Аэрология

Осевые вентиляторы. Осевой вентилятор состоит из рабочего колеса 1 (рис. 9.5) с лопатками 2, вращающегося на оси 5, спрям­ляющего аппарата 4, обтекателя 5 с хвостовиком б, кожуха 7 с входным коллектором 5, диффузора 9. Воздух в вентилятор за­сасывается через входной коллектор, проходит через рабочее ко­лесо, спрямляющий аппарат и диффузор. Рабочее колесо венти­лятора представляет собой короткий цилиндр, по цилиндрической
138

Рис. 9.7. Схема обтекания лопатки рабочего колеса осевого вентилятора (Люд — подъемная сила; а — угол атаки): а — при а<15°; б — при а>15°
поверхности которого расположены лопатки (рис. 9.6). Лопатки рабочего колеса имеют обтекаемый профиль, аналогичный про­филю крыла самолета. В основном энергия рабочего колеса пере­дается воздуху в виде статического давления. При обтекании лопатки вследствие изгиба ее профиля движение воздуха вдоль ее наружной поверхности происходит с большей скоростью (вслед­ствие большей выпуклости), чем вдоль внутренней (рис. 9.7). Со­гласно уравнению Бернулли, увеличение скорости движения воз­духа сопровождается уменьшением статического давления в по­токе. Поэтому статическое давление на наружной поверхности лопатки будет меньше, чем на внутренней. Равнодействующая этих сил давления, называемая подъемной силой, действуя на воздушный поток, вызывает увеличение его давления (в основном статического). Величина подъемной силы зависит от угла а (угол
180'

Рис. 9.8. Характеристики осевого вен­тилятора:
/ — кривая, характеризующая изменение дав­ления вентилятора; 2, 3 — кривые, характе­ризующие изменение соответственно мощно­сти и к. п. д. вентилятора; /', /" — кривые, характеризующие изменение давления вен­тилятора после изменения угла атаки

Рис. 9.9. Схема к определению де­прессии вентилятора (стрелками пока­зано направление движения воздуха)
между направлением набегающего воздушного потока и хордой лопатки), называемого углом атаки. С увеличением угла атаки подъемная сила и напор вентилятора возрастают. При а^15° происходит отрыв потока от наружной поверхности лопатки, вы­зывающий образование вихревой зоны. При этом обтекаемость лопатки ухудшается и происходит резкое уменьшение напора. По­явление вихревой зоны вызывает пульсации, при которых на­грузка вентилятора то возрастает, то уменьшается и вентилятор начинает работать неустойчиво.
Рабочее колесо осевого вентилятора сообщает воздуху враща­тельное движение, поэтому частицы воздуха, прошедшие через колесо, движутся по винтовой линии, ось которой совпадает с осью вращения рабочего колеса. Для превращения кинетической энер­гии вращательного движения воздуха в статический напор в осевом вентиляторе за рабочим колесом устанавливается спрямляющий аппарат, представляющий собою неподвижное колесо с лопат­ками. При прохождении воздуха между лопатками спрямляю­щего аппарата его вращательное движение гасится, а кинетиче­ская энергия вращательного движения превращается в статиче­ский напор. После спрямляющего аппарата воздух поступает в диффузор, где происходит расширение потока и дальнейшее преобразование его кинетической энергии (энергии поступатель­ного движения) в статический напор. Максимальное значение дав­ления вентилятора (рис. 9.8) соответствует отрыву потока от ло­паток рабочего колеса при угле атаки 15°. Появление в связи с этим вихревых зон вызывает увеличение потерь энергии в такой степени, что давление вентилятора начинает уменьшаться с умень­шением расхода воздуха (несмотря на то, что потери на трение в спрямляющем аппарате и диффузоре при этом уменьшаются). При весьма малом расходе воздуха давление вновь несколько увеличивается вследствие влияния центробежных сил, действую­щих на воздух при его контакте с лопатками рабочего колеса. При малом расходе воздуха потребляемая мощность вентилятора несколько возрастает из-за увеличения трения лопаток о почти неподвижный воздух. Кривая, характеризующая изменение к. п. д., имеет значительно более узкую зону максимума по сравнению с центробежным вентилятором (см. рис. 9.8). Последняя требует более глубокого регулирования работы осевых вентиляторов с целью поддержания высокого к. п. д. при изменении сопротив­ления шахтной вентиляционной сети. Это осуществляется поворо­том лопаток рабочего колеса (т. е. изменением угла атаки), изме­нением угла установки лопаток направляющего аппарата, числа рабочих колес вентилятора и числа лопаток рабочего колеса при сохранении его баланса (эффект аналогичен эффекту при изме­нении числа рабочих колес, но более слабый).