Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 8
Лабораторная работа № 6
Исследование характеристик центробежного вентилятора
1. Цель работы.
Изучение работы центробежного вентилятора на различных режимах и исследование его аэродинамических характеристик.
2. Основные теоретические положения.
Вентиляторами называются машины, предназначенные для перемещения газов и повышения их давления. При этом степень повышения давления у вентиляторов (отношение давления на выходе к давлению на входе) π < 1,1. Для создания больших давлений применяют воздуходувные машины и компрессоры.
Вентиляторы являются одним из распространённых видов судовых механизмов. Они используются для искусственной вентиляции жилых и служебных помещений, для создания тяги в котельных установках, для удаления вредных и пожароопасных газов из отсеков.
По назначению различают вентиляторы вдувные, вытяжные и циркуляционные. Так, котельные вентиляторы, которые нагнетают (вдувают) воздух в топки котлов, называются вдувными, а вентиляторы, отсасывающие выпускные газы из котла, называются вытяжными.
По принципу действия вентиляторы делятся на центробежные и осевые.
Схема центробежного вентилятора изображена на рис.1. Воздух засасывается через отверстие 1 в центральной части кожуха и попадает на лопасти 2, находящиеся на ободе колеса 3. Лопасти 2 рабочего колеса, вращаясь, отбрасывают воздух в кольцевой кожух 4, имеющий форму спирали, откуда он попадает в диффузор 5. Из диффузора воздух по трубопроводу поступает к месту назначения.
Судовые вентиляторы приводятся во вращение электродвигателями и паровыми турбинами. На рис. 2 представлен общий вид судового центробежного вентилятора серии ЦСУ.
Рис. 2. Общий вид судового центробежного вентилятора.
1 – всасывающий патрубок; 2 – колесо; 3 – диффузор; 4 – электродвигатель.
Основными параметрами работы вентилятора являются его производительность Q, полное давление Р, потребляемая мощность N и коэффициент полезного действия η.
Производительностью Q называется весовое или объёмное количество газа, перемещаемое вентилятором в единицу времени (секунду). На практике чаще пользуются объёмной производительностью в м3/с.
Полным давлением вентилятора Р называется приращение полной энергии 1 м3 газа, проходящего через вентилятор. Полное давление измеряется в Па (Дж/м3 =Н·м/м3 =Н/м2 = Па) или в мм водяного столба. Связь между этими величинами выражается формулой:
P = g·h (1)
где: Р - давление в Па;
g - ускорение свободного падения, м/с2;
h - давление в мм вод. ст.
Полное давление представляет собой сумму статического и динамического давления вентилятора:
Р = Рст + Рдин (2)
В свою очередь статическое давление вентилятора равно разности статических давлений Рст2 после вентилятора и Рст1 до вентилятора.
Рст = Рст2 – Рст1 (3)
Статическое давление на входе и выходе из вентилятора определяется с помощью вакууметра и манометра:
Рст1 = В - Рв (4)
Рст2 = В + Рн (5)
здесь: Рв - давление всасывания по вакууметру, Па;
Рн - давление нагнетания по манометру, Па;
В - атмосферное давление, Па.
С учётом (3, 4, 5) статическое давление вентилятора можно определить как сумму давления всасывания Рв и давления нагнетания Рн.
Рст = Рв + Рн (6)
Динамическое давление Рдин зависит от скорости газа в нагнетательном патрубке вентилятора и может быть определено по формуле:
Па (7)
где: ρ - плотность газа, кг/м3;
с - скорость газа, м/с.
Таким образом, полное давление, создаваемое вентилятором, выражается суммой трёх слагаемых:
Па (8)
Если вентилятор приводится в движение трёхфазным электродвигателем, потребляемая от сети мощность N может быть определена по показаниям ваттметра, включаемого поочерёдно в каждую из фаз:
N = NA + NB + NC Вт (9)
Полезная мощность вентилятора Nп равна произведению полного давления на производительность:
Nп = PQ Вт (10)
Отношение полезной мощности вентилятора к мощности, потребляемой электродвигателем из сети называется коэффициентом полезного действия вентиляционной установки:
(11)
Обычно к.п.д. центробежных вентиляторов находится в пределах 0,45 – 0,70.
Графическое изображение зависимостей полного давления, потребляемой мощности и коэффициента полезного действия от производительности называется аэродинамическими характеристиками вентилятора.
3. Описание лабораторной установки.
Стенд для исследования характеристик центробежного вентилятора (рис.3) состоит из ёмкости 1, к боковой поверхности которой присоединён вентилятор 2, установленный на фундаменте 3. К верхней части ёмкости подсоединён воздуховод 4, в котором размещена расходомерная диафрагма 6. Определение статического давления воздуха в различных точках системы осуществляется с помощью водомерных трубок 7, размещённых на манометрическом щите 8. Регулирование расхода воздуха производится клапаном 5. Вентилятор приводится во вращение электродвигателем асинхронного типа, запитанного от трёхфазной сети с напряжением 380/220 В. Для определения мощности, потребляемой электродвигателем из сети, в работе используется измерительный комплект К-505.
Рис. 3. Схема лабораторного стенда.
Обозначение трубок манометрического щита:
1 – трубка, соединённая с атмосферой;
2 – давление в воздуховоде 4;
3 – давление перед расходомерной диафрагмой 6;
4 – давление после диафрагмы;
5 – давление всасывания вентилятора;
6 – давление нагнетания вентилятора.
4. Проведение опыта.
4.1. Проверить положение переключателей измерительного комплекта К-505 по току и напряжению. Переключатель фаз прибора поставить в нейтральное положение.
4.2. Подать питание на стенд.
4.3. Пустить вентилятор с помощью пакетного выключателя. После того, как двигатель вентилятора наберёт обороты, переключателем фаз измерительного комплекта К-505 подключить приборы к сети.
4.5. Записать уровень жидкости в трубках манометрического щита 8 на 5 режимах работы вентилятора, изменяя расход воздуха с помощью клапана 5 от максимального до минимального. На каждом режиме измерить мощность, потребляемую электродвигателем вентилятора из сети в каждой из трёх фаз.
4.6. Выключить вентилятор пакетным выключателем и снять питание со стенда. Переключатель фаз измерительного комплекта поставить в нейтральное положение.
5. Обработка результатов опытов.
5.1. Определение производительности вентилятора.
Производительность вентилятора определяется по расходу воздуха в воздуховоде 4. Для измерения расхода на стенде используется нормальная расходомерная диафрагма. Вычисления начинают с определения для каждого режима перепада давления на диафрагме ΔР и давления в воздуховоде Ртр по формулам:
ΔР = g (h4 – h3) Па (12)
Pтр= В + g (h1 – h2) Па (13)
где: g - ускорение свободного падения, м/с2;
h - высота жидкости в трубках, мм вод. ст.
В - атмосферное давление, Па.
Модуль сжатия диафрагмы m определяется по формуле:
(14)
где: d – диаметр отверстия в диафрагме;
D1 – диаметр воздуховода.
От модуля сжатия зависит исходный коэффициент расхода αисх, который выбирается по таблице 1.
Исходный коэффициент расхода нормальных диафрагм
Таблица 1
|
m |
0,25 |
0,30 |
0,35 |
0,40 |
0,45 |
0,50 |
0,55 |
0,60 |
0,65 |
0,70 |
|
αисх |
0,624 |
0,634 |
0,645 |
0,660 |
0,676 |
0,695 |
0,716 |
0,740 |
0,768 |
0,802 |
В исходный коэффициент расхода вносятся следующие поправки.
а1 – поправка на число Рейнольдса ReD, которое может быть вычислено по формуле:
(15)
Здесь ν – кинематическая вязкость воздуха, которая берётся в зависимости от температуры t из таблицы 2.
Таблица 2
|
t , °C |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
|
ν, м2/с |
13,31·10-6 |
13,80·10-6 |
14,29·10-6 |
14,78·10-6 |
15,28·10-6 |
15,77·10-6 |
16,26·10-6 |
Поправка а1 может быть рассчитана только после определения скорости воздуха в трубе, поэтому её в первом приближении полагают а1=1. После определения объёмного расхода Q вычисляют скорость воздуха в трубе c1 по формуле:
м/с (16)
где F1 – площадь сечения воздуховода (F = π(D1)2 /4), м2.
Вычислив скорость и определив по формуле (15) число Рейнольдса, по графику (рис.4) находят значение коэффициента а1.
Рис. 4. Поправка на число Рейнольдса а1.
а2 – поправка на шероховатость поверхности дроссельного устройства, которая находится по графику на рис. 5.
Рис. 5. Поправка на шероховатость а2.
а3 – поправка на остроту кромки дроссельной шайбы. В данной установке дроссельная шайба выполнена с острой кромкой и а3=1.
Найденные поправки позволяют вычислить действительный коэффициент расхода нормальной расходомерной диафрагмы:
α = αисх·α1· α2· α3 (17)
Объёмный расход воздуха в воздуховоде в первом приближении рассчитывается по формуле:
м3/с (18)
здесь: F0 – площадь проходного сечения диафрагмы (F0 = πd2/4), м2.
ρ – плотность воздуха, кг/м3.
Плотность воздуха в воздуховоде может быть вычислена из уравнения состояния идеального газа:
кг/м3 (19)
где: R – газовая постоянная, равная для воздуха 287 Дж/кг·К;
Т – абсолютная температура, К.
Вычисления выполняются в два этапа. Сначала, приняв а1=1, рассчитывают в первом приближении расход воздуха Q΄, скорость с1΄ и число ReD΄. Последняя величина даёт возможность определить поправку а1 и выполнить второе приближение в вычислении расхода:
Q = а1·Q΄ (20)
Результаты расчёта заносятся в таблицу 3.
Таблица 3
|
№ режима |
ΔР Па |
Р Па |
кг/м3 |
Q΄ м3/с |
с1΄ м/с |
ReD΄ |
а1 |
Q м3/с |
|
|
1 |
|||||||||
|
2 |
|||||||||
|
3 |
|||||||||
|
4 |
|||||||||
|
5 |
5.2. Определение полного давления вентилятора.
Полное давление вентилятора находится по формуле (8). При этом сумма давлений всасывания Рв и нагнетания Рн определяется по разности уровней жидкости в манометрических трубках 5 и 6:
Рв + Рн = g (h5 – h6) Па (21)
Скорость воздуха в нагнетательном патрубке вентилятора может быть найдена по выражению:
м/с (22)
где F2 - площадь сечения нагнетательного патрубка вентилятора , м2.
Отсюда полное давление вентилятора может быть определено по зависимости:
Па (23)
5.3. Определение мощности и к.п.д. установки.
Мощность, потребляемая вентиляционной установкой из сети, полезная мощность и коэффициент полезного действия определяются по формулам (9, 10, 11). Результаты расчёта заносятся в таблицу 4.
Таблица 4
|
№ режима |
Q м3/с |
с2 м/с |
g(h5-h6) |
P Па |
N Вт |
Nп Вт |
η |
|
|
1 |
||||||||
|
2 |
||||||||
|
3 |
||||||||
|
4 |
||||||||
|
5 |
6. Содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Протокол испытаний
Лабораторная работа № Исследование характеристик центробежного вентилятора.
Группа :
Дата испытаний :
Исполнители :
Исходные данные :
Внутренний диаметр воздуховода D1 = м
Внутренний диаметр напорного трубопровода D2 = м
Внутренний диаметр диафрагмы d = м
Атмосферное давление В = Па
Температура воздуха Т = °К
Коэффициент кинематической вязкости воздуха n = м2/сек
Результаты испытаний :
|
№ |
Уровень жидкости в трубках манометрического щита, мм |
Потребляемая мощнсть, Вт |
ΣNi , Вт |
|||||||
|
опыта |
h1 |
h2 |
h3 |
h4 |
h5 |
h6 |
NA |
NB |
NC |
N |
|
1 2 3 4 5 |
Подписи исполнителей
Подпись преподавателя