Анализ конструкции вентиляторов

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Холодильное и вентиляционное оборудование

Практикум составлен в соответствии с примерной программой дисциплины «Холодильное и вентиляционное оборудование» для Высших учебных заведений по специальности 110303.65 - «Механизация переработки с.-х. продукции», утвержденной руководителем Департамента образовательных программ и стандартов профессионального образования Л.С. Гребневым 27.06.2001 г.

По каждой работе сообщается принцип действия и устройства машин, теоретические сведения, методика основных расчетов машин, тематический план дисциплины, список рекомендуемой литературы.

Лабораторный практикум рассмотрен на заседании:

- кафедры «Механизация переработки с.х. продукции»

- методической комиссии инженерного факультета

Холодильное и вентиляционное оборудование

Цель работы: изучить конструкции вентиляторов. Выявить достоинства и недостатки различных типов вентиляторов.

Оборудование и приспособления: Стенды, плакаты.

Гидравлическая машина, в которой происходит преобразование механической работы в механическую энергию жидкости, называется нагнетателем. К нагнетателям относятся полосы и воздуходувные машины. Воздуходувные машины служат для повышения давления и подачи воздуха или другого газа. В зависимости от степени сжатия воздуходувные машины разделяются на вентиляторы и компрессоры.

Вентилятор - воздуходувная машина, предназначенная для подачи воздуха или другого газа под давлением до 15 кПа при организации воздухообмена и широко используются в вентиляционных установках, в технологических агрегатах и в виде отдельных узлов некоторых машин.

По принципу действия и устройству вентиляторы делятся на центробежные и осевые.

Рис. 1. Принципиальная аэродинамическая схема центробежного вентилятора: 1- рабочее колесо; 2 – корпус; 3 – коллектор; 4 – направляющий аппарат; 5 – медная коробка; 6 – диффузор

В центробежном вентиляторе поток газа, поступающего во вращающееся рабочее колесо, изменяет направление движения с осевого на радиальное, а в осевом вентиляторе направление потока не изменяется. Основными элементами вентилятора являются рабочее колесо 1, корпус 2 и коллектор 3. У крупных вентиляторов неотъемлемыми частями также являются направляющий аппарат 4 и диффузор 6. Кроме перечисленных элементов у центробежных вентиляторов могут быть медные коробки 5, а у осевых вентиляторов - обтекатель б, промежуточный направляющий аппарат 2 и спрямляющий аппарат 4 (рис. 2).

Компрессором называют воздуходувную машину, предназначенную для сжатия или подачи воздуха, или какого-либо газа под давлением не ниже 0, 2 МПа.

В зависимости от свойств среды (газ, сжиженный газ и т.п.) применяют нагнетатели различных типов и конструкций. В практике часто встречаются нагнетатели различных типов, названия которым даны в зависимости от их назначения и особенностей эксплуатации. Нагнетатели в основном классифицируют по принципу действия и конструкции.

В этом случае их подразделяют на объемные и динамические.

Объемные нагнетатели работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. К ним относятся возвратно - поступательные (диафрагментные, поршневые) и роторные (аксиально-поршневые и радиально-поршневые, шиберные, зубчатые, винтовые и т.п.) насосы.

Динамические нагнетатели работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т.п.).

Нагнетатели, используемые в системах теплогазоснабжения и вентиляции, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

1) соответствие фактических параметров работы (Р, L, N) заданным расчетным условиям;

2) возможность регулирования подачи и давления в определенных пределах;

В осевом вентиляторе (рис. 2) поток движется преимущественно в направлении осей вращения и некоторое закручивание приобретает лишь при выходе из колеса. Поток через коллектор поступает в входной направляющий аппарат, затем в рабочее колесо и в выходной направляющий аппарат. Колесо сидит на валу, вращающемся в подшипниках, закрепленных на стойках. Колесо и направляющие аппараты закреплены в кожух (обечайку). Втулка рабочего колеса имеет обтекатель. Как в осевом, так и в радиальном передача энергии от двигателя потоку среды происходит во вращающемся рабочем колесе.

Рис. 2. Схема осевого вентилятора: 1 – коллектор; 2 – входной направляющий аппарат; 3 – рабочее колесо; 4 – выходной направляющий аппарат; 5 – корпус (обечайка); 6 – обтекатель

Осевые нагнетатели просты в изготовлении, компактны, реверсивны по сравнению с радиальным нагнетателем они имеют более высокие КПД и подачу при относительно низком давлении (напоре).

К достоинствам центробежных (радиальных) вентиляторов следует отнести возможность использования для привода высокоскоростных электродвигателей, высокий КПД (более 80 %), простоту изготовления, высокую равномерность подачи и относительную простоту ее регулирования. Недостатком является то; что подача зависит от сопротивления сети.

В прямоточном радиальном вентиляторе перемещаемая среда в начале также движется в осевом направлении и поступает во вращающееся рабочее колесо, где под действием центробежной силы проходит в радиальном направлении в межлопаточном пространстве и выходит в осевом направлении по кольцу через радиальный лопастной диффузор, стенки которого имеют криволинейную форму, а лопатки установлены на осесимметричном коленообразном участке диффузора. В диффузоре часть динамического давления преобразуется в статическое. КПД вентилятора достигает 70 %. Одним из преимуществ вентиляторов такого типа является возможность размещения электрического двигателя внутри корпуса, что приводит к улучшению импульсных характеристик установки. Изготовление таких вентиляторов несколько сложнее, чем обычных.

Рис. 3. Схема прямоточного радиального вентилятора: 1 - корпус; 2 - рабочее колесо; 3 - диффузор

Смерчевой вентилятор (рис. 4) имеет рабочее колесо с небольшим числом лопаток, прикрепленных к заднему диску. Это колесо размещено в специальной нише в задней стенке спирального кожуха. При вращении колеса возникает вихревое течение, аналогичное атмосферному вихрю - смерчу, в центральной и периферийной частях которого образуется перепад давлений, являющийся побудителем движения воздуха. Вследствие этого основная часть потока с содержащимися в нем примесями проходит через нагнетатель, минуя рабочее колесо. КПД вентилятора не превышает 60 %.

Рис. 4. Схема смерчевого вентилятора: 1 - кожух; 2 - лопатка; 3 - задний диск

Дисковый вентилятор (рис. 5.) относится к нагнетателям трения. Рабочее колесо у такого нагнетателя представляет собой пакет дисков (колец), расположенных с небольшим зазором перпендикулярно оси вращения колеса.

Рис. 5. Схема дискового вентилятора: 1 - корпус; 2 - рабочее колесо

Рис. 6. Схема диаметрального вентилятора: 1 - рабочее колесо; 2 - корпус; 3 - неподвижное тело

Передача энергии от колеса потоку воздуха происходит в результате действия сил трения в пограничном слое, образующемся на дисках. Отсутствие срывных вихревых зон неизбежных в лопастном рабочем колесе, способствует устойчивой работе дисковых машин с малым шумом. КПД таких нагнетателей не превышает 40-45 %. Диаметральный вентилятор (рис. 6.) имеет следующий принцип действия. Если во вращающееся колесо барабанного типа поместить неподвижное тело, расположенное симметрично относительно оси колеса, то осесимметричный вихрь, образующийся вокруг колеса, смещается в сторону, и возникает течение воздуха через колесо в сторону меньшего сечения. Поперечное течение появляется также и при установке лопаточного колеса в несимметричном коленообразном корпусе.

Диаметральные вентиляторы имеют следующие преимущества по сравнению с радиальными: диаметральные вентиляторы с широкими колесами могут непосредственно присоединяться к воздуховодам, имеющим сечение в форме вытянутого прямоугольника; диаметральные вентиляторы могут создавать значительные давления даже при невысоких окружных скоростях рабочих колес, поскольку поток воздуха дважды пересекает лопаточное колесо.

Недостатки, мешающие более широкому применению диаметральных вентиляторов: невысокий КПД (максимальный 60-65 %), повышенный уровень шума, возможность появления неустойчивых режимов работы в области, где с увеличением подачи наблюдается рост давления, существенные перегрузки электродвигателя при уменьшении сопротивления сети.

Области применения различных вентиляторов

Большинство приточно-вытяжных установок граждански общественных и промышленных зданий оснащено радиальными вентиляторами низкого и среднего давления.

Радиальные вентиляторы являются неотъемлемой частью котлоагрегатов тепловых электростанций и крупных котельных. Для отсасывания дымовых газов из топок котельных агрегатов применяют дымососы. Для подачи воздуха в топки котлоагрегатов предназначены дутьевые вентиляторы. При сжигании в топках котлоагрегатов неагрессивной угольной пыли ее пневматическая транспортировка осуществляется мельничными вентиляторами.

Малогабаритные радиальные вентиляторы с диаметрами рабочих колес менее 200 мм в последние годы все шире используют для практического решения задач современной техники. Они применяются для создания микроклимата в ограниченном пространстве, охлаждения радиоэлектронной аппаратуры, обслуживания портативных фильтров и других целей.

Радиальные вентиляторы среднего и высокого давления широко применяются в системах пневмотранспорта деревообрабатывающих, металлургических, машиностроительных и других предприятий.

Специфические особенности технологического процесса ряда производств обусловили появление радиальных вентиляторов, выполненных из нержавеющей стали, из алюминиевых сплавов с повышенной защитой от искрообразования, из титановых сплавов, пластмассы и т.д.

Осевые вентиляторы используются в установках местного проветривания для вентиляции отдельных выработок, стволов и участков шахтной вентиляционной сети; для проветривания станций и перегонных тоннелей метрополитена.

Прямоточные радиальные вентиляторы используют в установках с ограниченными размерами. Их возможно применять в кондиционерах.

Смерчевые вентиляторы целесообразно применять для перемещения среды, которую нельзя подвергать механическому повреждению, а также для пневматического транспортирования материалов, вызывающих большой износ лопаток и дисков рабочих колес.

Дисковые вентиляторы благодаря своей малошумности устанавливаются в местных кондиционерах для вентиляции помещений, где недопустим шум и в других специальных установках.

Диаметральные вентиляторы благодаря их конструктивным особенностям начинают широко использоваться в системах вентиляций и кондиционирования воздуха кабин самоходных с.-х. машин, в электротермическом оборудовании, бытовых установках и т.п.

Единая общепринятая классификация радиальных вентиляторов до сих пор не разработана. Однако вентиляторы можно классифицировать по отдельным признакам: назначению, создаваемому давлению, быстроходности, компоновке и т. д.

Радиальные вентиляторы, применяемые практически во всех отраслях народного хозяйства, можно разделить на две большие группы: вентиляторы общего назначения и вентиляторы специального назначения.

Вентиляторы общего назначения предназначены для перемещения воздуха и других газовых смесей, агрессивность которых по отношению к углеродистой стали обыкновенного качества не выше агрессивности воздуха с температурой до 80 ⁰С, не содержащих пыли и других твердых примесей в количестве более 100 мг/м³, а также липких веществ и волокнистых материалов. Серийно выпускаются вентиляторы номеров от 2, 5 до 20.

В соответствии с ГОСТ 5576-73 вентиляторы общего назначения имеют обозначения типа Ц (центробежный), пятикратного значения коэффициента полного давления и значения быстроходности при режиме h_max, скругленных до целых чисел. К этому обозначению добавляют номер вентилятора численно равный диаметру колеса в дециметрах. Так, вентилятор с диаметром рабочего колеса d = 0, 4 м, имеющий при режиме h_max коэффициент полного давления f = 0, 86 и быстроходность ns = 70, 3, обозначают Ц4-70 N 4.

Отношение полного давления рh к динамическому pd, где скорость потока равна окружной скорости получила название коэффициента полного давления (f).

Коэффициентом быстроходности ns называют такую частоту вращения геометрически подобного насоса, который при напоре Н = 1 м имеет подачу Q = 0, 075 м³/с.

Вентиляторы специального назначения применяются для работы в системах пневмотранспорта; для перемещения среды, содержащей агрессивные вещества, газов с высокой температурой, газопаровоздушных взрывоопасных смесей и т. д. Эти вентиляторы, в свою очередь можно, разделить на пылевые, корозионно-стойкие, искрозащитные, тягодутьевые, малогабаритные, судовые, шахтные, мельничные и т.д.

Вентиляторы, предназначенные для перемещения воздуха с различными механическими примесями, называют пылевыми. В обозначении этих вентиляторов добавлена, буква П.

Пылевые вентиляторы типа Щ17-40 предназначены для перемещения не взрывоопасных неабразивных пылегазовоздушных смесей, агрессивность которых по отношению к углеродистой стали обыкновенного качества не выше агрессивности воздуха, с температурой не выше 80 ⁰С, не содержащих липких веществ и волокнистых материалов и с содержанием механических примесей в перемещаемой среде до 1 кг/м³.

Пылевые вентиляторы имеют более низкий КПД, чем вентиляторы общего назначения. Номенклатура серийных пылевых вентиляторов не велика: ЦП7-40, ЦПВ-46 и ЦП5-45.

В конструкциях корозионно-стойких вентиляторов, предназначенных для перемещения агрессивных смесей применяются материалы, стойкие к этим смесям (нержавеющая сталь, титановые сплавы, винипласт, полипропилен), либо их проточные части напыляются антикоррозионными покрытиями.

Для перемещения взрывоопасных газовых смесей должны применяться вентиляторы, изготовленные из материалов, которые при трении или соударении подвижных частей с неподвижными исключали бы возможность появления искр.

В зависимости от уровня защиты от искрообразования искрозащищенные вентиляторы подразделяют на следующие: с повышенной защитой от искрообразования, в которых предусмотрены средства и меры, затрудняющие возникновение искр только в режиме их нормальной работы; искробезопасные, в которых предусмотрены средства и меры защиты от искрообразования как при нормальной работе, так и при возможном кратковременном трении рабочего колеса о корпус вентилятора.

В соответствии с техническими условиями они предназначены для перемещения некоторых газопаровоздущных взрывоопасных смесей, не вызывающих ускоренной коррозии материалов и покрытий проточной части вентиляторов, не содержащих взрывчатых веществ, взрывоопасной пыли, окислов железа, липких веществ и волокнистых материалов, запыленностью не более 100 мг/м³ и температурой не выше 80 ⁰С. Температура окружающей среды от -40 до +40 ⁰С.

В зависимости от применения различают два типа тягодутьевых вентиляторов: дымососы и дутьевые.

Дымососы применяют для отсасывания дымовых газов с температурой до 200 ⁰С из топок пылеугольных котлоагрегатов. Так как газы содержат твердые частицы золы, вызывающие значительный износ деталей дымососа, лопатки рабочего колеса выполняют утолщенными, а внутреннюю поверхность обечайки корпуса покрывают броневыми листами. Ходовая часть дымососа имеет охлаждающий элемент в виде термомуфты или змеевика охлаждения масла в узле подшипников.

Применяют дымососы одно- и двухстороннего всасывания. Для регулирования работы они оснащаются осевыми направляющими аппаратами. Обозначение типа дымососа; например ДН-15, буквы означают: Д-дымосос; Н-загнутые назад лопатки рабочего колеса; цифры означают диаметр рабочего колеса в дециметрах.

Дутьевые вентиляторы предназначены для подачи воздуха в топочные камеры котлоагрегатов тепловых электростанций или крупных промышленных котельных установок. Так же, как и дымососы дутьевые вентиляторы выполняют односторонними и двухсторонними. Они также оснащены осевыми направляющими аппаратами. Серийно изготавливают дутьевые вентиляторы номеров с 8 по 36. Вентиляторы горячего дутья типа ВГД и ГД предназначены для подачи первичного воздуха с температурой до 400 ⁰С. В обозначении типа дутьевых вентилятора, например ВДН-10, буквы означают: В-вентилятор; Д-дутьевой; Н-загнутые назад лопатки рабочего колеса.

Конструкция тягодутьевых нагнетателей не рассчитана на восприятие нагрузок от массы и теплового расширения подводящих и отводящих участков сети, за и перед ним необходимо устанавливать компенсаторы. Вентиляторы ДН и ВДН предназначены для установки в помещении; возможна их эксплуатация вне помещения при температуре не ниже -30 ⁰С, дутьевые вентиляторы допускается устанавливать только после аппаратов очистки.

Мельничные вентиляторы предназначены для пневматического транспортирования неагрессивной угольной пыли в системах пыле приготовления котлоагрегатов, работающих на пылевидном топливе; и для подачи пылевидного топлива в пыле угольные горелки.

Малогабаритные в ентиляторы с диаметрами рабочих колес менее 200 мм является встроенными вентиляторами. Привод таких вентиляторов осуществляется обычно от малогабаритных высокоскоростных электродвигателей с частотой вращения до 20000 мин - 1; их подача составляет от 1 до 300 л/с, а полное давление от -200 до 7000 Па.

Судовые вентиляторы используют в системах вентиляции машинно-котельных отделений, служебных и жилых помещений, а также для охлаждения приборов и механизмов.

Наиболее распространенными судовыми вентиляторами являются вентиляторы с радиальными лопатками рабочего колеса единой серии ДС.

Шахтные вентиляторы используют в вентиляционных системах шахт и рудников для обеспечения больших расходов и давлений.

В зависимости от полного давления создаваемого при номинальном режиме, в соответствии с ГОСТ 5976-73 вентиляторы подразделяют на вентиляторы низкого, среднего и высокого давления.

Вентиляторы низкого давления создают полное давление до 1000 Па. Допустимая окружная скорость рабочего колеса не превышает 50 м/с.

Вентиляторы среднего давления создают полное давление до 3000 Па. Максимальная окружная скорость рабочего колеса может достигать 80 м/с.

Вентиляторы высокого давления создают полное давление свыше 3000 Па.

Полное давление более 10000 Па могут создавать вентиляторы малой быстроходности с узкими рабочими колесами. Их окружная скорость может достигать 200 м/с.

По быстроходности вентиляторы делят на вентиляторы большой (ns > 60), средней (ns от 30 до 60) и малой (ns < 30) быстроходности.

Вентиляторы большой быстроходности имеют широкие рабочие колеса с небольшим числом загнутых назад лопаток. Коэффициент давления f < 0, 9. Максимальный КПД = 0, 9.

К вентиляторам средней быстроходности относятся как вентиляторы с колесом барабанного типа с загнутыми вперед лопатками и большим диаметром входа, у которых коэффициенты давления близки к максимально возможным (3), а КПД достигает лишь 0, 73, так и вентиляторы имеющие рабочие колеса значительно меньшей ширины с загнутыми назад лопатками, небольшими коэффициентами давления (1) и КПД, достигающим 0, 87.

Вентиляторы малой быстроходности имеют небольшие диаметры входа, довольно узкие рабочие колеса, небольшую ширину и раскрытие спирального корпуса. Лопатки колеса могут, быть загнуты вперед и назад. КПД этих вентиляторов не превышает 0, 8.

В зависимости от компоновки вентиляторы могут быть разделены на переносные, полустационарные и стационарные.

Переносные вентиляторы изготовляются с односторонним входом и имеют цельную конструкцию (ходовая часть, корпус, а иногда и электродвигатель монтируют на общей жесткой стойке). Простота монтажа и демонтажа таких вентиляторов является их преимуществом перед другими вентиляторами. К недостаткам следует отнести отсутствие у них устройств для регулирования, что снижает их эксплуатационные качества. Кроме того, для осмотра и ремонта рабочего колеса эти вентиляторы нужно отсоединить от сети.

Полустационарные в ентиляторы делают с одно- и двухсторонним всасыванием. Ходовая часть и электродвигатель монтируются на общей раме.

Стационарными выполняются крупные шахтные и рудничные вентиляторы и дымососы ТЭЦ и наиболее крупные вентиляторы общего назначения.