Дымососы и вентиляторы

Дымососы и вентиляторы, обеспечивающие подачу в топку воздуха, необходимого для организации процесса горения, называются дутьевыми вентиляторами. Вентиляторы, предназначенные для удаления продуктов сгорания и преодоления сопротивлений газового тракта котельной установки, называются дымососами.

Дымососы и вентиляторы для промышленных паровых и водогрейных котлов - это центробежные машины, которые бывают одностороннего и двустороннего всасывания.

На рис. 12-3 приведена конструкция дымососа одностороннего всасывания унифицированной серии типа 0,55-40-1 с загнутыми назад лопатками. Дымососы и вентиляторы этой серии в зависимости от конструктивного исполнения делятся на две группы. Машины меньших типоразмеров ДН (дымососы) и ВДН (дутьевые вентиляторы) № 8; 9; 10; 11,2 и 12,5 выпускаются с посадкой рабочего колеса непосредственно на вал электродвигателя, как показано на рис. 12-3. Дымососы рассчитаны на длительную работу при температуре продуктов сгорания дс 250 °С.

Большие типоразмеры Д_Н и В_ДН (№ 15, 17, 19 и 21) имеют собственные подшипники (корпуса которых охлаждаются водой) и соединяются с валом электродвигателя посредством муфты. Дымососы рассчитаны на длительную работу при температуре продуктов сгорания до 200 °С.

Обозначение типа дымососа и вентилятора принято производить в зависимости от его аэродинамической схемы. Первая цифра в обозначении указывает относительный диаметр входа машины. Под этой величиной понимают отношение диаметра входного отверстия в диске рабочего колеса к наружному диаметру рабочего колеса. Вторая цифра обозначает угол лопаток на выходе с рабочего колеса. Номер машины соответствует диаметру рабочего колеса в дециметрах.

Основными величинами, характеризующими работу вентилятора (дымососа), являются: производительность (м³/с или м³/ч), полный напор (Па), потребляемая электродвигателем мощность (кВт), частота вращения (об/мин) и КПД по полному нагору (%).

Под полным напором машины понимают разность полных напоров в выхлопном и всасывающем патрубках (Па)

Полные напоры (Па) в выхлопном и всасывающем патрубках машины определяются по уравнениям:

После подстановки в уравнение (12-17) полных напоров в выхлопном и всасывающем патрубках машины получим

где Н^вс_д, Н^вых_д -динамические напоры на входе в машину и на выходе из нее (всегда положительны), Па; Н^вс_ст, Н^вых_ст - статические напоры на входе и на выходе машины (при давлении, превышающем атмосферное, знак «плюс», при разрежении - знак «минус»), Па.

При отсутствии всасывающего тракта у вентилятора полный напор (П а) подсчитывается по формуле

Производительность и полный напор дымососа (вентилятора) связаны между собой зависимостью, называемой напорной характеристикой. Каждая машина в зависимости от ее аэродинамической схемы при постоянной скорости вращения имеет свою напорную характеристику, определяемую экспериментально. Напорные характеристики машин приводятся в каталогах заводов-изготовителей.

Зависимость сопротивления газового или воздушного тракта котельной установки от расхода продуктов сгорания или воздуха называется характеристикой сети. Все дымососы и вентиляторы создают полный напор, соответствующий сопротивлению газового или воздушного тракта, на который он работает. Поэтому рабочему режиму дымососа (вентилятора) отвечает точка пересечения напорной характеристики машины с характеристикой сети. Дымосос (вентилятор) в рабочей точке имеет наибольшую производительность при работе на данную сеть.

Всякое изменение сопротивления сети приводит к изменению производительности машины.

На рис. 12-4 показана напорная характеристика машины и характеристика сети. Точка 1 характеризует рабочий режим машины и соответственно ее номинальную производительность Q_H и полный напор Н_н.

Устойчивость работы машины, имеющей восходящий участок, который в ряде случаев вырождается в разрыв напорной характеристики, возможна только при наличии единственной точки пересечения напорной характеристики с характеристикой сети. Работа машины на восходящем участке напорной характеристики (на рис. 12-4 не показан) возможна, если обеспечивается условие однозначности режима. Однако чем ближе угол наклона характеристики машины к углу наклона характеристик сети в точке их пересечения, тем больше будут колебания режима, вызванные изменениями характеристик сети и машины.

Характеристика сети Б пересекает напорную характеристику машины в точках 3, 4 и 6. Точка 6 лежит на рабочем участке напорной характеристики и отвечает расчетному режиму. Точка 4 соответствует неосуществимому режиму, так как малейшие кратковременные колебания сопротивления сети приведут к режиму работы машины в точке 3 или 6. Для перехода от режима 3 к режиму 6 потребуется кратковременное снижение сопротивления тракта, при котором характеристика В будет проходить через точку 2, касаясь характеристики машины в точке ее минимума. Наоборот, переход от работы в расчетном режиме 6 к работе в режиме 3 может произойти при кратковременном повышении сопротивления тракта (например, отвечающем характеристике А левее точки 5). Параболу, проходящую через точку 5 и начало координат, называют границей помпажа, т. е. устойчивой работы машины. Устойчивая работа машины обеспечивается при прохождении характеристики сети (Г) ниже впадины напорной характеристики машины и пересечении ее только в одной точке.

Паровые и водогрейные котлы промышленных предприятий работают с переменными нагрузками, что приводит к необходимости регулировать производительность тягодутьевых машин. Регулирование производительности тягодутьевых машин должно быть надежным, простым и обеспечивать сохранение высокого КПД машины в условиях переменного режима.

Регулирование производительности тягодутьевых машин возможно осуществить двумя принципиально различными способыми: изменением характеристики сети или воздействием на напорную характеристику машины.

Изменение характеристики сети достигается путем ввода в сеть дополнительного сопротивления в виде шибера, изменяющего площадь поперечного сечения газовоздухопровода на входе в машину. Увеличение сопротивления сети при закрывании шибера будет приводить к снижению производительности машины.

Воздействовать на напорную характеристику машины можно путем изменения ее частоты вращения. Производительность машины изменяется примерно пропорционально частоте вращения, полный напор - пропорционально квадрату ее, а мощность, потребляемая электродвигателем - пропорционально кубу частоты вращения:

Регулирование производительности машины посредством шибера наиболее просто и надежно, но весьма неэкономично.Регулирование изменением частоты вращения сложно, но обеспечивает высокую экономичность работы машины при переменных режимах.

На рис. 12-4 показана напорная характеристика машины, характеристика сети и рассмотрены оба указанных способа регулирования производительности. Пусть точка 1 характеризует рабочий режим машины и соответственно ее номинальную производительность Q_n и полный напор H_н. При снижении паропроизводительности- парогенератора потребуется уменьшить расход воздуха, подаваемого в топку, с Q_H до Q_i. Тогда сопротивление сети также снизится и при расходе Q_i будет характеризоваться точкой а. При расходе Qi вентилятор будет развивать напор, характеризуемый точкой б. Следовательно, при дроссельном регулировании будет теряться напор, равный отрезку а_о.

При регулировании изменением частоты вращения напорная характеристика машины изменится и пройдет через точку а, т. е. будет достигнуто соответствие между напором, развиваемым машиной, и сопротивлением сети. Очевидно, что при регулировании изменением частоты вращения машины потери напора вследствие дросселирования потока отсутствуют. Рассмотрение двух способов регулирования позволяет заключить, что наиболее эффективным будет способ, воздействующий на изменение напорной характеристики машины.

Регулирование изменением частоты вращения может быть осуществлено с помощью специальных электродвигателей, гидромуфт и электромагнитных муфт. Однако эти способы не нашли распространения, так как они дороги и сложны в эксплуатации. Широкое распространение получили осевые направляющие аппараты вследствие своей простоты, дешевизны, надежности и достаточной экономичности.

Осевой направляющий аппарат, установленный на машине, показан на рис. 12-3. Он состоит из обечайки, которая крепится к входному патрубку машины. Внутри обечайки установлены поворотные лопатки, изменяя угол установки которых, можно изменить степень закрутки потока, поступающего в машину. Осевой направляющий аппарат при снижении производительности машины использует излишний напор на закрутку потока. Такое использование напора полезно, так как освобождает машину от затраты энергии на закрутку входящего в нее потока. Недостатком направляющих аппаратов является малая глубина регулирования. Направляющий аппарат эффективно работает при снижении производительности машины до 50 % номинальной. При дальнейшем снижении производительности направляющий аппарат работает, как обычный шибер. Для увеличения глубины регулирования направляющими аппаратами устанавливают двухскоростные электродвигатели. Таким образом, направляющий аппарат осуществляет комбинацию рассмотренных выше способов регулирования, так как воздействует на напорную характеристику машины и изменяет характеристику сети.