 |
Работа вентиляторов на сеть.
|
|
|
|
3.1 Полное давление вентилятора, работающего в сети.
Рассмотрим случай, когда вентилятор засасывает воздух из резервуара большого объема так, что статическое давление в нем р 
можно считать все время постоянным. Вентилятор перемещает воздух по всасывающему участку и через нагнетательный участок выбрасывает его в другой резервуар, давление в котором Р 
также не изменяются, причем р 
р (рис. 5).
Полное давление р, развиваемое вентилятором при работе в данной сети, можно определить по следующему выражению:
р= р 
- р 
= (р - р ) + (Δр 
+ Δр 
) + р 
, (3.1)
где: Δр и Δр - потери давления на всасывающем и нагнетательном участках сети;
р = 
- динамическое давление воздуха на выходе из нагнетательного участка сети;
В обычных вентиляционных системах, где давления в объемах всасывания и нагнетания одинаковы и соответствуют барометрическому, уравнение (3.1) упрощается:
Р = (Δр + Δр ) + Р , (3.2)
Фактические подача, давление, потребляемая мощность и КПД вентилятора, работающего в сети, соответствуют точке пересечения кривой полного давления вентилятора с характеристикой этой сети; эту точку принято называть рабочей точкой; точки А, В, С, Д (рис. 6)
Потеря давления в воздуховодах простой вентиляционной сети определяется уравнением:
= 
, (3.3)
где: 
- коэффициент трения в воздуховоде;
l, d – длина и диаметр воздуховода;
- плотность воздуха;
- суммарный коэффициент потерь в местных сопротивлениях;
- скорость движения воздуха;
Уравнение (3.3) обычно выражается через расход воздуха L и коэффициент k, характеризующий гидравлическое сопротивление сети:
= kL 
(3.4)
Уравнение (3.4) называется характеристикой сети. График сети строится по точкам в том же масштабе, что и характеристика вентилятора. При наложении этих графиков, по рабочей точке определяются параметры вентилятора.
|
|
|
3.2 Расчет простейшей вентиляционной сети.
Пример: Дана вентиляционная сеть (вариант «2», рис. 9) с расходом
L = 9300 м 
/ч = 
= 2,58 м /с (с открытой дроссельной заслонкой).
Определить диаметры воздуховодов, № вентилятора Ц4-76, частоту вращения рабочего колеса при оптимальном режиме работы вентилятора.
Построить эпюры давлений по длине воздуховодов при полностью открытой и частично закрытой заслонке, считая давление на входе в сеть и на выходе из сети равным барометрическому давлению.
Решение:
1) Для расчета диаметров воздуховодов зададимся скоростью воздуха для всасывающего участка 
= 12-15 м/с; для нагнетательного 
= 15-20 м/с. Пусть = 14 м/с;
=18 м/с, тогда d = 
м; d 
м.
Принимаем d =500мм, d 450мм. значения диаметров из нормального ряда диаметров труб для воздуховодов:
d =100;110;125;140;160;180;200;225;250;280;315;355;400;450;500;560;630;710;
800; 1000... [мм]
2) Вычисляем фактическую скорость в воздуховодах:
м/с
м/с.
3) Определяем уравнение характеристики сети, вида:
= kL , где -полное сопротивление сети
Определяем потерю давления на участках:
= 
Па – потеря давления на всасывающем участке при открытой заслонке(сопротивление трения);
= 
Па – динамическое давление во всасывающем участке;
= 
Па - динамическое давление в нагнетательном участке;
= 
Па – сопротивление трения в нагнетательной трубе;
Сопротивление диффузора на выходе вентилятора:
Па,
где 
м/с – скорость на выходе вентилятора.
Полное сопротивление сети:
Δр 
= Δр 
+ Δр 
+ Δр 
+ р 
= 167 + 446 + 60 + 157 = 830 Па.
Определить коэффициент К:
k = 
=124.7
Запишем уравнение характеристики сети: Δр = 124,7 L
4) Построение графика характеристики сети по точкам, которые получаем расчетом(результаты в таблицу 6).
|
|
|
Таблица 6
| L, м /с
| 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,58 | 3,0 | |
| Δр = 124,7 L ,Па
|
На рис. 7 показан график сети, построенный по данным таблицы 6.
т.А - рабочая точка вентилятора при открытой заслонке;
т.Б – при частично закрытой заслонке.
5) Для заданного режима (Δр = 830 Па; L= 2,58 м /с) рассчитываем диаметр вентилятора Ц4-76 на оптимальном режиме 
= 0.82, 
(при мах КПД)
D 
м
Нормальный ряд диаметров рабочего колеса вентилятора [м]: 0,2;0,25;0,32;0,4;0,5;0,63;0,8;1,0;1,25;1,6;……
Ближайший диаметр из нормального ряда №6,3 D=0,63 м.
6)Определяем частоту вращения n:
n = 
;
угловая скорость 
окружная скорость u= 
м/с.
7) Используя формулы (2.1), (2.2) и таблицу 2 рассчитываем характеристику вентилятора (таблица 7) и строим ее на рис.7.
Таблица 7
| 0,14 | 0,175 | 0,22 | 0,27 | 0,29 |
|
| 0,93 | 0,91 | 0,82 | 0,67 | 0,60 |
| L=12.75 , м /с
| 1,78 | 2,23 | 2,8 | 3,4 | 3,7 |
| р =1007 , Па
|
Пересечение характеристик сети и вентилятора D = 0,63 м при n = 1300 
дает рабочую точку А с параметрами L 
= 2,63 м /с, р = 860 Па (см. рис.7). Эти данные (с запасом) отличаются от заданных на величину менее 2 %, поэтому можно не пересчитывать частоту вращения вентилятора. При необходимости пересчет ведется по формулам (2.7), (2.8).
8) Построение эпюр давлений по длине воздуховодов.
Для построения эпюр необходимо знать давления в характерных сечениях. В нашем случае, когда дроссель полностью открыт имеем:
Δр = 167 Па – потеря давления на всасывающем участке;
Δр =446 Па - потеря давления на нагнетательном участке;
Δр = 60 Па - потеря давления в диффузоре;
р 
= 104 Па и р = 157 Па – динамические давления;
р 
= 
= 240 Па – динамическое давление на выходе вентилятора.
На рис. 8 показаны эпюры давлений для двух случаев:
а) заслонка открыта L = L 
б)заслонка частично закрыта L 
= 0,5L , расход в сети равен 50% максимального.
Для построения эпюр проводят линию 0 – 0, обозначающую атмосферное давление. Вверх откладывают избыточные давления (+), вниз – давления разрежения (-). Масштаб давлений выбирают в соответствии с максимальным, например, m 
.
Используются заданные граничные условия: давление на входе в сеть и на выходе из сети принято равным атмосферному. Это означает: на входе полное давление равно нулю, а на выходе статическое давление равно нулю. Поэтому во всасывающей трубе возникает разрежение, а в нагнетательной трубе избыточное давление. На выходе из сети динамическое давление р теряется. В сечении вентилятора происходит скачок давления, равный полному давлению вентилятора р = 830 Па.
|
|
|
При частично закрытой заслонке рабочую точку В получаем на характеристике вентилятора при расходе L = 0,5L = 0,5*2,63 = 1,31 м /с (см. рис. 7)
Давление р = 930 Па получаем из графика (см. рис.7).
При дросселировании вентилятора расчет эпюры можно упростить; так как L = 0,5L , то скорости в сети уменьшаются в 2 раза, а давления в 4 раза. Поэтому все давления в сечениях уменьшаем в 4 раза. Потерю давления в дроссельной заслонке определяем таким образом. Вначале строим эпюру на всасывающем участке, затем на нагнетательном, начиная с конца сети (на выходе воздуха). Давление вентилятора р = 930 Па определяет перепад давления на заслонке Δр 
:
= р - 0,25(Δр + Δр + Δр + р ) = 930 - 0,25(167 + 446 + 60 + 157) = =930 - 207,5 = 722,5 Па.
3.3 Контрольное задание 2.
Определить диаметры воздуховодов, рассчитать и построить характеристику простой вентиляционной сети с вентилятором Ц4-76; определить № вентилятора и построить эпюры давлений по длине воздуховодов при полностью открытой и частично закрытой заслонке, считая давление на входе в сеть и на выходе из сети равным барометрическому. Варианты задания 2 приведены в таблице 8 и на рис. 9.
Варианты задания 2.
Таблица 8.
| № варианта | Расход воздуха L, м /ч
| Вентиляционная сеть | № варианта | Расход воздуха L, м /ч
| Вентиляционная сеть |
| 6.000 5.800 7.500 11.000 15.000 7.000 12.000 11.500 8.000 5.500 6.200 13.000 7.400 6.200 4.250 | а) б) г) в) д) а) б) г) д) г) в) б) а) д) г) | 7.200 6.400 6.700 8.250 5.400 5.800 9.200 7.600 14.000 11.500 6.900 8.100 5.150 12.400 7.250 | г) а) б) д) в) г) д) а) б) г) в) в) г) д) б) |
Рис.9 Варианты вентиляционной сети. Дано: l1=20м; l2=32м; λ=0,04; ξдиф=0,25.
4. Работа насосов на сеть
4.1 Общие сведения
По характеру силового воздействия насосы делятся на лопастные (динамические) и объёмные. Центробежные насосы относятся к лопастным, а поршневые насосы к объёмным.
|
|
|
Объёмная подача насоса Q (м3/с) – это объём жидкости, подаваемый насосом в единицу времени. Используются также понятия массовой подачи (кг/с) и весовой подачи.
Полным напором насоса Н называется количество энергии, сообщаемое насосом 1 килограмму перекачиваемой жидкости:
, (4.1)
где:
Н – напор насоса, м;
- давление в напорном и всасывающем патрубках насоса, Па;
- высота манометра относительно его присоединения к трубопроводу, м;
- расстояние по вертикали между точками установки мано-
метра и вакуумметра, м;
- скорости в нагнетательном и всасывающем патрубках, м/с;
- массовая плотность жидкости перекачиваемой насосом, кг/м3;
g – ускорение свободного падения, м/с2;
Давление насоса p определяется зависимостью:
, Па (4.2)
Полезная мощность насоса:
, Вт (4.3)
Мощность, потребляемая насосом:
, Вт (4.4)
Полный КПД 
для центробежных насосов 0,7¸0,88.
Кавитационный запас (∆hкав) – это превышение полного напора жидкости во всасывающем патрубке насоса над напором, создаваемым давлением
Pнп насыщенных паров этой жидкости:
, (4.5)
Кавитация (вскипание жидкости в насосе) недопустима, т.к. приводит к нарушению работы насоса и к аварии.
Характеристика лопастного (центробежного, осевого) насоса – графическая зависимость напора Н, мощности N и КПД от подачи Q при постоянных значениях частоты вращения, плотности, вязкости жидкости на входе в насос.
Характеристика сети представляющая собой зависимость потребного напора от расхода, строится по точкам по уравнению:
, (4.6)
где:
- разность уровней жидкости в расходном и напорном резервуарах;
- избыточное давление в напорном резервуаре;
k – коэффициент, характеризующий гидравлические сопротивления сети;
Q- расход жидкости в сети.
|
|
|
