Все аппараты, независимо от назначения, предназначены для создания потока воздуха (чистого или содержащего примеси других газов или мелкие однородные частицы) разного давления. Оборудование подразделяется на классы по созданию низкого, среднего и высокого давления.

Агрегаты называются центробежными (а также радиальными) из-за способа создания воздушного потока вращением радиального рабочего колеса лопаточного типа (форма барабана или цилиндра) внутри спиральной камеры. Профиль лопатки может быть прямым, изогнутым, «профилем крыла». В зависимости от скорости вращения, типа и количества лопаток давление воздушного потока может варьироваться от 0,1 до 12 кПа. Вращение в одну сторону удаляет газовые смеси, в противоположную — нагнетает чистый воздух в помещение. Изменить вращение можно с помощью перекидного переключателя, меняющего фазы тока местами на клеммах электрического двигателя.

Корпус оборудования общего назначения для работы в неагрессивных газовых смесях (воздух чистый или задымленный, содержание частиц менее 0,1 г/м3) изготавливается из листовой углеродистой или оцинкованной стали различной толщины. Для более агрессивных газовых смесей (присутствуют активные газы или испарения кислот и щелочей) используются коррозионно-устойчивые (нержавеющие) стали. Такое оборудование может работать при температуре среды до 200 градусов тепла. В изготовлении взрывозащищенного варианта для работы в опасных условиях (горное оборудование, большое содержание взрывоопасной пыли) применяются более пластичные металлы (медь) и алюминиевые сплавы. Оборудование для взрывоопасных условий отличается повышенной массивностью и при работе исключает искрение (главную причину взрывов пыли и газов).

Барабан (рабочее колесо) с лопатками изготавливается из сортов стали, не подверженных коррозии и достаточно пластичных, чтобы выдержать длительные вибрационные нагрузки. Форма и количество лопаток проектируются из расчета аэродинамических нагрузок при определенной скорости вращения. Большое количество лопаток, прямых или слегка изогнутых, вращающихся с большой скоростью, создают более устойчивый воздушный поток и издают меньше шума. Но давление воздушного потока все же ниже, чем у барабана, на котором установлены лопатки с аэродинамическим «профилем крыла».

«Улитка» относится к оборудованию с повышенной вибрацией, причины которой именно в низком уровне сбалансированности вращающегося рабочего колеса. Вибрация вызывает два следствия: повышенный уровень шума и разрушение основания, на котором установлен агрегат. Снизить уровень вибрации помогают амортизационные пружины, которые вставляются между основанием корпуса и местом установки. При монтаже некоторых моделей вместо пружин используются резиновые подушки.

Вентиляционные агрегаты — «улитка» комплектуются электродвигателями, которые могут быть снабжены взрывобезопасными корпусами и крышками, улучшенной окраской для работы в агрессивных газовых средах. В основном это асинхронные двигатели с определенной частотой вращения. Электродвигатели рассчитаны на работу от однофазной сети (220 В) или трехфазной (380 В). (Мощность однофазных электродвигателей не превышает 5 — 6 кВт). В исключительных случаях может быть установлен двигатель с управляемой скоростью вращения и тиристорным управлением.

Существуют три способа соединения электродвигателя с валом барабана:

Прямое соединение. Валы соединены с помощью шпоночной втулки. «Конструктивная схема №1».
Через редуктор. Редуктор может иметь несколько передач. «Конструктивная схема №3».
Ременно — шкивная передача. Скорость вращения может меняться если поменять шкивы. «Конструктивная схема №5».

Наиболее безопасным соединением для электродвигателя в случае внезапного заклинивания является ременно — шкивное (если вал рабочего колеса внезапно и резко остановится, повредятся ремни).

Кожух изготавливается в 8 положениях выходного отверстия относительно вертикали, от 0 до 315 через 45 градусов. Это позволяет облегчить крепление агрегата к воздуховоду. Для исключения передачи вибрации фланцы воздуховода и корпуса агрегата соединяются через рукав из толстого прорезиненного брезента или синтетической ткани.

Оборудование окрашивается прочными порошковыми красками с повышенной ударопрочностью.

Пылевой вентилятор «улитка»

Вентиляторы пылевые предназначены для жестких условий работы, их предназначение — удалять с места работы воздух с достаточно крупными частицами (галечник, труха, мелкая металлическая стружка, деревянная стружка, щепа). Рабочее колесо несет 5 или 6 лопаток, изготовленных из толстой углеродистой стали. Агрегаты предназначены для работы в вытяжках со станков. Популярны модели ВЦП 7-40. Выполняются по К.с. №5.

Создают давление от 970 до 4000 Па, их можно отнести к классу «среднее и высокое давление». Номера рабочих колес — 5, 6,3 и 8. Мощность Дв — от 5,5 до 45 кВт.

Прочие

Существуют устройства особого класса — для поддува в твердотопливных котлах. Производятся в Польше. Специализированное оборудование для отопительных систем (частных).

Корпус — «улитка» отлит из алюминиевого сплава. Специальная заслонка с системой грузиков исключает попадание воздуха в топку, когда мотор отключен. Устанавливаться может в любом положении. Небольшой двигатель с датчиком температуры, 0,8 кВт. В продаже модели WPA-117k,WPA-120k, различающиеся размерами основания.

Комментариев:

После того как сеть воздуховодов спроектирована и просчитана, наступает время подобрать под эту систему вентиляционную установку для подачи и обработки воздуха. Сердцем вентиляционной системы является вентилятор, приводящий в движение воздушные массы и призванный обеспечить необходимый расход и давление в сети. В этом качестве часто выступает агрегат осевого типа. Чтобы необходимые параметры были выдержаны, вначале следует произвести расчет осевого вентилятора.

Осевой вентилятор используется в системах воздуховодов для перемещения больших масс воздуха.

Общее понятие о конструкции агрегата и его назначении

Осевой вентилятор — это лопастная воздуходувная машина, которая передает механическую энергию вращения лопастей рабочего колеса воздушному потоку в виде потенциальной и кинетической энергии, а он затрачивает эту энергию на преодоление всех сопротивлений в системе. Осью рабочего колеса данного типа является ось электродвигателя, она располагается по центру воздушного потока, а плоскость вращения лопастей перпендикулярна ему. Агрегат перемещает воздух вдоль своей оси за счет лопаток, повернутых под углом к плоскости вращения. Крыльчатка и электродвигатель закреплены на одном валу и постоянно находятся внутри воздушного потока. Такая конструкция имеет свои недостатки:

Агрегат не может перемещать воздушные массы с высокой температурой, которые могут повредить электродвигатель. Рекомендуемая максимальная температура — 100° C.
По той же причине не допускается применять этот тип агрегатов для перемещения агрессивных сред или газов. Перемещаемый воздух не должен содержать липких включений или длинных волокон.
В силу своей конструкции осевой вентилятор не может развивать высокое давление, поэтому непригоден к использованию для вентиляционных систем большой сложности и протяженности. Максимальное давление, которое может обеспечить современный агрегат осевого типа, находится в пределах 1000 Па. Однако, существуют специальные шахтные вентиляторы, конструкция привода которых позволяет развивать давление до 2000 Па, но тогда уменьшается максимальная производительность — до 18000 м³/ч.

Достоинства этих машин следующие:

вентилятор может обеспечить большой расход воздуха (до 65000 м³/ч);
электродвигатель, находясь в потоке, успешно охлаждается;
машина не занимает много места, имеет небольшой вес и может быть установлена прямо в канале, что снижает затраты при монтаже.

Все вентиляторы классифицируются по типоразмерам, указывающим на диаметр рабочего колеса машины. Данную классификацию можно увидеть в Таблице 1.

Таблица 1

Вернуться к оглавлению

Описание вычислений параметров воздуходувной машины

Расчет вентиляционного агрегата любого типа выполняется по индивидуальным аэродинамическим характеристикам, не является исключением и осевой вентилятор. Вот эти характеристики:

Объемный расход или производительность.
Коэффициент полезного действия.
Мощность, необходимая для привода агрегата.
Действительное давление, развиваемое агрегатом.

Производительность была определена ранее, когда выполнялся расчет самой вентиляционной системы. Вентилятор должен ее обеспечить, поэтому значение расхода воздуха остается неизменным для расчета. Если же температура воздушной среды в рабочей зоне отличается от температуры воздуха, проходящего через вентилятор, то производительность следует пересчитать по формуле:

L = Ln x (273 + t) / (273 + tr), где:

Ln — необходимая производительность, м³/ч;
t — температура воздуха, проходящего через вентилятор, °C;
tr — температура воздуха в рабочей зоне помещения, °C.

Вернуться к оглавлению

Определение мощности

После того как необходимое количество воздуха окончательно определено, нужно выяснить мощность, необходимую для создания расчетного давления при этом расходе. Расчет мощности на валу рабочего колеса производится по формуле:

NB (кВт) = (L x p) / 3600 x 102ɳв x ɳп, здесь:

L — производительность агрегата в м³ за 1 секунду;
p — необходимый напор вентилятора, Па;
ɳв — значение КПД, определяется по аэродинамической характеристике;
ɳп — значение КПД подшипников агрегата, принимается 0,95-0,98.

Значение установочной мощности электродвигателя отличается от мощности на валу, последняя учитывает только нагрузку в рабочем режиме. При пуске любого электродвигателя происходит скачок силы тока, следовательно, и мощности. Этот пусковой пик должен быть учтен при расчете, поэтому установочная мощность электродвигателя будет:

Ny = K NB, где K — коэффициент запаса на пусковой момент.

Значения коэффициентов запаса при различной мощности на валу отражены в Таблице 2.

Таблица 2

Если агрегат устанавливается в помещении, в котором температура воздуха может достигать по разным причинам +40° C, то параметр Ny следует увеличить на 10%, а при +50° C установочная мощность должна быть выше расчетной на 25%. Окончательно этот параметр электродвигателя принимают по каталогу завода-производителя, выбрав ближайшее большее значение к расчетному Ny с просчетом всех запасов. Как правило, воздуходувную машину устанавливают до теплообменника, который нагревает воздух для дальнейшей его подачи в помещения. Тогда электродвигатель будет запускаться и работать на холодном воздухе, что есть более экономично в плане расхода электроэнергии.

Воздуходувные машины разных типоразмеров могут быть укомплектованы электродвигателями различной мощности в зависимости от напора, который требуется получить. Каждая модель агрегата имеет свою аэродинамическую характеристику, которую завод-производитель отражает в своем каталоге в графическом виде. Коэффициент полезного действия — величина переменная для различных условий работы, окончательно ее можно будет выяснить по графической характеристике вентилятора, опираясь на величины производительности, расхода и установочной мощности, вычисленные ранее.

Основная задача расчета и подбора вентилятора — выполнить требования по перемещению необходимого количества воздуха с учетом сопротивления сети воздуховодов, при этом добиться максимального значения КПД агрегата.

Краткая характеристика центробежных вентиляторов

Центробежные вентиляторы относятся к категории нагнетателей, отличающихся наибольшим разнообразием конструктивных типов. Колеса вентиляторов могут иметь лопатки загнутые как вперед, так и назад относительно направления вращения колеса. Достаточно распространены вентиляторы с радиальными лопатками.

При проектировании следует учитывать, что вентиляторы с лопатками назад более экономичны и менее шумны.

КПД вентилятора растет с увеличением быстроходности и для колес конической формы с лопатками назад может достигать значения 0,9.

С учетом современных требований к энергосбережению при проектировании вентиляторных установок следует ориентироваться на конструкции вентиляторов, соответствующих отработанным аэродинамическим схемам Ц4-76, 0,55-40 и сходным с ними.

Компоновочные решения определяют КПД вентиляторной установки. При моноблочном исполнении (колесо на валу электропривода) КПД имеет максимальное значение. Использование в конструкции ходовой части (колесо на собственном валу в подшипниках) снижает КПД приблизительно на 2%. Клиноременная передача по сравнению с муфтой дополнительно снижает КПД еще минимум на 3%. Проектные решения зависят от давления вентиляторов и их быстроходности.

По развиваемому избыточному давлению воздушные вентиляторы общего назначения делятся на следующие группы:

1. вентиляторы высокого давления (до 1 кПа);

2. вентиляторы среднего давления (13 кПа);

3. вентиляторы низкого давления (312 кПа).

Некоторые специализированные вентиляторы высокого давления могут развивать давление до 20 кПа.

По быстроходности (удельному числу оборотов) вентиляторы общего назначения подразделяют на следующие категории:

1. быстроходные вентиляторы (11n s 30);

2. вентиляторы средней быстроходности (30n s 60);

3. быстроходные вентиляторы (60n s 80).

Конструктивные решения зависят от требуемой проектным заданием подачи. При больших подачах вентиляторы имеют колеса двустороннего всасывания.

Предлагаемый расчет относится к категории конструктивных и выполняется методом последовательных приближений.

Коэффициенты местных сопротивлений проточной части, коэффициенты изменения скорости и соотношения линейных размеров задаются в зависимости от проектного давления вентилятора с последующей проверкой. Критерием правильности выбора является соответствие расчетного давления вентилятора заданному значению.

Аэродинамический расчет центробежного вентилятора

Для расчета задаются:

1. Отношением диаметров рабочего колеса

2. Отношением диаметров рабочего колеса на выходе и на входе газа:

Меньшие значения выбираются для вентиляторов высокого давления.

3. Коэффициентами потерь напора:

а) на входе в рабочее колесо:

б) на лопатках рабочего колеса:

в) при повороте потока на рабочие лопатки:

г) в спиральном отводе (кожухе):

Меньшие значения вх, лоп, пов, к соответствуют вентиляторам низкого давления.

4. Выбираются коэффициенты изменения скорости:

а) в спиральном отводе (кожухе)

б) на входе в рабочее колесо

в) в рабочих каналах

5. Вычисляется коэффициент потерь напора, приведенный к скорости потока за рабочим колесом:

6. Из условия минимума потерь давления в вентиляторе определяется коэффициент Rв:

7. Находится угол потока на входе в рабочее колесо:

8. Вычисляется отношение скоростей

9. Определяется коэффициент теоретического напора из условия максимума гидравлического коэффициента полезного действия вентилятора:

10. Находится значение гидравлического к.п.д. вентилятора:

11. Определяется угол выхода потока из рабочего колеса, при оптимальном значении Г:

Град.

12. Необходимая окружная скорость колеса на выходе газа:

М/с.

где [кг/м 3 ] - плотность воздуха при условиях всасывания.

13. Определяется необходимое число оборотов рабочего колеса при наличии плавного входа газа в рабочее колесо

Об/мин.

Здесь 0 =0,91,0 - коэффициент заполнения сечения активным потоком. В первом приближении он может быть принят равным 1,0.

Рабочее число оборотов приводного двигателя принимается из ряда значений частот, характерных для электроприводов вентиляторов: 2900; 1450; 960; 725.

14. Наружный диаметр рабочего колеса:

15. Входной диаметр рабочего колеса:

Если действительное отношение диаметров рабочего колеса близко к принятому ранее, то уточнения в расчет не вносятся. Если значение получается больше 1м, то следует рассчитывать вентилятор с двухсторонним всасыванием. В этом случае в формулы следует подставлять половинную подачу 0,5Q .

Элементы треугольника скоростей при входе газа на рабочие лопатки

16. Находится окружную скорость колеса на входе газа

М/с.

17. Скорость газа на входе в рабочее колесо:

М/с.

Скорость С 0 не должна превышать 50 м/с.

18. Скорость газа перед лопатками рабочего колеса:

М/с.

19. Радиальная проекция скорости газа при входе на лопатки рабочего колеса:

М/с.

20. Проекция входной скорости потока на направление окружной скорости принимается равной нулю для обеспечения максимума напора:

С 1u = 0.

Поскольку С 1r = 0, то 1 = 90 0 , то есть вход газа на рабочие лопатки радиальный.

21. Относительная скорость входа газа на рабочие лопатки:

По рассчитанным значениям С 1 , U 1 , 1 , 1 , 1 строится треугольник скоростей при входе газа на рабочие лопатки. При правильном подсчете скоростей и углов треугольник должен замкнуться.

Элементы треугольника скоростей при выходе газа с рабочих лопаток

22. Радиальная проекция скорости потока за рабочим колесом:

М/с.

23. Проекция абсолютной скорости выхода газа на направление окружной скорости на ободе рабочего колеса:

24. Абсолютная скорость газа за рабочим колесом:

М/с.

25. Относительная скорость выхода газа с рабочих лопаток:

По полученным значениям С 2 , С 2u ,U 2 , 2 , 2 строится треугольник скоростей при выходе газа из рабочего колеса. При правильном расчете скоростей и углов треугольник скоростей должен также замкнуться.

26. По уравнению Эйлера производится проверка давления, создаваемого вентилятором:

Расчетное давление должно совпадать с проектным значением.

27. Ширина лопаток на входе газа в рабочее колесо:

здесь: УТ = 0,020,03 -коэффициент утечек газа через зазор между колесом и входным патрубком; u1 = 0,91,0 - коэффициент заполнения входного сечения рабочих каналов активным потоком.

28. Ширина лопаток на выходе газа из рабочего колеса:

где u2 = 0.91.0 - коэффициент заполнения активным потоком выходного сечения рабочих каналов.

Определение углов установки и числа лопаток рабочего колеса

29. Угол установки лопатки на входе потока в колесо:

где i - угол атаки, оптимальные значения которого лежат в пределах -3+5 0 .

30. Угол установки лопатки на выходе газа из рабочего колеса:

где - угол отставания потока вследствие отклонения потока в косом срезе межлопаточного канала. Оптимальные значения обычно принимаются из интервала у = 24 0 .

31. Средний установочный угол лопатки:

32. Число рабочих лопаток:

Округляем число лопаток до целого четного числа.

33. Уточняется принятый ранее угол отставания потока по формуле:

где k = 1,52,0 при загнутых назад лопатках;

k = 3,0 при радиальных лопатках;

k = 3,04,0 при загнутых вперед лопатках;

Уточненное значение угла должно быть близким к предварительно заданному значению. В противном случае следует задаться новым значением у.

Определение мощности на валу вентилятора

34. Полный КПД вентилятора: 78.80

где мех = 0,90,98 - механический к.п.д. вентилятора;

0,02 -величина утечек газа;

д = 0,02 - коэффициент потери мощности на трение рабочего колеса о газ (дисковое трение).

35. Необходимая мощность на валу двигателя:

25,35 кВт.

Профилирование лопаток рабочего колеса

Наиболее часто применяются лопатки, очерченные по дуге окружности.

36. Радиус лопаток колеса:

37. Радиус центров находим по формуле:

R ц =, м.

Построение профиля лопаток может быть выполнено также в соответствии с рис. 3.

Рис. 3. Профилирование лопаток рабочего колеса вентилятора

Расчет и профилирование спирального отвода

У центробежного вентилятора отвод (улитка) имеет постоянную ширину B , существенно превышающую ширину рабочего колеса.

38. Ширину улитки выбирают конструктивно:

В 2b 1 =526 мм.

Очертания отвода чаще всего соответствуют логарифмической спирали. Ее построение выполняется приближенно по правилу конструкторского квадрата. При этом сторона квадрата a в четыре раза меньше раскрытия спирального корпуса A .

39. Величину А определяем из соотношения:

где средняя скорость газа на выходе из улитки С а находится из соотношения:

С а =(0,60,75)*С 2u =33,88 м/с.

а = А /4 =79,5 мм.

41. Определим радиусы дуг окружностей, образующих спираль. Исходной окружностью для образования спирали улитки является окружность радиуса:

Радиусы раскрытия улитки R 1 , R 2 , R 3 , R 4 находим по формулам:

R 1 = R Н +=679,5+79,5/2=719,25 мм;

R 2 = R 1 + а =798,75 мм;

R 3 = R 2 + a =878,25 мм;

R 4 = R 3 + а =957,75 мм.

Построение улитки выполняется в соответствии с рис. 4.

Рис. 4.

Вблизи рабочего колеса отвод переходит в так называемый язык, разделяющий потоки и уменьшающий перетечки внутри отвода. Часть отвода, ограниченную языком, называют выходной частью корпуса вентилятора. Длина выходного отверстия C определяет площадь выходного отверстия вентилятора. Выходная часть вентилятора является продолжением отвода и выполняет функции криволинейного диффузора и напорного патрубка.

Положение колеса в спиральном отводе задают, исходя из минимума гидравлических потерь. Для уменьшения потерь от дискового трения колесо смещено к задней стенке отвода. Зазор между основным диском колеса и задней стенкой отвода (со стороны привода) с одной стороны, и колесом и языком с другой, определяется аэродинамической схемой вентилятора. Так, например, для схемы Ц4-70 они составляют соответственно 4 и 6,25%.

Профилирование всасывающего патрубка

Оптимальная форма всасывающего патрубка соответствует суживающимся сечениям по ходу газа. Сужение потока увеличивает его равномерность и способствует ускорению при входе на лопатки рабочего колеса, что уменьшает потери от удара потока о кромки лопаток. Лучшими показателями обладает плавный конфузор. Сопряжение конфузора с колесом должно обеспечивать минимум протечек газа с нагнетания на всос. Величина протечек определяется зазором между выходной частью конфузора и входом в колесо. С этой точки зрения зазор должен быть минимален, его реальное значение должно зависеть только от величины возможных радиальных биений ротора. Так, для аэродинамической схемы Ц4-70 размер зазора составляет 1% от наружного диаметра колеса.

Лучшими показателями обладает плавный конфузор. Однако в большинстве случаев оказывается достаточно обычного прямого конфузора. Входной диаметр конфузора должен быть больше диаметра всасывающего отверстия колеса в 1,32,0 раза.

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Тепловые двигатели и нагнетатели»

на тему: «Расчет центробежного дутьевого вентилятора консольного типа»

Студент Яков Д.В.

Группа ЭН-390901

Преподаватель Колпаков А.С.

Екатеринбург 2011

1. Исходные данные

Результаты расчета

Краткая характеристика центробежных вентиляторов

Аэродинамический расчет центробежного вентилятора

Механический расчет

Выбор привода вентилятора

Список литературы

1. Исходные данные

Таблица 1.

	Наименование		Ед. измер.
	Производительность вентилятора		тыс. м3/час
	Полное давление вентилятора
	Параметры газа на входе в агрегат:
	Абсолютное давление
	Температура
	Плотность
	Молекулярная масса газа
	Принятая исходная система коэффициентов:

	Коэффициенты потерь напора:
	На входе в рабочее колесо
	На лопатках рабочего колеса
	При повороте потока на рабочие лопатки

	коэффициенты изменения скорости:
	В спиральном отводе (кожухе)
	На входе в рабочее колесо

Рабочим телом во всех предлагаемых вариантах расчета центробежного вентилятора является воздух.

2. Результаты расчета

Таблица 2.

Наименование		Ед. измер.
Тип вентилятора	Консольного типа
Гидравлический КПД
Механический КПД
Общий КПД
Мощность на валу агрегата
Число оборотов
Геометрия проточной части агрегата:
Диаметр просвета колеса на входе
Диаметр входа на лопатки колеса
Отношение диаметров просвета и входа
Диаметр вала
Диаметр колеса
Отношение диаметров выхода и входа (модуль колеса)
Ширина колеса на входе
Ширина колеса на выходе
Угол установки лопатки на входе
Угол установки лопатки на выходе
Число лопаток колеса
Элементы треугольника скоростей на входе в рабочее колесо:
Скорость входа в рабочее колесо
Скорость входа газа на лопатки
Окружная скорость

Угол входа потока на лопатки колеса
Элементы треугольника скоростей на выходе из рабочего колеса:
Скорость выхода из рабочего колеса
Окружная скорость
Относительная скорость потока
Закрутка потока
Отношение скоростей C2r/U2
Угол выхода потока из колеса
Профилирование лопаток рабочего колеса дугой окружности
Радиус окружности центров
Радиус окружности профиля лопатки

. Краткая характеристика центробежных вентиляторов

При проектировании следует учитывать, что вентиляторы с лопатками назад более экономичны и менее шумны.

КПД вентилятора растет с увеличением быстроходности и для колес конической формы с лопатками назад может достигать значения ~0,9.

По развиваемому избыточному давлению воздушные вентиляторы общего назначения делятся на следующие группы:

Вентиляторы высокого давления (до 1 кПа);

Вентиляторы среднего давления (1¸3 кПа);

Вентиляторы низкого давления (3¸12 кПа).

Некоторые специализированные вентиляторы высокого давления могут развивать давление до 20 кПа.

Быстроходные вентиляторы (11<n s <30);

Вентиляторы средней быстроходности (30<n s <60);

Быстроходные вентиляторы (60<n s <80).

4. Аэродинамический расчет центробежного вентилятора

Для расчета задаются:

Отношением диаметров рабочего колеса

Отношением диаметров рабочего колеса на выходе и на входе газа:

Меньшие значения выбираются для вентиляторов высокого давления.

Коэффициентами потерь напора:

а) на входе в рабочее колесо:

б) на лопатках рабочего колеса:

в) при повороте потока на рабочие лопатки:

;

г) в спиральном отводе (кожухе):

Меньшие значения x вх, x лоп, x пов, x к соответствуют вентиляторам низкого давления.

Выбираются коэффициенты изменения скорости:

а) в спиральном отводе (кожухе)

б) на входе в рабочее колесо

;

в) в рабочих каналах

Из условия минимума потерь давления в вентиляторе определяется коэффициент R в:

Находится угол потока на входе в рабочее колесо:

, град.

Вычисляется отношение скоростей

Определяется коэффициент теоретического напора из условия максимума гидравлического коэффициента полезного действия вентилятора:

Находится значение гидравлического к.п.д. вентилятора:

11. Определяется угол выхода потока из рабочего колеса, при оптимальном значении h Г:

, град.

Необходимая окружная скорость колеса на выходе газа:

, м/с.

где r [кг/м 3 ] - плотность воздуха при условиях всасывания.

Определяется необходимое число оборотов рабочего колеса при наличии плавного входа газа в рабочее колесо

, об/мин.

Здесь m 0 =0,9¸1,0 - коэффициент заполнения сечения активным потоком. В первом приближении он может быть принят равным 1,0.

Наружный диаметр рабочего колеса:

, мм.

Входной диаметр рабочего колеса:

, мм.

Элементы треугольника скоростей при входе газа на рабочие лопатки

16. Находится окружную скорость колеса на входе газа

, м/с.

Скорость газа на входе в рабочее колесо:

, м/с.

Скорость С 0 не должна превышать 50 м/с.

Скорость газа перед лопатками рабочего колеса:

, м/с.

Радиальная проекция скорости газа при входе на лопатки рабочего колеса:

М/с.

Проекция входной скорости потока на направление окружной скорости принимается равной нулю для обеспечения максимума напора:

С 1u = 0.

Поскольку С 1r = 0, то a 1 = 90 0 , то есть вход газа на рабочие лопатки радиальный.

Относительная скорость входа газа на рабочие лопатки:

w 1 =, м/с.

По рассчитанным значениям С 1 , U 1 , w 1 , a 1 , b 1 строится треугольник скоростей при входе газа на рабочие лопатки. При правильном подсчете скоростей и углов треугольник должен замкнуться.

Элементы треугольника скоростей при выходе газа с рабочих лопаток

22. Радиальная проекция скорости потока за рабочим колесом:

, м/с.

Проекция абсолютной скорости выхода газа на направление окружной скорости на ободе рабочего колеса:

Абсолютная скорость газа за рабочим колесом:

, м/с.

Относительная скорость выхода газа с рабочих лопаток:

По полученным значениям С 2 , С 2u ,U 2 , w 2 , b 2 строится треугольник скоростей при выходе газа из рабочего колеса. При правильном расчете скоростей и углов треугольник скоростей должен также замкнуться.

По уравнению Эйлера производится проверка давления, создаваемого вентилятором:

Па.

Расчетное давление должно совпадать с проектным значением.

Ширина лопаток на входе газа в рабочее колесо:

, мм,

здесь: a УТ = 0,02¸0,03 -коэффициент утечек газа через зазор между колесом и входным патрубком; m u1 = 0,9¸1,0 - коэффициент заполнения входного сечения рабочих каналов активным потоком.

Ширина лопаток на выходе газа из рабочего колеса:

, мм,

где m u2 = 0.9¸1.0 - коэффициент заполнения активным потоком выходного сечения рабочих каналов.

Определение углов установки и числа лопаток рабочего колеса

29. Угол установки лопатки на входе потока в колесо:

, град,

где i - угол атаки, оптимальные значения которого лежат в пределах -3¸+5 0 .

Угол установки лопатки на выходе газа из рабочего колеса:

, град,

Средний установочный угол лопатки:

, град.

Число рабочих лопаток:

Округляем число лопаток до целого четного числа.

Уточняется принятый ранее угол отставания потока по формуле:

где k = 1,5¸2,0 при загнутых назад лопатках;

k = 3,0 при радиальных лопатках;

k = 3,0¸4,0 при загнутых вперед лопатках;

b 2л =;

s =b 2л -b 2 =2

Уточненное значение угла s должно быть близким к предварительно заданному значению. В противном случае следует задаться новым значением σ .

Определение мощности на валу вентилятора

34. Полный КПД вентилятора: 78.80

где h мех = 0,9¸0,98 - механический к.п.д. вентилятора;

0,02 -величина утечек газа;

a д = 0,02 - коэффициент потери мощности на трение рабочего колеса о газ (дисковое трение).

Необходимая мощность на валу двигателя:

=25,35 кВт.

Профилирование лопаток рабочего колеса

Наиболее часто применяются лопатки, очерченные по дуге окружности.

Радиус лопаток колеса:

, м.

Радиус центров находим по формуле:

ц =, м.

Построение профиля лопаток может быть выполнено также в соответствии с рис. 3.

Рис. 3. Профилирование лопаток рабочего колеса вентилятора

Расчет и профилирование спирального отвода

Ширину улитки выбирают конструктивно:

В »2b 1 =526 мм.

39. Величину А определяем из соотношения:

, м.

где средняя скорость газа на выходе из улитки С а находится из соотношения:

С а =(0,6¸0,75)*С 2u =33,88 м/с.

а = А /4 =79,5 мм.

Определим радиусы дуг окружностей, образующих спираль. Исходной окружностью для образования спирали улитки является окружность радиуса:

, мм.

Радиусы раскрытия улитки R 1 , R 2 , R 3 , R 4 находим по формулам:

1 = R Н +=679,5+79,5/2=719,25 мм;

R 2 = R 1 + а =798,75 мм;

R 3 = R 2 + a =878,25 мм; 4 = R 3 + а =957,75 мм.

Построение улитки выполняется в соответствии с рис. 4.

Рис. 4. Профилирование улитки вентилятора по методу конструкторского квадрата

Профилирование всасывающего патрубка

. Механический расчет

вентилятор лопатка колесо привод

1. Проверочный расчет лопаток рабочего колеса на прочность

При работе вентилятора лопатки несут три вида нагрузок:

· центробежные силы собственной массы;

· разность давлений перемещаемой среды на рабочую и тыльную стороны лопатки;

· реакция деформирующихся основного и покрывного дисков.

На практике нагрузки второго и третьего видов не учитывают, потому что эти нагрузки значительно меньше нагрузок от центробежных сил.

При расчете лопатку рассматривают как балку, работающую на изгиб. Ориентировочно изгибающее напряжение в лопатке можно подсчитать по формуле:

s ил == 779 кг/см 2 ,

где R 1 и b 1 - радиус колеса на всосе и толщина лопатки соответственно, мм .

Проверочный расчет на прочность основного диска рабочего колеса

При проектировании рабочих колес толщины дисков назначаются конструктором с последующей проверкой напряжений расчетом.

Для колес одностороннего всасывания максимальное значение тангенциального напряжения можно проверить по формуле:

s τ = кг/см 2

где G л - суммарная масса лопаток, кг ;

δ / - толщина диска, мм ;

n 0 - число оборотов, об/мин .

л ==110 кг ,

где ρ = 7850 кг/м 3 .

Коэффициенты k 1 и k 2 определяются по номограмме (Рис. 5).

Рис. 5. Номограмма для определения коэффициентов k 1 и k 2

Полученное напряжение не должно превышать предел текучести для стали [s τ ] = 2400 кг/см 2 .

6. Выбор привода вентилятора

Для привода вентиляторов консольного типа преимущественно используются асинхронные электродвигатели серии 4А и их аналоги других серий. Для выбора электродвигателя руководствуются частотой вращения вентилятора и его мощностью. При этом требуется учесть необходимость запаса по мощности во избежание выхода двигателя из строя при запуске, когда возникают большие пусковые токи. Коэффициент запаса вентиляторов общего назначения =1,05¸1,2 выбирается, исходя из величины мощности вентилятора. Большие значения коэффициента соответствуют меньшим значениям мощности.

Для дутьевых вентиляторов мощность привода выбирается с учетом коэффициентов запаса по давлению k д =1,15 и подаче k п =1,1. Запас по мощности двигателя k N =1,05.

Выбор электродвигателей производится по каталогам и справочникам . Выбираем электродвигатель АИР180М4 с частотой вращения 1500 об/мин и мощностью 30 кВт.

Заводское обозначение	Тип эл./двигателя	Установл. мощность двиг. кВт	Потр. мощность кВт	Подача тыс. м3/ч	Давл. даПа	Габариты (LхВхН), мм

ВДН10-1500 об/мин

7. Список литературы

1. Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. 176 с.

Вахвахов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентиляторных установок. М.: Стройиздат, 1989. 176 с.

Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). / Под ред. С.И. Мочана. Л.: Энергия, 1977. 256 с.

Тягодутьевые машины: Каталог. «Сибэнергомаш». 2005.

Алиев Электротехнический справочник

Вентиляция промышленных помещений – это необходимость, которая позволяет сохранить здоровье работников и обеспечить бесперебойность работы цеха. Для очистки воздуха от различных примесей, металлической и деревянной стружки, пыли и грязи, чаще всего используются мощные вентиляционные установки «улитки ». Конструкция данных установок включает в себя несколько вентиляторов разной мощности, а потому «улитка» может справиться практически с любыми загрязнениями.

Принцип работы

Название вытяжки «улитка» происходит от конструктивных особенностей и внешнего вида вентиляции. По своей форме она действительно напоминает скрученный улиточный панцирь. Принцип действия такой системы предельно прост. Он основан на центробежной силе, которую задает турбинное колесо. В результате в засасывающий патрубок поступают загрязненные воздушные массы, которые пройдя через систему очистки, возвращаются в помещение или выводятся наружу.

Виды улиток

Вытяжки – улитки могут различаться по показателям рабочего давления. Каждый вид имеет свои рекомендации по использованию, а именно:

Вентиляторы низкого давления — до 100 кг/м2. Данные конструкции могут использоваться как в бытовых, так и в промышленных помещениях. Они компактны и не требуют дополнительных трудозатрат при установке.
Вентиляторы среднего давления – до 300 кг/м2. Для таких систем актуально промышленное использование. Они прекрасно справляются с различными примесями.
Вентиляторы высокого давления – до 1200 кг/м2. Такие вентиляторы устанавливают на опасных производствах, в лабораториях и покрасочных цехах.

В зависимости от особенностей производства можно приобрести противопожарные, коррозийноустойчивые или даже взрывоустойчивые модели. Цена на такие изделия может быть значительно выше, но безопасность на производстве должна быть на первом месте.

Также «улитки» можно разделить на приточные и отводные. Совместив две улитки разного типа в одну систему, можно с легкостью создать приточно-вытяжную систему, которая будет не только удалять загрязненные воздушные массы, но и поставлять в помещение чистый воздух. Более того данная вытяжная система может использоваться и в качестве обогрева помещений в холодное время года.

Ограничения в эксплуатации

Несмотря на прочность и надежность промышленных «улиток», существуют некоторые ограничения по их использованию. Итак, центробежные вентиляторы, в быту называющиеся «улитками», не рекомендуется устанавливать если:

В воздухе имеются взвеси липкой консистенции более 10 мг/куб.м.
В помещении находятся частички взрывоопасных веществ.
Температура в помещении выходит за рамки диапазона от -40 до +45°С.

Более того, рационально использовать вентиляцию «улитку» в больших помещениях, в быту такие приборы лучше ставить в шахтах вентиляции, куда поступает весь отработанных воздух из дома.

Целесообразность домашнего использования

Чаще всего «улитку» для вентиляции используют все-таки в промышленных помещениях или в домашних столярных цехах, покрасочных камерах и т. д. Непосредственно в жилых помещениях такую вентиляцию устанавливать не целесообразно. Ведь «улитка» – это невзрачный на вид и достаточно габаритный прибор, который может испортить общий дизайн кухни. К тому же вентиляция данного типа достаточно шумная и при домашнем использовании может создать существенный дискомфорт.

Улитка своими руками

Для бытового использования можно сделать вентиляцию своими руками. Конечно, такая конструкция будет отличаться от промышленной установки, но поможет значительно сэкономить деньги на покупке вентиляции. Стоит отметить, что качественная улитка средней мощности в специализированных магазинах стоит в районе 20 тыс. руб., а потому для многих остается актуальным вопрос, как сделать вентиляцию своими руками .
Конструкция корпуса самодельной улитки чаще всего включает в себя две части – зону для размещения двигателя и зону с продувными лопастями. Большинство запчастей придется приобретать в специализированных магазинах, но эти затраты будут значительно ниже, чем если покупать готовую вентиляцию. Итак, вам понадобятся:

Корпус. Его можно купить в строительном магазине. Лучше отдать предпочтение металлическому изделию.
Двигатель. Продается на рынках и в магазинах электротоваров.
Рабочее колесо. Можно купить в магазинах запасных частей для электроприборов.
Вентилятор. Продается в любом магазине бытовой вентиляционной техники.

Создание вентиляционного блока своими руками начинается с расчетов. Чтобы использование вентиляции улитка было эффективным нужно правильно рассчитать мощность и размер двигателя. При монтаже устройства особое внимание нужно уделить надежности креплений вентилятора и рабочего колеса. При сильных потоках воздуха эти составляющие могут разболтаться и соскочить, что неизменно приведет к порче вентиляции. Все детали, в том числе и корпус должны быть выполнены из огнеупорных материалов.

Схема вентиляционной «улитки»

Следует отметить, что самостоятельная сборка такой вытяжки может осуществляться только при наличии определенных знаний. Если вы не уверены, что собранный своими руками прибор является полностью безопасным, лучше посоветоваться с профессионалом, который сможет оценить правильность вашей сборки. Если же навыков сборки электрических конструкций у вас нет, лучше купить готовый прибор.