Вентиляторы. Турбовентиляторы. Расчет и подбор вентиляторов. Расчет двигателя для вентиляции


Расчет объема воздуха вентиляции. Выбор и расчёт вентилятора

Вентиляторы общего назначения применяют для работы на чистом воздухе, температура которого меньше 80 градусов. Для перемещения более горячего воздуха предназначены специальные термостойкие вентиляторы. Для работы в агрессивных и взрывоопасных средах выпускают специальные антикоррозионные и взрывобезопасные вентиляторы. Кожух и детали антикоррозионного вентилятора выполнены из материалов, не вступающих в химическую реакцию с коррозионными веществами перемещаемого газа. Взрывобезопасное исполнение исключает вероятность искрообразования внутри корпуса (кожуха) вентилятора и повышенного нагревания его частей во время работы. Для перемещения запылённого воздуха применяют специальные пылевые вентиляторы. Размеры вентиляторов характеризуются номером, который обозначает диаметр рабочего колеса вентилятора, выраженный в дециметрах.

По принципу действия вентиляторы подразделяются на центробежные (радиальные) и осевые. Центробежные вентиляторы низкого давления создают полное давление до 1000 Па; вентиляторы среднего давления - до 3000 Па; и вентиляторы высокого давления развивают давление от 3000 Па до 15000 Па.

Центробежные вентиляторы изготавливают с дисковым и бездисковым рабочим колесом:

Лопатки рабочего колеса крепятся между двумя дисками. Передний диск - в виде кольца, задний - сплошной. Лопасти-лопатки бездискового колеса крепятся к ступице. Спиральный кожух центробежного вентилятора устанавливают на самостоятельных опорах, или на станине, общей с электродвигателем.

Осевые вентиляторы характеризуются большой производительностью, но низким давлением, поэтому широко применяются в общеобменной вентиляции для перемещения больших объёмов воздуха при невысоком давлении. Если рабочее колесо осевого вентилятора состоит из симметричных лопаток, то вентилятор является реверсивным.

Схема осевого вентилятора:

Крышные вентиляторы изготавливаются осевые и радиальные; устанавливаются на крышах, на бесчердачном перекрытии зданий. Рабочее колесо и осевого, и радиального крышного вентилятора вращается в горизонтальной плоскости. Схемы работы осевого и радиального (центробежного) крышных вентиляторо в:

Осевые крышные вентиляторы применяют для общеобменной вытяжной вентиляции без сети воздуховодов. Радиальные крышные вентиляторы развивают более высокие давления, поэтому могут работать как без сети, так и с сетью подключенных к ним воздуховодов.

Подбор вентилятора по аэродинамическим характеристикам.

Для каждой вентиляционной системы, аспирационной или пневмотранспортной установки вентилятор подбирают индивидуально, используя графики аэродинамических характеристик нескольких вентиляторов. По давлению и расходу воздуха на каждом графике находят рабочую точку, которая определяет коэффициент полезного действия и частоту вращения рабочего колеса вентилятора. Сравнивая положение рабочей точки на разных характеристиках, выбирают тот вентилятор, который даёт наибольший кпд при заданных знач

interistroy.ru

Вентиляторы. Турбовентиляторы. Расчет и подбор вентиляторов

Задача №1. Расчет вентилятора

Условия:

В наличие есть вентилятор, развивающий давление Pmax не более 70 Па, который используется для вентиляции помещения. Забор воздуха из помещения осуществляется по трубопроводу постоянного диаметра, для которого можно принять, что его сопротивление возрастает на 7 Па на каждый метр. Вентилятор был подсоединен к всасывающему и нагнетающему трубопроводам неизвестной длины, после чего замеры показали, что во входе в вентилятор возникает разряжение Pвв, равное -32 Па, на выходе из вентилятора – избыточное давление Pнв, равное 24 Па. Замеренная скорость воздуха ω в трубопроводе оказалась равной 3 м/с. При расчетах плотность воздуха ρ принять равной 1,2 кг/м3.

Задача:

Необходимо рассчитать, на какую максимальную длину может быть увеличен нагнетательный трубопровод.

Решение:

Рассмотрим формулу расчета давления вентилятора:

P = (Pнв+(ωн2∙ρ)/2) – (Pвв+(ωв2∙ρ)/2)

где ωв и ωн – скорости воздуха во всасывающем и нагнетательном трубопроводах. Поскольку диаметр трубопровода не меняется, то ωв = ωн, отчего формулу можно представить в следующем виде:

P = Pнв - Pвв = 24 - (-32) = 56 Па

Отсюда следует, что имеющийся в наличии вентилятор при данных условиях работы имеет запас давления в 70-56 = 14 Па.

Увеличение длины нагнетательного трубопровода будет приводить к возрастанию сопротивления в нем, что повлечет за собой увеличение значения напора вентилятора. Следовательно, можно рассчитать, до каких пор можно увеличивать сопротивление нагнетающего трубопровода, пока вентилятор не достигнет своего предела по создаваемому напору:

14/7 = 2 м

Получим, что нагнетательный трубопровод может быть удлинен не более чем на 2 метра.

Задача №2 Расчет производительности и давления вентилятора

Условия:

Из помещения с атмосферным давлением P1 = 0,1 мПа через трубопровод постоянного диаметра d = 500 мм откачивается воздух и выбрасывается в атмосферу P2 = 0,1 мПа. Вентилятор работает с расходом Q = 2000 м3/час, потребляя при этом N = 1,1 кВт, а скорость вращения его вала n составляет 1000 об/мин. Замеры показали, что падение давления во всасывающем трубопроводе составляет Pпв = 60 Па, а в нагнетательном – Pпн = 80 Па. При расчетах плотность воздуха ρ принять равной 1,2 кг/м3.

Задача:

Рассчитать создаваемое вентилятором давление, а также вычислить, как изменится производительность вентилятора, если увеличить скорость вращения вала до nн = 1200 об/мин и как при этом изменится мощность.

Решение:

Площадь поперечного сечения трубы равно:

F = (π∙d2) / 4 = (3,14∙0,52) / 4 = 0,2 м2

Чтобы рассчитать давление вентилятора, предварительно необходимо найти скорость воздуха в трубопроводе, которая будет равна как для нагнетательной, так и для всасывающей части вследствие равенства их диаметров. Скорость воздуха можно найти из уравнения расхода:

Q = F∙ω

откуда:

ω = Q / F = 2000 / (3600∙0,2) = 2,8 м/с

После нахождения скорости становится возможным определение давления вентилятора:

P = (P2-P1) + (Pпв+Pпн) + (ω2∙ρ)/2 = (105-105) + (60+80) + (2,82∙1,2)/2 = 145 Па

Расход при увеличенном числе оборотов можно вычислить из следующего соотношения:

Qн/Q = nн/n

откуда:

Qн = Q∙nн/n = 2000∙1200/1000 = 2400 м³/час

Для нахождения мощности при новом числе оборотов воспользуется другим соотношением:

Nн/N = (nн/n)³

откуда:

Nн = N∙(nн/n)³ = 1,1∙(1200/1000)³ = 1,9 кВт

В итоге получим, что давление вентилятора составляет 145 Па, при увеличении числа оборотов до 1200 в минуту расход возрастет до 2400 м3/час, а мощность – до 1,9 кВт.

Задача №3. Расчет КПД вентилятора

Условия:

Из помещения через всасывающий трубопровод диаметром dв = 200 мм с помощью вентилятора откачивается воздух, выбрасываемый в атмосферу через нагнетательный трубопровод диаметром dн = 240 мм. В наличии имеются лишь показания, снятые с датчиков, установленных непосредственно на вентиляторе. Вакуумметр на входе в вентилятор показывает разрежение Pвв = 200 Па, а манометр на выходе вентилятора показывает избыточное давление Pнв = 320 Па. Расходометр откачиваемого воздуха показывает значение Q = 500 м3/час. Потребляемая вентилятором мощность N составляет 0,08 кВт, а скорость вращения его вала n равна 1000 об/мин. При расчетах плотность воздуха ρ принять равной 1,2 кг/м3.

Задача:

Необходимо рассчитать КПД вентилятора и создаваемое им давление.

Решение:

Предварительно найдем скорости движения воздуха во всасывательном и нагнетательном трубопроводах. Выразим и найдем величину скорости ω из уравнения для объемного расхода:

Q = f∙ω

где f = (π∙d2)/4 – площадь поперечного сечения трубопровода. Отсюда получим:

ω = Q/f = (Q∙4)/(π∙d2)

ωв = Q/f = (Q∙4)/(π∙dв2) = (500∙4)/(3600∙3,14∙0,22) = 4,4 м/с

ωн = Q/f = (Q∙4)/(π∙dн2) = (500∙4)/(3600∙3,14∙0,242) = 3,1 м/с

Зная скорости воздуха в нагнетательном и всасывающем трубопроводах, а также давления на входе и выходе вентилятора, становится возможным нахождение давления вентилятора P по следующей формуле:

P = (Pнв+(ωн2∙ρ)/2) – (Pвв+(ωв2∙ρ)/2) = (320+(3,12∙1,2)/2) – (-200+(4,42∙1,2)/2) = 514 Па

Выразим из формулы мощности и найдем величину КПД вентилятора η:

N = (Q∙P)/(1000∙η)

η = (Q∙P)/(1000∙N) = (500∙514)/(3600∙1000∙0.08) = 0,9

Получим, что вентилятор имеет КПД 0,9 и напор 514 Па.

Задача №4. Расчет давления вентилятора

Условия:

Имеется емкость для хранения азота при избыточном давлении P1 в 540 Па. Газ подается в аппарат под избыточным давлением P2 в 1000 Па при помощи вентилятора, соединенного с емкостью для хранения с помощью всасывающего трубопровода, и с аппаратом с помощью нагнетательного трубопровода, при этом потери давления в них составляют Pпв = 120 Па и Pпн = 270 Па соответственно. В нагнетательном трубопроводе поток газа развивает скорость ω равную 10 м/с. При расчетах плотность азота принять ρ равной 1,17 кг/м3.

Задача:

Необходимо рассчитать создаваемое вентилятором давление.

Решение:

Перепад давлений в точках всасывания и нагнетания ΔP будет составлять:

∆P = P2-P1 = 1000-540 = 460 Па

Общие потери Pпоб во всасывающем и нагнетающем трубопроводе будут равны:

Pпоб = Pпв+Pпн = 120+270 = 390 Па

Скоростное давление Pc может быть найдено по следующей формуле:

Pс = (ω2∙ρ)/2 = (102∙1,17)/2 = 59 Па

Зная найденные выше величины можно рассчитать создаваемое вентилятором давление P по следующей формуле:

P = ∆P + Pпоб + Pc = 460 + 390 + 59 = 909 Па

Давление вентилятора составляет 909 Па

intech-gmbh.ru

Тепловой и вентиляционный расчет асинхронного двигателя

 

Работа асинхронного двигателя сопровождается потерями мощности, которые в форме потоков тепловой энергии передаются от наиболее нагретых частей машины к менее нагретым и, в конечном итоге, передаются с охлаждаемых поверхностей окружающей среде. Передача тепла в твердых телах происходит посредством теплопроводности, а с нагретых поверхностей отдача тепла происходит преимущественно посредством конвекции и лучеиспускания. На пути движения тепловых потоков возникают перепады температуры. Цель теплового расчета асинхронного двигателя – это определение превышения температуры его отдельных частей над температурой охлаждающего воздуха.

В асинхронных двигателях с короткозамкнутым ротором наиболее сильно, как правило, нагревается обмотка статора. Допустимое среднее значение превышения температуры обмотки статора над температурой охлаждающей среды (перегрев обмотки статора) зависит от класса нагревостойкости (температурного индекса) выбранного изоляционного материала. Перегрев обмотки статора должен быть ниже допустимых значений, установленных ГОСТ 183 – 74.

Определяем потери мощности в обмотке статора подразделяют на потери в пазовой и лобовой части обмотки статора, согласно [1] по формуле

 

, (10.1)

 

где — коэффициент увеличения потерь для изоляции класса нагревостойкости F.

 

Вт.

 

Определяем потери мощности в лобовой части обмотки статора, согласно по формуле

 

, (10.2)

 

Вт.

 

Определяем периметр поперечного сечения паза, согласно [1] по формуле:

 

, (10.3)

 

м.

 

Определяем перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки, согласно [1] по формуле:

 

, (10.4)

 

где мм – односторонняя толщина пазовой изоляции;

– средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции;

– среднее значение коэффициента теплопроводности внутри изоляции катушки всыпной обмотки.

 

°С.

 

Определяем превышение температуры внутренней поверхности магнитопровода статора над температурой воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле:

 

, (10.5)

 

где – коэффициент, учитывающий, что только часть потерь мощности в стали и пазовой части обмотки статора передается воздуху внутри машины, а остальная часть потерь передается через станину наружному воздуху;

– коэффициент теплоотдачи с поверхности.

 

.

 

Определяем перепад температуры по толщине изоляции лобовой части катушки из круглого провода, согласно [1] по формуле:

 

 

, (10.6)

 

где — условный периметр охлаждения лобовой части одной катушки;

– односторонняя толщина изоляции лобовой части катушки, при отсутствии изоляции мм.

 

.

 

Определяем превышение температуры поверхности лобовых частей обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле:

 

, (10.7)

 

.

 

Определяем среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле

 

 

, (10.8)

 

.

 

Определяем потери мощности, отводимые в воздух внутри машины, согласно [1] по формуле:

 

, (10.9)

 

где ,

 

Вт;

 

Вт.

 

Определяем поверхность ребер станины, согласно [1] по формуле:

 

, (10.10)

 

где м — условный периметр поперечного сечения ребер корпуса двигателя.

 

.

 

Определяем превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды определяется в предположении, что температура корпуса равна температуре воздуха внутри машины, согласно [1] по формуле:

 

, (10.11)

 

где - коэффициент подогрева воздуха.

 

.

 

Определяем среднее значение превышения температуры обмотки статора над температурой окружающей среды, согласно [1] по формуле:

 

, (10.12)

 

.

 

Определяем требуемый расход воздуха, согласно [1] по формуле:

 

, (10.13)

 

где – коэффициент, учитывающий изменение теплоотдачи по длине корпуса машины.

 

, (10.14)

 

где – коэффициент;

об/мин – частота вращения ротора в номинальном режиме.

 

;

 

м3/сек.

 

Определяем расход воздуха, который может быть получен при заданных размерах двигателя, согласно [1] по формуле:

 

, (10.15)

 

м3/сек

 

Для нормального охлаждения асинхронных двигателей необходимо, чтобы расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, был больше требуемого, то есть выполнялось условие:

 

; (10.16)

 

.



infopedia.su