Расчет центробежного дутьевого вентилятора консольного типа

Министерство образования и науки РФ

Уральский федеральный университет имени первого президента Б.Н.Ельцина

Кафедра промышленной теплоэнергетики

 

 

Оценка за проект

Члены комиссии

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

 

по дисциплине: «Тепловые двигатели и нагнетатели»

на тему: «Расчет центробежного дутьевого вентилятора консольного типа»

 

140104. 555 543. 001 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 

Студент        Таушканов А.В.

Группа        Т-38021

Преподаватель      Колпаков А.С.

 

 

 

 

 

 

 

г. Екатеринбург 2007 г.

 

Исходными данными для проектирования являются (Табл. 1):

Таблица 1

Исходные данные

 

№ п/п	Наименование	Обозн.	Ед. измер.	Знач.
1	Производительность вентилятора	Q	тыс. м3/час	20,43
2	Полное давление вентилятора	Pк	Па
3	Параметры газа на входе  в агрегат:
	-абсолютное давление	Р	МПа	3520
	-температура	Т	оС	30
	-плотность	r	кг/м3
4	Молекулярная масса  газа	m	кг/кмоль
5	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	-
	-при повороте потока на рабочие лопатки	xпов	-
	-в спиральном отводе (кожухе)	xх	-
	коэффициенты изменения  скорости:
	-в спиральном отводе (кожухе)		-
	-на входе в рабочее колесо		-

 

Рабочим телом во всех предлагаемых вариантах расчета  центробежного вентилятора является воздух.

Результаты расчета  представляются в табличной форме (табл. 2):

Таблица 2

 

Результаты расчета

 

№  Величина     Разм.    Обозн. Знач.

1. Вентилятоp - консольного типа

2. Показатели эффективности:

   - гидpавлический  КПД   вентилятоpа    [%]            h_г

   - механический  КПД   вентилятоpа           [%]            h_м

   - о б щ и й   КПД   вентилятоpа           [%]           h

 

3. Мощность на валу агpегата                 [кВт]        N

4. Число обоpотов агpегата                 [об/мин] n

5. Геометpия пpоточной  части агpегата:

   - диаметp пpосвета  колеса на входе         [мм]          D₀

   - диаметp входа на  лопатки колеса          [мм]          D₁

   - отношение диаметpов  пpосвета и входа     [-]           D₀/D₁

   - минимально допустимый  диаметp вала     [мм]         D_в

   - диаметp колеса                           [мм]        D₂

   - отношение диаметpов  выхода и входа       [-]          D₂/D₁

   - шиpина колеса  на входе                  [мм]           b₁

   - шиpина колеса  на выходе                  [мм]          b₂

   - угол установки  лопатки на входе        [гpад]       b_1л

   - угол  установки лопатки на выходе      [гpад]       b_2л

   - число  лопаток колеса                      [-]              z_л

6. Элементы тpегольника  скоpостей 

    на входе в pабочее колесо:

   - скоpость  газа на входе в колесо         [м/с]         C₀

   - скоpость  входа газа на лопатки          [м/с]         C₁

   - окpужная  скоpость на входе              [м/с]          U₁

   - относительная  скоpость потока           [м/с]         W₁

   - угол  входа потока на лопатки колеса    [гpад]         b₁

7. Элементы тpегольника  скоpостей 

    на выходе из pабочего колеса

   - скоpость  выхода из pабочего колеса      [м/с]           C₂

   - окpужная  скоpость                        [м/с]           U₂

   - относительная  скоpость потока           [м/с]           W₂

   - пpоекция  абс.скоpости на напp.окpужной [м/с]           C_2u

   - отношение  скоростей С_2r/U₂                [-]           C_2r/U₂

   - угол  выхода потока из колеса           [гpад]        b₂

8. Пpофилиpование  лопаток pабочего колеса

 дугой окpужности

   - pадиус  окpужности центpов                [мм]           R_ц

   - pадиус  окpужности пpофиля лопатки       [мм]           R_л

 

3. Краткая характеристика центробежных вентиляторов

Центробежные вентиляторы  относятся к категории нагнетателей, отличающихся наибольшим разнообразием конструктивных типов. Колеса вентиляторов могут иметь лопатки загнутые как вперед, так и назад относительно направления вращения колеса. Достаточно распространены вентиляторы с радиальными лопатками.

При проектировании следует  учитывать, что вентиляторы с лопатками назад более экономичны и менее шумны.

КПД вентилятора растет с увеличением быстроходности и  для колес конической формы с лопатками назад может достигать значения ~0,9.

С учетом современных  требований к энергосбережению при  проектировании вентиляторных установок  следует ориентироваться на конструкции  вентиляторов, соответствующих отработанным аэродинамическим схемам Ц4-76, 0,55-40 и сходным с ними.

Компоновочные решения  определяют КПД вентиляторной установки. При моноблочном исполнении (колесо на валу электропривода) КПД имеет максимальное значение. Использование в конструкции ходовой части (колесо на собственном валу в подшипниках) снижает КПД приблизительно на 2 % . Клиноременная передача по сравнению с муфтой дополнительно снижает КПД еще минимум на 3 %. Проектные решения зависят от давления вентиляторов и их быстроходности.

По развиваемому избыточному давлению воздушные вентиляторы общего назначения делятся на следующие группы:

1. вентиляторы высокого давления (до 1 кПа);

2. вентиляторы среднего давления (1¸3 кПа);

3. вентиляторы низкого давления (3¸12 кПа).

Некоторые специализированные вентиляторы высокого давления могут развивать давление до 20 кПа.

По быстроходности (удельному  числу оборотов) вентиляторы общего назначения подразделяют на следующие  категории:

1. быстроходные вентиляторы (11<n_s<30);

2. вентиляторы средней быстроходности (30<n_s<60);

3. быстроходные вентиляторы (60<n_s<80).

Конструктивные решения  зависят от требуемой проектным  заданием подачи. При больших подачах вентиляторы имеют колеса двустороннего всасывания.

Предлагаемый расчет относится к категории конструктивных и выполняется методом последовательных приближений.

Коэффициенты местных  сопротивлений проточной части, коэффициенты изменения скорости и соотношения линейных размеров задаются в зависимости от проектного давления вентилятора с последующей проверкой. Критерием правильности выбора является соответствие расчетного давления вентилятора заданному значению.

 

4. Аэродинамический расчет центробежного вентилятора

 

Для расчета задаются:

1. Отношением диаметров рабочего колеса

.

2. Отношением диаметров рабочего колеса на выходе и на входе газа:

.

Меньшие значения выбираются для вентиляторов высокого давления.

3. Коэффициентами потерь напора:

а) на входе в рабочее  колесо:

;

б) на лопатках рабочего колеса:

;

в) при повороте потока на рабочие лопатки:

;

г) в спиральном отводе (кожухе):

.

 

Меньшие значения x_вх, x_лоп, x_пов, x_к соответствуют вентиляторам низкого давления.

4. Выбираются коэффициенты изменения скорости:

а) в спиральном отводе (кожухе)

;

б) на входе в рабочее  колесо

;

в) в рабочих каналах

.

5. Вычисляется коэффициент потерь напора, приведенный к скорости потока за рабочим колесом:

.

6. Из условия минимума потерь давления в вентиляторе определяется коэффициент R_в:

.

7. Находится угол потока на входе в рабочее колесо:

, град.

 

 

8. Вычисляется отношение скоростей

 

.

9. Определяется коэффициент теоретического напора из условия максимума гидравлического коэффициента полезного действия вентилятора:

.

10. Находится значение гидравлического к.п.д. вентилятора:

.

 

11. Определяется угол выхода потока из рабочего колеса, при оптимальном значении h_Г:

 , град.

12. Необходимая окружная скорость колеса на выходе газа:

, м/с.

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.

Здесь 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 принимается из ряда значений частот, характерных для электроприводов вентиляторов: 2900; 1450; 960; 725.

14. Наружный диаметр рабочего колеса:

, мм.

 

15. Входной диаметр рабочего колеса:

, мм.

Если действительное отношение диаметров рабочего колеса близко к принятому ранее, то уточнения в расчет не вносятся. Если значение получается больше 1м, то следует рассчитывать вентилятор с двухсторонним всасыванием. В этом случае в формулы следует подставлять половинную подачу 0,5Q.

 

Элементы треугольника скоростей при входе газа на рабочие лопатки

16. Находится окружную скорость колеса на входе газа

, м/с.

17. Скорость газа на входе в рабочее колесо:

, м/с.

Скорость С₀ не должна превышать 50 м/с.

18. Скорость газа перед лопатками рабочего колеса:

, м/с.

19. Радиальная проекция скорости газа при входе на лопатки рабочего колеса:

, м/с.

 

20. Проекция входной скорости потока на направление окружной скорости принимается равной нулю для обеспечения максимума напора:

С_1u = 0.

Поскольку С_1r = 0, то a₁ = 90⁰, то есть вход газа на рабочие лопатки радиальный.

21. Относительная скорость входа газа на рабочие лопатки:

w₁ =

, м/с.

По рассчитанным значениям С₁, U₁, w₁, a₁, b₁ строится треугольник скоростей при входе газа на рабочие лопатки. При правильном подсчете скоростей и углов треугольник должен замкнуться.

 

 

 

Элементы треугольника скоростей при выходе газа с рабочих лопаток

22. Радиальная проекция скорости потока за рабочим колесом:

, м/с.

 23. Проекция абсолютной скорости выхода газа на направление окружной скорости на ободе рабочего колеса:

, м/с. 

 24. Абсолютная скорость газа за рабочим колесом:

, м/с.

25. Относительная скорость выхода газа с рабочих лопаток:

, м/с.

По полученным значениям С₂, С_2u,U₂, w₂, b₂ строится треугольник скоростей при выходе газа из рабочего колеса. При правильном

расчете скоростей и углов треугольник скоростей должен также замкнуться.

 

 

26. По уравнению Эйлера производится проверка давления, создаваемого вентилятором:

, Па.

Расчетное давление должно совпадать  с проектным значением.

 

27. Ширина лопаток на входе газа в рабочее колесо:

, мм,

здесь: a_УТ = 0,02¸0,03 -коэффициент утечек газа через зазор между колесом и входным патрубком; m_u1 = 0,9¸1,0 - коэффициент заполнения входного сечения рабочих каналов активным потоком.

 

28. Ширина лопаток на выходе газа из рабочего колеса:

, мм,

где m_u2 = 0.9¸1.0 – коэффициент заполнения активным потоком выходного сечения рабочих каналов.

 

Определение углов установки и числа лопаток рабочего колеса

29. Угол установки лопатки на входе потока в колесо: