Передача энергии от вала к потоку газа осуществляется в центробежных вентиляторах при помощи колеса с профилированными лопатками. Оно является главной частью центробежной машины (рис.1). Внутренняя полость рабочего колеса образуется двумя фасонными дисками и заключенными между ними профилированными лопатками. Основной диск имеет ступицу и жестко насажен на вал.
Поступающий в полость рабочего колеса газ вращается вокруг оси колеса с некоторой угловой скоростью. Под влиянием центробежных сил газ стремится к периферии и выбрасывается в канал, окружающий колесо. Работа центробежных сил в межлопаточных каналах приводит к изменению энергии потока, которая возрастает в направлении движения от центра к периферии колеса.
Объемная подача самых крупных центробежных вентиляторов, используемых для проветривания шахт, достигает в настоящее время 500 м3/с, в станционной теплоэнергетике – 250 м3/с. Рабочее колесо центробежного вентилятора с указанием абсолютной скорости С, окружной (переносной) скорости U и относительной скорости ω показано на рис.1.
Теоретический напор вентилятора при «бесконечном» количестве лопастей определяется по уравнению Эйлера, которое с учетом радиального входа потока можно записать в виде:
. (1)
Отсюда теоретическое давление вентилятора
, (2)
где ρ – средняя плотность перемещаемого воздуха, кг/м3.
Рис.1. Распределение скоростей потока в рабочем колесе ЦВ.
В реальном вентиляторе часть давления теряется в проточной части. Если оценивать эти потери давления гидравлическим КПД ηг = 0,6 
0,9, то действительное давление вентилятора:
(3)
Произведение 
называется коэффициентом полного давления. С учетом последнего
(4)
Большое влияние на коэффициент полного давления оказывает угол β2. В зависимости от типа лопастей угол β2 изменяется в пределах от 10 до 150º, в связи с чем 
изменяется почти в три раза, от 0,35 до 1,2.
Лопасти, отогнутые вперед, передают потоку наибольшее количество энергии по сравнению с лопастями других форм. Но в общем количестве энергии здесь преобладает скоростная энергия. В полной энергии, передаваемой лопастями, отогнутыми назад, преобладает потенциальная энергия (статический напор).В зависимости от давления, создаваемого вентиляторами, их разделяют на три основные группы: низкого (до 1кПа), среднего (1 кПа - 3 кПа) и высокого (3 кПа – 12 кПа) давления.
Полное давление вентилятора обычно определяют при испытаниях головного образца машины:
, (5)
где 
и 
- статическое давление потока соответственно на входе и выходе вентилятора;
С1 и С2 - соответствующие скорости потока.
Удельная полезная (индикаторная) работа, сообщенная потоку вентилятором,
(6)
Отсюда полезная мощность вентилятора:
(7)
где V0 – объемная подача вентилятора, м3/с.
Мощность на валу (эффективная мощность) Ne обычно определяется при испытании вентилятора.
Вентиляторы характеризуются двумя КПД:
полным: 
(8)
и статическим: 
, (9)
где 
Статический КПД дополняет оценку эффективности вентилятора, так как в полной энергии, сообщаемой потоку газа, соответственную долю составляет кинетическая энергия. Ориентировочно 
меньше 
на 20-30%.
Мощность привода вентилятора N дв выбирается с запасом на возможные отклонения от расчетного режима:
(10)
где 
- КПД передачи; при непосредственном соединении вентилятора и привода 
=1,0, при клиноременной передаче 
=0,92.
Характеристики вентилятора получают непосредственным их испытанием при постоянной частоте вращения.
Режим машины, отвечающий максимальному значению к.п.д., называют оптимальным. В этом случае затрата мощности для создания напора и расхода осуществляется в машине наиболее экономично. Значения напора (давления), расхода и мощности, которые приводятся в справочниках, относятся (если нет оговорок) к оптимальному режиму работы машины.
II. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Для экспериментального определения характеристик центробежного вентилятора используется промышленная калориферная установка, схема которой приводится на рис.2. Воздух, всасываемый центробежным вентилятором 1, воспринимает при постоянном давлении тепло от нагревателя 2, расположенного во всасывающем трубопроводе 3.
Вентилятор имеет электропривод 4 с постоянным числом оборотов. Производительность вентилятора (расход воздуха) подсчитывается по динамическому напору и площади поперечного сечения нагнетательного воздухопровода 5. Динамический напор измеряется пневмометрической трубкой 6 (трубка Прандтля) и микроманометром 7, температура воздуха – термометром 8. Разрежение перед вентилятором P'СТ,берется как средняя величина, полученная из непосредственных замеров тягонапоромером 9.
Статическое давление за вентилятором P''СТ берется также путем непосредственных замеров тягонапоромером 10. Мощность, развиваемая электромотором вентилятора, определяется по показаниям ваттметра 11. Регулирование производительности осуществляется дроссельной заслонкой 12.
III. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И РАСЧЕТ
ПАРАМЕТРОВ ВЕНТИЛЯТОРА
Конечной задачей исследования центробежного вентилятора является получение так называемых характеристик его работы, дающих числовую функциональную зависимость между основными характеристическими величинами работы машины.
В число основных характеристических величин работы вентилятора входят:
1. Производительность Q
2. Полный напор, создаваемый машиной PП
3. Статический напор PСТ
4. Мощность на валу машины, необходимая для ее привода N
5. Число оборотов машины n
6. Полный КПД машины ηП
Рис.2. Схема экспериментальной установки.
Основная характеристика работы вентилятора представляет собой графически выраженную функциональную зависимость между величинами:
Порядок выполнения эксперимента:
1. Закрыть дроссельную заслонку 12.
2. Включить вентилятор в работу.
3. Записать показания всех приборов, т.е. тягонапоромеров 9, 10, термометра 8, микроманометра 7, ваттметра 11.
4. Поставить заслонку во второе рабочее положение, снова записать показания всех приборов и т.д. – до полного открытия заслонки. Всего для испытания вентилятора необходимо пройти минимум четыре, а лучше пять или шесть положений дроссельной заслонки, для того чтобы получить достаточное число точек при построении характеристических кривых.
5.Результаты эксперимента и расчета параметров вентилятора записать в сводную таблицу.
Числовые значения величин, входящих в таблицу, в конечном счете, определяются и подсчитываются следующим образом:
1. Производительность вентилятора (расход) Q подсчитывается по динамическому напору 
и площади поперечного сечения F воздухопровода, в котором производился замер.
(11)
(12)
(13)
где 
- плотность воздуха при t=00C и p=760 мм рт. ст.
(
=1,293 кг/м3), Рб - барометрическое давление (мм. рт. ст.),
РCT - давление в воздуховоде (мм в.с.).
, (14)
где F – площадь поперечного сечения воздуховода, м2.
Таблица 1. Результаты исследования вентилятора
| № п/п | Основные характеристические величины | Обозначение | Размерность | Номер положения заслонки | ||||
| Производительность вентилятора (расход) | Q | м3/с | ||||||
| Температура воздуха | Тв | ºК | ||||||
| Давление перед вентилятором | P'cm | Па | ||||||
| Давление за вентилятором | P''cm | Па | ||||||
| Статический напор, создаваемый вентилятором | Pcm | Па | ||||||
| Скоростной (динамический) напор перед вентилятором | P'дин | Па | ||||||
| Скоростной (динамический) напор за вентилятором | P''дин | Па | ||||||
| Полный напор, создаваемый вентилятором | Pn | Па | ||||||
| Затрата мощности | N | Вт | ||||||
| Полный КПД вентилятора | η | % |
2. Температура воздуха tв , давление перед вентилятором P'cm, давление за вентилятором P''cm, мощность, развиваемая электромотором вентилятора N (включая потери мотора) берутся из непосредственных замеров.
3. Создаваемый полный напор:
, (15)
где 
(16)
(17)
Индекс ' соответствует входу в вентилятор; индекс '' соответствует выходу из вентилятора.
Знак «+» соответствует статическому давлению.
Знак «-» соответствует статическому разрежению.
Динамический напор всегда положителен.
4. Полный КПД вентилятора:
(18)
где ηэл.дв. – К.П.Д. электродвигателя (ηэл.дв = 0,8).
5. Создаваемый статический напор(с соблюдением правила знаков, указанного в пункте 6).
(19)
После подсчета всех вышеперечисленных величин заполняются соответствующими цифрами графы таблицы. По данным таблицы производится построение характеристики работы вентилятора.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается принцип действия центробежного вентилятора, как различают вентиляторы по давлению?
2. Назовите величины, характеризующие работу вентилятора.
3. Какие параметры измерялись в ходе экспериментов?
4. Перечислите графические зависимости, которые Вы строили на основании результатов измерения. Как они называются?
5. Что определяют полный и статический к.п.д. вентилятора?
6. Как в работе определяют производительность вентилятора?
7. Какие выводы можно сделать на основании анализа полученных в работе результатов?
Лабораторная работа №8