Определение характеристик центробежного

ВЕНТИЛЯТОРА

Цель работы: Построение экспериментальных характеристик вентилятора и сети и определение параметров рабочей точки.

 

Теоретическая часть

Работа центробежного вентилятора при постоянном числе оборотов характеризуется следующими величинами:

1 – производительностью Q, м³/с;

2 – создавае6мым давлением (напором) H, н/м² или DР, мм вод.ст.;

3 – затрачиваемой мощностью N, Вт;

4 – коэффициентом полезного действия h, %.

У центробежных вентиляторов величины Q, DР, h связаны между собой и изменение одной из них вызывает изменение остальных. Графические зависимости DР = f(Q), N = f(Q), h = f(Q) называются характеристиками вентиляторов.

На основании теоретических расчетов эти характеристики с достаточной точностью построить нельзя. Поэтому на практике применяют характеристики вентиляторов, полученные опытным путем. Типичные характеристики центробежного вентилятора при некотором постоянном числе оборотов n₁ показаны на рисунке 5.1.При другом числе оборотов n₂ характеристики вентилятора будут другими. Изменение величин Q, DР, N определяется при этом следующими приближенными соотношениями:

(5.1)

Характеристики вентиляторов служат для исследования их работы в различных условиях и для подбора вентиляторов при проектировании вентиляционных установок.

Если по какому-либо трубопроводу или каналу (сети) проходит газ, то, как известно, давление Н_С, теряемое газом при прохождении его через трубопровод (сеть) расходуется на сообщение скорости газу (DР_СК), на преодоление трения и всех местных сопротивлений сети (DР_ТР + DР_МС), на преодоление гидростатического давления – высоты подъема (DР_ПОД) и на преодоление разности давлений в пространствах всасывания и нагнетания (DР_ДОП):

(5.2)

где: l - коэффициент трения;

L – длина трубопровода, м;

d – диаметр трубопровода, м;

x - коэффициент местного сопротивления;

w – скорость потока, м/с;

r - плотность газа, кг/м³.

Подставив в уравнение (5.2) значение скорости из уравнения расхода:

(5.3)

получим:

(5.4)

где: Q_С – расход газа, проходящего через трубопровод (сеть), м³/с;

f – площадь поперечного сечения трубопровода, м².

Обозначая , получим следующее уравнение характеристики сети:

(5.5)

 

Рис. 5.1. Характеристики центробежного вентилятора.

Это уравнение выражает зависимость между расходом проходящего по трубопроводу газа Q_C и потерей давления в сети Н_С, идущей на преодоление всех гидравлических сопротивлений трубопровода (сети).

При DР_ПОД = 0 и DР_ДОП = 0 второе слагаемое правой части уравнения (5.5) обращается в ноль и кривая характеристики сети H_C = aQ_C² будет проходить через начало координат.

Когда вентилятор работает на сеть, то Q = Q_C и Н = Н_С, так как вентилятор создает такое давление DР_С, которое расходуется на преодоление полного сопротивления сети Н_С.

Если на график характеристик вентилятора Q – H, Q – N, Q - h нанести кривую характеристики сети Q_С – H_С (в том же масштабе, что и Q – H), то можно найти так называемую рабочую точку А, для которой Q = Q_C и Н = Н_С и определить все характеристики вентилятора при работе его на данную сеть. Положение рабочей точки дает возможность судить об экономности использования вентилятора в данных условиях.

 

 

Описание установки

 

Схема экспериментальной установки показана на рисунке 5.2.

Установка состоит из центробежного вентилятора 1, смонтированного на одном валу с электродвигателем постоянного тока 2. Электродвигатель постоянного тока дает возможность легко изменить с помощью реостатов 11, 12 число оборотов вентилятора.

К вентилятору присоединены трубы: всасывающая 3 и нагнетательная 4 одинакового диаметра (внутренний диаметр d = 220 мм). На входном участке всасывающей трубы имеется плавный раструб 5, на котором установлена сетка 6 для предохранения от всасывания в трубопровод посторонних предметов.

В выходном отверстии нагнетательной трубы установлена диафрагма переменного сечения 7, позволяющая плавно изменять площадь выходного отверстия и, следовательно, изменять сопротивление нагнетательного трубопровода. Реостаты 11 и 12 служат для пуска и изменения числа оборотов электродвигателя. На щите электродвигателя и на трубопроводах установлены следующие контрольно-измерительные приборы:

1 – тахометр 13 для определения числа оборотов вентилятора;

2 – вольтметр 8 и амперметр 9 для определения напряжения и силы постоянного электрического тока;

3 – трубки Пито 14 и 15, снабженные дифференциальными манометрами 16 и 17.

 

Методика проведения работы

Для получения характеристик вентилятора Q – H, Q – N, Q - h проводят серию опытов (10 наблюдений) при постоянном числе оборотов n, которое задает преподаватель (не более 1200 об/мин.). Производительность вентилятора изменяют при помощи диафрагмы 7, изменяя ее открытие. Для получения характеристики трубопровода (сети) H_C = aQ_C² проводят вторую серию опытов (5 наблюдений) при открытой диафрагме 7, т.е. геометрическая характеристика сети остается постоянной (ее задает преподаватель), а расход воздуха меняется путем изменения числа оборотов вентилятора.

Рис.5.2. Схема экспериментальной установки

1 – вентилятор, 2 – электродвигатель, 3 – всасывающая труба,

4 – нагнетательная труба, 5 – плавный раструб, 6 – сетка,

8 – вольтметр, 9 – амперметр, 10 – тахометр, 11, 12 – реостаты,

14 – трубка Пито, 16, 17 – манометры.

 

Необходимые для построения характеристик вентилятора и сети значения величин Q, H, N, h определяют путем соответствующей обработки показаний контрольно-измерительных приборов, полученных во время испытаний.

Показания приборов: дифф.манометра 16 (1 рабочее место) и диф.манометра 17 (2 рабочее место), вольтметра 8 и амперметра 9 (3 рабочее место), после того как диафрагма 7 переставлена в новое положение и восстановлено реостатами заданное число оборотов.

После ознакомления с описанием работы и с установкой распределяют рабочие места, проверяют правильность положения трубок Пито в трубопроводах, нулевое положение жидкости в диф.манометрах и с разрешения преподавателя пускают вентилятор, включают рубильник и плавно выводят сначала пусковой реостат 2, а затем регулировочный 12. Остановку вентилятора после окончания работы производят в обратном порядке.

 

Обработка опытных данных

1. Повышение давления Н, создаваемое вентилятором или называемый «полный напор» вентилятора, определяется (в мм вод.ст.) непосредственно замером по диф.манометру 16.

2. Мощность N, потребляемую вентиляционной установкой, рассчитывают по формуле:

(5.6)

где: V – напряжение постоянного тока, В;

I – сила тока, А.

 

3. Производительность вентилятора Q определяют:

(5.7)

где: - площадь поперечного сечения трубопровода, м².

Среднюю скорость воздуха w во всасывающем трубопроводе находят следующим образом. Диф.манометр 17, присоединенный к трубке Пито 15, которая установлена по оси всасывающего трубопровода, показывает скоростное давление DР_СК (в мм вод.ст.) в центре этого трубопровода. Скорость элементарной струйки воздуха (в м/с), проходящей в центре трубопровода (осевая или максимальная скорость) будет равна:

(5.8)

где: r - плотность воздуха, кг/м³; 9,81 – коэффициент пересчета DР_СК с мм вод.ст. в н/м². Для турбулентного потока отношение средней скорости к максимальной составляет в среднем 0,9.

Таблица 5.1. Протокол измерений

 

№№ пп	число оборотов вентлятора n, об/мин.	положение диафрагмы 7	Показания приборов	Рассчитанные величины
H, мм вод.ст.	DPСК, мм вод.ст	V, В	I, А	Q, м^3/с	h, %	N, Вт	Re
а) характеристика вентилятора
б) характеристика сети

 

Примечания:

1. Число Рейнольдса Re вычисляют при определении характеристик вентилятора только для первого и последнего расходов воздуха.

2. При определении характеристик сети замеряют только показания диф.манометров 16, 17 и вычисляют только Q_C.

3. КПД вентилятора h (с электродвигателем) определяют по уравнению:

(5.9)

где: Q – расход воздуха, м³/с;

Н – «полный напор», создаваемый вентилятором, Па;

N – потребляемая мощность, Вт.

 

5.5. Контрольные вопросы

1. Как устроен и работает центробежный вентилятор?

2. Разность каких давлений показывает диф.манометр, установленный во всасывающем трубопроводе вентилятора?

3. Почему при определении характеристик вентилятора можно изменять расход воздуха затвором, а при определении характеристик сети нельзя?

4. Какой физический смысл имеют характеристика сети и рабочая точка?

5. Почему плотность воздуха во всасывающем и нагнетательном трубопроводах считают одинаковой?

6. Что нужно сделать на установке, чтобы характеристика сети стала бы мене крутой?

7. В чем преимущество диф.манометра с наклонной шкалой по сравнению с обычным U-образным диф.манометром?

8. Если убрать сетку из всасывающего трубопровода, то при том же открытии затвора как это отразится на положении рабочей точки (для данного числа оборотов вентилятора)?

9. Для чего служит тахометр?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6