Осевые вентиляторы: их характеристика и область применения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Наиболее известные области применения вентиляторов - в системах вентиляции и кондиционирования воздуха; в печах, использующих дутье; в пылеочистке и пневмотранспорте; в теплообменных аппаратах воздушного охлаждения; в приборах бытовой техники.

Наиболее широко в качестве вентиляторов используются так называемые "лопастные нагнетатели" (в отличие от объемных и струйных). В лопастных вентиляторах энергия вращающегося колеса преобразуется в потенциальную и кинетическую, которая сообщается перемещающейся среде. Лопастные вентиляторы в соответствии с направлением движения воздуха в них могут быть подразделены на радиальные (центробежные), диаметральные, осевые.

В радиальных вентиляторах поток воздуха движется от оси колеса по радиусу и покидает корпус вентилятора через специально организованное отверстие (нагнетательный патрубок). В диаметральных вентиляторах поток воздуха входит в боковое отверстие кожуха, проходит по диаметру рабочего колеса и покидает кожух через второе боковое отверстие кожуха. В осевых вентиляторах поток движется по направлению оси вала рабочего колеса.

В зависимости от разности полных давлений, создаваемых при перемещении воздуха (при плотности на входе в вентилятор 1,2 кг/м3), радиальные вентиляторы делят на следующие группы:

а) низкого давления -- до 100 кгс/м2;

б) среднего давления -- от 100 до 300 кгс/м2;

в) высокого давления -- от 300 до 1200 кгс/м2.

Вентиляторы, как правило, приводят в действие электродвигателями, с которыми они соединяются одним из следующих способов:

а) непосредственно на одном валу или через эластичную муфту;

б) клиноременной передачей с постоянным передаточным отношением;

в) регулируемой бесступенчатой передачей через гидравлические и индукторные муфты скольжения.

В зависимости от состава перемещаемой среды вентиляторы изготовляют:

а) обычного исполнения - для перемещения неагрессивных сред с температурой не выше 80° С, не содержащих липких веществ, при содержании пыли и других твердых примесей не более 100 мг/м3. Для вентиляторов двухстороннего всасывания с расположением ременной передачи в перемещаемой среде температура перемещаемой среды не должна превышать 60° С;

б) коррозионностойкие;

в) взрывоопасного исполнения;

г) пылевые -- для перемещении воздуха с содержанием пыли более 100 мг/м3.

Вентиляторы коррозионностойкие изготовляют из титана, нержавеющей стали, алюминия (для некоторых сред) и полимерных материалов (винипласт, полипропилен). В отдельных случаях можно применять вентиляторы, выполняемые из углеродистой стали с антикоррозийными покрытиями.

Вентиляторы взрывобезопасного исполнения изготовляют в соответствии со специальными техническими условиями.

Для перемещения смесей, взрывающихся от удара, вентиляторы применять нельзя. В этом случае используют эжекторы.

Для систем пневмотранспорта древесных отходов устанавливают шестилопастные пылевые вентиляторы среднего и высокого давления.

В аспирационных системах могут использоваться как шестилопастные, так и многолопастные вентиляторы среднего или высокого давления, устанавливаемые до и после пылеуловителя.

Для удаления воздуха из верхней зоны помещения устанавливают крышные осевые и радиальные вентиляторы.

При транспортировании липкой, волокнистой и цементирующейся пыли крышные вентиляторы запрещается применять.

При повышенных требованиях к бесшумности следует отдавать предпочтение радиальным крышным вентиляторам.

Осевые крышные вентиляторы, как правило, применяют для удаления воздуха с температурой до +40° С при общеобменном вытяжной вентиляции для сети разводящих воздуховодов, а также при необходимости направить удаляемый воздух сосредоточенной струей вверх.

Радиальные крышные вентиляторы (стальные) могут применяться для установок с сетью воздуховодов (в том числе для многоэтажных зданий). Они также могут устанавливаться для удаления воздуха с температурой не свыше 50° С от местных укрытий (когда не требуется очистка его перед выбросом в атмосферу).

Коррозионностойкие крышные вентиляторы из титана типа КЦЗ-ЗО-Т предназначены для удаления невзрывоопасных газовоздушных смесей с агрессивными примесями, вызывающими ускоренную коррозию вентиляторов из углеродистой и нержавеющей сталей. Они могут быть использованы как для общеобменной вытяжной вентиляции помещений, содержащих в верхней зоне агрессивные примеси, так и для систем местных отсосов, гидравлическое сопротивление которых находится в пределах напора, создаваемого вентилятором.

Вентилятор из титана может использоваться во всех средах, в которых происходит пассивация поверхности титана в результате образования окислов, гидридов и сульфоокисных соединений титана. Рекомендуется применять этот вентилятор в газовоздушных средах, содержащих:

1) влажный хлор (количество влаги более 0,005%);

2) пары растворов хлоридов и щелочей;

3) пары азотной кислоты;

4) окись азота (влажную);

5) пары 0 -- 20%-ной соляной кислоты при температуре до 60 С (в случае образования конденсата соляной кислоты его концентрация не должна превышать 5% при температуре не выше 30°С);

6) пары 20 - и 95% - ной серной кислоты при температуре соответственно не выше 60 и 20 С.

1. Типы осевых вентиляторов

Осевые вентиляторы могут быть подразделены на вентиляторы: одноступенчатые и многоступенчатые обычных схем, встречного вращения, с меридиональным ускорением; реверсивные; малошумные. Наиболее распространенная кинематическая схема вентилятора встречного вращения состоит из двух последовательно установленных рабочих колес противоположного вращения. Рабочие колеса вентилятора могут иметь поворотные лопатки и с индивидуальными приводами, что позволяет гибко регулировать его производительность изменением угла установки лопаток и частот вращения колес. Особенностью этого способа регулирования является весьма глубокое изменение давления, развиваемого вентилятором при постоянной производительности с сохранением высокого КПД.

Вентиляторы с меридиональным ускорением потока отличаются от обычных осевых вентиляторов увеличенной осевой составляющей скорости потока в их проточной части, что способствует уменьшению градиента статического давления и исключению возможности возникновения отрывных явлений. Ускорение потока в меридиональной плоскости рабочего колеса происходит из-за конусного исполнения его втулки на входе при цилиндрическом исполнении корпуса (эффект конфузора).

В некоторых вентиляторных установках требуется изменение направления воздушного потока. В этом случае применяются реверсивные вентиляторы (чаще всего реверс осуществляется изменением направления вращения колеса на обратное). При этом к форме лопаток принимаются меры по улучшению их реверсивных свойств, обеспечивающие идентичность характеристик при обоих направлениях потока воздуха. В тех случаях, когда к установке предъявляются повышенные акустические требования, находят применение малошумные осевые вентиляторы с малым числом очень широких лопаток. Такого типа вентиляторами комплектуют торговые холодильные установки. Для улучшения аэродинамических характеристик лопатки размещают на цилиндрической втулке с обтекателем.

Пропеллерный вентилятор представляет собой двухлопастное колесо, как правило, устанавливаемое без кожуха, лопасти в сечении имеют форму крыла. Такие вентиляторы развивают небольшие давления при больших объемах перемещаемого воздуха.

В осевых вентиляторах направление движения воздушного потока совпадает с осью вращения рабочего колеса. Лопасти рабочего колеса, закрепленные под некоторым углом к плоскости вращения, передают энергию воздушному потоку, перемещая его в осевом направлении. Осевые вентиляторы, как правило, применяются в тех случаях, когда требуемое давление, развиваемое рабочим колесом, относительно невелико, а объем перемещаемого воздуха значителен.

В развитие теории и практики осевых вентиляторов и компрессоров весомый вклад внесен советскими учеными и исследователями. Особая роль в создании осевых машин принадлежит трудам Н.Е. Жуковского, в частности, его работе "Теория воздушных винтов". Н.Е. Жуковским совместно с В.П. Ветчинкиным заложены основы аэродинамического расчета осевых вентиляторов. Дальнейшее развитие этот метод получил в теоретических и экспериментальных работах ученых ЦАГИ К.А. Ушакова, В.И. Поликовского, К.К. Баулина, Е.Я. Юдина, И.В. Брусиловского, М.Н. Гембаржевского и др. в разработке и внедрении усовершенствованных типов осевых машин в настоящее время принимают активное участие коллективы крупнейших НИИ, учебных заведений и научно-производственных объединений Москвы, Санкт-Петербурга, Харькова и других городов.

Аэродинамическая схема двухступенчатого осевого вентилятора приведена на рисунке. Воздух поступает в корпус вентилятора через входной коллектор и омывает обтекатель (или кок) 1, неподвижно закрепленный перед направляющим аппаратом 2, представляющий собой обтекаемой формы металлический насадок. Скорость воздуха вдоль обтекателя плавно возрастает до величины с0 во входном сечении НА первой ступени.



НА 2 и 4 состоят из неподвижных лопаток, их назначение - подача воздуха в РК 3 в определенном направлении и преобразование части кинетической энергии в энергию потенциальную - статическое давление. В РК 3 и 5 энергия вращающегося ротора передается воздушному потоку. Лопатки РК изготавливают из металла или пластмасс симметричного или несимметричного профиля. Осевые вентиляторы с лопатками РК симметричного профиля принято называть реверсивными, поскольку при изменении направления вращения вала ротора на противоположное их производительность практически не меняется. Колеса с лопатками несимметричного профиля имеют лучшие аэродинамические характеристики, однако, при реверсировании их производительность заметно снижается. Лопатки закрепляются на втулке РК.

В последнее время широкое применение нашли вентиляторы с изменяющимся углом установки лопаток РК. Это позволяет варьировать в широких пределах их характеристики при неизменной частоте вращения ротора. При этом мощность изменяется незначительно.

СА 6 позволяет обеспечить безударный выход воздуха с лопаток РК и обеспечить движение воздуха в осевом направлении. Кроме того, СА так же, как и НА, обеспечивает преобразование части скоростного давления в статическое.

Обтекатель 7 неподвижно закрепленный за СА, обеспечивает постепенное плавное снижение скорости потока, снижая тем самым гидравлические потери.

Производительность современных осевых вентиляторов варьируется в широких пределах, достигая нескольких миллионов м3/час. Давления, создаваемые осевыми вентиляторами, обычно составляют 50-2000 Па.

КПД у осевых вентиляторов больше, чем у радиальных, поскольку внутренних потерь в них меньше. Осевые вентиляторы по конструкции проще радиальных и имеют более низкую удельную массу.

2. Область применения осевых вентиляторов

Двухступенчатые реверсивные вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 (В - вентилятор, О - осевой, Д - двухступенчатый, цифры - диаметр рабочего колеса в дм) предназначены для главного проветривания шахт. При требуемом статическом давлении вентилятора не более 300 даПа и расходе воздуха от 50 до 600 м3/с. Эти вентиляторы разработаны по аэродинамической схеме К-84 ЦАГИ им. Н..Е. Жуковского (К - крученые лопасти, 84 - коэффициент быстроходности).

Главная вентиляторная установка с - вентиляторами типа ВОД (рис. 1) состоит. Из рабочего и резервного вентиляторов 1 и 2 с синхронными электродвигателями 3 ,и 4, системы смазки 5, электроаппаратуры и аппаратуры автоматизации 6 и устройств 7 и 8 (ляды или двери, управляемые лебедками или моторредукто-рами) для переключения на работу любого из вентиляторов и отключения другого, подводящего 9 и выходного 10 каналов, глушителя шума 11. Глушитель шума выложен из звукопоглощающих шлакоблоков и имеет 5 - 7 параллельных стенок, разделяющих общую исходящую струю на отдельные струи; глушитель шума для работающего и резервного вентилятора общий, что исключает проникновение зимой наружного холодного воздуха к резервному вентилятору и, следовательно, его обмерзание.

Рис. 1. Вентиляторная установка с вентиляторами типа ВОД

3. Устройство вентиляторов главного проветривания

Основными элементами одноступенчатого осевого вентилятора являются: рабочее колесо, корпус, коллектор, передний обтекатель (кок) сферической формы, спрямляющий аппарат и диффузор. Диффузор состоит из двух обечаек, помещенных одна в другую: наружной конусной - собственно диффузора и внутренней (на большинстве вентиляторов цилиндрической формы) - заднего обтекателя.

Для повышения давления осевой вентилятор изготавливают обычно двухступенчатым с двумя последовательно соединенными рабочими колесами, промежуточным направляющим аппаратом между ними и спрямляющим аппаратом за последним рабочим колесом. Иногда перед первым рабочим колесом устанавливают входной направляющий аппарат.

Рабочие колеса вместе с валом, на котором они закреплены, образуют ротор вентилятора, который приводится во вращение непосредственно от электродвигателя.

Опорами вала являются шариковые или роликовые подшипники.

Коллектор и обтекатель предназначены для обеспечения правильного подвода воздуха к лопастям колеса, чтобы поток воздуха был направлен по оси вентилятора с возможно более равномерным полем скоростей. Действие коллектора наиболее эффективно, когда между ним и колесом имеется цилиндрический участок корпуса длиной не менее 0,5 диаметра колеса. При отсутствии коллектора давление вентилятора уменьшается на 10.,.20%, а к. п. д.- 10...15%. Обтекатель неподвижен и при его отсутствии давление снижается примерно на 20%.

Направляющий и спрямляющий аппараты, представляющие собой неподвижные колеса с радиальными лопатками, необходимы для раскручивания потока и, следовательно, повышения к. п. д. вентилятора. Поворотные лопатки промежуточных направляющего и спрямляющего аппаратов обеспечивают. Возможность регулирования рабочего режима вентилятора, а также реверсирования вентиляционной струи. Для регулирования иногда применяют входной направляющий аппарат с поворотными лопатками.

Одним из основных узлов вентилятора является диффузор, благодаря которому значительная часть динамического давления (не менее 70 %) должна превращаться в статическое давление.

Лопасти укреплены на втулке рабочего колеса через равные промежутки под углом к плоскости его вращения. Наиболее рациональна лопасть более широкая у втулки, чем на периферии. Лучшей конструкцией является крученая лопасть с формой, подобной форме лопасти авиационного винта.

Лопасти изготовляют полыми (рис. 2, а) со стержнем для закрепления ее на втулке и литыми (рис. 2, б) из алюминиевых или магниевых сплавов.

Полая лопасть состоит из: стержня 1 с приклепанной к нему крученой обшивкой 2 из стали толщиной 2-3 мм; приваренного к обшивке ребра 3, выполняющего роль армировки против истирания угольной пылью, приваренных к ребру верхнего и нижнего донышек 4.

Изготовление лопастей возможно из пластмасс. Такие лопасти изготавливаются с большей степенью точности, исключают опасность новообразования при возможном касании лопасти о корпус вентилятора, стойки в химически агрессивной среде.

Из условия надежности работы и уменьшения шума работающего вентилятора максимальная окружная скорость на концах лопастей должна быть не более 95 м/с.

На одной втулке устанавливают до 14 лопастей, узлы, крепления лопаток которых должны обеспечивать возможность их установки под различными углами относительно плоскости вращения колеса, что необходимо для регулирования производительности и давления вентилятора.

В работающем вентиляторе под действием разности давления часть воздуха протекает через зазор между концом лопасти и корпусом со стороны выхода воздуха из рабочего колеса в сторону входа в него, при этом уменьшается давление и снижается к. п. д. вентилятора. Однако чрезмерное уменьшение зазора может привести к касанию лопасти о корпус вентилятора. Величина зазора зависит от типа вентилятора и обычно не должна превышать 1,5 % длины лопасти. При работе вентилятора вследствие разности давлений потока до и после рабочего колеса возникает осевая сила, действующая на ротор и направленная в сторону входа потока в вентилятор. Осевая сила воспринимается упорным подшипником.

Первые отечественные осевые вентиляторы были выпущены на базе разработанных в ЦАГИ в 1938 - 1939 гг. вентиляторов серии В (высоконапорные). Из-за различных недостатков эти вентиляторы были сняты с производства еще в 1957 г. Их заменили вентиляторы типов ВОК и ВОКД с кручеными лопатками, отличавшиеся более совершенной аэродинамической схемой и более плавным регулированием производительности, а вентиляторы типа ВОКД и возможностью реверсирования воздушной струи самим вентилятором.

В настоящее время выпускаются разработанные в последнее время вентиляторы типа ВОД (ВОД-11, ВОД-16, ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50) (цифра в маркировке вентиляторов - диаметр рабочего колеса по концам лопаток в дециметрах). Вентиляторы изготовляются Артемовским машиностроительным заводом.

Рис. 2. Лопасти рабочих колес осевых вентиляторов: а - полая; б - литая

Осевые вентиляторы типа ВОД предназначаются для проветривания неглубоких шахт и рудников, общешахтная депрессия которых не превышает 4 кПа.

Вентилятор ВОД-11 применяется также в качестве вспомогательного вентилятора для проветривания стволов и околоствольных выработок при их сооружении, в калориферных установках и т. п. Вентиляторы типа ВОД, за исключением ВОД-11, выполняются реверсивными. Они обеспечивают требуемую правилами безопасности производительность при реверсе более 60% от нормальной производительности; по специальному заказу они могут выполняться и нереверсивными. Эти вентиляторы применимы как для всасывающей, так и для нагнетательной вентиляции.

Вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 разработаны Донгипроуглемашем по аэродинамической схеме К-84 (К - крученые лопатки, 84 - коэффициент быстроходности) ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского и Донгипроуглемаша. Вентилятор ВОД-16 создан Артемовским машиностроительным заводом по аэродинамической схеме М-1 ИГМТК. им. М. М. Федорова и ЦАГИ им. Н. Е. Жуковского и, в отличие от других вентиляторов типа ВОД, имеет встречное вращение рабочих колес.

Вентиляторы типа ВОД (рис. 3) - двухступенчатые. Для уменьшения шума они не имеют входных направляющих аппаратов и собраны по двум условным схемам РК + РК. (вентиляторы ВОД-11 и ВОД-16) и РК + НА + РК + СА (остальные типы вентиляторов ВОД).

Рис. 3. Схема осевого вентилятора типа ВОД

Рабочие колеса вентиляторов снабжены 12 лопатками, за исключением рабочего колеса II ступени вентилятора ВОД-16, которое имеет 10 лопаток. Установка лопаток РК вентиляторов, за исключением ВОД-16, производится в пределах 15-45°. При реверсировании струи воздуха лопатки НА и СА поворачиваются на углы 153 и 158° и направление их выпуклости изменяется на противоположное.

Сводные графики областей промышленного использования осевых вентиляторов типа ВОД и покрываемое ими поле вентиляционных режимов шахт и рудников приведены на рис. 4.

Состоит из ротора с рабочими колесами 1и 2, корпуса (кожуха) с промежуточным напраляющим 3 и спрямляющим 5 аппаратами и механизмами поворота 4 и 6 лопаток, переднего обтекателя 7, главного вала 8, трансмиссионного вала 12, коллектора 9, диффузора 10 и тормоза 11. Ротор вентилятора соединяется с электродвигателем 13 с помощью трансмиссионного вала 12 и муфт 14.

Рис. 4 Сводный график областей промышленного использования осевых вентиляторов типа ВОД

Конструкция осевых вентиляторов. Вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 имеют аналогичную конструкцию. Вентилятор (рис. 5)

Рис. 5. Общий вид осевого вентилятора ВОД-30

При всасывающей вентиляции шахты или рудника воздух к вентилятору из вентиляционной сети поступает по подводящему каналу I и через диффузор выходит в отводящий канал II. В диффузоре динамическое давление частично преобразовывается в статическое.

Лопатки 4 рабочих колес вентиляторов типа ВОД - профилированные, винтообразные, сварно-клепаные, пустотелые, состоят из несущего хвостовика, двух листов обшивки, армирующего ребра и донышек, изготовляются из стали или из более легкого материала - алюминиевого сплава или стеклопластика.

Лопатки крепятся к втулкам 2 рабочих колес специальными затворами 10, позволяющими при остановленном вентиляторе поворачивать их вручную в пределах углов установки 15-45° для регулирования производительности и давления.

Ротор вентилятора вращается в двух подшипниковых узлах - переднем и заднем. Радиальную нагрузку воспринимают спаренные подшипники с цилиндрическими роликами, установленные в сферических обоймах (вентиляторы ВОД-30, ВОД-40, ВОД-50), или сферические роликоподшипники (вентиляторы ВОД-21, ВОД-11), установленные в обеих опорах. Осевую нагрузку воспринимают радиально-упорные шариковые подшипники, размещаемые в задней опоре.

Смазка подшипников вентиляторов ВОД-21, ВОД-16 и ВОД-11 консистентная, тугоплавкая, периодически пополняется с помощью пресс-масленок, выведенных на верхнюю часть корпуса.

Смазка подшипников вентиляторов ВОД21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 принудительная, циркуляционная. Масло подается от маслостанции.

Валы ротора и электродвигателя соединяются подвесным трансмиссионным валом с помощью односторонних зубчатых муфт вентиляторов ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 и с помощью пальцевых муфт у вентиляторов ВОД-11, ВОД-16 и ВОД-21.

Вентилятор типа ВОД оборудуется колодочным тормозом с электромагнитным приводом, обеспечивающим остановку ротора в течение 2-2,5 мин.

Корпус вентиляторов (см. рис. 27) ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 состоит из переднего и заднего опорных блоков и кожуха.



Рис. 6. Ротор вентилятора типа ВОД:

1- вал ротора; 2 - рабочее колесо; 3 - ступица колеса; 4 - рабочие лопатки; 5 и 6 - подшипниковые опоры; 7 - полумуфта; 8 - шпонки; 9 - гайки; 10 - затвор для крепления лопатки

Корпус вентилятора типа ВОД и размещенные в нем опорные конструкции, коллектор, наружный и внутренний конусы диффузора свариваются из листовой стали и сортового проката. Внутри заднего опорного блока корпуса вентиляторов ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 располагается спрямляющий аппарат с 11 поворотными и 3 неподвижными несущими лопатками. В кожух этих вентиляторов, расположенный между передним и задним опорными блоками, встроен промежуточный направляющий аппарат с поворотными лопатками, которые специальным механизмом от сервомотора поворачиваются на угол до 180° при реверсировании воздушной струи и на угол до 36° от исходного положения для тонкого регулирования производительности. Углы поворота лопаток ограничиваются конечными выключателями.

Механизм одновременного поворота лопаток направляющего аппарата по принципу действия механизму, показанному на рис. 7.



Рис. 7. Направляющий аппарат с наружным приводным кольцом:

1 - корпус аппарата; 2 - лопатки; 3 - рычаг лопатки; 4 - ролик; 5 - приводное кольцо; 6 - рычаг; 7 - приводная колонка

Осевой направляющий аппарат имеет плоские листовые лопатки с механизмом их одновременного поворота и обтекатель, расположенный по оси и подвешенный в корпусе на растяжках или насаженный на вал ротора. Лопатки состоят из полотна и приваренных к нему двух цапф и опираются на бронзовые втулки в обтекателе и на капроновые или бронзовые втулки в корпусе. На выступающие из корпуса направляющего аппарата цапфы лопаток насажены рычаги с пальцами, связанные с приводным наружным кольцом механизма поворота лопаток. Поворот кольца производится от приводной колонки. При включении электродвигателя гайка перемещается в осевом направлении по винту и через рычаг поворачивает кольцо, а вместе с ним и лопатки направляющего аппарата, устанавливая их одновременно на необходимый угол.

Производительность и давление вентиляторов типа ВОД регулируются поворотом лопаток рабочих колес вручную при остановленном приводе; тонкое регулирование в пределах 5-10% осуществляется поворотом лопаток направляющего аппарата. Для работы с меньшим давлением можно уменьшать число лопаток рабочего колеса II ступени до шести.

Вентиляторы ВОД-21, ВОД-30, ВОД-40 и ВОД-50 реверсируются изменением направления вращения приводного электродвигателя с одновременным поворотом лопаток направляющего и спрямляющего аппаратов.

4. Назначение вентиляторов местного проветривания, их типы

Для проветривания тупиковых выработок на шахтах угольной и рудной промышленности применяются в основном осевые и реже центробежные вентиляторы местного проветривания. Широкий диапазон режимов и условий проветривания этих выработок потребовал создания ряда осевых вентиляторов с электрическим и пневматическим приводами. В настоящее время серийно выпускается ряд осевых вентиляторов местного проветривания с меридиональным ускорением потока типов ВМ-М и ВМП-М. В обозначении марки вентиляторов: В - вентилятор, М - местный, П - пневматический, цифры означают диаметр выходного патрубка в дециметрах и номер модели, М - после цифры означает модернизацию.

Электрические осевые вентиляторы имеют взрывобезопасное исполнение РВ и могут применяться в шахтах, опасных по газу или пыли. Пневматические вентиляторы применяются для проветривания тупиковых выработок, где использование электрических вентиляторов не допускается ПБ. Поскольку для вентиляторов одинаковой гидравлической мощности стоимость пневмоэнергии превышает в 6- 7 раз стоимость электроэнергии, пневматические вентиляторы целесообразно применять лишь в условиях, в которых не могут быть использованы электрические вентиляторы.

Электрические вентиляторы типа ВМ-М выполняются по схеме НА + РК. + СА; пневматические вентиляторы типа ВМП-М -- по схеме НА + РК. Направляющие аппараты (НА) вентиляторов ВМ-ЗМ и ВМ-4М и ВМП-М изготовляются нерегулируемыми. Вентиляторов ВМ-5М, ВМ-6М, ВМ-8М и ВМ-12 - регулируемыми; выходные спрямляющие аппараты (СА) электрических вентиляторов - нерегулируемыми. Выпускаемые в настоящее время вентиляторы местного проветривания выполняются одноступенчатыми и, за исключением вентиляторов ВМП-4, имеют рабочие колеса с конической втулкой, обеспечивающей меридиональное ускорение воздушного потока. При этом подавляющая часть энергии, подводимой к рабочему колесу, преобразуется в скоростное давление потока. Рабочее колесо вентилятора ВМП-4 снабжается цилиндрической литой втулкой. Вентиляторы работают эффективно как на нагнетание, так и на всасывание.

На (рис.30) приведены сводные графики областей промышленного использования вентиляторов местного проветривания.

Рис. 30. Сводные графики областей промышленного использования осевых вентиляторов местного проветривания с электрическим (а) и (б) пневматическим приводами

5. Характеристики осевых вентиляторов

Характеристики осевых вентиляторов представляют собой зависимость давления, мощности, КПД от производительности. Характеристики получают путем испытаний при постоянной частоте вращения и затем рассчитывают по соответствующим уравнениям для других частот. В отличие от характеристик радиальных машин напорная характеристика р=f(Q) осевых машин имеет ярко выраженную седловидную форму, что особенно характерно для высоконапорных вентиляторов. Наличие седловины объясняется уменьшением подъемной силы лопастей при небольших расходах воздуха и больших углах атаки. Мощность осевого вентилятора незначительно варьируется с изменением его производительности. Поэтому пуск вентилятора нужно производить при открытом входном сечении, колебания производительности во время работы практически не сказываются на нагрузке привода вентилятора.

С ростом производительности КПД вентилятора вначале возрастает и затем, достигнув максимума, резко убывает. Рабочий режим характеристики выбирается в стабильной части напорной характеристики таким образом, чтобы КПД вентилятора в расчетном режиме составлял не менее 0,9змах.

Регулирование производительности осевых вентиляторов может осуществляться несколькими способами: изменением частоты вращения рабочего колеса, поворотом его лопаток или лопаток направляющего колеса и комбинированным способом. Наиболее эффективен первый способ, однако, его нельзя осуществить, если в качестве привода используются электродвигатели с постоянной частотой вращения и ротор двигателя непосредственно соединен с РК вентилятора.

Наиболее часто применяемым способом регулирования является изменение угла поворота лопаток НА.

6. Регулирование работы вентиляторной установки

Как было рассмотрено выше, вентилятор, работающий на сеть, должен обеспечивать расчетные режимы работы. В практике эксплуатации таких систем часто возникает необходимость в изменении давления или производительности. Регулирование можно осуществить двумя способами: изменением характеристик вентилятора или сети.

Первый способ более экономичен и его можно осуществить путем изменений частоты вращения колеса вентилятора, его геометрических параметров или используя направляющие аппараты.

Второй способ можно реализовать, изменяя сопротивление сети с помощью регулирующей арматуры. Этот способ прост, однако, он неэкономичен и позволяет осуществить регулировку только в сторону уменьшения производительности.

Существуют также способы регулирования вентиляторов путем изменения геометрических параметров РК: угла установки лопаток, поворота закрылок лопаток.

Первый способ чаще применяется для осевых и пропеллерных вентиляторов. При регулировании угла установки лопаток осевых вентиляторов можно обеспечить технические параметры как выше, так и ниже оптимальных параметров вентилятора.

Расчет осевого вентилятора.

Ввиду сравнительно большого давления предполагаем, что вентилятор двухступенчатый. Принимаем для каждой ступени .

Ориентировочно принимаем относительный диаметр втулки , для которого удельное число оборотов . Для развития давления

Плотность воздуха:

Приведенное давление:

Число оборотов:

Ближайшее стандартное значение числа оборотов двигателя .

Примем , которому соответствует . Тогда получается число оборотов которое незначительно отличается от стандартного.

,

Коэффициент давления и действительное значение гидравлического КПД .

Окружная скорость:

Наружный диаметр рабочего колеса:

Среднеквадратичный диаметр и диаметр втулки:

Высота рабочих и спрямляющих лопастей:

Так как дисковые потери и утечки невелики, то примем, что КПД снижается на 1%. При механическом КПД вентилятора эффективный КПД

Скорости в трубопроводе и в проточной части машины:

Необходимую длину диффузора найдем , приняв и определив отношение площадей при условии постоянного диаметра :



Расчет треугольников скоростей ведем на среднем квадратичном диаметре .

Теоретическое давление одной ступени:

Принимая для каждой ступени , находим:

Далее вычисляем:

Расчет треугольников скоростей ведется аналогично, причем окружная проекция скорости определяется из условия постоянства циркуляции .

Так для втулки:

Для периферии:

Принимаем хорду лопатки РК , лопатки СА .

Радиальный зазор:

Осевой зазор:

СА

СА

Относительный шаг на втулке РК находим по эмпирической формуле:

Относительное удлинение лопатки

Шаг лопатки РК на втулке:

Число лопаток РК:

принимаем

Шаг лопатки РК:

на втулке

в среднем сечении

на периферии

Принимаем число лопаток

СА

Шаг лопатки СА:

на втулке

в среднем сечении

осевой вентилятор аэродинамический двухступенчатый

на периферии

Угол установки для РК:

на втулке

в среднем сечении

на периферии

Угол установки для СА:

на втулке

в среднем сечении

на периферии

Мощность на валу:

7. Электродвигатели

В сухих мало запыленных помещениях, не содержащих в воздухе агрессивных газов и взрывоопасных веществ, устанавливают защищенные двигатели.

В помещениях пыльных, влажных и содержащих: агрессивные газы, а также при установке на открытом воздухе применяют закрытые обдуваемые двигатели исполнения АО2 и АОЛ2.

В помещениях, содержащих взрывоопасные соединения, а также при установке в одном помещении с вытяжными вентиляторами, обслуживающими взрывоопасные производства, применяют двигатели во взрывобезопасном исполнении.

При клиноременных передачах электродвигатели устанавливают на салазках.

Список литературы

1. Шерстюк А.Н. "Насосы, вентиляторы и компрессоры." Учебное пособие для втузов.- М, "Высшая школа",1972 г.

2. В.М. Черкасский "Насосы, вентиляторы, компрессоры" Москва, Энергоатомиздат 1984г.

3. И.В. Брусиловский "Аэродинамический расчет осевых вентиляторов" Москва, Машиностроение 1986г.

4. В.А. Добровольский и др. "Детали Машин"

5. Р.Д. Бейзельман, В.В. Цыпкин "Подшипники качения" Справочник. - М, "Машиностроение", 1967г.

6. Бизенков В.Н. "Стационарные машины. Расчёт шахтных вентиляторных установок" КузГТУ, 2005г. (http://www.iqlib.ru/)

Размещено на Allbest.ru

...