осевых вентиляторов имеют тот недостаток, что они обычно требуют применения довольно сложной системы поворота лопаток рабочего колеса и направляющего аппарата, а часто н остановки вентилятора.

Описываемый спосоо регулирования осевы., вент гляторов направлен на устранение этих недостатков.

Сущность способа заключается в том, что изменение производитсльньсти осевого вентилятора осуществляют путем изменения его вход;- огс сечения, начиная с периферии лопаток рабочего колеса, при помощи управляемого на ходу раздвижного коллектора, устанавливаемого внутри входного коллектора.

Применение раздвижного коллектора для указанных целей существенно упрощает конструкцию осевого вентилятора.

Ня чертеже изображена схема осевого вентилятора с рсгулируюшим устройством по описываемому способу.

Во входном коллекторе 1 осевого вентилятора установлен ряздьижной коллектор 2. состоящий из ряда элементов, выштампованных нз листовой стали и укрепленных на кольце 8 входного коллектора нгяр ирямп 4. Размеры и профиль элементов коллектора 2 выбираются такими, чтооы при крайнем положении элементов (показанном на чертеже пунктиром), когда около /„-части высоты лопаток 5 рабочего колеса 6 вентилятора будет перекрыта коллектором, кромки этих элементов не образовывали между собой щелей. При увеличении раскрытия коллектора 2 образующиеся между составляющими его элеменгами щели будут 7

¹ 127354 небольшими и могут быть перекрыты накладками (козырьками) из листовой стали. Одновременный поворот элементов раздвижного коллектора вокруг осей шарниров 4 осу1цествляют поворотным механизмом 7 во время работы вентилятора.

В случае, если опорный передний блок осевого вентиляторы имеет стойки, в элементах раздвижного коллектора 2 около этих стоек делают соответствующие вырезы, позволяющие свободное перемсгцецие элементов коллектора.

Уменьшение раскрытия коллектора 2 приводит к уменьшению эффективной высоты лопаток 5 рабочего колеся 6 и переводит вентилятор иа режим уменьшенной производительности и меньшей потреоляемой им мощности.

Способ регулирова1гия производительности вентилятор» путем изменения входного сечения перед рабочим колесом, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции осевого вентилятора, внутри

«ходного коллектора устанавлив»ют упр»влясмый на ходу раздвижной коллектор, перекрыв»1ощий входно» сечение, начиная с периферии лопаток раоочего колеса.

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Редактор Р. А, Гальцева Го, 129

Объем 0,17 и. л. Зак. 2565

Подп. к оеч. 21.111-60 г.

Тирани 1000 Цена 25 коя.

Типография Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ССС .