Расчет центробежного дутьевого вентилятора консольного типа
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
Содержание
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.
№ п/пНаименованиеОбозн.Ед. измер.Знач.1Производительность вентилятораQтыс. м3/час20,432Полное давление вентилятораPкПа35203Параметры газа на входе в агрегат:-абсолютное давлениеРМПа0,1-температураТоС30-плотностьrкг/м31,1514Молекулярная масса газаmкг/кмоль295Принятая исходная система коэффициентов:Отношение диаметров просвета и входаD0/D1-1,08Коэффициенты потерь напора:-на входе в рабочее колесоxвх-0,423-на лопатках рабочего колесаxлоп-0,361-при повороте потока на рабочие лопаткиxпов-0,281-в спиральном отводе (кожухе)xх-0,381коэффициенты изменения скорости:-в спиральном отводе (кожухе)-1,261-на входе в рабочее колесо-0,903
Рабочим телом во всех предлагаемых вариантах расчета центробежного вентилятора является воздух.
2. Результаты расчета
Таблица 2.
№ п/пНаименованиеОбозн.Ед. измер.Знач.1Тип вентилятораКонсольного типа2Гидравлический КПД hГ%85,363Механический КПДhмех%964Общий КПД h %78,805Мощность на валу агрегата NкВт 25,356Число оборотовnоб/мин966Геометрия проточной части агрегата:7Диаметр просвета колеса на входе D0мм8328Диаметр входа на лопатки колесаD1мм6029Отношение диаметров просвета и входаD0/D1-1,0810Диаметр вала Dвмм4711Диаметр колеса D2мм135912Отношение диаметров выхода и входа (модуль колеса) D2/D1-2,2613Ширина колеса на входе b1мм26314Ширина колеса на выходе b2мм11415Угол установки лопатки на входе b1лград17,6716Угол установки лопатки на выходе b2лград31,0917Число лопаток колеса z-6Элементы треугольника скоростей на входе в рабочее колесо:18Скорость входа в рабочее колесо С0м/с10,4219Скорость входа газа на лопаткиС1м/с9,4120Окружная скорость U1м/с30,4521Относительная скорость потокаw1м/с31,8722Угол входа потока на лопатки колеса b1град19,39Элементы треугольника скоростей на выходе из рабочего колеса:23Скорость выхода из рабочего колеса С2м/с53,2224Окружная скорость U2м/с68,7625Относительная скорость потока w2м/с19,7826Закрутка потокаС2uм/с52,1327Отношение скоростей C2r/U2C2r/U2-0,15628Угол выхода потока из колеса b2град32,81Профилирование лопаток рабочего колеса дугой окружности29Радиус окружности центровRцмм35430Радиус окружности профиля лопаткиRлмм628
. 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<ns<30);
. вентиляторы средней быстроходности (30<ns<60);
. быстроходные вентиляторы (60<ns<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 xвх, xлоп, xпов, xк соответствуют вентиляторам низкого давления.
. Выбираются коэффициенты изменения скорости:
а) в спиральном отводе (кожухе)
;
б) на входе в рабочее колесо
;
в) в рабочих каналах
.
. Вычисляется коэффициент потерь напора, приведенный к скорости потока за рабочим колесом:
.
. Из условия минимума потерь давления в вентиляторе определяется коэффициент Rв:
.
. 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 hГ:
, град.
. Необходимая окружная скорость колеса на выходе газа:
, м/с.
где r [кг/м3] - плотность воздуха при условиях всасывания.
. 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.
. 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 С0 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:
С1u = 0.
Поскольку С1r = 0, то a1 = 900, то есть вход газа на рабочие лопатки радиальный.
. 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.
. Проекция абсолютной скорости выхода газа на направление окружной скорости на ободе рабочего колеса:
, м/с.
. Абсолютная скорость газа за рабочим колесом:
, м/с.
. Относительная скорость выхода газа с рабочих лопаток:
, м/с.
По полученным значениям С2, С2u,U2, w2, b2 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: aУТ = 0,02¸0,03 -коэффициент утечек газа через зазор между колесом и входным патрубком; mu1 = 0,9¸1,0 - коэффициент заполнения входного сечения рабочих каналов активным потоком.
. Ширина лопаток на выходе газа из рабочего колеса:
, мм,
где mu2 = 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¸+50.
. Угол установки лопатки на выходе газа из рабочего колеса:
, град,
где s - угол отставания потока вследствие отклонения потока в косом срезе межлопаточного канала. Оптимальные значения обычно принимаются из интервала ? = 2¸40.
. 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;
b2л =;
s =b2л -b2=2
Уточненное значение угла s должно быть близким к предварительно заданному значению. В противном случае следует задаться новым значением ?.
Определение мощности на валу вентилятора
34. Полный КПД вентилятора: 78.80
,
где hмех = 0,9¸0,98 - механический к.п.д. вентилятора;
= 0,02 -величина утечек газа;
aд = 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»2b1=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 Са находится из соотношения:
Са =(0,6¸0,75)*С2u=33,88 м/с.
40.Далее вычерчиваем конструкторский квадрат со стороной:
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 R1, R2, R3, R4 находим по формулам:
1 = RН +=679,5+79,5/2=719,25 мм;
R2 = R1 + а=798,75 мм;
R3 =R2 + a=878,25 мм;4 = R3 + 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:
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:
sил == 779 кг/см2,
где R1 и b1 - радиус колеса на всосе и толщина лопатки соответственно, мм.
Допустимые напряжения в теле лопатки равны [sил] = 2400 кг/см2.
. 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? = кг/см2
где Gл - суммарная масса лопаток, кг;
?/ - толщина диска, мм;
n0 - число оборотов, об/мин.
л ==110 кг,
где ? = 7850 кг/м3.
Коэффициенты k1 и k2 определяются по номограмме (Рис. 5).
Рис. 5. Номограмма для определения коэффициентов k1 и k2
Полученное напряжение не должно превышать предел текучести для стали [s?] = 2400 кг/см2.
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 kд=1,15 и подаче kп=1,1. Запас по мощности двигателя kN=1,05.
Выбор электродвигателей производится по каталогам и справочникам [5]. Выбираем электродвигатель АИР180М4 с частотой вращения 1500 об/мин и мощностью 30 кВт.
Заводское обозначениеТип эл./двигателяУстановл. мощность двиг. кВтПотр. мощность кВтПодача тыс. м3/чДавл. даПаГабариты (LхВхН), ммВДН10-1500 об/минАИР180М430,024,020,43352,01360x1825x1485
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
Больше работ по теме:
Предмет: Физика
Тип работы: Курсовая работа (т)
Новости образования
КОНТАКТНЫЙ EMAIL: [email protected]
Скачать реферат © 2017 | Пользовательское соглашение
ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ ПОМОЩЬ СТУДЕНТАМ