Вентиляційні установки (стр. 3 из 7)
де Н - сумарні втрати тиску в повітропроводі, Па;
К - параметр, що характеризує гідравлічний опір повітропроводу;
п - показник степеня.
Для ламінарного потоку п = 1, для турбулентного - п = 1,7'5 - 2.
Параметр К визначають за формулою:
де / - довжина повітропроводу одного діаметра, м;
X - коефіцієнт втрат на тертя;
І) г - гідравлічний діаметр повітропроводу, м;
£, - сума коефіцієнтів місцевих опорів; р - густина повітря, кг/м3.
Робочий режим вентилятора для даного повітропроводу визначається рівністю створюваного повного тиску Н повному гідравлічному опору (рис.11, точка А). Якщо точка А виходить за робочу зону або вентилятор не забезпечує необхідну подачу, потрібно зменшити гідравлічний опір повітропроводу. Для зменшення опору на кінці повітропроводу встановлюють дифузор, який зменшує швидкість витікання повітря і тим самим зменшуються гідравлічні втрати (рис.11, точка В). Зміна кутової швидкості вентилятора не призводить до зміни характеристики повітропроводу. При цьому зміняться лише подача і тиск вентилятора.
Рис.11. Режим роботи вентилятора: 1 - без дифузора; 2 - з дифузором
Регулювання параметрів вентилятора
У виробничих умовах іноді виникає необхідність за допомогою певних пристроїв без зупинки вентиляційної установки змінювати подачу вентилятора. При цьому зміняться тиск, що розвиває вентилятор, споживана привідним двигуном потужність та коефіцієнт корисної дії.
Досить поширеним способом регулювання параметрів вентиляційної установки є дроселювання, тобто встановлення перед вентилятором або за ним заслінки, що частково перекриває повітропровід. При цьому збільшується коефіцієнт місцевих втрат і, як наслідок, характеристика повітропроводу стає більш стрімкою (рис.12). Як видно з рисунка, регулювання вентиляційної установки за допомогою заслінки є неекономічним, тому що викликає зниження коефіцієнта корисної дії. При дроселюванні вентиляційних установок з радіальними вентиляторами потужність, споживана двигуном, зменшується. Отже, привідні двигуни радіальних вентиляторів запускають при закритій заслінці на повітропроводі (якщо вона є).
Осьові вентилятори при дроселюванні споживають більшу потужність, тому що характеристика Р = / (ф) у них є нисхідною залежністю (див. рис.9). Тому пуск установок з осьовими вентиляторами здійснюють при максимальній подачі.
Як уже відзначалось, встановлення дифузора призводить до зменшення опору повітропроводу і збільшення продуктивності вентилятора відносно розрахункового режиму (див. рис.11, точка В). При цьому збільшується розрахункова потужність для радіальних вентиляторів.
Регулювати тиск чи подачу вентиляторної установки можна вмиканням на один повітропровід двох вентиляторів меншої потужності. Вентилятори можна з'єднувати паралельно і послідовно. Для забезпечення стійкої паралельної роботи двох вентиляторів на робочій ділянці аеродинамічної характеристики повинна бути така ділянка, на якій при збільшенні продуктивності створюваний вентилятором тиск зменшується. Така вентиляційна установка більш надійна з точки зору резервування. При послідовному з'єднанні вентиляторів один із них може регулюватись дроселюванням аж до повного перекривання. Енергетичні показники установки будуть вищі, ніж при дроселюванні одного ізольованого вентилятора. Сумарні характеристики вентиляторів при їх послідовному та паралельному з'єднанні наведені на рис.13.
В умовах сільськогосподарського виробництва найчастіше регулювання параметрів вентилятора здійснюють зміною частоти обертання. Для цього використовують дво- і тришвидкісні двигуни (припливні системи вентиляції) та регулювання частоти обертання спеціальних двигунів зміною напруги на статорі. При використанні багатошвидкісних двигунів частота обертання визначається кількістю пар полюсів:
де р - число пар полюсів; / - частота струму; з – ковзання
Рис.13. Сумарні характеристики двох вентиляторів:
а - послідовне з'єднання; б - паралельне з'єднання
При зміні частоти обертання п вентилятора продуктивність (?, повний тиск Н, потужність Р та коефіцієнт корисної дії г| змінюються за залежностями:
Залежності (24) справедливі при незмінному діаметрі робочого колеса вентилятора і незмінній густині повітря.
При зміні частоти обертання колеса вентилятора характеристика повітропроводу не змінюється і робоча точка вентилятора переміститься по параболі, що збігається з характеристикою повітропроводу (рис.14). При цьому коефіцієнт корисної дії вентилятора залишається незмінним. Потужність двигуна при зміні частоти обертання змінюється за кубічною залежністю. У двошвидкісних двигунів серії АИ є виконання для привода робочих машин з вентиляторною механічною характеристикою. Характерною ознакою цих двигунів є те, що потужність у них на вищій частоті обертання значно більша за потужність на нижчій частоті обертання. Для двигунів з числом полюсів 4/2, 8/4 діапазон регулювання становить 1: 2. При такому діапазоні регулювання потужність на вищій частоті обертання визначається залежністю
Для двигунів з числом полюсів 8/6 діапазон регулювання дорівнює 1: 1,33. Потужність на вищій частоті обертання визначається так:
Рис.14. Регулювання вентилятора зміною частоти обертання лопаточного колеса
Співвідношення потужностей (25), (26) дотримуються в двошвидкісних двигунах, призначених для привода вентиляторів. Так, двигуни АИР112М4/2УЗ та АИР112М8/6УЗ мають відповідно співвідношення потужностей. Отже, згадані двигуни при зміні частоти обертання працюють практично з повним навантаженням на відміну від двошвидкісних двигунів загального призначення, в яких потужність на вищій частоті обертання більша на ЗО - 50 % за потужність при нижчій частоті обертання. Тому двошвидкісні двигуни загального призначення для привода вентиляторів застосовувати не слід. При нижчій частоті обертання вони будуть працювати з малим навантаженням і, як наслідок, з низькими енергетичними показниками.
Осьові вентилятори серії ВО, що використовуються для витяжної системи вентиляції тваринницьких, птахівницьких та інших виробничих приміщень, мають регулювання подачі повітря. Регулювання подачі вентиляторів здійснюється за рахунок зміни частоти обертання спеціальних двигунів АИРП та 4АПА, якими комплектуються вентилятори. Двигуни АИРП мають номінальні потужності 0,25 і 0,37 кВт, а 4АПА відповідно 0,37; 0,55; 1,1 кВт. Синхронна частота обертання наведених двигунів становить 1000 об/хв, критичне ковзання приблизно 0,5. Витяжна вентиляційна система тваринницьких, птахівницьких та інших виробничих приміщень комплектується осьовими вентиляторами ВО-Ф-5,6А; ВО-Ф-7ДА; ВО-Ф-8,5 відповідно з двигунами 4АПА80-06У2, 4АПА80А6У2, 4АПА90£6У2. Частоту обертання електровентиляторів регулюють, змінюючи напругу на статорній обмотці двигунів. Напругу змінюють ступенями за допомогою автотрансформатора або плавно тиристорним перетворювачем напруги. Згадані двигуни обдуваються вентиляторами, які приводяться ними в рух. Станина двигунів не має оребрення. Літера П в позначенні серії двигуна вказує на те, що він продувається вентилятором серії ВО, насадженим безпосередньо на вал двигуна.
Якщо змінювати напругу на статорній обмотці згаданих двигунів без навантаження (без вентилятора), то кутова швидкість ротора практично змінюватись не буде. Пояснюється це тим, що напруга не входить безпосередньо у вираз по визначенню кутової швидкості [со = юо (1-з)]. При зміні напруги критичне ковзання двигуна залишається практично незмінним (при незмінному значенні Хк) і дорівнює
 |
Зміна напруги призводить до зміни коефіцієнта жорсткості Р механічної характеристики двигуна, який визначається за виразом:
де М - момент двигуна; ю - кутова швидкість.
Момент двигуна залежить від таких параметрів:
де Е2 - електрорушійна сила в обмотці ротора при ковзанні, рівному одиниці.
Підставивши значення Е2 та 8 у вираз (29), одержимо:
Взявши похідну з виразу (30), одержимо коефіцієнт жорсткості механічної характеристики асинхронного двигуна:
Якщо вважати параметри ротора сталими, то коефіцієнт жорсткості механічної характеристики р знижується при зменшенні магнітного потоку в квадратичній залежності. Магнітний потік Ф прямо пропорційно залежить від напруги на статорі двигуна. Отже, зміна напруги на статорі призводить до значного зменшення коефіцієнта жорсткості та перевантажувальної здатності двигуна. При вентиляторній механічній характеристиці робочої машини перевантажувальна здатність залишається достатньою для стабільної роботи електровентилятора.