Что такое вентиляционная улитка: особенности устройства. Расчет и профилирование спирального отвода Минимальные размеры вентиляторов улиток характеристики

Министерство образования и науки РФ

ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине: «Тепловые двигатели и нагнетатели»

на тему: «Расчет центробежного дутьевого вентилятора консольного типа»

Студент Яков Д.В.

Группа ЭН-390901

Преподаватель Колпаков А.С.

Екатеринбург 2011

1. Исходные данные

Результаты расчета

Краткая характеристика центробежных вентиляторов

Аэродинамический расчет центробежного вентилятора

Механический расчет

Выбор привода вентилятора

Список литературы

1. Исходные данные

Таблица 1.

	Наименование		Ед. измер.
	Производительность вентилятора		тыс. м3/час
	Полное давление вентилятора
	Параметры газа на входе в агрегат:
	Абсолютное давление
	Температура
	Плотность
	Молекулярная масса газа
	Принятая исходная система коэффициентов:
	Коэффициенты потерь напора:
	На входе в рабочее колесо
	На лопатках рабочего колеса
	При повороте потока на рабочие лопатки
	коэффициенты изменения скорости:
	В спиральном отводе (кожухе)
	На входе в рабочее колесо

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

2. Результаты расчета

Таблица 2.

	Наименование		Ед. измер.
	Тип вентилятора	Консольного типа
	Гидравлический КПД
	Механический КПД
	Общий КПД
	Мощность на валу агрегата
	Число оборотов
	Геометрия проточной части агрегата:
	Диаметр просвета колеса на входе
	Диаметр входа на лопатки колеса
	Отношение диаметров просвета и входа
	Диаметр вала
	Диаметр колеса
	Отношение диаметров выхода и входа (модуль колеса)
	Ширина колеса на входе
	Ширина колеса на выходе
	Угол установки лопатки на входе
	Угол установки лопатки на выходе
	Число лопаток колеса
	Элементы треугольника скоростей на входе в рабочее колесо:
	Скорость входа в рабочее колесо
	Скорость входа газа на лопатки
	Окружная скорость
	Угол входа потока на лопатки колеса
	Элементы треугольника скоростей на выходе из рабочего колеса:
	Скорость выхода из рабочего колеса
	Окружная скорость
	Относительная скорость потока
	Закрутка потока
	Отношение скоростей C2r/U2
	Угол выхода потока из колеса
	Профилирование лопаток рабочего колеса дугой окружности
	Радиус окружности центров
	Радиус окружности профиля лопатки

. 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:

Вентиляторы высокого давления (до 1 кПа);

Вентиляторы среднего давления (1¸3 кПа);

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:

Быстроходные вентиляторы (11<n s <30);

Вентиляторы средней быстроходности (30<n s <60);

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:

Отношением диаметров рабочего колеса

.

Отношением диаметров рабочего колеса на выходе и на входе газа:

.

Меньшие значения выбираются для вентиляторов высокого давления.

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.

Выбираются коэффициенты изменения скорости:

а) в спиральном отводе (кожухе)

б) на входе в рабочее колесо

;

в) в рабочих каналах

.

.

Из условия минимума потерь давления в вентиляторе определяется коэффициент R в:

.

Находится угол потока на входе в рабочее колесо:

, град.

Вычисляется отношение скоростей

.

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

.

Находится значение гидравлического к.п.д. вентилятора:

.

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

, град.

Необходимая окружная скорость колеса на выходе газа:

, м/с.

где r [кг/м 3 ] - плотность воздуха при условиях всасывания.

Определяется необходимое число оборотов рабочего колеса при наличии плавного входа газа в рабочее колесо

, об/мин.

Здесь m 0 =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.

Наружный диаметр рабочего колеса:

, мм.

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.

Скорость газа на входе в рабочее колесо:

, м/с.

Скорость С 0 не должна превышать 50 м/с.

Скорость газа перед лопатками рабочего колеса:

, м/с.

Радиальная проекция скорости газа при входе на лопатки рабочего колеса:

М/с.

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

С 1u = 0.

Поскольку С 1r = 0, то a 1 = 90 0 , то есть вход газа на рабочие лопатки радиальный.

Относительная скорость входа газа на рабочие лопатки:

w 1 =, м/с.

По рассчитанным значениям С 1 , U 1 , w 1 , a 1 , b 1 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.

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

Абсолютная скорость газа за рабочим колесом:

, м/с.

Относительная скорость выхода газа с рабочих лопаток:

По полученным значениям С 2 , С 2u ,U 2 , w 2 , b 2 строится треугольник скоростей при выходе газа из рабочего колеса. При правильном расчете скоростей и углов треугольник скоростей должен также замкнуться.

По уравнению Эйлера производится проверка давления, создаваемого вентилятором:

Па.

Расчетное давление должно совпадать с проектным значением.

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.

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:

, град,

где i - угол атаки, оптимальные значения которого лежат в пределах -3¸+5 0 .

Угол установки лопатки на выходе газа из рабочего колеса:

, град,

Средний установочный угол лопатки:

, град.

Число рабочих лопаток:

Округляем число лопаток до целого четного числа.

Уточняется принятый ранее угол отставания потока по формуле:

,

где k = 1,5¸2,0 при загнутых назад лопатках;

k = 3,0 при радиальных лопатках;

k = 3,0¸4,0 при загнутых вперед лопатках;

b 2л =;

s =b 2л -b 2 =2

Уточненное значение угла s должно быть близким к предварительно заданному значению. В противном случае следует задаться новым значением σ .

Определение мощности на валу вентилятора

34. Полный КПД вентилятора: 78.80

,

где h мех = 0,9¸0,98 - механический к.п.д. вентилятора;

0,02 -величина утечек газа;

a д = 0,02 - коэффициент потери мощности на трение рабочего колеса о газ (дисковое трение).

Необходимая мощность на валу двигателя:

=25,35 кВт.

Профилирование лопаток рабочего колеса

Наиболее часто применяются лопатки, очерченные по дуге окружности.

Радиус лопаток колеса:

, м.

Радиус центров находим по формуле:

ц =, м.

Построение профиля лопаток может быть выполнено также в соответствии с рис. 3.

Рис. 3. Профилирование лопаток рабочего колеса вентилятора

Расчет и профилирование спирального отвода

У центробежного вентилятора отвод (улитка) имеет постоянную ширину B , существенно превышающую ширину рабочего колеса.

Ширину улитки выбирают конструктивно:

В »2b 1 =526 мм.

Очертания отвода чаще всего соответствуют логарифмической спирали. Ее построение выполняется приближенно по правилу конструкторского квадрата. При этом сторона квадрата a в четыре раза меньше раскрытия спирального корпуса A .

39. Величину А определяем из соотношения:

, м.

где средняя скорость газа на выходе из улитки С а находится из соотношения:

С а =(0,6¸0,75)*С 2u =33,88 м/с.

а = А /4 =79,5 мм.

Определим радиусы дуг окружностей, образующих спираль. Исходной окружностью для образования спирали улитки является окружность радиуса:

, мм.

Радиусы раскрытия улитки R 1 , R 2 , R 3 , R 4 находим по формулам:

1 = R Н +=679,5+79,5/2=719,25 мм;

R 2 = R 1 + а =798,75 мм;

R 3 = R 2 + a =878,25 мм; 4 = R 3 + а =957,75 мм.

Построение улитки выполняется в соответствии с рис. 4.

Рис. 4. Профилирование улитки вентилятора по методу конструкторского квадрата

Вблизи рабочего колеса отвод переходит в так называемый язык, разделяющий потоки и уменьшающий перетечки внутри отвода. Часть отвода, ограниченную языком, называют выходной частью корпуса вентилятора. Длина выходного отверстия C определяет площадь выходного отверстия вентилятора. Выходная часть вентилятора является продолжением отвода и выполняет функции криволинейного диффузора и напорного патрубка.

Положение колеса в спиральном отводе задают, исходя из минимума гидравлических потерь. Для уменьшения потерь от дискового трения колесо смещено к задней стенке отвода. Зазор между основным диском колеса и задней стенкой отвода (со стороны привода) с одной стороны, и колесом и языком с другой, определяется аэродинамической схемой вентилятора. Так, например, для схемы Ц4-70 они составляют соответственно 4 и 6,25%.

Профилирование всасывающего патрубка

Оптимальная форма всасывающего патрубка соответствует суживающимся сечениям по ходу газа. Сужение потока увеличивает его равномерность и способствует ускорению при входе на лопатки рабочего колеса, что уменьшает потери от удара потока о кромки лопаток. Лучшими показателями обладает плавный конфузор. Сопряжение конфузора с колесом должно обеспечивать минимум протечек газа с нагнетания на всос. Величина протечек определяется зазором между выходной частью конфузора и входом в колесо. С этой точки зрения зазор должен быть минимален, его реальное значение должно зависеть только от величины возможных радиальных биений ротора. Так, для аэродинамической схемы Ц4-70 размер зазора составляет 1% от наружного диаметра колеса.

Лучшими показателями обладает плавный конфузор. Однако в большинстве случаев оказывается достаточно обычного прямого конфузора. Входной диаметр конфузора должен быть больше диаметра всасывающего отверстия колеса в 1,3¸2,0 раза.

. Механический расчет

вентилятор лопатка колесо привод

1. Проверочный расчет лопаток рабочего колеса на прочность

При работе вентилятора лопатки несут три вида нагрузок:

· центробежные силы собственной массы;

· разность давлений перемещаемой среды на рабочую и тыльную стороны лопатки;

· реакция деформирующихся основного и покрывного дисков.

На практике нагрузки второго и третьего видов не учитывают, потому что эти нагрузки значительно меньше нагрузок от центробежных сил.

При расчете лопатку рассматривают как балку, работающую на изгиб. Ориентировочно изгибающее напряжение в лопатке можно подсчитать по формуле:

s ил == 779 кг/см 2 ,

где R 1 и b 1 - радиус колеса на всосе и толщина лопатки соответственно, мм .

Проверочный расчет на прочность основного диска рабочего колеса

При проектировании рабочих колес толщины дисков назначаются конструктором с последующей проверкой напряжений расчетом.

Для колес одностороннего всасывания максимальное значение тангенциального напряжения можно проверить по формуле:

s τ = кг/см 2

где G л - суммарная масса лопаток, кг ;

δ / - толщина диска, мм ;

n 0 - число оборотов, об/мин .

л ==110 кг ,

где ρ = 7850 кг/м 3 .

Коэффициенты k 1 и k 2 определяются по номограмме (Рис. 5).

Рис. 5. Номограмма для определения коэффициентов k 1 и k 2

Полученное напряжение не должно превышать предел текучести для стали [s τ ] = 2400 кг/см 2 .

6. Выбор привода вентилятора

Для привода вентиляторов консольного типа преимущественно используются асинхронные электродвигатели серии 4А и их аналоги других серий. Для выбора электродвигателя руководствуются частотой вращения вентилятора и его мощностью. При этом требуется учесть необходимость запаса по мощности во избежание выхода двигателя из строя при запуске, когда возникают большие пусковые токи. Коэффициент запаса вентиляторов общего назначения =1,05¸1,2 выбирается, исходя из величины мощности вентилятора. Большие значения коэффициента соответствуют меньшим значениям мощности.

Для дутьевых вентиляторов мощность привода выбирается с учетом коэффициентов запаса по давлению k д =1,15 и подаче k п =1,1. Запас по мощности двигателя k N =1,05.

Выбор электродвигателей производится по каталогам и справочникам . Выбираем электродвигатель АИР180М4 с частотой вращения 1500 об/мин и мощностью 30 кВт.

Заводское обозначение	Тип эл./двигателя	Установл. мощность двиг. кВт	Потр. мощность кВт	Подача тыс. м3/ч	Давл. даПа	Габариты (LхВхН), мм
ВДН10-1500 об/мин

7. Список литературы

1. Соломахова Т.С., Чебышева К.В. Центробежные вентиляторы. Аэродинамические схемы и характеристики: Справочник. М.: Машиностроение, 1980. 176 с.

Вахвахов Г.Г. Энергосбережение и надежность вентиляторных установок. М.: Стройиздат, 1989. 176 с.

Аэродинамический расчет котельных установок (нормативный метод). / Под ред. С.И. Мочана. Л.: Энергия, 1977. 256 с.

Тягодутьевые машины: Каталог. «Сибэнергомаш». 2005.

Алиев Электротехнический справочник

Так называемая улитка для вентиляции не всегда может означать один и тот же вид принуждающего вентиляционного устройства — основные общие черты, это форма агрегата, но, отнюдь, не принцип работы и направления воздушного потока.

Нагнетательные приборы такого типа могут:

• кардинально отличаться по принципу устройства лопастей;
• а также могут быть приточного или вытяжного типа, то есть, направлять поток в противоположную сторону.

Вентиляционная «улитка»

Их обычно используют для твердотопливных котлов большого размера, производственных цехов и общественных зданий, но обо всём этом ниже, а в дополнение — видео в этой статье.

Механическая вентиляция

Примечание. Нагнетательные/отсасывающие агрегаты с электрическим двигателем, которые называют «улиткой» подходят не для любого вида вентиляции, так как могут направлять воздушный поток только в одну сторону.

Виды вентиляции

• Как вы видите на верхнем изображении, под словом «вентиляция» могут подразумеваться совершенно разные способы воздухообмена и о некоторых вы, возможно, даже не слышали, но мы вкратце рассмотрим только самые основные из них.
• Во-первых, существует всем известный вытяжной способ, когда тёплый или загрязнённый воздух удаляется с помещения.
• Во-вторых, есть приточный вариант и чаще всего это добавление свежего прохладного воздуха.
• В-третьих, это совмещение, то есть, приточно-вытяжной вариант.
• Указанные выше системы могут функционировать естественным образом, но также могут работать принудительно, при использовании осевых (аксиальных), радиальных (центробежных), диаметральных (тангенциальных) и диагональных вентиляторов. Помимо этого, вытяжка и приток воздуха могут осуществляться либо в общем, либо в местном режиме. То есть, воздуховод подводится к определённому месту назначения и выполняет функцию обдува или вытяжки.

Примеры

Примечание. Ниже мы рассмотрим несколько типов улиток, которые используются для .

BDRS 120-60 (Турция) — это вытяжная улитка радиального типа с весом 2,1кг, частотой 2325 об/мин, напряжением 220/230В/50Гц и максимально потребляемой мощностью 90Вт. При этом BDRS 120-60 в состоянии максимально перекачивать 380м 3 /мин воздуха с температурным диапазоном от -15⁰C до +40⁰C, имеет класс безопасности IP54.

Марка BDRS может иметь несколько типоразмеров, внешний роторный двигатель делается из оцинкованной стали и защищён сбоку хромированной решёткой, что предотвращает попадание сторонних элементов на крыльчатку.

Термостойкий приточно-вытяжной радиальный вентилятор Dundar CM 16.2H обычно используется для откачивания горячего воздуха из котлов, работающих на твёрдом топливе, хотя инструкция позволяет его также применять и для помещений разного назначения. Воздушный поток при транспортировке может иметь температуру от -30⁰C до +120⁰C, а саму улитку можно разворачивать на 0⁰ (горизонтальное положение), 90⁰, 180⁰ и 270⁰ (двигатель с правой стороны).

Модель CM 16.2H имеет скорость двигателя 2750 об/мин, напряжением 220/230В/50Гц и максимальное потребление мощности 460Вт. Агрегат весом 7,9кг способен перекачивать в максимальном объёме 1765м 3 /мин воздуха, уровень давления 780Па, имеет степень защиты IP54.

Различные модификации ВЕНТС ВЩУН могут использоваться для нужд и кондиционирования воздуха в помещениях разного назначения и имеют производительность транспортировки воздуха до 19000м 3 /час.

Такая центробежная улитка имеет спирально-поворотный корпус и крыльчатку, которая установлена на оси трёхфазного асинхронного двигателя. Корпус ВЩУН делается из стали, которая позже покрывается полимерами

Любая модификация подразумевает возможность поворота корпуса вправо или влево. Это позволяет присоединяться к действующим воздуховодам под любым углом, но при этом шаг между фиксируемым положением составляет 45⁰.

Также на разных моделях могут быть использованы либо двухтактные, либо четырёхтактные асинхронные двигатели с внешним расположением ротора, а его рабочее колесо в форме загнутых вперёд лопаток выполняется из оцинкованной стали. Подшипники качения увеличивают эксплуатационный ресурс агрегата, сбалансированные на заводе турбины значительно понижают шум, а уровень защиты составляет IP54.

Кроме того, для ВЩУН предусмотрена регулировка скорости своими руками с помощью автотрансформаторного регулятора, что очень удобно при:

• смене времён года;
• условий работы;
• помещения и так далее.

Кроме того, к автотрансформаторному устройству можно подключать сразу несколько агрегатов такого типа, но при этом в обязательном порядке должно соблюдаться главное условие — их общая мощность не должна превышать номинала трансформатора.

Указание параметра	ВЦУН
	140×74-0,25-2	140×74-0,37-2	160×74-0,55-2	160×74-0,75-2	180×74-0,56-4	180×74-1,1-2	200×93-0,55-4	200×93-1,1-2
Напряжение (В) при 50Гц	400	400	400	400	400	400	400	400
Мощность потребления (кВт)	0,25	0,37	0,55	0,75	0,55	1,1	0,55	1,1
Ток)А)	0,8	0,9	1,6	1,8	1,6	2,6	1,6	2,6
Расход воздуха максимум (м 3 /час)	450	710	750	1540	1030	1950	1615	1900
Скорость вращения)об/мин)	1350	2730	1360	2820	1360	2800	1360	2800
Уровень звука на расстоянии 3м (db)	60	65	62	68	64	70	67	73
Температура воздуха при транспортировке максимум t⁰C	60	60	60	60	60	60	60	60
Защита	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54	IP54

Создание воздушного потока с высокой плотностью возможно несколькими способами. Одним из эффективных является вентилятор радиального типа или «улитка». Он отличается от других не только формой, но и принципом работы.

Устройство и конструкция вентилятора

Для движения воздуха иногда недостаточно крыльчатки и силового агрегата. В условиях ограниченного пространства следует применять особый вид конструкции вытяжного оборудования. Он приставляет собой спиралевидный корпус, выполняющий функцию воздушного канала. Ее можно сделать своими руками или приобрести уже готовую модель.

Для формирования потока в конструкции предусмотрено радиальное рабочее колесо. Оно соединяется с силовым агрегатом. Лопатки колеса имеют загнутую форму и при движении создают разряженную область. В нее поступает воздух (или газ) из входного патрубка. При продвижении по спиралевидному корпусу возрастает скорость на выходном отверстии.

В зависимости от области применения центробежный вентилятор улитка может быть общего назначения, термостойкий или защищенный от коррозии. Также необходимо учитывать величину создаваемого воздушного потока:

• низкого давления. Область применения – производственные цеха, бытовые приборы. Температура воздуха не должна превышать +80°С. Обязательное отсутствие агрессивных сред;
• среднее значение давления. Является частью вытяжного оборудования для удаления или транспортировки материалов небольшой фракции, опилок зерна;
• высокого давления. Формирует приток воздуха в зону сгорания топлива. Устанавливается в котлах многих типов.

Направление движения лопастей определяется конструкцией, а, в частности, месторасположением выходного патрубка. Если он располагается в левой части — ротор должен крутиться по часовой стрелке. Также учитывается количество лопастей и их кривизна.

Для мощных моделей необходимо сделать своими руками надежное основание с фиксацией корпуса. Промышленная установка будет сильно вибрировать, что может привести к ее постепенному разрушению.

Самостоятельное изготовление

Прежде всего следует определиться с функциональным назначением центробежного вентилятора. Если он необходим для вентиляции определенной части помещения или оборудования – корпус можно сделать из подручных материалов. Для комплектации котла потребуется применить жаропрочную сталь либо сделать его из листов нержавейки своими руками.

Сначала рассчитывается мощность и определяется набор комплектующих. Оптимальным вариантом будет демонтаж улитки со старого оборудования – вытяжки или пылесоса. Преимуществом этого способа изготовления является точное соответствие мощности силового агрегата и параметров корпуса. Вентилятор улитка легко изготавливается своими руками лишь для каких-то прикладных целей небольшой домашней мастерской. В остальных случаях рекомендуется приобрести уже готовую модель промышленного типа или же взять старую из автомобиля.

Порядок действий, чтобы сделать центробежный вентилятор своими руками.

1. Расчет габаритных размеров. Если устройство будет монтироваться в ограниченном пространстве – предусматривают специальные демпферные прокладки для компенсации вибрации.
2. Изготовление корпуса. При отсутствии уже готовой конструкции можно использовать листы пластика, сталь или фанеру. В последнем случае особое внимание уделяется герметизации стыков.
3. Схема установки силового агрегата. Он вращает лопасти, поэтому следует выбрать тип привода. Для небольших конструкций используется вал, соединяющий редуктор двигателя с ротором. В мощных установках применяется привод ременного типа.
4. Крепежные элементы. Если вентилятор будет установлен на внешнем корпусе, например, котла – делают монтажные П-образные пластины. При значительных мощностях потребуется изготовить надежное и массивное основание.

Это общая схема, по которой можно сделать вытяжной функциональный центробежный агрегат своими руками. Она может измениться в зависимости от наличия комплектующих. Важно соблюдать требования герметизации корпуса, а также обеспечить надежную защиту силового агрегата от возможного засорения пылью и мусором.

Во время работы вентилятор будет сильно шуметь. Уменьшить это будет проблематично, так как вибрацию корпуса при движении воздушных потоков практически невозможно компенсировать своими руками. В особенности это актуально для моделей из металла и пластика. Дерево может частично уменьшить звуковой фон, но при этом оно обладает небольшим сроком эксплуатации.

В видеоматериале можно ознакомиться с процессом изготовления корпуса из ПВХ листов:

Обзор и сравнение производственных готовых моделей

Рассматривая радиальный вентилятор улитка, надо учесть материал изготовления: литой корпус из алюминия, листовая или нержавеющая сталь. Подбирается модель исходя из конкретных нужд, рассмотрим пример серийных моделей в литом корпусе.

Комментариев:

После того как сеть воздуховодов спроектирована и просчитана, наступает время подобрать под эту систему вентиляционную установку для подачи и обработки воздуха. Сердцем вентиляционной системы является вентилятор, приводящий в движение воздушные массы и призванный обеспечить необходимый расход и давление в сети. В этом качестве часто выступает агрегат осевого типа. Чтобы необходимые параметры были выдержаны, вначале следует произвести расчет осевого вентилятора.

Осевой вентилятор используется в системах воздуховодов для перемещения больших масс воздуха.

Общее понятие о конструкции агрегата и его назначении

Осевой вентилятор — это лопастная воздуходувная машина, которая передает механическую энергию вращения лопастей рабочего колеса воздушному потоку в виде потенциальной и кинетической энергии, а он затрачивает эту энергию на преодоление всех сопротивлений в системе. Осью рабочего колеса данного типа является ось электродвигателя, она располагается по центру воздушного потока, а плоскость вращения лопастей перпендикулярна ему. Агрегат перемещает воздух вдоль своей оси за счет лопаток, повернутых под углом к плоскости вращения. Крыльчатка и электродвигатель закреплены на одном валу и постоянно находятся внутри воздушного потока. Такая конструкция имеет свои недостатки:

1. Агрегат не может перемещать воздушные массы с высокой температурой, которые могут повредить электродвигатель. Рекомендуемая максимальная температура — 100° C.
2. По той же причине не допускается применять этот тип агрегатов для перемещения агрессивных сред или газов. Перемещаемый воздух не должен содержать липких включений или длинных волокон.
3. В силу своей конструкции осевой вентилятор не может развивать высокое давление, поэтому непригоден к использованию для вентиляционных систем большой сложности и протяженности. Максимальное давление, которое может обеспечить современный агрегат осевого типа, находится в пределах 1000 Па. Однако, существуют специальные шахтные вентиляторы, конструкция привода которых позволяет развивать давление до 2000 Па, но тогда уменьшается максимальная производительность — до 18000 м³/ч.

Достоинства этих машин следующие:

• вентилятор может обеспечить большой расход воздуха (до 65000 м³/ч);
• электродвигатель, находясь в потоке, успешно охлаждается;
• машина не занимает много места, имеет небольшой вес и может быть установлена прямо в канале, что снижает затраты при монтаже.

Все вентиляторы классифицируются по типоразмерам, указывающим на диаметр рабочего колеса машины. Данную классификацию можно увидеть в Таблице 1.

Таблица 1

Вернуться к оглавлению

Описание вычислений параметров воздуходувной машины

Расчет вентиляционного агрегата любого типа выполняется по индивидуальным аэродинамическим характеристикам, не является исключением и осевой вентилятор. Вот эти характеристики:

1. Объемный расход или производительность.
2. Коэффициент полезного действия.
3. Мощность, необходимая для привода агрегата.
4. Действительное давление, развиваемое агрегатом.

Производительность была определена ранее, когда выполнялся расчет самой вентиляционной системы. Вентилятор должен ее обеспечить, поэтому значение расхода воздуха остается неизменным для расчета. Если же температура воздушной среды в рабочей зоне отличается от температуры воздуха, проходящего через вентилятор, то производительность следует пересчитать по формуле:

L = Ln x (273 + t) / (273 + tr), где:

• Ln — необходимая производительность, м³/ч;
• t — температура воздуха, проходящего через вентилятор, °C;
• tr — температура воздуха в рабочей зоне помещения, °C.

Вернуться к оглавлению

Определение мощности

После того как необходимое количество воздуха окончательно определено, нужно выяснить мощность, необходимую для создания расчетного давления при этом расходе. Расчет мощности на валу рабочего колеса производится по формуле:

NB (кВт) = (L x p) / 3600 x 102ɳв x ɳп, здесь:

• L — производительность агрегата в м³ за 1 секунду;
• p — необходимый напор вентилятора, Па;
• ɳв — значение КПД, определяется по аэродинамической характеристике;
• ɳп — значение КПД подшипников агрегата, принимается 0,95-0,98.

Значение установочной мощности электродвигателя отличается от мощности на валу, последняя учитывает только нагрузку в рабочем режиме. При пуске любого электродвигателя происходит скачок силы тока, следовательно, и мощности. Этот пусковой пик должен быть учтен при расчете, поэтому установочная мощность электродвигателя будет:

Ny = K NB, где K — коэффициент запаса на пусковой момент.

Значения коэффициентов запаса при различной мощности на валу отражены в Таблице 2.

Таблица 2

Если агрегат устанавливается в помещении, в котором температура воздуха может достигать по разным причинам +40° C, то параметр Ny следует увеличить на 10%, а при +50° C установочная мощность должна быть выше расчетной на 25%. Окончательно этот параметр электродвигателя принимают по каталогу завода-производителя, выбрав ближайшее большее значение к расчетному Ny с просчетом всех запасов. Как правило, воздуходувную машину устанавливают до теплообменника, который нагревает воздух для дальнейшей его подачи в помещения. Тогда электродвигатель будет запускаться и работать на холодном воздухе, что есть более экономично в плане расхода электроэнергии.

Воздуходувные машины разных типоразмеров могут быть укомплектованы электродвигателями различной мощности в зависимости от напора, который требуется получить. Каждая модель агрегата имеет свою аэродинамическую характеристику, которую завод-производитель отражает в своем каталоге в графическом виде. Коэффициент полезного действия — величина переменная для различных условий работы, окончательно ее можно будет выяснить по графической характеристике вентилятора, опираясь на величины производительности, расхода и установочной мощности, вычисленные ранее.

Основная задача расчета и подбора вентилятора — выполнить требования по перемещению необходимого количества воздуха с учетом сопротивления сети воздуховодов, при этом добиться максимального значения КПД агрегата.

Встроенный вентилятор, укрепленный на валу электрической машины, должен создавать напор, достаточный для того, чтобы обеспечить необходимый расход охлаждающей среды в каналах вен­тиляционной системы машины. Вентиляторы проектируются с уче­том особенностей конструктивного исполнения конкретного типа машины .

Ниже приводится упрощенный метод поверочного расчета встроенного вентилятора, основанный на данных серийных машин общего назначения. В таких машинах используют преимущественно центробежные вентиляторы с радиальными лопатками, рабочее колесо которых изменяет свое направление потока на радиальное.

Внешний диаметр вентиляторного колеса выбирают в соответствии с типом вентиляционной системы и конструкции машины. При аксиаль­ной вентиляции внешний диаметр рабочего колеса (рис. 7.7) выбирают максимально возможным.

Рис. 7.7. Колесо вентилятора

По выбранному внешнему диаметру вентилятора определяют окружную скорость, м/с:

. (7.49)

Максимальное значение КПД вентилятора приблизительно соответствует режиму, когда но­минальное давление вентилятора
,где
- давление, развиваемое вентилятором в режиме холостого хода, т. е. при закрытых отверстиях по внешнему диаметру, когда рас­ход воздуха равен нулю. Номинальное значение расхода приблизитель­но равно:

,

где
- расход вентилятора, м 3 /с, работающего в режиме коротко­го замыкания (по аналогии с электрической цепью), т. е. в открытом пространстве.

Из условия максимального КПД принимается

. (7.50)

Сечение на выходной кромке вентилятора, м 2 ,

, (7.51)

где 0,42 - номинальный КПД радиального вентилятора.

Ширина колеса вентилятора

, (7.52)

где 0,92 - коэффициент, учитывающий наличие вентиляционных ло­паток на поверхности вентиляционной решетки (поверхности ).

Внутренний диаметр колеса определяют из условия, что вентилятор работает при максимальном значении КПД, т. е. при
и
. Используя уравнения статического давле­ния, развиваемого вентилятором, Па, найдем давление, развиваемое вентилятором при холостом ходе:

, (7.53)

где = 0,6 для радиальных лопаток;
кг/м 3 - плотность воздуха.

Зная расход воздуха V , сопротивление вентиляционной системы и определив окружную скорость на внутренней кромке вентилятора :

, (7.54)

найдем внутренний диаметр колеса вентилятора, м:

. (7.55)

Во встроенных вентиляторах отношение
лежит в пределах 1,2…1,5.

Число лопаток вентилятора принимают :

. (7.56)

Для уменьшения вентиляционного шума рекомендуется выбирать число лопаток вентилятора таким, чтобы оно равнялось нечетному числу. При вытяжной вентиляции могут быть рекомендованы и числа зависимости от диаметра вентилятора: при
мм
, при
мм
, при
мм
, при
мм
.

Для вентиляторов асинхронных двигателей серии 4А рекомендуется выбирать число лопаток согласно табл. 7.6.

Таблица 7.6. Число лопаток вентилятора

Высота оси вращения, мм	Число лопаток при

Число лопаток вентиляторов машин постоянного тока выбирают ориентировочно:

. (7.57)

Значение округляют до ближайшего простого числа.

После расчета вентилятора необходимо уточнить результаты вентиляционного расчета.

Для определения действительного расхода воздуха и давления
и строят совмещенные характеристики вентилятора и вентиляционного тракта машины. Характеристика вентилятора может быть выражена с достаточной точностью уравнением

Характеристика вентиляционного тракта согласно (7.50)

. (7.59)

На рис. 7.8 представлены графи­ки, построенные по уравнениям (7.58) (кривая 1 ) и (7.59) (кривая 2 ). Координата точки пересечения этих характеристик определяется путем решения уравнений

(7.60)

Рис. 7.8. Характеристики вентилятора

Мощность, потребляемая вентилятором, Вт,

, (7.61)

где - энергетический КПД вентилятора, который может быть принят равным примерно

(7.62)

Вентиляционный расчет электрической машины при курсовом проектировании проводится по упрощенной методике. Более подробные расчеты отдельных видов исполнения машин приводятся в гл. 9-11.