Работа вентилятора в сети воздуховодов. Эпюры давлений в воздуховодах
В вентиляторах любого типа передача энергии от двигателя воздуху осуществляется с целью получения давления. Эта передача происходит при вращении рабочего колеса в процессе движения воздуха в межлопаточных пространствах. Во всех остальных частях вентилятора, в том числе и в спиральном кожухе, энергия теряется.
Развиваемое вентилятором давление расходуется при движении воздуха в присоединенной к вентилятору сети воздуховодов. Суммарные потери давления в сети (при расчете воздуховодов эти потери обычно обозначаются H) представляют собой потери давления во всасывающей Рвс и нагнетательной Рнаг линиях; кроме того, в величину суммарных потерь входит имеющаяся разность давлений в местах забора и выброса воздуха (Δh):
Р = Рвс + Рнаг + Δh
В Рнаг включается и то давление, которое необходимо создавать, чтобы воздух выходил из сети с определенной скоростью. Разность давлений Δh > 0, если давление воздуха в месте его выпуска превышает давление у воздухозабора, и Δh < 0 - при обратном соотношении.
Первый случай характерен для условий, когда в сооружении имеется подпор, затрудняющий работу вентилятора. Второй случай наблюдается обычно при наличии естественной тяги, помогающей работе вентилятора.
Эпюры давлений в воздуховодах. Можно построить эпюру распределения давления в сети воздуховодов для нескольких характерных случаев.
а) Всасывающая и нагнетательная линии воздуховода постоянного диаметра; воздуховод не имеет разветвлений и поворотов (рисунок 6.25).
В этом случае давление, создаваемое вентилятором, расходуется на преодоление сопротивлений трения. Будем откладывать давления, превышающие атмосферные, вверх от нулевой линии, а давления, меньше атмосферного (разрежения), вниз. Отрицательными могут быть полные и статические давления во всасывающей линии воздуховода. Динамические давления всегда положительны. Нетрудно видеть, что по абсолютной величине во всасывающей линии Рст > Рпол, так как у Рст и Рдин обратные знаки (Рст = - Рпол + Рдин), а в нагнетательной Рпол > Рст, так как знаки у статического и динамического давления одинаковы (Рпол = Рст + Рдин).
Во всасывающем сечении воздуховода 1-1 полное давление складывается из динамического давления, которое положительно и равно рω2/2, и статического давления (отрицательного), необходимого для преодоления сопротивлений входа.
Для случая, изображенного на рисунке 6.25, коэффициент местного сопротивления входа е = 1, и поэтому полное давление оказывается равным нулю. В выходном сечении воздуховода 2-2 динамическое давление используется для преодоления сопротивления выхода, и поэтому полное давление равно динамическому, а статическое давление равно нулю. В сечении 0-0 показано полное давление, развиваемое вентилятором. Оно складывается из давления во всасывающем отверстии (это давление равно потерям давления на всасывающей линии) и давления в нагнетательном отверстии, которое расходуется на преодоление сопротивлений в нагнетательной линии. На рисунке 6.25, а изображены эпюры давлений в предположении, что в месте забора и выброса воздуха давления одинаковы.
Рисунок. 6.25. Эпюры давлений в воздуховоде постоянного сечения:
а - Δh = 0; б - Δh < 0; в - Δh > 0
На рисунке 6.25, б представлена эпюра давлений для того же воздуховода, но при условии, когда Δh < О (имеется естественная тяга). При этом потребное давление вентилятора оказывается меньше на величину Δh. На рисунке 6.25, в изображена эпюра давлений в воздуховоде, когда есть подпор (Δh > 0). В этом случае вентилятор должен развивать полное давление Р + Δh.
б) Площади поперечного сечения воздуховода переменны; имеются внезапные и плавные сужения и расширения (рисунок 6.26).
Правила построения этой эпюры остаются теми же, что и в предыдущем случае. Следует лишь обратить внимание на возможность появления отрицательных статических давлений на нагнетательной линии воздуховода. Такие давления могут возникнуть в местах значительного сужения воздуховода (в конфузорах), так как динамическое давление в этом месте резко возрастает, а величина общего давления в результате преодоления сопротивления уменьшается не так сильно.
в) Воздуховод имеет разветвления.
Рисунок. 6.26. Эпюра давлений в воздуховоде переменного сечения
Рисунок. 6.27. Эпюра давлений в разветвленном воздуховоде.
Эпюра в этом случае приобретает вид, изображенный на рисунке 6.27. В разветвлениях воздуховода давление или разрежение представляет собой давление в узловой точке.
