Работа центробежного вентилятора в сети

Цель работы: определение режима работы центробежного вентилятора на сеть.

Общие сведения

Под режимом работы нагнетателя подразумевается совокупность значений подачи, напора, мощности и КПД, которые может обеспечить нагнетатель при работе на конкретной установке. Режим работы нагнетателя зависит не только от свойств самого нагнетателя, но и от условий работы, определяемых присоединенной к нему сетью.

Сетью называется простой или сложный, всасывающий, и нагнетательный трубопроводы, обслуживаемые нагнетателем.

Для подачи среды через сеть нагнетателю требуется преодолевать потери давления на трение и на местных сопротивлениях, а также разность давлений на выходе и входе сети

р = Dр_вс + Dр_нагн + (р_вых – р_вх),

где Dр_вс - потери давления на линии всасывания, Dр_нагн - потери давления в линии нагнетания, р_вх - давление на входе в сеть, р_вых - давление на выходе из сети.

Известно, что потери давления в линиях всасывания и нагнетания представляют собой сумму потерь давления на трение и на местных сопротивлениях

Dр_вс = (Dр_тр)_вс + (Dр_м)_вс

Dр_нагн = (Dр_тр)_нагн + (Dр_м)_нагн

где Dр_тр и Dр_м - потери давления на трение и в местных сопротивлениях. Разность давлений р_о = (р_вых – р_вх) называется гидростатической составляющей давления.

Давление, создаваемое нагнетателем, определяется суммарной потерей давлений в сети.

Для любой сети полным потерям давления соответствует определенный расход среды. Характеристикой сети называется график, выражающий зависимость потерь давления в данной сети от расхода перекачиваемой среды через нее.

В общем случае уравнение характеристики сети имеет вид

р_с = р₀ + KQ²,

где р_с - перепад давления в сети, Q - расход перекачиваемой среды через сеть, K - коэффициент пропорциональности, характеризующий сеть. Характеристика сети имеет вид параболы (на рис. 5.1 кривая 1). Крутизна ветви параболы будет зависеть от гидравлических сопротивлений, определяемых величиной коэффициента K.

Коэффициент K тем больше, чем сеть длиннее, извилистее, более сужена по проходным сечениям, чем больше шероховатость внутренних поверхностей и т.п. Чем больше K , тем характеристика сети получается более крутой.

Для простейших вентиляционных и отопительных сетей обычно

р_с = KQ²,

т.е. характеристика таких сетей представляет собой исходящую из начала координат параболу (рис. 5.1, кривая 2).

Если сеть является сложной и состоит из нескольких участков с различными характеристиками (длинами l, диаметрами d, коэффициентами l и z), то общую характеристику сети можно выразить через параметры этих участков

.

С помощью характеристики сети можно быстро определить расход среды через сеть при заданной потере давления, или наоборот, потери давления при заданном расходе.

Характеристику сложной сети можно получить путем сложениях характеристик отдельных участков и ответвлений трубопровода.

Суммарная характеристика последовательно соединенных участков получается путем сложения ординат р, а параллельно соединенных - путем сложения абсцисс Q.

Режим работы нагнетателя на данную сеть может быть определен путем графического построения характеристик нагнетателя и характеристики сети, либо с помощью аналитических зависимостей.

При графическом методе на одном и том же графике строятся характеристики нагнетателя, и в масштабе напорной характеристики наносится характеристика трубопровода (рис. 5.2). Точка А пересечения напорной характеристики нагнетателя и характеристики сети называется рабочей (режимной) точкой. При этом полное давление нагнетателя равно полному гидравлическому сопротивлению или полным потерям давления в сети. Рабочая точка А определяет давление и производительность данного нагнетателя в данной сети.

Если известна производительность нагнетателя, то по его полной характеристике легко определить значение мощности N и коэффициента полезного действия h. Для получения величины потребляемой нагнетателем мощности и значения КПД следует через рабочую точку А провести вертикальную прямую до пересечения ее с кривыми N(Q) и h(Q) (рис. 5.2). Точки А, В, С определяют рабочий режим нагнетателя при работе на данную сеть.

При подборе нагнетателя для его совместной работы на сеть желательно, чтобы рабочая точка находилась в области максимального значения КПД нагнетателя (рис. 5.2, точка В).

Диапазон давлений, получаемый нагнетателем, определяется характеристикой сети. Если нагнетатель работает в сети с малым сопротивлением, то невозможно достичь высоких давлений ни увеличением частоты вращения, ни увеличением размеров рабочего колеса нагнетателя.

Экспериментальная установка

Экспериментальный стенд для исследования работы вентилятора на сеть описан в работе № 3 (см. рис. 3.3). Центробежный 1 вентилятор подключен к сети – напорному трубопроводу 5 с дроссельным устройством (задвижкой) 6 и задвижкой 4 на выходе из вентилятора. Характеристика сети определяется положением задвижки 6.

Порядок выполнения работы

1. Изучить экспериментальный стенд для определения режима работы центробежного вентилятора на сеть.

2. Полностью открыть задвижку 4 на центробежном вентиляторе. Задвижку на осевом вентиляторе закрыть.

3. Определить начальное показание l₀ микроманометра.

4. Включить центробежный вентилятор включателем В1.

5. Установить задвижку 6 на трубопроводе в положение 2.

6. Латром 1 установить напряжение питания U_пит центробежного вентилятора в соответствии с табл. 5.1.

7. Микроманометром определить полное l_п (дел) и динамическое l_дин (дел) давления в напорном трубопроводе.

8. Показания приборов записать в табл. 5.1.

9. Произвести измерения для данного положения задвижки при различных напряжениях питания вентилятора.

10. Полностью открыть задвижку на напорном трубопроводе. Выполнить необходимые измерения в соответствии с пп. 6 – 9.

Обработка экспериментальных результатов

1. Методика определения динамического р_дин и полного р_п давления, осевой с_ос и средней с_ср скоростей, производительности Q вентилятора описана в лабораторной работе № 3 (см. раздел «Обработка опытных данных», пп. 1-4).

2. Считать, что расход воздуха в сети равен объемной производительности вентилятора.

3. Все рассчитанные величины внести в табл. 5.1.

4. Построить экспериментальные характеристики p_п(Q) сетей.

5. Произвести аппроксимацию экспериментальных характеристик сетей 1 и 2.

Для этого необходимо определить коэффициент К, характеризующий гидродинамическое сопротивление сети. Аппроксимацию произвести методом наименьших квадратов. Чтобы выполнить аппроксимацию экспериментальных данных указанным методом, необходимо из табл. 5.1 перенести содержимое столбцов Q_i и р_пi в табл. 5.2 для каждой из сетей 1 и 2. Затем нужно построить таблицу значений (Q_i²)² и (р_пiQ_i²) где i = 1, ... 9 (см. табл. 5.2). В табл. 5.2 вычислить суммы S(Q_i²)² и S(р_пiQ_i²). Коэффициент К для каждой сети определяется из выражения

.

6. Используя вычисленные значения К простроить расчетные характеристики сети 1 и сети 2 по формуле р_{п расч} = КQ² . Результаты вычислений записать в табл. 5.1. Построить расчетные характеристики сетей 1 и 2.

Таблица 5.1

Экспериментальная и расчетная характеристики сети

7. Определить режимы работы центробежного вентилятора на сеть 1 и сеть 2. Для этого необходимо выполнить следующее:

7.1. На характеристики сетей графически наложить индивидуальные характеристики центробежного вентилятора, определенные при числе оборотов n = 3500 об/мин (данные можно взять из лабораторной работы № 3).

7.2. Найти режимные точки работы вентилятора на сети 1 и 2 как пересечение характеристик давления р_п(Q) вентилятора и характеристик сетей. По режимным точкам определить полное давление вентилятора р_п(Q) и подачу Q.

7.3. По полученной производительности вентилятора определить потребляемую мощность и КПД вентилятора.

7.4. Результаты вычислений записать в табл. 5.3.

8. Провести анализ режимов работы вентилятора на обе сети. Определить, какая сеть более предпочтительна для данного вентилятора.

Таблица 5.2

Таблицы для определения характеристики К для сетей 1 и 2

Сеть 1

S(Q_i²)² = S(р_пiQ_i²)=

К₁ =

Сеть 2

S(Q_i²)² = S(р_пiQ_i²)=

К₂ =

Таблица 5.3

Режим работы вентилятора на сети 1 и 2

Лабораторная работа № 6