Регулирование работы нагнетателей

Как следует из предыдущей лекции, фактическая производительность нагнетателя может отличаться от расчётной вследствие изменения характеристики сети. В некоторых случаях может возникать необходимость в изменении фактической производительности.

В ряде случаев необходимость изменения производительности возникает в связи с изменениями в технологическом процессе установок, в которые входит нагнетатель. Так, например, при снижении нагрузки котлов необходимо снижать производительность дымососов и дутьевых вентиляторов. Таким образом, нагнетатели должны обладать средствами регулирования производительности.

В принципе, такое регулирование может достигаться:

• 1) изменением характеристики сети;
• 2) изменением характеристики нагнетателя;
• 3) изменением числа совместно (параллельно) работающих машин.

В первом случае применяется изменение сопротивления сети с помощью так называемых дроссельных устройств («дросселирование»). В насосных установках это обычно задвижки (вентили), в вентиляторных — заслонки, шиберы, дроссели. Как будет показано ниже, это наименее экономичный способ регулирования, но, к сожалению, он наиболее распространён на практике (особенно для насосов) вследствие своей простоты.

В ряде случаев, в зависимости от формы кривой мощности, его применение вообще недопустимо. Речь идёт о нагнетателях, у которых кривая мощности в определённом диапазоне падающая, т. е.. Однако, и в тех случаях, когда, дросселирование также крайне неэкономично.

Рис. 8.1 Регулирование с помощью дросселирования.

На рис. 8.1 исходной характеристике I соответствует рабочая точка Р₁, Q₁. В результате дросселирования (увеличения сопротивления сети), характеристика сети приобретает форму II, а рабочая точка — координаты Р₂, Q₂. При этом давление Р_др=Р₂-Р₁ теряется в дроссельном устройстве, т. е. для преодоления потерь в сети трубопроводов I используется только давление Р_с1. Поэтому к.п.д. установки (вентилятор + дроссель) будет:

.

а к.п.д. вентилятора при производительности Q₂:

.

Тогда:

Если учесть, что величина Р_др/Р₂ часто превышает 50%, то низкая экономичность рассмотренного способа регулирования становится очевидной.

В противоположность дросселированию наиболее экономичный способ регулирования — изменение скорости вращения рабочего колеса, поскольку, если характеристика сети проходит через начало координат, в этом случае сохраняется подобие треугольников скоростей, и, таким образом, сохраняется значение к.п.д. Если, например, к.п.д. находился в области максимального значения, то он останется столь же высоким и при изменении скорости вращения рабочего колеса нагнетателя (это относится, как уже упоминалось, к автомодельному интервалу числа Re). При этом, правда, часть энергии теряется в устройствах регулирования самой скорости вращения.

Как правило, в нагнетателях в качестве привода применяются электродвигатели переменного тока с короткозамкнутым ротором, которые практически вообще не поддаются экономичному регулированию. Однако, существуют такие двигатели с переменным числом пар полюсов — двухскоростные. Именно их и нужно стараться заказывать при необходимости регулирования нагнетателей.

За рубежом для привода насосов и вентиляторов всё шире применяются электроприводы с частотным регулированием с помощью полупроводниковых преобразователей (тиристоры).

Доступным и весьма экономичным способом изменения скорости вращения рабочих колёс нагнетателей является применение сменных шкивов ременной передачи. Это целесообразно при нечастом изменении подачи, например, при сезонном регулировании.

Значительно более экономичным, чем дросселирование, является регулирование изменением характеристики нагнетателя с помощью направляющих аппаратов. Действие направляющих аппаратов заключается в изменении момента количества движения c_1ur на входе в рабочее колесо. При этом теоретическое давление P_т=c_2ur₂-c_1ur₁ уменьшается, если закручивание потока направлено в сторону вращения рабочего колеса (c_1u>0). Можно было бы ожидать, что при c_1u<0 (закручивание против вращения колеса) давление будет повышаться, однако, в действительности этого не происходит. Поэтому применяется только «регулирование вниз», т. е. c_1u>0.

Рис. 8.2 Осевой направляющий аппарат Рис. 8.3 Упрощённый направляющий аппарат

Как правило, применяются осевые направляющие аппараты (рис. 8.2), которые представляют собой систему плоских лопаток, поворачивающихся на осях, проходящих через отверстия в корпусе. Лопатки одновременно поворачиваются на одинаковые углы и, отклоняя поток, создают его закручивание.

Известны упрощённые направляющие аппараты, лопатки которых устанавливаются параллельно друг другу во входных коробках вентиляторов.

Подбор вентиляторов В результате расчета вентиляционной сети определяется режим работы вентилятора (p-Q), и далее следует подобрать вентилятор, наиболее экономично обеспечивающий этот режим.

Обозначение типов радиальных (центробежных) вентиляторов содержит:

• — букву В, что означает «вентилятор»;
• — букву Ц, что означает «центробежный» («радиальный»);
• — число, равное пятикратной величине коэффициента давления на номинальном режиме;
• — число, равное быстроходности вентилятора на номинальном режиме.

Номинальный режим — это режим вентилятора, при котором достигается максимальное значение к.п.д.

В настоящее время изготовляются вентиляторы В. Ц4−75, В. Ц4−76, В. Ц14−46, В. Ц10−28 и др.

Вентиляторы изготовляются в различных конструктивных исполнениях в зависимости от физических свойств перемещаемой среды. Вентиляторы в обычном исполнении — вентиляторы общего назначения — предназначены для перемещения воздуха и других неагрессивных газовых смесей с температурой не выше 80С, не содержащих пыли и других трёрдых примесей в количестве более 100 мг/м³ или липких и волокнистых материалов.

Если эти условия не соблюдаются, применяют вентиляторы специального назначения. К ним относятся:

• — коррозионностойкие вентиляторы, которые могут перемещать агрессивные газовые смеси;
• — искрозащищённые вентиляторы, применяются для перемещения взрывоопасных газовых смесей. Эти вентиляторы комплектуются взрывобезопасными электродвигателями, а корпуса и рабочие колёса таких вентиляторов чаще всего изготавливаются из алюминия;
• — пылевые вентиляторы — для перемещения пылегазовоздушных смесей с содержанием твёрдых примесей до 1000 г/м³. Проточная часть пылевых вентиляторов выполняется таким образом, чтобы уменьшить абразивный износ деталей вентилятора, а также предотвратить возможность налипания пыли. В их обозначении присутствует буква П («пылевой») — В. ЦП6−45, В. ЦП7−40 и др.

Конструктивные особенности всех перечисленных выше вентиляторов будут изложены далее (в последующих лекциях).

Для вентиляционных систем, требующих небольших давлений при значительных производительностях, целесообразно подбирать не радиальные, а осевые вентиляторы. Для общепромышленной вентиляции наибольшее распространение получили осевые вентиляторы следующих типов — В. О-06−300 и В. О2.3−130.

Вентиляторы каждого типа изготовляются со стандартными диаметрами рабочих колёс, образуя ряд диаметров (лекция 5) или ряд типоразмеров. Этот ряд включает: 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600 мм. Вентилятор каждого из этих диаметров принято обозначать «номером» — величиной диаметра, выраженной в дециметрах, т. е. ряд номеров: №№ 2, 2.5, 3.15, 4 и т. д.

Выбор номера вентилятора и скорости вращения начинается по сводным характеристикам (рис. 5.3). При этом принимается кривая, ближайшая к точке p-Q, полученной по данным расчёта системы вентиляции. Далее режим работы уточняется, исходя из того, где характеристика сети (по расчётным данным p-Q) пересечёт принятую кривую сводного графика.

Понятно, что чем ближе соседние значения диаметров рабочих колёс, тем точнее можно подобрать вентилятор для данного задания и обеспечить это задание с наибольшей экономичностью. Поэтому заводы выпускают вентиляторы с промежуточными диаметрами: меньше и больше приведенных выше номинальных значений на 5 или 10%.

Каждая из кривых сводного графика, представленного на рис. 5.3, имеет обозначение, которое содержит следующую информацию:

• 1. Условное обозначение типа вентилятора. Например, для вентиляторов В. Ц4−75 — буква Е.
• 2. Условное обозначение диаметра рабочего колеса: 090 — при D=0.9D_ном; 095 — при D=0.95D_ном; 100 — при D=D_ном и т. д.
• 3. Порядковый номер рабочей характеристики, соответствующий скорости вращения для данного вентилятора, обозначаемый арабской цифрой.
• 4. В некоторых случаях данный вентилятор при данной скорости вращения может комплектоваться двигателями разной мощности для разных участков характеристики. Индекс мощности обозначается прописной буквой (а, б и т. д.).

Если, например, условное обозначение характеристики Е3.15.105−1а, то речь идёт о вентиляторе В. Ц4−75 № 3.15 с диаметром рабочего колеса 1.05D_ном, со скоростью вращения n=1365 об/мин, с двигателем мощностью 0.25 кВт.

Окончательное решение о выборе вентилятора (с уточнением всех его параметров — подачи, развиваемого давления, к.п.д., мощности) принимается с использованием индивидуальной характеристики данного вентилятора. Параметры двигателей обычно приводятся в прилагаемой к характеристике таблице.

Следует иметь в виду, что вентиляторы рекомендуется использовать при таких фактических значениях к.п.д.: _ф0.85_макс. Диапазон режимов работы вентилятора, в котором выполняется указанное условие, принято называть рабочим участком характеристики вентилятора.

Сводные и индивидуальные характеристики приводятся для условий работы вентиляторов, соответствующих нормальным атмосферным условиям: барометрическое давление 101.3 кПа (760 мм.рт.ст.), температура 20С, плотность воздуха 1.2 кг/м³.

Для других атмосферных условий следует выполнить пересчёт давления для фактической плотности по формуле 5.3'. При этом:

где В — фактическое барометрическое давление (мм.рт.ст.); t — температура в С; 0=1.2 кг/м3.