Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

СТАЦИОНАРНЫЕ МАШИНЫ

Долганов А. В.,

5.3. Типаж, конструктивное исполнение центробежных и осевых вентиляторов

Центробежный вентилятор, как и всякая турбомашина, состоит из рабочего колеса, подводящих и отводящих устройств. В качестве подводящего устройства используют конфузор, а в качестве отводящего устройства – спиральный отвод.

Центробежные вентиляторы обычно строят одноступенчатыми.

Осевые вентиляторы

Схемы вентиляторов. Современные осевые шахтные вентиляторы строят одноступенчатыми и компонуются по схемам: местного проветривания НА + РК и НА + РК + CA и главного проветривания НА + РК и НА + РК + CA.

Обозначено: РК – рабочее колесо, НА – направляющий аппарат, СА – спрямляющий аппарат. НА предназначены для придания потоку воздуха необходимого направления при входе в рабочее колесо, а НА между двумя рабочими колесами многоступенчатого вентилятора также и для раскручивания потока; СА – для раскручивания потока при выходе из колеса в сторону, обратную его вращению. Выходные углы лопаток НА между рабочими колесами и лопаток СА можно задать такими, что поток изменит свое направление даже па противоположное. Направление потоков можно проследить на планах скоростей, на которых обозначены абсолютные скорости на входе и выходе: с׳1 и с׳2 – направляющего аппарата и с״1 и с״2 – спрямляющих СА аппаратов, с1 и с2 – рабочего колеса. Схема двухступенчатого вентилятора РК + НА + РК + СА будет обеспечивать примерно в 2 раза большее давление, чем схема
РК + СА, при одинаковой производительности. Полное давление, создаваемое осевым вентилятором [1],

,

где рвых и рв – давление соответственно за выходным диффузором и на входе вентилятора, Па; свых – абсолютная скорость на выходе вентилятора.

Очевидно, что статическая и динамическая составляющие давления будут

и . (5.1)

Элементы вентиляторов. Коллектор, обтекатель и первый лопаточный аппарат устанавливаются на входе и предназначаются для плавного, без больших потерь, увеличения осевой скорости с1, потока и обеспечения равномерного поля скоростей. Коллектор может быть очерчен по дуге окружности радиусом r > 0,2D2 > r, где D2 – диаметр рабочего колеса. Обтекатель имеет форму полусферы или полуэллипсоида.

Рабочие колеса осевых вентиляторов оснащаются профилированными лопатками (обычными и кручеными). Форма лопаток выбирается такой, чтобы обеспечивалась вокруг них необходимая циркуляция для создания достаточного напора и одновременно исключалось бы перетекание частиц воздуха в радиальном направлении к периферии в связи с действием центробежных сил от закручивания потока. В самом деле, из уравнения Л. Эйлера видно, что передача энергии потоку лопатками неизбежно связана с закручиванием потока. В закрученном потоке возникают центробежные силы, которые могут стать причиной перетекания воздуха из одного кольцевого слоя в другой к периферии вентилятора. Такое перетекание нежелательно, так как вызывает значительные потери энергии. Очевидно, что перетекания частиц потока не будет, если давления вдоль радиусов будут постоянными (р = const) или по уравнению Л. Эйлера

Г = const или rc. (5.2)

Из этого условия следует, что для обеспечения постоянства давления скорость закручивания должна изменяться по гиперболическому закону

. (5.3)

Такое изменение скорости вдоль радиуса рабочего колеса достигается конструкцией лопаток с переменными шириной b и углами β1 и β2. В связи с этим, у современных осевых вентиляторов применяют крученые лопатки с переменным сечением по длине. Поле скоростей за рабочим колесом с некручеными лопатками имеет значительную неравномерность [1].

Большое влияние на работу вентилятора оказывает зазор δ между концами лопаток и кожухом вентилятора.

Относительный зазор (зазор, отнесенный к длине лопатки lл) для качественно изготовленных отечественных вентиляторов составляет 0,8 – 1,0 %. При величине относительного зазора всего 1,5 % давление снижается на 15 – 20 % по сравнению с расчетной величиной при нулевом зазоре. Уменьшение давления объясняется обратным перетеканием воздуха через кольцевой зазор из области повышенного в область пониженного давления.

Направляющий и спрямляющий аппараты представляют собой венцы из неподвижных или поворотных лопаток. Основные параметры: густота решетки b/t, угол установки и аэродинамическая характеристика профиля лопаток. Для радиального равновесия потока распределение скоростей закручивания потока в аппаратах должно быть таким же, как и в рабочих колесах.

Для работы в криволинейном потоке профили лопаток СА и НА должны быть деформированы соответственно кривизне потока. Во избежание потерь энергии лопатки должны быть установлены так, чтобы поток входил на их входные кромки по касательной или под небольшим углом. Чтобы это соблюдалось при разных режимах работы вентиляторов, лопатки НА и СА следует выполнять поворотными.

Диффузор и выходная часть предназначаются для преобразования динамического рдин в статическое рст давление. Между спрямляющим аппаратом и диффузором для выравнивания поля скоростей потока целесообразно предусматривать небольшой цилиндрический участок. Переход от цилиндрического к коническому участку должен быть плавным. Важнейшими параметрами диффузоров являются: степень расширения диффузора

χ , (5.4)

где F1 и F2 – площади сечений, а са1 и cа2 – скорости потока на входе и выходе диффузора; углы раскрытия конусов φ1 и φ2 и относительная длина диффузора , где D – начальный диаметр диффузора.

У шахтных вентиляторов принимается коническая часть длиной и углы раскрытия конусов φ1 = 3° и φ2 = 6°.

Номенклатура и назначение. В горной промышленности России эксплуатируются современные осевые одноступенчатые, реверсивные со сменными и поворотными на ходу лопатками рабочего колеса вентиляторы типов: ВО, ВОК, (В – вентилятор, О – осевой, К – с кручеными лопатками).

Также наряду с современными типами осевых вентиляторов на действующих шахтах и подземных рудниках могут эксплуатироваться устаревшие модели ВОД, ВОМ, ВОМД, ВОКР, ВУПД (Д – многоступенчатые), являющиеся менее эффективными.

Первые отечественные осевые вентиляторы были выпущены на базе разработанных в ЦАГИ в 1938-1939 гг. вентиляторов серии В (высоконапорные). Из-за различных недостатков эти вентиляторы были сняты с производства еще в 1957 г. Их заменили вентиляторы типов ВОК и ВОКД с кручеными лопатками и ВОД отличавшиеся более совершенной аэродинамической схемой и более плавным регулированием производительности, а вентиляторы типа ВОКД – возможностью реверсирования воздушной струи самим вентилятором [1].

В настоящее время выпускаются разработанные в последнее время вентиляторы типа ВО (ВО-12,5, ВОМ-18, ВО-21К, ВО-24К и ВО-30К) (цифра в маркировке вентиляторов – диаметр рабочего колеса по концам лопаток в дециметрах) [14].

Осевые вентиляторы типа ВО предназначаются для проветривания неглубоких шахт и рудников, общешахтная депрессия которых не превышает 4 кПа (рис. 5.1).

Вентилятор ВО-12,5 предназначен для вентиляции метрополитенов, тоннелей, объектов общепромышленного назначения, систем воздушного отопления, проточной и вытяжной вентиляции технологических установок, а также в качестве вспомогательного вентилятора для проветривания стволов и околоствольных выработок при их сооружении, в калориферных установках и т. п.

Вентиляторы типа ВО, за исключением ВО-12,5 предназначены для главного проветривания шахт и подземных рудников, а также для работы в вентиляционных системах предприятий других отраслей промышленности, рассчитанных на перемещение воздуха и неагрессивных газов, выполняются реверсивными и обеспечивают требуемую правилами безопасности производительность при реверсе более 60 % от нормальной производительности; по специальному заказу они могут выполняться и нереверсивными. Эти вентиляторы применимы как для всасывающей, так и для нагнетательной вентиляции.

Вентиляторы типа ВО – одноступенчатые. Для уменьшения шума они не имеют входных направляющих аппаратов и собраны по условной схеме РК + СА.

Рабочие колеса вентиляторов снабжены 8 сдвоенными лопатками. Установка лопаток РК вентиляторов, за исключением ВО-12,5, производится в пределах 15 – 45°. При реверсировании струи воздуха лопатки НА и СА поворачиваются на углы 153 и 158° и направление их выпуклости изменяется на противоположное.