Конструкции центробежных и осевых вентиляторов и дымососов

 

Центробежные вентиляторы и дымососы. Обычно вентиляторы выполняются с односторонним подводом воздуха, а крупные — с двусторонним подводом.

До 1960 г. центробежные дутьевые вентиляторы и дымососы серийно выпускались только с загнутыми вперед лопастями. Шифр этих машин — ВД (вентилятор дутьевой) или Д (дымо­сос), цифра указывает наружный диаметр рабочего колеса (дм). Двусторонний подвод обозначается цифрой 2. Например, Д20Х2 — дымосос с диаметром рабочего колеса 2000 мм и дву­сторонним подводом.

В основу этой серии вентиляторов и дымососов положена аэродинамическая схема вентилятора 0,7—37, разработанного в ЦКТИ (московское отделение), который характеризуется отноше­нием диаметров d₁/d₂ = 0,7 и выходным углом лопастей = 180-37= 143°. Аэродинамическая схема и безразмерные харак­теристики этого вентилятора представлены соответственно на рис. 143, а, б. Высокий коэффициент напора ( = 0,87 — с осевым направляющим аппаратом и = 0,84 — с упрощенным направ­ляющим аппаратом и входной коробкой) и хорошие регулировоч­ные характеристики — вот те положительные особенности, кото­рые обеспечили модели 0,7-37 широкое применение. К. п. д. модели вентилятора = 0,67 типичен для машин с загнутыми вперед ло­пастями. Один из недостатков, ограничивающих применение этой модели для дымососов, связан с большим числом рабочих лопас­тей (z_p = 32).

Рассмотрим конструкцию дымососа Д-13,5, выполненного на базе модели 0,7-37 (рис. 144). К конической входной воронке кре­пится направляющий аппарат осевого типа. Диаметр направляю­щего аппарата больше, чем диаметр входной воронки, поскольку такой же направляющий аппарат применяется у более крупных машин Д-15,5 и ВД-15,5. Направляющий аппарат — восьмилопастный с плоскими непрофилированными лопастями из листовой стали. Рукоятка направляющего аппарата, управляющая одно­временным поворотом лопастей, имеет отверстие для присоеди­нения к колонке дистанционного или автоматического управле­ния. Ступица рабочего колеса лигая чугунная, крепится на валу при помощи гайки и шпонки. Для частичной разгрузки осевых усилий в ступице имеются отверстия. Диск, выполненный из лис­товой стали, крепится к ступице заклепками. Рабочие лопасти, штампованные из листовой стали, приварены к диску и кольцу. При изготовлении рабочего колеса производится только стати­ческая балансировка ротора. Динамическая балансировка может производиться заказчиком после сборки машины. Улитка сварной конструкции из листовой стали. На образующей улитки (на зад­ней стенке) имеются отъемные части, обеспечивающие легкий доступ к рабочему колесу во время ремонта. При такой конструк­ции рабочее колесо легко вынимается вместе с валом вбок без нарушения коммуникаций газопроводов.

Улитка крепится к фундаменту посредством опорных лап свар­ной конструкции, которые привариваются на месте в зависимо­сти от угла установки напорного патрубка машины, и четырех ан­керных болтов, заливаемых в бетон. Подшипники дымососа роли­ковые сферические, крепятся в чугунном литом корпусе, имеющем горизонтальный разъем. В корпусе имеется значительная полость, заполненная маслом; в ней расположен змеевик, по которому циркулирует охлаждающая вода. Охлаждение масла обязательно только для дымососов; у вентиляторов применяется периодиче­ское охлаждение по мере надобности. Корпус подшипника уста­навливается вместе с двигателем на сварной опорной раме, ко­торая заливается в бетон фундамента (опорная рама заводом не поставляется).

При переходе к дымососам и вентиляторам с большой пода­чей, предназначенным для обслуживания современных крупных парогенераторов, обнаружился существенный

недостаток модели 0,7-37: машины получаются слишком больших размеров, так как величина коэффициента подачи (на расчетном режиме работы =0,14) слишком мала, что обусловлено применением узлового рабочего колеса и сравнительно малыми размерами спиральной камеры.

Отмеченный недостаток устранен в модели 0,8-37 (ЦКТИ). Аэродинамическая схема и безразмерные характеристики модели 0,8-37 показаны на рис. 143. Коэффициент подачи этой модели = 0,23, т. е. вдвое больше, чем у модели 0,7-37, при том же зна­чении максимального к. п. д. Увеличение отношения диаметров до 0,8 благоприятно сказалось на регулировочных характеристи­ках машины.

На основе модели 0,8-37 изготовляются дымососы Д-25×2Шу Подольским заводом им. Орджоникидзе. Они предназначены для парогенераторов производительностью 500 и 640 т/ч.

Конструкция дымососа Д-25×2Шу показана на рис. 145. При п = 490 об/мин и подаче 200 м³/сек дымосос развивает дав­ление около 3000 н/м² (температура газов 373°К); к. п. д. машины при этом 70%. Дымосос имеет двусторонний подвод газа, входные коробки с установленным в них упрощенным направляю­щим аппаратом. Отличительной особенностью конструкции дымо­соса (и других крупных машин) является применение сварной втулки, приваренной к валу, и сварного вала, основной частью которого служит толстостенная горячекатаная труба.

За последние годы раз­работано большое количест­во моделей центробежных вентиляторов с загнутыми назад профилированными рабочими лопастями, отли­чающихся высокой эконо­мичностью и большим удельным числом оборотов. Одна из таких моделей — 0,7-160-П, разработанная в ЦКТИ, использована Барна­ульским котельным заводом в серии машин для пароге­нераторов производитель­ностью (20÷640) т/ч.

Аэродинамическая схема и характеристики модели 0,7-160-П представлены на рис. 146, а, б. Модель харак­теризуется отношением диа­метров 1/т = 0,75, поэтому правильнее назвать ее 0,75-160. Ширина рабочих лопастей на входе пример­но вдвое больше той, кото­рая соответствует постоян­ной скорости перед колесом (т. е. условию с₁ = c₀); к вы­ходу ширина лопастей резко уменьшается. Число рабочих лопастей z_p = 12. Макси­мальный к. п. д. модели с открытым входом 87% при коэффициенте подачи =0,2; удельное число оборотов n_s= 14(в системе единиц MKS n_s = 75÷80). Увеличение n_s позволяет сни­зить диаметр рабочего колеса за счет увеличения числа оборо­тов. Снижение диаметра в машинах больших размеров целесо­образно. Увеличение числа оборотов также полезно поскольку двигатели с большим числом оборотов имеют меньший вес и раз­меры. Правда, габаритные размеры машины возрастают (за счет увеличенной спиральной камеры), а регулировочные характеристики ухудшаются. Поэтому наиболее перспективными для паро­генераторов очень большой паропроизводительности следует счи­тать осевые вентиляторы и дымососы.

Дутьевой вентилятор новой серии Барнаульского котельного завода (БКЗ) ВДН-24Х2-П показан на рис. 147. При п = 730 об/мин на расчетном режиме подача вентиляторов 103 м³/сек и давление 3800 н/м², р = 1,16 кг/м³. Прежде всего обращает на себя внимание двусторонний подвод воздуха, позво­ляющий уменьшить диаметр рабочего колеса и увеличить число оборотов, что, как уже отмечалось, целесообразно для машин больших размеров. Раньше дутьевые вентиляторы выполнялись исключительно с односторонним подводом. Другой особенностью вентилятора является применение осевого направляющего аппа­рата, что связано с требованиями высокой экономичности на час­тичных нагрузках. Раньше на применение осевого направляюще­го аппарата в машинах с двусторонним подводом шли неохотно ввиду заметного усложнения сборки и разборки машины. В ды­мососах по-прежнему оставлен упрощенный направляющий аппа­рат, поскольку в них приходится сравнительно часто заменять ро­тор. Повидимому, более целесообразно в дымососах переходить на направляющий аппарат Л. А. Рихтера. В остальном конструк­ция вентилятора ВДН-24Х2-П аналогична конструкции крупных дымососов (сварной вал, диск и так далее).

Особое внимание в высокоэкономичных машинах с двусторон­ним подводом воздуха нужно уделять форме всасывающих кар­манов. Применение обычных карманов с поворотом на 90° оказы­вается совершенно недопустимым, поскольку вызывает снижение к. п. д. вентилятора на (10—20) %. Как показали опыты Л. А. Рих­тера (МЭИ), переход к карманам целесообразной формы позво­ляет уменьшить потери в них примерно в 10 раз без увеличения габаритных размеров.Форма всасывающих карманов венти­лятора ВДН-24Х2-Н близка к оптимальной (в рамках сварной конструкции). К рабочему колесу примыкает входная коническая воронка с углом конусности 30°. Далее расположен цилиндриче­ский участок, где крепится осевой направляющий аппарат, а к нему примыкает косой патрубок цилиндрической формы, ось ко­торого наклонена под углом 60°. Применение всасывающих кар­манов такой формы целесообразно не только с точки зрения уменьшения потерь, но также и потому, что позволяет уменьшить длину вала до 6,4 м.

Осевые вентиляторы. Осевые вентиляторы нашли широкое при­менение для проветривания угольных шахт и метро. Горловский завод выпускает осевые вентиляторы в двух модификациях — од­ноступенчатые и двухступенчатые на основе модели ЦАГИ К-0,6 с диаметром рабочего колеса до 3,6 м. К. п. д. их достигает 80%, подача доходит до 350 м³/сек, а давление — до 4500 н/м².

Модель ЦАГИ К-0,6 характеризуется относительным диамет­ром втулки v = 0,6; рабочие лопасти профилированные, закручен­ные (z_р =12); направляющие лопасти штампованные из листовой стали, постоянного профиля, незакрученные (z_H= 11).

На рис. 148 показан двухступенчатый осевой вентилятор Горловского завода ВОКД-1,8 с диаметром d_B= 1,8 м. Вал с двумя рабочими колесами вращается в роликовых подшипниках; осевое усилие воспринимается трехрядным шариковым подшипником.

Направляющие лопасти перед первым и вторым рабочими коле­сами поворотные с механизмами одновременного поворота лопас­тей. Корпус составной, с двумя вертикальными разъемами. Такая конструкция позволяет после удаления средней части получить одноступенчатую машину. Рабочие колеса соединяются цилиндри­ческой обечайкой, образуя барабанную конструкцию. Барабан с обеих сторон закрыт крышками.

В ЦАГИ под руководством проф. К. А. Ушакова разработан двухступенчатый осевой вентилятор К-42 с непрофилированными рабочими и направляющими лопастями. Аэродинамическая схе­ма вентилятора К-42 близка к схеме вентилятора К-0,6 (рис. 149). Несмотря на упрощенную форму лопастей, к. п. д. вентилятора достигает 80%.

Модель К-42 легка в основу разработанного БКЗ дымососа ДО-31,5, подающего 485 м³\сек при давлении 3700 н/м² для паро­генератора на 950 т/ч. Подача дымососа регулируется поворотом направляющих лопастей первой и второй ступеней. Направляющие лопасти выполнены составными: передняя часть неподвижна, хвостовая (закрылок) поворачивается механизмом одновременного поворота всех лопастей. Закрылки поворачивают­ся как в сторону вращения ротора, так и в противоположную сто­рону. Интересная конструкция дутьевых вентиляторов и дымососов разработана чехословацкой фирмой «ЧКД — Дукла» (рис. 150). Обычным для этих дымососов является вертикальное рас­положение вала. С аэродинамической точки зрения интерес представляет меридиональное профилирование поточной части: направляющие лопасти значительно большей высоты, чем ра­бочие; за направляющими лопас­тями проходное сечение резко сужается. Осевая скорость увели­чивается и в пределах рабочего колеса. Подобные вентиляторы принято называть вентиляторами с меридиональным ускорением. В них относительная скорость в ра­бочем колесе снижается ненамно­го, что позволяет увеличить угол поворота потока и, следователь­но, напор машины. Максимальный к. п. д. дымососа равен 80%. Наиболее совершенным в аэродинамическом отношении из вен­тиляторов с меридиональным ускорением является вентилятор, разработанный Б. Экком (ФРГ). Втулка рабочего колеса (рис. 151) коническая. Рабочее

 

колесо необычно широкое, что позволило применить малое число рабочих лопастей (z_р =7); лопасти непрофилированные. Спрямляющие лопасти также широ­кие (z_с =16). Максимальный к. п. д. при диаметре рабочего коле­са d_B = 450 мм достигает 88%. Важно отметить, что коэффициент давления вентилятора также весьма высок: = 0,33.