Научная электронная библиотека
5.6. Регулирование режимов работы вентилятора и реверсирование струи
Вентиляторные установки как главного, так и вспомогательного проветривания работают на сеть с переменными параметрами – сопротивлением и необходимым расходом воздуха. Основными причинами, вызывающими изменение этих параметров, являются: развитие фронта горных работ, увеличивающее потребность в воздухе в 1,5 – 2,0 раза; сезонные колебания температуры воздуха, вызывающие изменение внутришахтной депрессии на 10 – 15 % от номинальной; изменение утечек и подсосов воздуха в процессе эксплуатации горного предприятия; работа в ремонтные дни, когда потребное количество воздуха уменьшается на 30 – 50 %; изменение суточного ритма работ, производство массовых взрывов, требующих значительной интенсификации проветривания [1].
Изменение параметров сети вентиляторных установок приводит к необходимости регулирования режимов их работы во время эксплуатации. Принято считать целесообразными диапазонами регулирования производительности вентиляторных установок 1:2 и давления 1:3 с принятием дополнительных мер для интенсификации проветривания после массовых взрывов.
Известны следующие способы регулирования вентиляторов:
1. Дросселирование потока воздуха в линии нагнетания или всасывания.
2. Изменение частоты вращения рабочего колеса.
3. Изменение направления потока перед входом в рабочее колесо.
4. Поворот лопаток или отдельных частей лопаток рабочего колеса.
Рис. 5.8. Определение
рабочего режима вентилятора
Рис. 5.9. Характеристика вентилятора при дросселировании на всасывании
1. Дросселирование потока осуществляется введением в вентиляционную сеть дополнительного сопротивления (дросселя), устанавливаемого после нагнетательного патрубка вентилятора при нагнетательной вентиляции и перед всасывающим устройством вентилятора при всасывающей вентиляции. В первом случае регулирование сводится к изменению характеристики сети при неизменной характеристике вентилятора, при этом характеристики сети становятся круче (рис. 5.8.).
Подбирая величину сопротивления, можно перевести режим работы машины из точки а1 в точку а2 с другими параметрами давления и производительности, совпадающими с требуемыми или более близкими к ним. Во втором случае изменяется характеристика 1 вентилятора (рис. 5.9) при неизменной характеристике 3 сети. Новая характеристика вентилятора 2 будет лежать тем ниже, чем больше введенное сопротивление.
Изменяя степень сопротивления, можно получить ряд напорных характеристик. Таким образом, в данном случае изменение параметров режима достигается переводом вентилятора на новую характеристику. При характеристике 3 сети вентилятор имел режим работы в точке а. При введении сопротивления во всасывающую сеть его режим будет характеризоваться параметрами точки б.
2. Регулирование изменением частоты вращения ротора возможно при наличии регулируемого привода. Из теории подобия турбомашин известно, что при подобных треугольниках скоростей изменение частоты вращения колеса обусловливает изменение расходов по закону, близкому к линейному(Q’/Q = n’/n). Напоры при этом изменяются по закону, близкому к квадратическому, Н’/H =(п’/п)2. Изменяя в определенных пределах частоту вращения машины, можем получить ряд характеристик р = f (Q), каждая из которых будет лежать тем ниже, чем меньше частота вращения. В пределах полученного при этом поля характеристик (рис. 5.10) можно изменять расход и напор в любых соотношениях независимо от взаимной связи этих параметров, предписываемой характеристикой машины для расчетной частоты вращения.
Рис. 5.10. Универсальная характеристика турбомашины
3. Регулирование изменением направления потока на входе в рабочее колесо основывается на изменении скорости закручивания потока при входе в рабочее колесо и осуществляется специальным направляющим аппаратом. Этот аппарат представляет собой систему поворотных лопаток, устанавливаемых перед входом в колесо вентилятора. Посредством специального механизма все лопатки могут одновременно поворачиваться относительно своих радиальных осей. Профиль лопаток – плоский, плоско-выпуклый или дуговой. Лопатки изменяют направление воздушного потока, т. е. сообщают ему скорость закручивания. В результате этого изменяется напор вентилятора. Если в направляющем аппарате поток закручивается в направлении вращения колеса, давление и потребляемая мощность уменьшаются. При закручивании потока в обратную сторону давление возрастает.
Таким образом, изменяя направление потока в абсолютном движении на входе в колесо, можно получить ряд новых характеристик – Н =f (Q) для вентилятора при той же самой частоте вращения рабочего колеса. При регулировании этим способом изменение производительности и напора осуществляется переходом рабочей точки на новую характеристику машины, получаемую в результате закручивания потока перед колесом.
Глубина регулирования с помощью направляющего аппарата у центробежных вентиляторов меньше, чем у осевых вентиляторов.
4. Регулирование поворотом лопаток осуществляется в осевых вентиляторах, изменяя в определенных пределах угол установки лопаток рабочего колеса вентилятора, можем получить ряд характеристик р = f (Q), каждая из которых будет лежать тем ниже, чем меньше угол установки. В пределах полученного при этом поля характеристик (рис. 5.11.) можно изменять производительность и давление, и поворотом некоторых частей лопаток рабочего колеса в центробежных вентиляторах (рис. 5.12.).
Рис. 5.11. Аэродинамические характеристики осевого вентилятора
при различных частотах вращения приводного электродвигателя
Этот способ особенно целесообразен для случаев, когда основным регулируемым параметром является давление за вентилятором. При изменении угла θ установки лопаток paбочего колеса (рис. 5.12) изменяется угол атаки σ, что приводит к изменению циркуляции Г вокруг лопатки. С увеличением угла атаки циркуляция рабочего колеса и давление вентилятора растут [1].
Рис. 5.12. Регулирование поворотом закрылков лопаток рабочего колеса:
1 и 2 – коренной и покрывной диски; 3 – неподвижная часть лопатки;
4 – закрылок лопатки; 5 и 6 – положения закрылка соответственно
при отрицательном (θзакр ≤ 00) и положительном (θзакр ≥ 00) углах его установки
У центробежных вентиляторов конструктивно удается выполнить поворотными только хвостовые части лопаток – закрылки (см. рис. 5.12). При повороте закрылков 4 в сторону вращения рабочего колеса увеличиваются фактический диаметр D’’2 > D2 и угол выхода лопаток β2
(у назад загнутых лопаток).
При повороте закрылков 4 против вращения колеса его диаметр по лопаткам (D’’2 > D2), а также угол β2 уменьшаются. В первом случае давление, создаваемое вентилятором, увеличивается, а во втором случае – уменьшается.
Регулирование шахтных вентиляторов может вестись с использованием одновременно двух-трех способов, например, изменением положения лопаток направляющего аппарата и частоты вращения рабочего колеса.
Выбор того или иного способа регулирования вентиляторов должен решаться с учетом наибольшей его экономичности, простоты и удобства обслуживания.
Источник
3. Способы регулирования работы вентиляторов
Известны следующие способы регулирования работы вентиляторов:
дросселирование потока воздуха в линии нагнетания или всасывания;
изменение частоты вращения рабочего колеса;
изменение направления потока перед входом в рабочее колесо;
поворот лопаток или отдельных частей лопаток рабочего колеса.
Дросселирование потока осуществляется введением в вентиляционную сеть дополнительного сопротивления (дросселя), устанавливаемого после нагнетательного патрубка вентилятора при нагнетательной вентиляции и перед всасывающим устройством вентилятора при всасывающей вентиляции. В первом случае регулирование сводится к изменению характеристики сети при неизменной характеристике вентилятора, при этом характеристики сети становятся круче. Во втором случае изменяется характеристика вентилятора при неизменной характеристике сети.
Регулирование изменением частоты вращения ротора возможно при наличии регулируемого привода. Изменяя в определенных пределах частоту вращения машины, можем получить ряд характеристик Н=f (Q), каждая из которых будет лежать тем ниже, чем меньше частота вращения. В пределах полученного при этом поля характеристик можно изменять расход и напор в любых соотношениях независимо от взаимной связи этих параметров, предписываемой характеристикой машины для расчетной частоты вращения.
Регулирование изменением направления потока на входе в рабочее колесо основывается на изменении скорости закручивания υ1u потока при входе в рабочее колесо и осуществляется специальным направляющим аппаратом (НА). Этот аппарат представляет собой систему поворотных лопаток, устанавливаемых перед входом в колесо вентилятора. Посредством специального механизма все лопатки могут одновременно поворачиваться относительно своих радиальных осей. Лопатки изменяют направление воздушного потока, т. е. сообщают ему скорость закручивания υ1u. В результате этого, как вытекает из уравнения Л. Эйлера, изменяется напор вентилятора. Если в направляющем аппарате поток закручивается в направлении вращения колеса, то υ1u имеет знак «минус», давление и потребляемая мощность уменьшаются. При закручивании потока в обратную сторону скорость υ1u имеет знак «плюс» и давление возрастает.
Таким образом, изменяя направление потока в абсолютном движении на входе в колесо, можно получить ряд новых характеристик Н = f(Q) для вентилятора при той же самой частоте вращения рабочего колеса. При регулировании этим способом изменение производительности и напора осуществляется переходом рабочей точки на новую характеристику машины, получаемую в результате закручивания потока перед колесом. Глубина регулирования с помощью направляющего аппарата у центробежных вентиляторов меньше, чем у осевых вентиляторов.
Регулирование поворотом лопаток рабочего колеса осуществляется в осевых вентиляторах и поворотом некоторых частей лопаток рабочего колеса в центробежных вентиляторах. Этот способ особенно целесообразен для случаев, когда основным регулируемым параметром является давление за вентилятором. У центробежных вентиляторов конструктивно удается выполнить поворотными только хвостовые части лопаток — закрылки.
Регулирование шахтных вентиляторов может вестись с использованием одновременно двух-трех способов, например изменением положения лопаток направляющего аппарата и частоты вращения рабочего колеса.
Выбор того или иного способа регулирования вентиляторов должен решаться с учетом наибольшей его экономичности, простоты и удобства обслуживания.
Источник
Регулирование центробежных вентиляторов
Цель работы: изучение способов регулирования работы центробежных нагнетателей и определение наиболее оптимального из них.
Регулированием называется такое изменение подачи и др. параметров нагнетателя, которое осуществляется непрерывно без останова устройства.
Целью регулирования является приспособление параметров нагнетателя к изменяющимся условиям работы.
При работе нагнетателя в сети его рабочая точка определяется пересечением характеристики полного давления и характеристики сети. Поэтому изменять подачу нагнетателя можно перемещением рабочей точки либо вдоль характеристики сети либо вдоль напорной характеристики. В соответствии с этим существуют два наиболее распространенных способа регулирования нагнетателей:
а) изменением характеристик сети;
б) изменением характеристик нагнетателя.
Существует еще способ регулирования подачи поворотными направляющими лопастями на входе в рабочее колесо. При таком способе регулирования одновременно изменяются характеристика сети и характеристики нагнетателя.
Дроссельное регулирование при постоянной частоте вращения вала
Регулирование заключается в искусственном введении в сеть дополнительного гидравлического сопротивления. При этом изменяется характеристика сети, но не изменяется характеристика нагнетателя. Регулирующими устройствами, дросселирующими сеть, могут быть клапаны, задвижки, диафрагмы и т.п. устройства.
Пусть нагнетатель включен в трубопроводную систему с вентилем. Режим работы нагнетателя на такую сеть можно определить графически путем наложения характеристики сети на полную характеристику нагнетателя, представляющую собой зависимости полного давления рп, мощности N и КПД h от производительности (рис. 9.1). Точка пересечения характеристик сети и полного давления является рабочей точкой и определяет величину давления и производительности нагнетателя.
При полностью открытом вентиле характеристика сети является самой пологой, и режим работы определяется точкой А. Этой точке соответствуют значения производительности QA, и давление рА. По известной производительности QA можно также определить потребляемую мощность NA и коэффициент полезного действия hА.
При перекрытии вентиля сопротивление сети увеличивается, и характеристика сети становится более крутой. Рабочая точка перемещается из положения А в положение В, а затем в С. Эти точки определяют новые параметры работы нагнетателя.
Из рисунка видно, что максимальная подача обеспечивается при полностью открытом вентиле. Следовательно, дроссельный способ регулирования применяется только для уменьшения подачи. Мощность на валу при регулировании уменьшается. При этом увеличивается доля энергии, расходуемой на дросселирование. Например, регулирование до точки В приводит к бесполезной потере давления на дросселе Dрдр. Тогда мощность, затрачиваемая на дросселирование
Чем более глубоко осуществляется процесс регулирования, тем более непроизводительны затраты мощности.
Поскольку есть затраты мощности на дросселирование, то с энергетической точки зрения способ не выгоден, однако ввиду чрезвычайной простоты этот способ имеет широкое применение.
Дросселирование насосов имеет свои особенности. При перекачивании жидкостей насосом регулирующие устройства устанавливаются только на нагнетательном трубопроводе, с целью предотвращения кавитации.
Дроссельное регулирование допустимо только при возрастающей характеристике мощности. Если характеристика падающая, то с уменьшением производительности затраченная мощность растет, что нецелесообразно.
Регулирование изменением частоты вращения рабочего колеса
Способ состоит в изменении частоты вращения рабочего колеса без изменения характеристик сети. Характеристики нагнетателя при этом изменяются.
Пусть центробежный нагнетатель может работать при различных скоростях вращения рабочего колеса n1, n2, n3, и т.д. (рис. 9.2). Рабочие точки нагнетателя определяются тогда как пересечение напорных характеристик с характеристикой сети (точки 1, 2, 3). Видно, что изменением частоты вращения можно достигнуть различных значений подач Q1, Q2, Q3 и давлений р1, р2, р3. Мощность и КПД определяются по графику при соответствующих значениях подачи.
С увеличением частоты вращения колеса подача и давление увеличиваются, с уменьшением – уменьшаются. В отличие от регулирования дроссели-рованием данный способ может осуществляться как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения подачи.
Потери мощности на дросселирование отсутствуют, поэтому способ энергетически выгоден, но более сложен в реализации. Из-за сложности реализации в эксплуатации данный способ регулирования применяется более редко.
Экономичность способа регулирования зависит от способа изменения частоты вращения рабочего колеса.
Способы изменения частоты вращения колеса:
— использование двигателя постоянного тока и регулировка напряжением питания этого двигателя;
— использование паротурбинного привода и изменение частоты вращения турбины воздействием на паровпускное устройство;
— использование гидромуфта и индукторных муфт скольжения;
— использование ременных вариаторов частоты вращения рабочего колеса.
Порядок выполнения работы
1. Регулирование вентилятора дросселированием
1. Ознакомиться со способами регулирования центробежных вентиляторов.
2. Изучить экспериментальный стенд для регулирования характеристик центробежного вентилятора (см. лаб. работу № 3).
3. Полностью открыть задвижку на центробежном вентиляторе. Задвижку на осевом вентиляторе закрыть.
4. Подключить стенд к сети.
5. Определить начальное показание l0 микроманометра.
6. Включить центробежный вентилятор включателем В1. Переключатели В3 – В4 установить в положение «Измерение мощности центробежного вентилятора».
7. Латром 1 установить число оборотов рабочего колеса вентилятора 4000 об/мин. При этом измерение частоты вращения производить частотомером.
8. Полностью открыть задвижку на напорном трубопроводе.
9. Ваттметром измерить потребляемую двигателем мощность Nв.
10. Микроманометром определить полное lп (дел) и динамическое lдин (дел) давления в напорном трубопроводе.
11. Показания приборов записать в табл. 9.1.
12. Установить задвижку на напорном трубопроводе в положение 2. С помощью латра 1 обеспечить постоянство числа оборотов вращения колеса вентилятора. Выполнить необходимые измерения в соответствии с пп. 9–11.
13. При одном и том же числе оборотов вентилятора произвести серию измерений потребляемой мощности, полного и динамического давлений для каждого положения задвижки.
2. Регулирование вентилятора изменением частоты вращения рабочего колеса
1. Полностью открыть задвижку на центробежном вентиляторе. Задвижку на осевом вентиляторе закрыть.
2. Определить начальное показание l0 микроманометра.
3. Включить центробежный вентилятор включателем В1.
4. Полностью открыть задвижку на напорном трубопроводе.
5. Латром 1 установить начальную частоту вращения центробежного вентилятора 4000 об/мин.
6. Микроманометром определить полное lп (дел) и динамическое lдин (дел) давления в напорном трубопроводе.
7. Показания приборов записать в табл. 9.2.
8. Произвести измерения для данного положения задвижки при различных частотах вращения колеса вентилятора.
Обработка экспериментальных результатов
1. Методика определения динамического рдин и полного рп давления, осевой сос и средней сср скоростей, производительности Q вентилятора описана в лабораторной работе № 3 (см. раздел «Обработка опытных данных», пп. 1-4).
2. Все рассчитанные величины внести в табл. 9.1 и 9.2.
3. На основании результатов измерений и расчетных данных построить зависимости относительного изменения потребляемой мощности Nв/Nв0 от относительного изменения производительности Q/Q0 вентилятора при различных способах регулирования.
Регулирование вентилятора дросселированием
| № п/п | Результаты измерений | Расчетные данные | ||||||||
| n | lп | рп | lдин | рдин | Nв | сос | сср | Q | Q/Q0 | Nв/Nв0 |
| об/мин | дел | Па | дел | Па | Вт | м/с | м/с | м 3 /с | ||
| … |
Частотное регулирование вентилятора
| № п/п | Результаты измерений | Расчетные данные | ||||||||
| n | lп | рп | lдин | рдин | Nв | сос | сср | Q | Q/Q0 | Nв/Nв0 |
| об/мин | дел | Па | дел | Па | Вт | м/с | м/с | м 3 /с |
4. Полученные результаты проанализировать. Выбрать наиболее экономичный способ регулирования.
Литература
1. Черкасский, В.М. Насосы, вентиляторы, компрессоры /В.М.Черкасский. — М.: Энергоиздат, 1984. — 415с.
2. Поляков, В.В. Насосы и вентиляторы / В.В.Поляков, Л.С.Скворцов. – М.: Стройиздат. — 1990. — 336 с.
3. Калинушкин, М.П. Насосы и вентиляторы / М.П.Калинушкин. – М.: Высшая школа, 1987. – 178 с.
Лабораторная работа № 1.
Изучение распределения давления на поверхности лопатки. 3
Лабораторная работа № 2.
Исследование сил, действующих на лопатки в потоке воздуха. 10
Лабораторная работа № 3.
Изучение характеристик центробежного вентилятора. 15
Лабораторная работа № 4.
Изучение характеристик осевого вентилятора. 23
Лабораторная работа № 5.
Работа центробежного вентилятора в сети. 27
Лабораторная работа № 6.
Исследование совместной работы двух параллельно включенных вентиляторов 34
Лабораторная работа № 7.
Изучение совместной работы последовательно включенных центробежных вентиляторов 40
Лабораторная работа № 8.
Изучение влияния частоты вращения рабочего колеса на характеристики центробежного вентилятора 45
Лабораторная работа № 9.
Регулирование центробежных вентиляторов. 51
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
