Аэродинамический расчет центробежного вентилятора
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине: «Нагнетатели»
на тему: «Расчет центробежного дутьевого вентилятора консольного типа»
140104. 555 543. 001 ПЗ
Студент _______________
Группа _______________
Преподаватель _______________
Нормоконтролер _______________
г. Екатеринбург
2016 г.
Исходными данными для проектирования являются подача и давление вентилятора, параметры всасываемого воздуха и выбираемые по рекомендациям коэффициенты, характерные для вентиляторов данного типа (Табл. 1):
Таблица 1
Исходные данные
| № п/п | Наименование | Обозн. | Ед. измер. | Знач. |
| Производительность вентилятора | Q | м3/ч | ||
| Полное давление вентилятора | P | Па | ||
| Параметры газа на входе в агрегат: | ||||
| – абсолютное давление | Р | МПа | ||
| – температура | Т | оС | ||
| – плотность | r | кг/м3 | ||
| Молекулярная масса газа | μг | кг/кмоль | ||
| Принятая исходная система коэффициентов: | ||||
| Отношение диаметров просвета и входа | D0/D1 | – | ||
| Коэффициенты потерь напора: | ||||
| – на входе в рабочее колесо | xвх | – | ||
| – на лопатках рабочего колеса | xлоп | – | ||
| – в спиральном отводе (кожухе) | xк | – | ||
| Коэффициенты изменения скорости: | ||||
| – в спиральном отводе (кожухе) | – | |||
| – на входе в рабочее колесо | – |
Рабочим телом во всех предлагаемых вариантах расчета центробежного вентилятора является воздух.
Основные результаты аэродинамического расчета представляются в табличной форме (табл. 2):
Таблица 2
Результаты расчета
| № п/п | Наименование | Обозн. | Ед. измер. | Знач. |
| Тип вентилятора | ВД, Ц | – | – | |
| Гидравлический КПД | hГ | % | ||
| Механический КПД | hмех | |||
| Общий КПД | h | % | ||
| Мощность на валу агрегата | N | кВт | ||
| Число оборотов | n | об/мин | ||
| Геометрия проточной части агрегата: | ||||
| Диаметр просвета колеса на входе | D0 | м | ||
| Диаметр входа на лопатки колеса | D1 | м | ||
| Отношение диаметров просвета и входа | D0/D1 | – | ||
| Диаметр вала | Dв | м | ||
| Диаметр колеса | D2 | м | ||
| Отношение диаметров выхода и входа: m = D2/D1 – модуль колеса | D2/D1 | – | ||
| Ширина колеса на входе | b1 | м | ||
| Ширина колеса на выходе | b2 | м | ||
| Угол установки лопатки на входе | b1л | град | ||
| Угол установки лопатки на выходе | b2л | град | ||
| Число лопаток колеса | z | – | ||
| Элементы треугольника скоростей на входе в рабочее колесо: | ||||
| Скорость входа в рабочее колесо | С0 | м/с | ||
| Скорость входа газа на лопатки | С1 | м/с | ||
| Окружная скорость | U1 | м/с | ||
| Относительная скорость потока | w1 | м/с | ||
| Угол входа потока на лопатки колеса | b1 | град | ||
| Элементы треугольника скоростей на выходе из рабочего колеса: | ||||
| Скорость выхода из рабочего колеса | С2 | м/с | ||
| Окружная скорость | U2 | м/с | ||
| Относительная скорость потока | w2 | м/с | ||
| Закрутка потока | С2u | м/с | ||
| Отношение скоростей C2r/U2 | C2r/U2 | – | ||
| Угол выхода потока из колеса | b2 | град | ||
| Профилирование лопаток рабочего колеса дугой окружности | ||||
| Радиус окружности центров | Rц | м | ||
| Радиус окружности профиля лопатки | Rл | м |
Аэродинамический расчет центробежного вентилятора
Для расчета задаются [1;10]:
1. Отношением диаметров всасывающего отверстия и диаметра входа потока на рабочие лопатки:
D0/D1 = 0,98 ÷ 1,1. (1.1)
Для аэродинамической схемы 0,55–40 D0/D1 = 1,09.
2. Отношением диаметров рабочего колеса на выходе и на входе газа, называемым модулем колеса: m = D2/D1.
m = 1,25 ÷ 2,5. (1.2)
Дутьевые вентиляторы и дымососы стремятся выполнять с небольшим значением модуля m, т.к. их регулирование осуществляется ВНА, а эффективность такого регулирования тем выше, чем меньше m. Большие значения модуля принимают для уменьшения числа оборотов машины. Для аэродинамической схемы 0,55–40–I m = 1,97.
3. Коэффициентами потерь напора:
а) на входе в рабочее колесо ξвх:
ξвх = 0,3 ÷ 0,4; (1.3)
б) на лопатках рабочего колеса ξлоп:
ξлоп = 0,15 ÷ 0,4; (1.4)
Большие значения коэффициентов потерь напора ξвх и ξлоп соответствуют колесам с лопатками, загнутыми вперед, поскольку поворот потока в них организован не столь плавно, как в случае колес с лопатками загнутыми назад.
в) в спиральном отводе (кожухе) ξк:
ξк = 0,25 ÷ 0,40. (1.5)
4. Выбираются коэффициенты изменения скорости:
а) в спиральном отводе (кожухе) :
k1 = 1,1 ÷ 1,3. (1.6)
Меньшие значения принимаются для колес с большими углами β2л.
б) на входе в рабочее колесо k0 = C1/C0:
k0 = 0,5 ÷ 1,0. (1.7)
Меньшие значения принимаются для колес с большими углами β2л.
в) в рабочих каналах kс = C2r/C1r :
kс = 0,5 ÷ 1,0. (1.8)
Меньшие значения принимаются для узких колес. Для аэродинамической схемы 0,55–40–I kс ≈ 1,0.
5. Вычисляется коэффициент потерь напора, приведенный к скорости потока за рабочим колесом:
. (1.9)
6. Из условия минимума потерь давления в вентиляторе определяется коэффициент Rв:
. (1.10)
При оптимальной подаче Rв = 3,5 ÷ 4,0.
7. Находится угол потока на входе в рабочее колесо:
, град. (1.11)
8. Вычисляется отношение скоростей
. (1.12)
9.Определяется коэффициент теоретического напора из условия максимума гидравлического коэффициента полезного действия вентилятора:
. (1.13)
10. Находится значение гидравлического КПД вентилятора:
. (1.14)
11. Определяется угол выхода потока из рабочего колеса, при оптимальном значении hГ:
, град. (1.15)
12. Необходимая окружная скорость колеса на выходе газа:
, м/с. (1.16)
где r [кг/м3] – плотность воздуха при условиях всасывания.
13. Определяется необходимое число оборотов рабочего колеса при наличии плавного входа газа в рабочее колесо:
, об/мин. (1.17)
Здесь и далее Q, м3/с; m0=0,9¸1,0 – коэффициент заполнения сечения активным потоком. В первом приближении он может быть принят равным 1,0.
Рабочее число оборотов приводного двигателя предварительно принимается из ряда значений синхронных частот, характерных для электроприводов данного типа вентиляторов: 3000; 1500; 1000; 750 (см. П.3) последующим уточнением рабочего числа оборотов после выбора конкретного асинхронного привода [9].
14. Наружный диаметр рабочего колеса:
, м. (1.18)
15. Входной диаметр рабочего колеса:
, м. (1.19)
Если действительное отношение диаметров рабочего колеса близко к принятому ранее значению, то уточнения в расчет не вносятся. Значения > 1 м соответствуют вентиляторам двухстороннего всасывания.
Элементы треугольника скоростей при входе потока на рабочие лопатки
16. Окружная скорость колеса при входе потока:
, м/с. (1.20)
17. Скорость потока на входе в рабочее колесо:
, м/с. (1.21)
Скорость С0 не должна превышать 50 м/с.
18. Скорость потока перед лопатками рабочего колеса:
, м/с. (1.22)
19. Радиальная проекция скорости потока при входе на лопатки колеса:
, м/с. (1.23)
20. Проекция входной скорости потока на направление окружной скорости в расчетном режиме принимается равной нулю для обеспечения максимума напора:
С1u = 0. (1.24)
Поскольку С1u = 0, то a1 = 900, то есть вход потока на рабочие лопатки радиальный.
21. Относительная скорость входа потока на рабочие лопатки:
, м/с. (1.25)
По рассчитанным значениям С1, U1, w1, a1, b1 строится треугольник скоростей при входе потока на рабочие лопатки. При правильном подсчете скоростей и углов входной треугольник должен замкнуться.
Рис. 1. Треугольник скоростей при входе потока в каналы рабочего колеса