Тепловые двигатели и нагнетатели

(часть 3)

Лекция № 32

даны при n=const, то они являются характеристиками при постоянной частоте

вращения.

Если же они даны при n=var, то их называют характеристиками при переменной частоте.

давлением и подачей).

Воспользуемся уравнением Эйлера для получения теоретической характеристики напора

при условии α1 = 90°:




Из параллелограмма скоростей на выходе следует, что

при бесконечно тонких лопастях



Тогда



Подставив последнее выражение в уравнение Эйлера, получим
и

вращения его вала



Подставив это значение в последнее выражение, получим




(2)

последних соотношений получим следующее уравнение характеристики:



Это уравнение прямой линии.
Положение её

координат в системе Q, H при заданных значениях n, b2 и D2 зависит от угла β2.

(3)

Q (подача) путём изменения открытия запорного органа на выходном патрубке

машины.

Такой процесс называется дросселированием, а сами характеристики – дроссельными кривыми.

Независимо от формы рабочей лопасти, определяемой углом β2, теоретический напор Q = 0 при (полное закрытие регулирующей задвижки) будет равен С и определится однозначно диаметром колеса и его частотой вращения.

HT∞=С=const; теоретическая характеристика машины получиться в виде прямой, параллельной оси

абсцисс (рисунок).

Лопасти, отогнутые назад, характеризуются углом β2<90°; при этом второй член уравнения (2) положителен и увеличение Q вызывает снижение теоретического напора.

Характеристика такой машины представится наклонной линией, расположенной ниже характеристики машины с β2 = 90°.

Теоретические характеристики центробежных машин при различных углах β2

второй член уравнения (2) отрицателен и возрастание Q вызывает увеличение

HT∞.

Теоретическая характеристика для такого случая располагается выше горизонтальной характеристик при β2 = 90°.

Из рисунка видно, что при заданной подаче теоретический напор тем выше, чем больше рабочая лопасть отогнута вперёд.

Теоретические характеристики центробежных машин при различных углах β2

колёсах с различными углами требует различных окружных скоростей на выходе

из рабочего колеса или при одинаковом диаметре колёс различных частот вращения.

Это ясно из теоретических характеристик, показанных на рисунке.

Теоретические характеристики центробежных машин с одинаковыми Q и HT при различных углах β2

наименьшей частотой вращения должно обладать колесо с лопастями, загнутыми вперёд,

а наибольшей – колесо с лопастями, загнутыми назад.

По уравнению

можно выяснить форму характеристики теоретической мощности центробежной машины:

Теоретические характеристики центробежных машин с одинаковыми Q и HT при различных углах β2

значений  β2  при постоянных значениях  ρ, n, D2, b2.


На рисунке показаны

теоретические характеристики мощности для углов  β2 = 20°, 90° и 160° , при  n = 1000 об/мин,  D2 = 0,5 м и  b2 = 0,03 м (центробежный насос).

Теоретические значения мощности при различных значениях угла β2

теоретического на значение потерь напора в проточной части машины.

проточной полости, пропорционально квадрату средней скорости потока;

Во–вторых, по причине изменения

направления скорости на входе в межлопастные каналы.

Последнее обусловливает удар жидкости (газа) о входные кромки лопастей и образование в потоке вихревых зон.

В результате этого характеристика действительного напора располагается ниже характеристики теоретического напора.

проточной полости центробежной машины действительная характеристика может иметь две типичные

формы.

Действительная характеристика
при  β2 > 40°

Действительная характеристика
при  β2 < 40°

характеристики является наличие максимума и, следовательно, неоднозначность зависимости H=f (Q) для данной

машины в пределах напоров от  Hх.х  до  Hмакс.

Машины такого типа могут работать неустойчиво, самопроизвольно изменяя подачу.

Это является отрицательным свойством машины, и поэтому такой тип характеристики нежелателен.

с β2 < 40° при рациональной конструкции проточной части.

Действительная характеристика мощности машины

может быть получена из теоретических характеристик путём вычитания (при данных подачах) из значений теоретической мощности её потерь.

При этом характер зависимости мощности от подачи в основном сохранится: действительная мощность машины будет возрастать с увеличением подачи.

Действительная характеристика
при  β2 < 40°

действительной мощности отклоняется от линии теоретической мощности; она представляется слегка

изогнутой кривой.

Характеристика теоретической и действительной мощности центробежной машины.

при Q = 0 (при закрытии дросселя) равна мощности холостого хода   Nх.х,

затрачиваемой на покрытие потерь мощности в этом режиме.

Потери мощности на холостом ходу обусловлены циркуляционными потоками в проточной части машины, особенно в рабочем колесе, дисковым трением о жидкость (газ), механическим трением в уплотнениях и подшипниках машины.

Всё указанное приводит к форме характеристик действительной мощности, показанной на предыдущем слайде.

машины.



Очевидно, КПД равен нулю при Q=0 или Н=0, потому что

при всех режимах работы машины N ≠ 0. В пределах между Q = 0 и Q = Qмакс КПД машины достигает максимального значения.

этом затрата мощности для создания напора и подачи осуществляется с

наилучшим энергетическим эффектом, т.е. наиболее экономично.

Характеристика КПД центробежной машины

N – L (Q), η – L (Q).

При снятии характеристики

должны быть выполнены следующие условия:
1) конструктивные размеры нагнетателя не должны изменяться;
2) плотность перемещаемой среды должна быть постоянной;
3) частота вращения рабочего колеса должна быть неизменной.

Полная характеристика вентилятора

полных давлений на выходе и входе в нагнетатель ( рвых

- рвх) от подачи L (Q).

У работающего в обычных условиях нагнетателя характеристика полного давления никогда не доходит до оси абсцисс, так как поток на выходе из нагнетателя несет с собой кинетическую энергию.

В зависимости от величины потерь в нагнетателе очертание характеристик и полного давления может быть полого падающим, круто падающим или иметь впадину в области малых подач.

Нагнетатели с круто падающими характеристиками обеспечивают устойчивость в работе.

для преодоления потерь внутри нагнетателя и в присоединенной к нему

сети. Полезная мощность нагнетателя равна:
Nп = р·L= р·Q.

Учитывая, что затраты мощности минимальны при нулевом расходе, запуск нагнетателей в работу рекомендуют осуществлять при закрытых регулировочных задвижках.

В этом случае пусковой ток электродвигателя будет минимальным и не произойдет перегрузки двигателя.

эффективность работы нагнетателя при различных режимах.

Полный КПД нагнетателя представляет собой

отношение полезной мощности к мощности на валу.

максимума, уменьшается.
Наибольший КПД имеют нагнетатели с рабочими колесами, у которых

лопатки загнуты назад.
Режим работы нагнетателя, соответствующий максимальному значению полного КПД ηmax, называют оптимальным.
Рабочим участком характеристики нагнетателя принято считать ту ее часть, на которой полный КПД η = 0,9ηmax.