9432

100

4.3.4. Изменение условий работы радиального нагнетателя при

изменении плотности перемещаемой среды При подаче капельных жидкостей изменение плотности перемещаемой

среды не учитывается, так как нагрев жидкостей из-за малых коэффициентов объемного расширения практически не меняет их удельного веса. Для расчета подачи воздуха или газов приходится учитывать изменение плотности при на- греве (например, при удалении газов от сушильных печей, горячих ванн, в ды- мососах котельных установок) .

Уменьшение удельного веса газа вызывает одновре- менно уменьшение потерь дав- ления в сети, присоединенной к вентилятору или дымососу, т.к. потери в трубопроводах про-

порциональны динамическому давлению pд = v2γ / 2g . В то же время изменяется и давле- ние, развиваемое вентиля- тором, так как по формуле Эй- лера pв = u22ψγ / g . В резуль-

тате наблюдается одновремен- ное пропорциональное измене- ние характеристик как сети, так и нагнетателя.

Рассмотрим случай, когда температура газа t2 > t1. Тогда удельный вес этого газа γ 2 < γ 1. При этом точ-

ка Аγ 2 , характеризующая его работу при уменьшенном удельном весе газа,

лежит на одной вертикали с точкой Аγ1 , характеризующей работу нагнетателя при стандартном удельном весе газов в сети (рис. 4.8).

101

Таким образом, при уменьшении плотности среды производительность на- гнетателя остается практически неизменной ( Lγ1 ≈ Lγ 2 ), давление, создавае-

мое вентилятором, изменяется пропорционально изменению удельному весу газа, мощность также изменяется пропорционально уменьшению удельному ве- са газа.

Учитывая сказанное, можно было бы уменьшать мощность электродвига- телей вентиляторов или дымососов, предназначенных для перемещения нагре- тых воздуха и газов. Однако практически оборудование, обслуживаемое венти- ляторами и дымососами, обычно эксплуатируется в переменном режиме, и мощность электродвигателя приходится определять из расчета работы вентиля- тора в нормальных условиях. Вентиляторы, обслуживающие печи, в периоды растопки перемещают воздух, имеющий температуру воздуха в цехе. Дымосо- сы котельных установок в периоды растопки котлов также работают на возду- хе, имеющем температуру котельной.

4.3.5. Изменение условий работы радиального нагнетателя при

перемещении жидкости с твердыми примесями Перемещение воздуха или воды с твердыми примесями осуществляется

при пневмо- или гидротранспорте материалов. Потери давления в сети при этом возрастают, т.к. такое перемещение связано с дополнительными сопро- тивлениями.

При равных объемах жидкости, проходящей по сети, увеличение потерь давления определяется по формуле:

где pсм − сопротивление сети при перемещении воздуха с примесями; pч.в − сопротивление сети при перемещении чистого воздуха;

k − коэффициент пропорциональности, зависящий от рода перемещаемого ма- териала: для древесных стружек k=1,4; для хлопка k=1,5; для металлической стружки k=0,8;

102

μ − весовая концентрация материала, т. е. отношение веса перемещаемого в единицу времени материала к весу перемещаемого воздуха (или отношение ве- са твердых примесей к весу воды при гидротранспорте).

В результате увеличения потерь давления характеристика сети при транс- порте материалов проходит левее характеристики сети при перемещении чис- того воздуха.

Влияние изме- нения характеристи-

ки сети на работу нагнетателя зависит от конструктивных особенностей сети,

которая может быть выполнена в одном из двух вариантов

(рис. 4.9).

Обычно сеть пневмотранспорта состоит из следую- щих основных эле-

ментов: пылеприемника (или продуктоприемника); транспортной сети; побуди- теля тяги (нагнетателя); продуктоотделителя.

В первом варианте эти основные элементы расположены в указанной на рисунке 4.9, а последовательности, причем смесь проходит по всей сети, вклю- чая и побудитель тяги.

Во втором варианте (рис. 4.9, б) продуктоотделитель установлен перед на- гнетателем. Смесь перемещается лишь в продуктоприемнике сети, и в продук- тоотделителе, после которого воздух становится практически чистым и не со- держит твердых примесей. Нагнетатель в этом случае перемещает практически чистый воздух.

103

В первом варианте меняется не только характеристика сети, но частично и характеристика нагнетателя. При перемещении смеси нагнетатель при равных объемах и давлениях требует увеличения мощности, которое связано с затратой дополнительной работы колеса вследствие соударения твердых частиц и лопа- ток, трения частиц в межлопаточном пространстве и в кожухе и т. п. Изменение мощности определяется по формуле:

где k − коэффициент пропорциональности (для радиальных вентиляторов неза- висимо от характера примесей по данным ЦАГИ k =1);

Nсм и Nч.в − потребляемые мощности при перемещении смеси и чистого воз-

которая характеризует изменение мощности нагнетателя при перемещении смеси и проходит выше линии мощности при транспортировке чистой жидко-

104

сти Nч.в −L. Из рисунка следует, что при пневмотранспорте произво-

дительность вентилятора уменьшается ( Lсм < Lч.в ), давление, теряемое в сети,

чаще всего увеличивается или остается практически неизменным (в зависимо-

сти от участка линии р−L, на котором лежат рабочие точки), т. е. pсм ³ pч.в .

Мощность вентилятора Nсм окажется несколько большей, чем при работе на-

гнетателя на чистом воздухе Nч.в . Следует однако отметить, что в некоторых

случаях при пневмотранспорте смесей с высокими концентрациями продукта может оказаться, что мощность практически не изменится, т. е. Nсм → Nч.в .

Таким образом, при первом варианте устройства системы пневмотранспорта

мощность электродвигателя к вентилятору должна быть определена из расчета транспортных условий, т. е. при перемещении продукта.

Если же схема системы пневмотранспорта принята по второму варианту, то окажется, что в условиях перемещения смеси производительность умень- шится ( Lсм < Lч.в ), как и при первом варианте, давление изменится аналогично первому варианту ( рсм ³ рч.в ), потребляемая мощность уменьшится

( Nсм′ < Nч.в ). Очевидно, что в этом случае электродвигатель следует выбирать,

исходя из условий перемещения вентилятором чистого воздуха.

Приведенные выше примеры изменения характеристики сети в отопитель- но-вентиляционной практике наблюдается весьма часто. В большинстве случа- ев эти изменения режимов могут проводиться без технического риска, так как потребляемая вентилятором мощность уменьшается. В трех из этих случаев: при расчете сети с запасом; отключении части сети без ее заглушки; при пнев-

мотранспорте по первому варианту − потребляемые мощности возрастают. По- этому изменять характеристики сети можно только после выполнения необхо- димого проверочного расчета, чтобы убедиться в том, что мощность вентиля- тора не превысит установочную.

В тех случаях, когда сеть оборудована осевым вентилятором или насосом, приведенные закономерности сохраняются, за исключением изменения мощно- сти, которая для осевых машин остается практически постоянной. Поэтому из-

105

менения характеристики сети не скажутся на потребляемой электродвигателем мощности.

4.3.6. Изменение условий работы объемного нагнетателя при изменении

характеристики сети При изменении характеристики сети режим работы объемных нагнетате-

лей меняется иначе, чем радиальных (центробежных). При расчете сети с запа- сом действительная характеристика сети расположится правее расчетной (рис. 4.11, а), и расчетная рабочая точка Ар переместится в положение Ад . Из ри-

сунка 4.11, а ясно, что производительность при этом сохранится постоянной, а давление, создаваемое машиной, уменьшится на величину, равную расчетной ошибке ( р р − рд ). Соответственно уменьшится мощность, потребляемая ма-

шиной ( N р > Nд ).

При расчете сети с недоучетом потерь давления действительная характе- ристика сети пойдет круче расчетной (рис. 4.11, б). Расчетная точка Ар пере-

местится в точку Ад . При неизменной производительности окажется, что дав-

ление, создаваемое машиной, возрастет на величину, равную расчетной ошибке ( рд − р р ), потребляемая мощность также возрастет ( Nд > N р ).

Таким образом, расчет сети с недоучетом потерь давления приводит к пе- регрузке электродвигателя или даже к его выходу из строя. Поэтому такой рас- чет недопустим.

При отключении части сети без заглушки участков характеристика сети пойдет более полого. Явления, которые при этом будут наблюдаться, аналогич- ны изображенным на рисунке 4.11, а. Если расчетная сеть обеспечивала режим в рабочей точке Ар , то после отключения части сети сопротивление ее умень-

шится и режим работы машины перейдет в точку Ад . Общая произ-

водительность не изменится, но при этом уменьшатся давление, развиваемое машиной, а также потребляемая мощность.

106

Рис. 4.11. Изменения условий работы машины объемного действия: а − при расчете сети с запасом; б − при расчете сети с недоучетом потерь; 1 − ха-

рактеристика сети расчетная; 2 − то же, действительная

При дросселировании сети ее характеристика сместится влево, т. е. пойдет более круто. В известных пределах будут наблюдаться явления, изображенные на рисунке 4.11, б. При постоянной производительности увеличится создавае- мое машиной давление, и возрастет потребляемая мощность.

Если отключить слишком большую часть сети и заглушить ее, то может оказаться, что весьма крутая характеристика сети не пересечется с характери- стикой машины. Это показывает, что объемный нагнетатель в режиме, опреде- ляемом задросселированной сетью, работать не может ни по условиям механи- ческой прочности машины, ни по условиям потребляемой мощности, которая превышает расчетную мощность двигателя.

При подсосах и утечках в сети характеристика сети сместится вправо и пойдет более полого. Этот случай иллюстрируется рисунком 4.11, а. Подсосы или утечки будут сопровождаться (при неизменной производительности) уменьшением давления и снижением потребляемой мощности машины.

В практике эксплуатации поршневых насосов резкое падение давления в

107

сети иногда является показателем внезапно появившихся подсосов или утечек, т. е. аварий.

Изменение плотности перемещаемой среды, например изменение плотно- сти воздуха или газа, засасываемого поршневой машиной, не вызовет измене- ния ее производительности. При уменьшении удельного веса характеристика пойдет более полого (сместится вправо), что будет сопровождаться уменьше- нием развиваемого машиной давления и снижением потребляемой мощности.

При увеличении удельного веса перемещаемой жидкости будут наблюдаться обратные явления. Если считать, что изменение мощности в зависимости от давления характеризуется линией, близкой к прямой, то ориентировочно уве- личение или уменьшение мощности можно считать пропорциональными на- чальному удельному весу жидкости или газа.

4.4. Выбор гидравлических машин для работы в сети

Основными величинами, которыми руководствуются при подборе нагнета- теля, являются производительность и давление, определенные при расчете сети. Подбор машины заключается в установлении ее типа, размера и режима работы при одновременном учете значения кпд, характеризующего экономичность ус- тановки. При этом удобно пользоваться универсальной характеристикой, кото- рая позволяет не только выбрать нужную машину, но и определить опти- мальный и допустимый режимы ее работы. При отсутствии универсальных ха- рактеристик можно пользоваться обычными характеристиками, построенными для режимов работы машин, или же табличными данными. Однако в этих слу- чаях приходится вести дополнительные пересчеты, что несколько усложняет подбор нагнетателей.

Основным показателем, которым следует руководствоваться при выборе машины, является ее кпд в расчетном режиме. Иногда наиболее высокому кпд соответствует машина сравнительно большого размера, что, как правило, удо- рожает первоначальную стоимость установки. Однако это удорожание весьма

108

быстро окупается, т.к. увеличение первоначальных затрат в сравнительно ко- роткий срок полностью компенсируется уменьшением эксплуатационных рас- ходов в результате экономии электроэнергии. Выбор машины большего разме- ра имеет не только экономические преимущества. Нередко в условиях произ- водства возникает необходимость несколько повысить производительность си-

стемы вследствие расширения технологического оборудования или перехода на более интенсивный режим его работы. Если размер машины (насоса или венти- лятора) при подборе был несколько завышен, то переход на режим работы с

большей производительностью обычно не сопровождается значительным уменьшением кпд, что присуще машинам меньшего размера.

При подборе вентиляторов следует учитывать ряд практических сообра- жений. Так, при общей потере давления в сети, не превышающего 20...30 кг/м2 (200...300 Па), рекомендуется устанавливать осевые вентиляторы, несмотря на сравнительно низкий кпд этих машин, обычно не превышающий 60%.

При потерях давления в сети свыше 30...40 кг/м2 (300...400 Па) рекоменду- ется устанавливать радиальные вентиляторы, имеющие более высокий кпд, обычно превышающий 70%. Для сетей пневмотранспорта, в которых потери давления значительны и нередко достигают 400...600 кг/м2 (4000...6000 Па),

следует выбирать специальные вентиляторы пылевого типа или вентиляторы высокого давления с малым числом лопаток, что исключает возможность заби- вания колеса вентилятора транспортируемым продуктом.

При подборе насосов также следует руководствоваться рядом соображе- ний, исходя прежде всего из величины требуемого давления (напора), которое должен развивать насос. Для систем центрального отопления, в которых насосы преодолевают только сопротивление сети на перемещение воды в цир- куляционных кольцах трубопровода, наиболее целесообразно применять низ- конапорные насосы пропеллерного или диагонального типа, развивающие дав- ление не свыше 2,5...3 м вод. ст. Если радиальные насосы типа ЦНШ или К ис- пользуются в режиме, при котором они развивают напор порядка 6...7 м, при- ходится вводить в сеть дополнительные сопротивления. В результате кпд насо-

109

са оказывается весьма низким и обычно не достигает 50%. Если эти же насосы использовать для создания напоров порядка 20...40 м, то для них удается по- добрать режим работы в области, близкой к максимальному значению кпд, дос- тигающему 75%.

4.5.Совместная работа нагнетателей

Впрактике возникает необходимость совместного включения гидравличе- ских машин в сеть. Рассмотрим эти случаи.

1.Одна машина (насос или вентилятор) не может обеспечить необходимой производительности. Например, при вентиляции крупных объектов текстиль- ной промышленности необходимые объемы воздуха составляют несколько со-

тен тысяч м3/ч, тогда как промышленность серийно не выпускает вентиляторы такой производительности. Объемы перегретой воды, подаваемой в теплофи- кационную сеть современных ТЭЦ, также значительно превышают производи- тельность серийно выпускаемых насосов.

2. Одна машина (насос или вентилятор) не может развить необходимого давления или условия установки одной машины в сети не позволяют обеспе- чить необходимого распределения давлений в определенных участках сети. Например, в котельных установках не удается обойтись одним нагнетателем из-за того, что в топке возникают либо чрезмерное разрежение (если исклю- чить дутьевой вентилятор), либо весьма высокое давление (если не ставить дымосос).

3. Условия работы группы установок таковы, что они должны быть объе- динены в одну общую систему. Например, при вентиляции объектов, на кото- рых выполняются работы с радиоактивными или высокотоксичными продук- тами, весь удаляемый объем воздуха должен выбрасываться в атмосферу через общую высокую трубу. При устройстве общего воздухозабора для группы вен- тиляционных систем вентиляторы оказываются соединенными общей сетью.

4. При необходимости создания резерва для обеспечения бесперебойной