Тепловые двигатели и нагнетатели. Вентиляторы

1. Тепловые двигатели и нагнетатели

Вентиляторы
Лекция №29

2. 1. Особенности рабочего процесса центробежных вентиляторов. Основные понятия. Применение

3.

• Вентиляторами
называют
машины
для
перемещения и сжатия газов, имеющие малую
степень повышения давления (λ ≤ 1,15), при
плотности потока 1,2 кг/м3.
• Вентиляторы находят очень широкое применение во
всех отраслях производства и в быту.
• Устройство и принцип работы центробежных
вентиляторов, получивших преимущественное
распространение,
во
многом
аналогичны
устройству и работе центробежных компрессоров
(насосов).

4.

• У вентилятора на вращающемся валу установлено рабочее
колесо с лопатками.
• Газ, находящийся между лопатками, центробежными
силами проталкивается от центра к периферии рабочего
колеса. На его место подсасываются новые порции из
входного устройства.
• На выходе из лопаточного канала газ попадает в сборную
улитку (иногда – в неподвижный диффузор) и оттуда
направляется потребителю.
• В отличие от компрессоров, центробежные вентиляторы
обычно одноступенчатые.

5.

• При незначительном повышении давления газа
изменением его термодинамического состояния
можно пренебречь.
• К центробежным вентиляторам применима теория
для центробежных насосов (компрессоров).

6.

• Центробежные вентиляторы широко распространены в
промышленности и коммунальном хозяйстве для вентиляции
зданий, отсасывания вредных веществ в технологических
процессах.
В теплоэнергетических установках центробежные вентиляторы
применяются для подачи воздуха в топочные камеры котлов,
перемещения топливных смесей в системах пылеприготовления,
отсасывания дымовых газов и транспортировки их в атмосферу.

7.

Конструктивное устройство центробежного вентилятора
простейшего типа
Рабочее колесо вентилятора состоит из литой ступицы 1, жёстко
сопряжённой с основным диском 2. Рабочие лопатки 3 крепятся
к основному диску 2 и переднему диску 4, обеспечивающему
необходимую жёсткость лопастной решётки 5; 6 – шкив привода
вентилятора. Корпус 7 вентилятора крепится к литой или
сварной станине 8, на которой располагаются подшипники 9,
несущие вал вентилятора с посаженным на него рабочим
колесом; 10 и 11 – фланцы крепления всасывающей и напорной
труб.
Центробежный вентилятор

8.

• Центробежные
вентиляторы
выпускаются
отдельными геометрически подобными сериями.
• Каждая серия характеризуется: постоянством
соотношений
сходных
размеров;
размеры
отдельных машин и их рабочие параметры в
серии различны.

9.

• Геометрическая форма данной серии представляется
аэродинамической схемой, где все размеры
вентилятора даны в процентах внешнего
диаметра рабочего колеса.
Аэродинамическая схема вентилятора ЦКТИ – 07 – 37

10.

• Обозначение центробежных вентиляторов в соответствии с
ГОСТ включает букву Ц и три числа.
• Например: Ц4–70–4.
• Буква Ц указывает типа вентилятора – центробежный.
• Цифра 4 – это пятикратное значение коэффициента полного
давления (0,86) на режиме максимального КПД, округленное
до целого числа.
• Цифра 70 – быстроходность на режиме максимального КПД,
тоже округлённую до целого числа.
• Последняя цифра 4 – значение диаметра D2, выраженное в
дециметрах.

11.

• Коэффициент быстроходности рассчитывается по формуле:
ns 3,65n
Q
H
3
.
4
• В расчетах вентиляторов используют безразмерную величину,
называемую коэффициентом полного давления:
p
pˆ 2 .
u2
• Значение коэффициента полного давления зависит от угла β2.
При β2 ≈ 90°
pˆ 0,6 ... 0,76
и тогда
p 0,68 u .
2
2

12.

• В современном вентиляторостроении разработаны и строятся
машины с профилированными лопастями и рациональной
формой проточной части, КПД которых достигает 90 %.
• Характерной
конструктивной
величиной
центробежного вентилятора является отношение
выходного и входного диаметров межлопастных
каналов рабочего колеса D2/D1.
• В обычных конструкциях отношение выходного и
входного диаметров межлопастных каналов РК
выбирается небольшим (1,2 - 1,45), радиальная длина
лопасти составляет (0,084 – 0,16) D2.

13. 2. Давление, развиваемое вентилятором. Влияние самотяги. Коэффициент полезного действия

Условия работы машин, подающих газ или жидкость в
сеть трубопроводов, существенно зависят от свойств
трубопроводной сети.

14.

• Рассмотрим работу дымососа, перекачивающего дымовые
газы из котельного агрегата в дымовую трубу.
Схема удаления дымовых газов из котельного агрегата:
1 – котельный агрегат; 2 – дымосос; 3 – теплоизолированный
нагнетательный трубопровод; 4 – дымовая труба

15.

• Выделим мысленно сечениями I–I и II–II систему и запишем
уравнение Бернулли для выделенного потока, считая, что
дымовые газы засасываются через сечение I–I со скоростью с1,
а выходят из дымовой трубы со скоростью с2 (эти величины
можно определить через расход дымовых газов и площади
входного сечения и площади выходного сечения участков):
p
1ст абс
г
с
gH
2
2
1
p
2 ст абс
г
с в
gLтр gLтр g h,
2 г
2
2
• где (р1ст)абс и (р2ст)абс – абсолютные статические давления в
начале и конце выделенного участка;
• ρг – средняя плотность дымовых газов;
• ρв – плотность наружного воздуха;

16.

p
1ст абс
г
p2ст абс с22 в
с12
gH
gLтр gLтр g h,
2
г
2 г
• Н – теоретический напор, развиваемый дымососом;
• Lтр – высота дымовой трубы;
h
– сумма потерь напора на выделенном участке.

17.

• Приведённое уравнение (после деления на g) позволяет
определить необходимый напор вентилятора
в
p2ст p1ст с с
H
h Lтр 1 .
г g
2g
г
2
2
2
1
в
1 называют самотягой или
Выражение Lтр
г
естественной тягой системы.
В зависимости от соотношения ρв и ρг самотяга может быть
положительной или отрицательной.

18.

• Если ρв > ρг и Lтр > 0, то самотяга положительна и
уменьшает напор дымососа, необходимый в системе.
• При Lтр > 0 и ρв < ρг самотяга отрицательна и
увеличивает требуемый напор и мощность на валу
дымососа.
• Равенство плотностей газа и воздуха при любых
значениях
дает нулевое значение самотяги, и
дымосос работает на преодоление разности
статических давлений и кинетических энергий в
выходном и входном сечениях газового тракта и
покрытие его газового сопротивления.

19.

• В современных котельных установках ТЭС ввиду
большой разности температур наружного воздуха и
дымовых газов и при больших высотах дымовых труб
самотяга проявляется очень существенно.
• Если поток газа на входе в вентилятор имеет
параметры р1ст и с1 на выходе р2ст и с2 , то полное
давление, развиваемое вентилятором
p p2 ст
с с
p1ст
.
2
2
2
2
1

20. 3. Подача, мощность, КПД вентилятора. Выбор вентилятора по заданным параметрам

Работа вентилятора при заданной частоте
вращения
характеризуется
объёмной
подачей
Q,
полным
давлением
р,
мощностью N, полным КПД η.

21.

• В некоторых случаях для вентиляторов характерно не полное
давление, развиваемое ими, а лишь его статическая
часть рст или статический напор Нст .
• В таких случаях оценка энергетической эффективности
вентилятора производится статическим КПД - ηст:
Q g H ст
Q pст
ст
.
1000 N
1000 N
• Статический КПД – отношение полезной мощности,
расходуемой на развитие статического давления, к
мощности, подводимой на вал вентилятора от двигателя.
ст .

22.

Соотношение между рст и р характеризуется степенью
реактивности машины. Зависящей от лопастного угла β2.
Для разных типов вентиляторов различно и соотношение
между ηст и η.
Ориентировочно ηст = (0,7 ÷ 0,8) η.
Подача центробежных вентиляторов общего назначения
достигает примерно 300 тыс. м3/ч, давление примерно 12 кПа.
В стационарной теплоэнергетике применяют вентиляторы с
подачей до 900 тыч. м3/ч и давлением до 7 кПа. Полный КПД
крупных центробежных вентиляторов достигает 87 %.

23.

• Предварительным расчетом системы, в которую
включается вентилятор, при заданной подаче
Q определяется необходимое давление вентилятора р.
• Имея в виду ошибки, возможные в расчёте потерь
давления в системе, вводят гарантийные запасы в
рабочих параметрах и вентиляторы общего
назначения выбирают на подачу 1,05Q и давление
1,1р.
• Дутьевые вентиляторы и дымососы выбирают на
подачу 1,1Q и давление 1,2р.

24.

• Данные каталогов (таблицы и графики) относятся
обычно к нормальным условиям (Т0 = 293 К; р0 =
103 кПа).
• Выбор по каталогу вентиляторов общего назначения
следует вести на подачу Qк = 1,05Q и давление
к
pк 1,1 p ,
• где
ρк - плотность воздуха при нормальных
условиях; ρ - фактическая плотность при рабочих
условиях.

25.

• Необходимая
мощность
рассчитывается по формуле:
M g H
N
,
1000
Q g H
N
,
1000
вентилятора

26.

• Мощность приводного двигателя принимается с
запасом, учитывающим возможное отклонение
режима от расчётного уменьшения КПД и ухудшения
изоляции двигателя в процессе работы:
Q g H
Q p
N дв m
m
.
1000 п
1000 п
• Коэффициент запаса мощности т = 1,05÷1,2
принимается тем большим, чем меньше мощность
вентилятора. При непосредственном соединении
валов вентилятора и двигателя муфтой КПД
передачи ηп = 1; при клиноремённой передаче ηп =
0,92.

27. 4. Характеристики. Регулирование центробежных вентиляторов

Работа вентилятора характеризуется величиной подачи
Q, полным давлением p или полным напором H,
мощностью N, полным КПД η и статическим КПД
ηст.
об
ут
м

28.

• Характеристиками вентиляторов называют графики
зависимостей напоров, мощности на валу и КПД от
объёмной подачи.
• Характеристики получаются непосредственным испытанием
вентиляторов при постоянной частоте вращения и строятся
для воздуха при ρ = 1,2 кг/м3.
• При расчёте характеристик, построенных для нормальных
условий и φ = 50%, следует иметь в виду, что подача, напор и
КПД остаются неизменными, а давление и мощность на
валу изменяются пропорционально плотности газа,
подаваемого вентилятором, т.е.
p p0
1,2
N N0 .
1,2

29.

• Характеристики при переменной частоте вращения строятся
по условиям подобия.
Размерная характеристика вентилятора при n = const

30.

• Выбор вентилятора производится с учётом характеристики
сети и производится с помощью специальных графиков
зависимостей H, Нст, N, η, ηст от величины Q, которые
строятся или для некоторого постоянного числа оборотов n,
или с нанесением сеток этих кривых для разных n. Их
называют размерными характеристиками вентилятора.
Размерная характеристика вентилятора ВВД № 11 при n = var

31.

Чтобы определить режим работы вентилятора данной серии, на
приведенном рисунке наносят характеристику сети Нс = f (Qс),
находят рабочую точку, и это позволяет определить n, N и η
(необходимое число оборотов, потребляемую мощность и КПД
вентилятора).
• При
этом
ГОСТ
запрещается
эксплуатировать
вентиляторы с η < 0,9ηmax. Это требование исключает из
эксплуатации
начальный
участок
седлообразной
характеристики при малых подачах.
• Работа
вентиляторов
с
седлообразной
формой
характеристики на сеть со значительным статическим
напором в ряде случаев является неустойчивой. Это
обстоятельство указывает на нежелательное применение
вентиляторов с седлообразной формой характеристики.

32.

• Если это условие не выполняется, то следует выбирать
вентилятор другой серии и повторить проверку на пригодность
(на выполнение названного условия) этого другого
вентилятора.
• Характеристики вентиляторов приводятся в справочной
литературе. По стандарту они строятся для воздуха с
плотностью ρв = 1,2 кг/м3.
• Для других газов можно пересчитать параметры из
стандартной характеристики вентилятора, умножая их на
отношение плотностей. Например, для дымовых газов
д.г.
N д.г. N 0
.
1,2
• Также пересчитывают величину КПД и другие параметры.

33.

• В вентиляторостроении широко применяются безразмерные
характеристики, общие для целой серии геометрически
подобных машин.
• Безразмерные характеристики очень удобны для расчёта
рабочих параметров вентилятора из данной серии, имеющего
диаметр рабочего колеса D2 и работающего при п об/мин.
• При подборе вентиляторов широкое распространение
получили универсальные безразмерные характеристики, где
все параметры приводятся в форме безразмерных отношений:
Q
H
N
n
ˆ
ˆ
ˆ
Q
, H
, N
, ˆ
, nˆ
.
Qmax
H max
N max
max
nном

34.

• С помощью такой характеристики (рис. 6.3) сначала
определяют относительные величины для всей группы
подобных вентиляторов, а затем рассчитывают величины
размерных параметров.
Рис. 6.3. Безразмерные характеристики компрессора

35.

• Формы характеристик вентиляторов определяются
аэродинамикой их проточной части: в основном
отношением D2/D1, выходным углом лопасти β2л и
формой профиля лопасти.

36.

Регулирование подачи вентиляторов
• Регулирование подачи вентиляторов
производить следующими способами:
• 1)
изменением
вентилятора;
частоты
• 2) дросселированием
вентилятора;
• 3) направляющими
конструкции на входе.
на
вращения
входе
аппаратами
и
можно
вала
выходе
различной

37.

• Первый способ требует применение электродвигателей с
переменной частотой вращения (коллекторных или
двухскоростных). Возможно применение двигателей с
постоянной частотой вращения при включении между валами
двигателя и вентилятора вариатора частоты вращения
(обычно гидромуфты).
• В обоих этих вариантах вентиляторная установка усложняется
и удорожает, и поэтому такой способ регулирования
применяется только для крупных вентиляторов в особо
ответственных установках.
• В некоторых случаях для привода вентиляторов применяют
электродвигатели с фазовым ротором, в которых с
помощью специальных контактных колец и реостата
можно регулировать сопротивление в цепи ротора и таким
образом изменять частоту вращения вала.

38.

• В настоящее время для регулирования подачи вентиляторов
изменением частоты вращения применяют приводные
двигатели с тиристорными преобразователями частоты.
• Этот метод
экономичен.
регулирования
подачи
вентиляторов
очень
• Второй способ применяется очень широко ввиду его
конструктивной простоты. Вентиляторы малых и средних
размеров, приводимые асинхронными короткозамкнутыми
двигателями, регулируются этим способом.

39.

• Третий способ распространён для вентиляторов с большой
подачей в шахтных установках, и особенно в стационарной
теплоэнергетике (дутьевые вентиляторы, дымососы).
• По затратам энергии на привод в режиме регулирования при
одинаковых подачах указанные режимы не равноценны.
• Для любых типов вентиляторов худшим
регулирования
является
дросселирование,
наибольшую затрату энергии.
способом
дающее

40. 5. Конструктивные особенности центробежных вентиляторов

• В зависимости от создаваемого вентиляторами давления, их
делят на три группы: низкого (p < 0,981 кПа), среднего (0,981
≤ p < 2,943 кПа) и высокого давления (2,943 ≤ p < 11,72
кПа).
• Особенности
конструкции
вентиляторов
значениями основных параметров Q, p и n.
диктуются

41.

• Формы рабочих колес весьма разнообразны:
барабанная, кольцевая, с коническим входом и др.
Конструкции рабочих колёс вентиляторов:
а – барабанная; б – кольцевая; в – конический диск; г
– двухсторонний конический диск; д – открытое
однодисковое колесо; е – бездисковое колесо

42.

• Барабанная (а) и кольцевая (б) формы
свойственны
вентиляторам
низкого
давления с лопатками, загнутыми
вперёд.
• Наиболее простая барабанная форма
применяется для низкого давления при
окружной скорости U2 ≤ 40 м/с. Если
сделать диск более узким (b ≈ 0,25D), то
жёсткость колеса увеличится и это
позволяет работать с большей окружной
скоростью U2 ≈ 60 м/с.
• Такие
кольцевые
рабочие
колёса
обеспечивают большую подачу и несколько
больший напор.

43.

• Формы (б), (в) и (г) характерны
для вентиляторов низкого,
среднего и высокого давлений с
лопатками, загнутыми назад.
• Для среднего и низкого давлений
применяют
конический
покрывающий диск. Он ещё
более жёсткий, и здесь допустимо
U2 ≈ 80 м/с.
• Конический покрывающий диск
(в и г) обусловливает большую
жёсткость колеса и высокие
окружные скорости до 80 м/с.

44.

• Для машин большой производительности
применяют диск с двухсторонним входом.
• Такая форма колеса разгружает вал от осевых
нагрузок, поскольку здесь осевые усилия
полностью компенсируют друг друга.
• Форма г применяется для колец большой
подачи и применяется для дутьевых
вентиляторов и дымососов ТЭС.

45.

• Открытые однодисковые и бездисковые
колёса (д и е) применяются в пылевых
вентиляторах, служащих для подачи смесей
газов с твёрдыми частицами, например в
системах пылеприготовления ТЭС.
• Для пылевых вентиляторов используют
открытые бездисковые или однодисковые
колёса,
чтобы
уменьшить
износ
вращающихся деталей.
• В настоящее время существует тенденция
применения лопаток, отогнутых назад. Они
обеспечивают по сравнению с лопатками,
загнутыми вперёд, более высокий КПД,
устойчивую работу в широком диапазоне
расходов и уменьшение шума.

46.

Корпуса вентиляторов (рис. 6.5)
выполняются
сварными,
спиральной формы и постоянной
ширины.
При
этом
направление
выбрасываемого потока может
быть заказано любое (через каждые
45°, левого или правого вращения).
У дымососов этот угол может быть
ещё меньше.

47.

Рис. 6.6. Вентиляторная установка:
1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 – отбойник; 4 – выходной
диффузор; 5 – входной конфузор; 6 – рабочая лопатка; 7 –
электродвигатель; 8 – станина

48.

• Вентиляторные установки (простейшая показана на рис. 6.6)
включают ещё электродвигатель, один или два подшипника,
соединительную муфту или шкив.
• Часто привод идёт не прямо от электромотора, а через
клиноремённую передачу со шкивами, изменением диаметров
которых можно обеспечить нужное число оборотов
вентилятора.
• У некрупных машин часто диск насаживается прямо на вал
электродвигателя, так что тогда нет ни подшипников, ни муфт.
• Обычно крупные вентиляторные установки содержат
различные приборы контроля: тягомеры, термометры,
электросчётчик.

49.

50.

• Для
примера
рассмотрим
конструкцию
дымососа
двухстороннего всасывания на подачу Q = 500 000 м3/ч, H =
350 мм. вод. ст., N = 585 кВт, n = 735 об/мин, η = 0,83 (рис.
6.7).
• Рабочее колесо 3 выполнено из стального листа и с помощью
ступицы посажено на полный вал 4, лежащий на двух опорных
подшипниках 1, вынесенных из зоны дымового потока.
• Подвод дымовых газов к рабочему колесу осуществляется
через боковые карманы 2 и конические воронки 5 с
направляющими лопатками 6.
• На левом торце вала посажена муфта для соединения с
электродвигателем.

51.

• К корпусу вентилятора приварены лапы, которыми он
крепится на фундаменте.
• Подшипники тоже крепятся к фундаменту через специальные
подставки.
• Устройство центробежного дымососа с рабочим колесом
двустороннего действия, в котором компенсируются боковые
усилия на вал, что упрощает в целом конструкцию, приведено
на рис. 6.7.

52. 6. Осевые вентиляторы

• Осевые вентиляторы также находят широкое применение
на практике, особенно когда необходимо обеспечивать
большие подачи газа.
• Например, осевые вентиляторы часто применяются в качестве
дымососов на крупных ТЭС. При этом приводной
электродвигатель выносится из зоны горячего потока.

53.

• Конструктивно осевые вентиляторы имеют всего одну-две
ступени сжатия.
• Чтобы обеспечить плавное, безотрывное течение потока, на
входе в вентилятор устанавливается неподвижный обтекатель
(кок) и направляющий аппарат со специальными, часто
поворотными лопатками.
Осевой вентилятор:
1 – обтекатель; 2 – входной конфузор;
3
–
поворотные
лопатки
направляющего аппарата; 4 – рабочая
лопатка; 5 – спрямляющий аппарат; 6
– корпус вентилятора; 7 – выходной
обтекатель; 8 – стойка; 9 – диск
рабочего колеса; 10 – стойка
обтекателя

54.

• Обычно выходные углы решётки направляющего аппарата
выбираются так, чтобы абсолютная скорость газа на выходе
была направлена даже против скорости U. Это увеличивает
напор, создаваемый вентилятором.
• При необходимости получать более высокое давление газа
вентилятор имеет вторую и даже (очень редко) третью ступень
сжатия. В этом случае перед лопатками второй ступени тоже
устанавливаются направляющие лопатки, а после них –
лопаточный спрямляющий аппарат, придающий осевое
направление потоку, что увеличивает КПД вентилятора.
• Этой же цели служит и неподвижный задний обтекатель,
поскольку он уменьшает турбулизацию потока на выходе, а
значит и потери энергии на внутреннее трение.

55.

• Рабочие колёса осевых вентиляторов всегда гораздо жёстче,
чем у центробежных.
• Рабочие лопатки часто имеют такое крепление к диску, которое
позволяет регулировать величину угла α.
Рабочее колесо осевого вентилятора:
1 – корпус; 2 – лопасть; 3 – крышка; 4 – гайка

56.

• Расчёт скоростей U, w и C, развиваемого напора H и подачи Q,
проводится на основе уравнений Эйлера и неразрывности
потока.
• Окружные скорости на расчётном диаметре рабочей решётки
принимаются порядка 80…100 м/с, это гораздо больше, чем у
центробежных вентиляторов.
• Регулирование подачи может осуществляться изменением
частоты вращения (реже), или изменением положения
лопаток направляющего аппарата (их поворотом), или
одновременным поворотом лопаток и направляющего
аппарата, и рабочего колеса.

57.

• Как и центробежные вентиляторы, осевые выпускаются
отдельными геометрически подобными сериями, где все
размеры задаются в долях от диаметра рабочего колеса D.
• Заводы выпускают осевые вентиляторы с D = 300…2000 мм и
с подачей Q до 130 м3/с при p = 30…1000 Па.
• Для подбора осевых вентиляторов используются обычно
безразмерные характеристики, обобщающие результаты
испытаний подобных вентиляторов. Такие характеристики
имеют седловидную форму.

58.

• О некоторых конструктивных
особенностях
осевых
вентиляторов поговорим, знакомясь с конструкцией машины
К-06.
• Это двухступенчатый вентилятор с повышенным отношением
давлений λ = 1,2.
Разрез двухступенчатого осевого вентилятора К-06

59.

• На вал, вращающийся на роликовых опорно-упорных
подшипниках, насажено два сварных рабочих колеса
с рабочими лопатками.
• Справа
над
валом
насажен
неподвижный,
соединённый с корпусом достаточно длинный кок.
• Литой, составленный из трёх частей корпус образует
справа входной конфузор направляющего аппарата, в
конце которого установлены (как и перед второй
степенью) поворотные направляющие лопатки с
механическим рычажным приводом.

60.

• Слева, за вторым рабочим колесом в виде
специальной
литой
проставки
установлен
спрямляющий аппарат с неподвижными литыми
лопатками.
• Для исключения значительных завихрений при
протекании потока в зоне между рабочими колёсами
наварена цилиндрическая обечайка, вращающаяся
вместе с валом.

61.

Конструкционные
особенности
осевого
вентилятора
определяются его аэродинамической схемой, где все основные
размеры даются в долях наружного диаметра рабочего колеса D.
Схема осевого вентилятора:
1 – коллектор; 2 – входной направляющий аппарат; 3 – рабочее
колесо; 4 – выходной направляющий аппарат; 5 – обечайка; 6 обтекатель

62.

Аэродинамическая схема
осевого вентилятора серии В:
D – наружный диаметр
рабочего
колеса;
dвт
–
внутренний диаметр рабочего
колеса; СА– спрямляющий
аппарат; К – рабочее колесо; r
– радиус сопряжения и радиус
наружной
поверхности
обтекателя
• В конструкциях осевых вентиляторов с одним или
несколькими рабочими колесами, как и в конструкциях осевых
компрессоров,
применяются
устройства,
улучшающие
аэродинамику потока и повышающие КПД: обтекатели,
направляющие и спрямляющие аппараты.

63.

В прямоточном радиальном вентиляторе перемещаемая среда
вначале также движется в осевом направлении и поступает во
вращающееся рабочее колесо, где под действием центробежной
силы проходит в радиальном направлении в межлопаточном
пространстве и выходит в осевом направлении по кольцу через
радиальный лопастной диффузор, стенки которого имеют
криволинейную
форму,
а
лопатки
установлены
на
осесимметричном коленообразном участке диффузора.
Схема прямоточного вентилятора:
1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 –диффузор

64.

• В диффузоре часть динамического давления преобразуется в
статическое.
КПД вентилятора достигает 70%.
• Одним из преимуществ вентиляторов такого типа является
возможность размещения электродвигателя внутри кожуха, что
приводит к улучшению шумовых характеристик установки.
Изготовление таких вентиляторов несколько сложнее, чем
обычных.
Схема прямоточного вентилятора:
1 – корпус; 2 – рабочее колесо; 3 –диффузор

65. 7. Устойчивость режимов работы на сеть. Помпаж

66.

• Изменение характеристики
изменяет
режим
работы
компрессора.
сети существенно
вентилятора
или
• Характеристика сети может достаточно резко
измениться
в
силу
каких-либо
случайных
воздействий на систему. Например, при экстренной
остановке оборудования, появления трещины в
трубопроводе и т.п.
• В результате расход газа в сети резко изменяется, в то
время как даже при наличии системы регулирования
характеристика компрессора остаётся какое-то время
неизменной.

67.

• Такие же случайные изменения возможны и со
стороны компрессора: случайное изменение
скорости вращения вала, срыв потока в
лопаточном аппарате, резонансные колебания
давления и др.
• Это приводит к самопроизвольным процессам,
направленным или на восстановление предыдущего
режима (устойчивые режимы), или наоборот,
постоянно уводящим систему от начального
режима.
• Последние случаи называют неустойчивыми
режимами.

68.

• Разберемся, как это происходит.
• Рассмотрим характеристики сети и вентилятора (или другой
турбомашины) при возможных различных ситуациях,
приведённые на рис. 6.11.
Рис. 6.11. Устойчивость работы вентилятора:
1 – обобщённая характеристика вентилятора; 2 – характеристики
сети

69.

• Пусть первоначальное состояние определяется пересечением
этой характеристики с характеристикой сети в точке А,
соответствующей расходу G (Q).
• Если в силу каких-либо причин расход увеличится на δG (δQ),
то сопротивление сети увеличится на δH . При неизменной
скорости вращения ротора машины при увеличении расхода
приведёт к снижению его напора (см. точки, выделенные в
окрестностях точки А).
• При таком разбалансе по давлениям газ из сети пойдёт в
сторону турбомашины, давление в сети будет уменьшаться, а в
выходном патрубке машины – увеличиваться.
• В результате через небольшой промежуток времени режим
вернётся в первоначальную точку А.

70.

• Совсем другая ситуация возникает, когда система имеет
характеристику, пересекающую левую ветвь характеристики
турбомашины, например, в точке Г.
• Случайное увеличение расхода в сети вызовет увеличение
скорости в ней, а значит и гидравлического сопротивления
сети.
• При этом, и это видно по характеристике 1, увеличится и
напор, развиваемый турбомашиной.
• Причём рост этого напора будет большим, чем увеличение его
в сети. Такое соотношение напоров приведёт к увеличению
подачи газа в сеть, увеличению давления и расхода в ней, и
режим работы вентилятора никогда уже не вернётся к
первоначальному.

71.

• Такое увеличение может продолжаться до тех пор, пока
давление и расход не достигнут точки Б, где режим может
быть устойчивым.
• Неустойчивый режим может быть и таким, при котором
устойчивая работа вообще невозможна, например, в точке В.
• Аналогичные рассуждения приводят к заключению, что при
случайном уменьшении расхода в точке Г подача газа в
систему вообще может прекратиться.

72.

• На основании приведённых рассуждений можно сделать
вывод, что устойчивые режимы возможны только на такой
ветви характеристики турбомашины, где
dHˆ
0.
dGˆ
• Неустойчивые режимы системы ведут к возникновению
колебаний давления и расхода в системе.
• Гидравлическая сеть, как и любая реальная система, имея
определённый объём и сопротивление, обладает некоторой
собственной частотой колебаний.

73.

• Когда вынужденные колебания в сети приближаются
по частоте к этой собственной, то возникает явление
резонанса,
способное
вызвать
серьёзные
механические разрушения в системе и турбомашине.
• Помпаж
(так
называют
эти
колебания)
недопустим, поэтому на реальных характеристиках
турбомашин выделяется область помпажа, в которой
работа машины недопустима.
• Сформулированное выше условие как раз и
описывает границу помпажа.

74.

• С увеличением ёмкости системы частота помпажных
колебаний уменьшается, а амплитуда может возрастать.
• Высокочастотные колебания более опасны (быстрее наступает
усталостное разрушение материалов), то увеличение объёма
путём установки ресивера, как в компрессорных установках с
поршневыми компрессорами, иногда применяется и в
установках с турбомашинами.
• Для предотвращения разрушений при повышении давления на
неустойчивых
режимах
в
системе
устанавливают
предохранительный клапан, который при необходимости
выпускает газ из системы в атмосферу до тех пор, пока
давление не упадёт до нормы.

75.

• Характеристики турбомашин показывают, что помпаж
может возникать только при малых подачах компрессора.
• Для предотвращения помпажа на режимах, близких к
неустойчивым, устанавливают антипомпажные системы
регулирования.
Рис. 6.12. Схема антипомпажного регулирования

76.

• Для нормальной работы компрессора его рабочую точку
выбирают несколько правее, чем граница помпажа, при подаче
Gдоп.
Чтобы обеспечить лежащий за границей помпажа расход в
системе Gсис, с помощью дроссельного вентиля и
трубопроводов часть газа ΔG возвращают на вход
компрессора.
• Делают это с помощью специального регулятора, который при
повышения давления в сети воздействует на сервомотор,
который приподнимает дроссельный клапан, увеличивая
переток газа во входной канал и уменьшая тем самым подачу
газа в сеть. При уменьшении давления в сети всё происходит
наоборот.

77.

• Указанная схема позволяет работать турбомашине на режиме,
не выходящем за границу помпажа (при G ≥ Gдоп), обеспечивая
подачу в сеть гораздо меньшего количества газа Gсис (см. рис.
6.12).
• Такое регулирование приводит к дополнительным потерям и
снижает общую эффективность установки.
• При проектировании компрессорных или вентиляционных
систем правильному подбору турбомашины следует уделять
особое внимание, как можно точнее рассчитывая
гидравлические сопротивления всех участков сети и расходы
газа на этих участках.

78.

• Отметим, что вопросы недопущения и борьбы с
газодинамическими колебаниями в системах с
нагнетателями в теоретическом плане решаются
весьма сложно и во многих случаях решаются при
специальных доводочных регулировках системы, в
большей мере ориентированных только на общие
качественные закономерности. Чаще всего такие
задачи встают перед инженерами при изменении
общей схемы системы в результате добавления новых
потребителей,
замены
или
удаления
ранее
запроектированного оборудования.