Комкин А.И.Расчет систем механической вентиляции (А.И. Комкин, В.С. Спиридонов Расчет систем механической вентиляции), страница 20

Определенную таким образом безразмернуювеличину называют коэффициентом расходаL=L.Fк uк(8.4)Аналогичным образом определяют безразмерный коэффициентдавленияpp= 2(8.5)ρuки коэффициент полезной мощностиN п = pL =NпρFк uк3.(8.6)Если по аналогии с (8.6) определить коэффициент потребляемоймощности N и КПД η = Nп / N , то очевидно, что(8.7)η = η.Следует отметить, что для безразмерных коэффициентов L иp в литературе часто используют обозначения Q и H . Кроме того, для определения безразмерного коэффициента давления нарядус (8.5) используется также формулаψ=2pρuк2.(8.8)При этом величинам L , p и N ставятся в соответствие величины φ, ψ и λ, где φ = L , ψ = 2p и λ = 2N .129Заметим, что полученные безразмерные коэффициенты зависяттолько от конструкции вентилятора и для данного типа вентилятора будут величинами постоянными, не зависящими ни от его линейных размеров, ни от режима работы (частоты вращения).Используя это свойство безразмерных коэффициентов и описывающие их формулы (8.4) – (8.6), получим для однотипных вентиляторов зависимости параметров L, p и N от частоты вращениярабочего колеса и его диаметра.

Если параметры одного из однотипных вентиляторов отметить штрихом, а параметры второго –двумя штрихами, то будем иметь следующие соотношения пропорциональности (уравнения подобия):L ′ L ′′ = ( D ′ D ′′ )3 n ′ / n ′′;(8.9)p ′ p ′′ = ( D ′ D ′′ )2 ( n ′ n ′′ ) ρ ′ ρ ′′;(8.10)N ′ N ′′ = ( D ′ D ′′ )5 (n ′ n ′′ )3 ρ′ ρ′′ .(8.11)2Исключив из формул (8.9) и (8.10) сначала отношение диаметров, для чего возводим обе части (8.10) в степень 3/2, а затем отношение частот вращения, возведением обеих частей (8.9) в квадрат, получим следующие соотношения:n′D′( L ′ )1/ 2( p ′ ρ ′ )3/ 4( p ′ ρ ′)1/ 4( L ′ )1/ 2= n ′′( L ′′ )1/ 2( p ′′ ρ ′′ )3/ 4= D ′′( p ′′ ρ ′′ )1/ 4( L ′′ )1/ 2;(8.12).(8.13)Левые и правые части уравнений (8.12), (8.13) являются безразмерными и для каждого типа вентиляторов постоянными величинами, не зависящими от их режима работы.

На этом основаниидля оценки эксплуатационных свойств вентиляторов в качествебезразмерных параметров помимо рассмотренных выше вводят врассмотрение также удельную частоту вращения nуд и удельныйдиаметр Dуд вентилятора, определяемые формулами130nуд =Dуд =L1/ 2( p ρ)3/ 4( p ρ)1/ 4L1/ 2n;(8.14)D.(8.15)Формулы (8.14), (8.15) позволяют выявить физический смыслэтих безразмерных параметров. Удельная частота вращения nудчисленно равна частоте вращения, а удельный диаметр Dуд – диаметру вентилятора данного типа, который при производительно3сти L = 1 м /с обеспечивает давление, численно равное плотностиперемещаемого газа.Можно получить связь этих величин с безразмерными коэффициентами расхода L и давления p.

Выразив в (8.14) и (8.15) производительность и давление вентилятора через соответствующиебезразмерные коэффициенты, используя с этой целью формулы(8.4) и (8.5), получим30 L 1/ 2L1/ 2nуд = 1/2 3/ 4 = 16,93 3/ 4 ;π pp(8.7)2 p 1/ 4p 1/ 4Dуд = 1/2 1/ 2 = 1,13 1/ 2 .Lπ L(8.8)На практике большее распространение получили не безразмерные параметры nуд и Dуд, а их размерные аналоги. Исторически вкачестве таковых приняты коэффициент быстроходности (быстроходность) nу и коэффициент габаритности (габаритность) Dу,определяемые соотношениямиL1/ 2nу = 3/ 4 n;p(8.18)p1/ 4Dу = 1/ 2 D.L(8.19)131При этом важно иметь в виду, что при вычислениях по формулам (8.18), (8.19) входящее в них параметры n, L и D имеют уста–13новленные выше размерности (соответственно мин , м /с, м), а2давление вентилятора p должно иметь размерность кгс/м .Заметим, что быстроходность nу численно равна частоте вращения, а габаритность Dу – диаметру вентилятора данного типа,3который при производительности L = 1 м /с обеспечивает давле2ние p = 1 кгс/м .Для того чтобы при вычислении коэффициентов nу и Dу можнобыло использовать значения давления, выраженные в паскалях,–12следует, учитывая соотношение 1 Па = 9,81 кгс/м , представитьформулы (8.18), (8.19) в видеL1/ 2nу = 5,54 3/ 4 n;p(8.20)p1/ 4Dу = 0,565 1/ 2 D.L(8.21)Параметры nу и Dу можно выразить также через коэффициенты расхода L и давления p.

Для этого используем формулы (8.4),3(8.5), принимая в них плотность среды ρ = 1,2 кг/м . В результатеполучимL 1/ 2nу = 81,8 3/ 4 ;p(8.22)p 1/ 4Dу = 0,67 1/ 2 .L(8.23)Коэффициенты быстроходности nу и габаритности Dу целесообразно использовать для сравнительного анализа вентиляторовразличных типов, классификации вентиляторов по их аэродинамическим схемам и выбора оптимального типа вентилятора, обеспечивающего заданные значения производительности и давления.132Значения параметров быстроходности и габаритности зависятот режима работы вентилятора. Так, с увеличением производительности nу возрастает, а Dу уменьшается. В принципе, эти величины могут изменяться от нуля до бесконечности.

Однако каждому типу вентилятора соответствует определенный рабочий диапазон, в котором могут изменяться давление и производительность,и этому рабочему диапазону соответствует некоторый диапазонзначений быстроходности и габаритности. За характерные принятосчитать быстроходность и габаритность при номинальном режимеработы вентилятора, соответствующие максимальному КПД. Этипараметры характеризуют тип вентилятора.Быстроходность nу используют для классификации вентиляторов, ее значение входит в их маркировку.

Здесь следует иметь ввиду, что предприятия, выпускающие вентиляторы, как правило,изготавливают ряд однотипных, геометрически подобных вентиляторов (серию), в котором вентиляторы отличаются лишь абсолютными размерами. Размер вентилятора определяется его номером, численно равным диаметру рабочего колеса в дециметрах.При этом номера вентиляторов изменяются в диапазоне 1…20 иопределяются по аналогии с диаметрами воздуховодов размернымрядом Ra 20: 1; 1,12; 1,25 и т.

д.В зависимости от значения окружной скорости u рабочего колеса радиальные вентиляторы делят на два класса: первого класса –имеющие загнутые вперед лопатки при окружных скоростях u ≤≤ 30 м/с, а также загнутые назад лопатки при u ≤ 50 м/с; второгокласса – имеющие загнутые вперед лопатки при u > 30 м/с, а такжезагнутые назад лопатки при u > 50 м/с.В соответствии с ГОСТ 5976–90 обозначение радиального вентилятора должно содержать: 1) букву В − вентилятор; 2) букву P −радиальный; 3) стократное значение коэффициента полного давления на режиме максимального КПД, округленную до целого числа;4) через дефис значение быстроходности на режиме максимального КПД, округленную до целого числа; 5) через дефисномер вентилятора, через запятую класс вентилятора.

Например,радиальный вентилятор с коэффициентом полного давления p == 0,875, быстроходностью nу = 71,5 четвертого номера и первогокласса имеет обозначение ВР 88-72-4,1.133Такая система обозначения удобна тем, что позволяет по названию определить аэродинамические и геометрические параметры вентиляторов.Заметим, что до сих пор распространены и старые обозначениявентиляторов, согласно которым тип вентилятора обозначался буквами Ц (центробежный) или ВЦ, а также использовалось пятикратное значение коэффициента полного давления.Такую же систему обозначений применяют и для осевых вентиляторов.

Так осевой вентилятор с p = 0,12, nу = 300 и номером4 имеет обозначение ВО-12-300-4.По быстроходности, так же как и по давлению, центробежныевентиляторы делят на три класса: малой (nу < 30), средней (nу == 30…60) и большой (nу > 60) быстроходности. Осевые вентиляторы имеют быстроходность nу = 80…400. Значения габаритностидля вентиляторов находятся в диапазоне Dу = 0,8…6,0.Заметим, что, с одной стороны, согласно (8.20), увеличениепроизводительности приводит к возрастанию быстроходности. Сдругой стороны, для повышения производительности необходимоувеличение ширины рабочего колеса. Поэтому с увеличением быстроходности размеры вентилятора в осевом направлении должныувеличиваться. В соответствии с (8.22) габаритность вентиляторапропорциональна диаметру рабочего колеса. Следовательно,меньшие размеры (а значит, массу и стоимость) имеет вентиляторс меньшей габаритностью.8.3. Характеристики вентиляторовХарактеристикой вентилятора называется графическая зависимость его основных рабочих параметров – давления p, мощностиN, и КПД η от производительности при постоянной частоте вращения рабочего колеса.На полной характеристике вентилятора на одном графике всоответствующих масштабах строятся зависимости p = f1(L), N == f2(L), η = f3(L).

Однако, несмотря на наглядность, пользоватьсяполными характеристиками не совсем удобно, так как каждая такая характеристика соответствует только одной частоте вращениярабочего колеса. Поэтому на практике преимущественно исполь134зуют универсальные характеристики, которые разделяют на индивидуальные и общие.Индивидуальные характеристики вентиляторов. Представляют собой графические зависимости p = f (L), построенные дляодного типоразмера вентиляторов при различных частотах вращения рабочего колеса (рис. 8.9).Рис.

8.9. Аэродинамическая характеристика вентилятора Ц4-70-6,3На график наносят три группы кривых: одна группа соответствует числам оборотов рабочего колеса n = const, вторая – значениям КПД вентилятора η = const и третья – значениям мощности N= const. Характеристики вентилятора получают по результатам егостендовых испытаний. Отметим, что если известны характеристики вентилятора для одной частоты вращения колеса, то с помощьюприведенных выше формул (8.9)–(8.11) их можно пересчитать надругие частоты вращения или другой диаметр рабочего колеса.Графики построены в логарифмическом масштабе, поэтому наних отсутствуют нулевые значения давления и расхода, а линии135КПД являются прямыми.

Верхние линии на графиках соответствуют, как правило, режиму с предельно допустимой (по соображениям прочности или уровню шума) частотой вращения колеса.Нижние кривые строятся для наименьших давлений, при которыхиспользование данного вентилятора еще целесообразно. Индивидуальные характеристики некоторых вентиляторов приведены вприложении 4.Общие характеристики вентиляторов. Такие характеристикистроят для всей серии вентиляторов, относящихся к данному типу.Используют несколько типов общих характеристик.Обезличенные характеристики.