РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВЕНТИЛЯТОРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ КОЛЕСА С ПРОФИЛИРОВАННЫМИ ЛОПАТКАМИ - Студенческий научный форум

VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ВЕНТИЛЯТОРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ КОЛЕСА С ПРОФИЛИРОВАННЫМИ ЛОПАТКАМИ

 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Содержание

Введение 4

1.1 Общие сведения 6

1.2 Типы центробежных вентиляторов 9

1.3 Аэродинамические схемы 11

2 Проектирование центробежного вентилятора 18

2.1 Проектирование рабочих колес вентиляторов 18

2.2 Работа с циклом 28

3 Проектирование и анализ движения воздуха в межлопастном пространстве центробежного вентилятора 31

3.1 Ansys и исследование движения газа в пространстве с границами 31

3.2 Проектирование движения воздуха в пространстве между лопатками.....34

Заключение 42

Введение

Проектирование и конструирование технологических машин позволяет изучить возможности проектирования машин включая и их взаимодействие с рабочей средой и перейти к конкретной разработке машины включая основные моменты создания её узлов и деталей (AutoCad, Kompas 3d, SolidWorks, Ansys) так и кинематического (Adams), а затем прочностного расчёта или расчёта на устойчивость машины.

Пакеты имеют частичную взаимозаменяемость. Проектировать (конструировать) проще на AutoCad, Kompas 3d, SolidWorks, расчитывать на Adams, Ansys при этом использование объектно - ориентированных языков программирования позволяет решить вопросы автоматизированного взаимодействия пакетов при разработке или "усилить" решение.

Проектирование технического объекта связано с созданием, преобразованиями и представлением в принятой форме образа этого объекта. Проектирование – процесс, заключающийся в преобразовании исходного описания объекта в окончательное описание на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера.

Проектирование — это один из наиболее сложных видов интеллектуальной работы, выполняемой человеком. Более того, процесс проектирования сложных объектов не под силу одному человеку и выполняется творческим коллективом. Это, в свою очередь, делает процесс проектирования еще более сложным и трудно поддающимся формализации. Для автоматизации такого процесса необходимо четко знать, что в действительности он собой представляет и как выполняется разработчиками.

Опыт свидетельствует, что изучение процессов проектирования и их формализация давались специалистам с большим трудом, поэтому автоматизация проектирования всюду осуществлялась поэтапно, охватывая последовательно все новые проектные операции. Соответственно, поэтапно создавались новые и совершенствовались старые системы.

Это можно просмотреть при проектировании шахтного центробежного вентилятора для проветривания горных выработок. Сложности проектирования связаны с тем, что приходится создавать сложную конфигурацию лопаток, которые имеют криволинейную форму. Причем во многих случаях кривизна должна описываться в трехмерном пространстве. Это особенно относится к осевым вентиляторам, где поток воздуха перпендикулярен или расположен под углом к плоскости вращения рабочего колеса

В центробежном вентиляторе эти плоскости совпадают. Количество лопаток обычно от 8 до 12, а иногда и больше. А поскольку их количество следует оптимизировать то встает задача создания программного алгоритма обеспечивающего возможность проектирования их произвольного количества. Это, в свою очередь, связано с применением достаточно сложных программ, с применением циклов, условных и безусловных переходов.

В рамках вузовских курсов это возможно с применением объектно-ориентированных языков типа C++, Delphi или VB, что требует совместной работы с такими приложениями проектирования как AutoCad, Компас и т.п. Но возможно проектирование в специализированных пакетах имеющих мощные встроенные языки программирования, которые хотя и обладают меньшими возможностями проектирования (выполнение чертежной документации), но позволяю провести все или хотя бы основные разработки в рамках одного приложения, например, такими возможностями, как показал наш анализ, обладают пакеты Ansys, ComsolMultiPusihks, наиболее наработан в этом смысле пакет Ansys, хотя последний обладает мощными возможностями работы с серверами компаний, а значит обеспечивает счет задач с небольшим временем, что конечно очень ценно для сложных многодетальных задач.

Второй вопрос это оптимизация формы лопаток. Они на выходе должны обеспечивать заданный поток и конечно максимальную производительность и надежность работы вентилятора. Это вопрос взаимодействия потока с поверхностью лопаток. И конечно, форма лопаток должна способствовать и оптимальному распределению напряжений в ней. А по, большому случаю, учитывать и возможности кавитации газовых пузырьков которые в условиях большой влажности могут возникнуть. Этамасса вопросов не может быть решена в курсовом проекте, но можно попытаться создать такие алгоритмы программ, которые при резком увеличении объемов исследовательских работ могут послужить базой для последующей работы.

Таким образом работа распадается на подготовку методики по созданию вентилятора: рабочего колеса с лопатками и оптимизация формы лопатки взаимодействующей с потоком. Заметим, что аналогичные методики специализированными компаниями созданы, однако одно дело использовать практически не понимая сути работ готовые разработки, а другое глубоко разобраться в сути процессов, что бы, например, при срочной необходимости смоделировать тот или иной режим проветривания, именно такие цели и поставлены здесь.

  1. Общие сведения и назначение центробежных вентиляторов

1.1 Общие сведения

Центробежный вентилятор представляет собой размещенное в спиральном корпусе (улитке) лопастное колесо, при кручении которого воздух, поступающий через входное отверстие попадает в каналы между лопатками колеса и под действием центробежной силы перемещается по этим каналам, собирается специальным кожухом и направляется в его выпускное отверстие. Центробежные вентиляторы состоят из трех основных частей - колесо с лопатками (ротор, турбина), спиральный корпус и станина с валом и подшипниками.

Центробежные колеса обычного типа состоят из лопаток, переднего диска (кольцо), и заднего диска со ступицей.

Литые или точеные ступицы, необходимые для насаждения (соединения) колес на валы, заклепывают, крепят болтами или приваривают к задним дискам. К дискам в свою очередь присоединяют лопатки, которые для этих целей отбортовывают или обеспечивают уголками.

Лопатки обычно укрепляют между передним и задним дисками. Центробежные вентиляторы специального назначения, например для пыли, изготавливают с консольным расположением лопаток без переднего диска (открытое колесо). Колеса чаще всего склепывают из листового металла, но встречаются и литые колеса. При изготовлении колес для дымососов широко используют сварку.

Широкие колеса в целях большей прочности иногда обеспечивают тягами, соединяющими передние кольца со ступицами.

Зазор между колесом и входным патрубком кожуха центробежного вентилятора не должен превышать 1% от диаметра колеса. Влияние зазора увеличивается с уменьшением быстроходности, так как даже при незначительном количестве протекающей через него воздух, часть последнего общем количестве засасываемого воздуха становится значительной.

Спиральные кожухи сваривают или склепывают в основном из листовой стали. Спиральные кожухи больших размеров устанавливают на самостоятельные опоры, а малые центробежные вентиляторы крепятся на станине.

Станины в основном сваривают из стали. На станинах, в подшипниках размещают валы. Колеса (турбины) на валах закрепляют шпонками и стопорными болтами.

Колеса на валы чаще всего надевают консольно. При двустороннем всасывании, консольное размещение колеса на валу не используется. Установки колес на валах между двумя опорами обеспечивает более устойчивый режим работы вентилятора, но усложняет конструкцию, монтаж и присоединение его к воздуховоду.

Неоспоримые преимущества в плане надежности, компактности, экономичности и бесшумности имеют центробежные вентиляторы, колеса которых насажены непосредственно на вал двигателя, но такое соединение рекомендуется при малых размерах центробежного вентилятора. В больших центробежных вентиляторах колеса с валами двигателя можно соединять с помощью промежуточных муфт.

Центробежный вентилятор, оснащенный для перемещения дымовых газов, называют дымососами, а для перемещения воздуха засоренного механическими примесями - пылевыми вентиляторами.

Центробежные вентиляторы являются на сегодняшний день наиболее распространенным типом вентиляторов, используемого в промышленности.

Центробежный вентилятор представляет собой механическое устройство для перемещения воздуха или других газов с очень низким увеличением давления. Эти вентиляторы увеличивают скорость воздушного потока с помощью вращающейся крыльчатки. Центробежные вентиляторы используют кинетическую энергию крыльчатки или вращающегося лезвия, чтобы увеличить давление воздушного / газового потока, который в свою очередь, перемещает их против сопротивления, вызванного воздуховодами, заслонками и другими компонентами. Центробежные вентиляторы ускоряют воздух радиально, изменяя направление (обычно под 90 градусов) воздуха. Они крепкие, тихие, надежные и способны работать в широком диапазоне условий.

Центробежный вентилятор это устройство постоянных м3/мин или постоянного объема, это означает, что при постоянной скорости вращения вентилятора, центробежный вентилятор будет качать постоянный объем воздуха, а не постоянной массы. Это означает, что скорость воздуха в системе фиксируется, даже если массового расхода через вентилятор нет. Центробежный вентилятор является одним из наиболее широко используемых вентиляторов. Они, как правило, дешевле, чем осевые и проще в конструкции. В автомобильной промышленности, вентиляторы используются для охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Центробежный вентилятор получает свою энергию от электроэнергии, вырабатываемой двигателем. Он используется в транспортировке газа и материалов в системе вентиляции здания. Они также используются обычно в центральных системах отопления / охлаждения. Они также хорошо подходят для промышленных процессов и воздушных систем контроля и фильтрации загрязнений, аспирации.

Типы приводных механизмов. Привод центробежного вентилятора определяет скорость вращения вентилятора колеса (крыльчатки) и то, в какой степени эта скорость может меняться. Существуют три основных типа приводов вентилятора:

Прямой привод центробежного вентилятора.

Крыльчатка центробежного вентилятора может быть связана напрямую с валом электродвигателя. Это означает, что скорость вращения крыльчатки вентилятора идентична скорости вращения двигателя. С этим типом приводного механизма вентилятора, скорость вращения вентилятора не может быть изменена, если скорость двигателя не регулируется. Кондиционирование воздуха будет автоматически обеспечивать более высокую скорость, потому что холодный воздух более плотный.

Ременная передача центробежного вентилятора.

На валу двигателя и валу крыльчатки устанавливается набор шкивов, ремень передает механическую энергию от двигателя к вентилятору. Скорость крыльчатки вентилятора зависит от соотношения диаметра шкива двигателя с диаметром шкива крыльчатки вентилятора и может быть получена из этого соотношения.

Регулируемый привод центробежного вентилятора.

Вентиляторы с регулируемым приводом используют гидравлические или магнитные муфты (между валом крыльчатки вентилятора и валом двигателя), которые позволяют регулировать скорость. Управление скоростью вращения вентилятора, часто интегрируются в автоматизированные системы для поддержания необходимой скорости крыльчатки.

Альтернативный способ изменения скорости вращения вентилятора - это использование электронного вариатора (инвертора), который контролирует скорость двигателя привода вентилятора. Это обеспечивает более высокую общую эффективность использования энергии при пониженных скоростях, чем у механических муфт.

Подшипники. Подшипники являются важной частью вентилятора. Маслонаполненные роликовые подшипники скольжения широко используются в центробежных вентиляторах. Некоторые подшипники могут быть с водяным охлаждением.

Водяное охлаждение подшипников скольжения используется, когда с помощью вентилятора перемещаются горячие газы . Тепло отводится через вал и в масло, которое должно быть охлажденным для того, чтобы предотвратить перегрев подшипников.

Заслонки и лопасти вентилятора. Заслонки используются для управления потоком газа на входе и на выходе центробежного вентилятора. Они могут быть установлены на входе или на выходе из вентилятора, или на обоих сторонах центробежного вентилятора.

Заслонки на выходе оказывают сопротивление потоку, который используется для управления потоком газа. Заслонки на входе (на входе лопастей) предназначены для управления потоком газа за счет изменения количества газа или воздуха, которое может войти в вентилятор. Заслонки на входе центробежного вентилятора (входные лопатки) уменьшают энергопотребление вентилятора из-за их способности влиять на воздушный поток вентилятора.

Колесо центробежного вентилятора состоит из втулки, на которой размещается определенное число лопастей вентилятора. Лопасти на втулке могут располагаться тремя различными способами. Загнутые вперед, загнутые назад или прямые.

Центробежный вентилятор с лопастями изогнутыми вперед. Лопасти изогнутые вперед, используют лезвия, которые искривлены в направлении вращения колеса вентилятора. Они особенно чувствительны к твердым частицам. Лопасти изогнутые вперед предназначены для приложений с большим потоком, низким давлением.

Центробежный вентилятор с лопастями изогнутыми назад. Лопасти изогнутые назад, используют лезвия, которые искривлены против направления вращения колеса вентилятора. Обратная кривизна имитирует аэродинамический профиль поперечного сечения и обеспечивает хорошую эффективность работы с относительно экономичной конструкцией. Эти типы колес вентилятора используются в вентиляторах, предназначенных для перемещения газовых потоков с низким и умеренным уровнем твердых частиц. Они могут быть легко установлены с защитой от износа, но некоторые изогнутые участки лезвия могут быть подвержены отложению твердых частиц. Центробежный вентилятор с лопастями изогнутыми назад может иметь широкий ряд скоростей, но чаще всего используются для средней скорости в приложениях высокого давления, при среднем потоке. Центробежный вентилятор с лопастями изогнутыми назад намного более эффективен, чем вентиляторы с прямым лезвием и таким образом, для высокой мощности может быть подходящей альтернативой к более низкой стоимости вентиляторов с прямым лезвием.

Центробежный вентилятор с прямыми лопастями. Прямые лезвия вентилятора расширяются прямо из втулки. Колесо вентилятора с прямыми радиальными крыльчатками часто используется в газовых потоках с частичной нагрузкой твердыми частицами, потому что они наименее чувствительны к нарастанию твердых частиц на лопатках, но они часто характеризуется большим уровнем шума на выходе. Высокие скорости, низкие объемы и высокое давление являются общими для радиальных центробежных вентиляторов с прямыми лопатками, и часто используются в системах очистки от пыли (аспирация), пневматических системах транспортировки материалов и аналогичных процессах.Типы вентиляторов и их подкатегории являются промышленным стандартом, который признается всеми крупными производителями вентиляторов.

1.2 Типы центробежных вентиляторов

Крыло (Air Foil) - используется для широкого спектра применения во многих отраслях промышленности, вентиляторы с полыми, аэродинамическими лопастями предназначены для использования в воздушных потоках, где требуется высокая эффективность и бесшумность работы. Они широко используются для непрерывной работы при повышенных температурах и температуре окружающей среды, в нагнетательных и вытяжных системах, в металлургии, химии, производстве электроэнергии, бумажной промышленности, изделиях из камня, стекольное производство, восстановление ресурсов, сжигания отходов и других отраслей промышленности по всему миру.

Обратно загнутые лопасти - эти вентиляторы имеют эффективность почти такую же как и крыло с аэродинамическим дизайном. Преимуществом является то, что их загнутые назад лопатки предотвращают возможность накопления пыли, частиц внутри лопасти. Прочная конструкция обеспечивает высокую скорость работы, и, следовательно, этот вентилятор часто используется в приложениях с высоким давлением.

Наклоненные назад лопасти - эти вентиляторы имеют простые плоские лопасти, наклоненные назад, чтобы соответствовать установленной скорости воздуха проходящего через колесо вентилятора для высокоэффективной работы. Такие вентиляторы, как правило, используется для работы с большим объемом чистого воздуха и при относительно низком давлении.Радиальные лопасти - плоские лопасти этого типа расположены радиально. Эти прочные вентиляторы обеспечивают высокое давление со средней эффективностью. Они часто оснащены эрозионностойкими направляющими, чтобы продлить срок службы ротора. Конструкция корпуса компактна, чтобы минимизировать потребность в рабочей площади.

Загнутые вперед лопасти - это прочная конструкция используется для больших объемов расхода воздуха, когда давление является достаточно высоким и требуется стойкость к эрозии. Он работает на средней эффективности. Конструкция более компактна, чем вентилятор с крыльчаткой загнутой назад.

Гребное колесо - это открытая конструкция рабочего колеса без кожуха. Хотя эффективность не высока, этот вентилятор хорошо подходит для приложений с очень высокой запыленностью. Могут поставляться с заменяемыми лезвиями на лопатках из керамической плитки или карбида вольфрама. Этот вентилятор может также использоваться при высоких температурах.

Вперед изогнутые лопасти - это "беличья клетка", крыльчатка генерирует наибольший объемный расход (при заданной окружной скорости) из всех центробежных вентиляторов. Этот тип вентилятор обычно используется в высокотемпературных печах.

Центробежный вентилятор использует центробежную силу, вырабатываемую за счет вращения крыльчатки для того, чтобы увеличить давление воздуха / газа. Когда крыльчатка вентилятора вращается, газ рядом с крыльчаткой выбрасывается из-за центробежной силы, а затем двигается в кожух вентилятора. В результате давление газа в кожухе вентилятора увеличивается.

Затем газ направляется к выходу через канал. После того, как газ выбрасывается, давление газа в средней части рабочего колеса уменьшается.

Газ из крыльчатки движется для нормализации этого давления. Этот цикл повторяется, и поэтому газ может нагнетаться непрерывно.

Характеристики центробежных вентиляторов. Производители вентиляторов определяют стандартный воздух, как чистый, сухой воздух с плотностью 0,075 фунтов массы на кубический фут (1,2 кг /м ³), с атмосферным давлением на уровне моря на 29,92 дюйма ртутного столба (101,325 кПа) и температуре 70 ° F (21 ° C). Выбор центробежного вентилятора, для работы в нестандартных условиях, требует корректировки и статического давления и мощности.

При нестандартной высоте (над уровнем моря), температуре, плотности воздуха, должны учитывается поправочные коэффициенты. Центробежный вентилятор будет вытеснять постоянный объем воздуха в данной системе, независимо от плотности воздуха.

Когда центробежный вентилятор подобран для данного расхода воздуха и статического давления в условиях, отличающихся от стандартных, то должен учитывается поправочный коэффициент плотности воздуха для выбора правильного размера вентилятора, с учетом новых условий. С 200 ° F (93 ° C) воздуха весит всего 80% от 70 ° F (21 ° C) воздуха, центробежный вентилятор создаст меньшее давления и будет потреблять меньше энергии.

Чтобы получить фактическое давление, необходимое при 200 ° F (93 ° C), инженеру придется умножить давление при стандартных условиях на поправочный коэффициент плотности воздуха в 1,25 раза (то есть, 1.0/0.8), чтобы система работала корректно.

Для получения реальной мощности при 200 ° F (93 ° C), инженеру придется поделить мощность при стандартных условиях на поправочный коэффициент плотности воздуха.

1.3 Аэродинамические схемы

Проточную часть вентилятора характеризует его аэродинамическая схема, где приведены все размеры, выраженные обычно в процентах от диаметра Dрабочего колеса. На рис. 1.1 показана для примера аэродинамическая схема вентилятора Д4-70. Вентиляторы разных размеров и конструкций, выполненные по одной аэродинамической схеме, относятся к одному типу. Схему ис­пользуют для разработки конструкции вентилятора. При этом целесообразно знать некоторые общепринятые принципы построения основных элементов вен­тилятора: входного патрубка, рабочего колеса и спирального корпуса.

Рисунок 1.1 - Аэродинамическая схема центробежного вентилятора Д4-70 (все размеры даны в % от диаметра колеса D)

Входной патрубок (входной коллектор). Для подвода поступающего в вентилятор воздуха к рабочему колесу служит входной патрубок (рис. 1.2).

Его форма и размеры характеризуются тремя параметрами: длиной LK, диаметром DK входного отверстия, диаметром D0 минимального по площади се­чения. Диаметр D0 называют диаметром входа в вентилятор.

Рисунок 1.2 – Входной патрубок

Входной патрубок является присоединительным элементом вентилятора к сети, поэтому диаметры DK его входных отверстий должны соответствовать размерам воздуховодов. Так, в соответствии с ГОСТ 5976—73 «Вентиляторы радиальные (центробежные) общего назначения» диаметры DK следует выби­рать из ряда R 40 (ГОСТ 8032—56).

Рабочее колесо. Передачу энергии от привода протекающему через вентилятор воздуху осуществляет рабочее колесо. Колесо состоит обычно из переднего и заднего дисков (рис. 1.3), между которыми с одина­ковым шагом установлены лопатки. В ряде случаев исполь­зуют колеса полуоткрытого типа без переднего диска.

Раз­меры рабочего колеса характеризуются его диаметром D, определяемым по концам лопаток. Известны вентиляторы, у которых этот диаметр значительно меньше диаметров дис­ков колеса. В соответствии с ГОСТ 10616—73 «Вентиля­торы радиальные (центробежные) и осевые. Основные размеры и характеристики» диаметры рабочих колес долж­ны соответствовать ряду R40, причем более предпочти­телен ряд R 10

Рисунок 1.3 - Рабочее колесо:1 — передний диск; 2 — задний диск; 3 — лопатки

Задний диск рабочего колеса обычно выполняют плоским; передний диск может быть или плоским, или, для уменьшения диффузорности межлопаточных каналов, коническим. Передние диски более сложной формы у центро­бежных вентиляторов почти не встречаются. Меридиональное сечение рабочего колеса, таким образом, характеризуется двумя параметрами: b2 — шириной на выходе; b1 — шириной при входе на лопатки. Один из этих параметров в случае конического переднего диска может быть заменен углом у между образующей конуса и плоскостью, перпендикулярной оси вращения колеса.

Лопатки рабочего колеса обычно имеют цилиндрическую форму; их уста­навливают перпендикулярно плоскости заднего диска. Геометрические пара­метры такой лопатки определяются сечением, перпендикулярным оси враще­ния колеса, в котором заданы углы β1 и β2 входа и выхода лопаток, а также диаметр D1 на котором расположены их входные кромки (рис. 1.4). Обычно диаметр входа лопаток или близок к диаметру входа в вентилятор D0, или совпадает с ним.

В зависимости от величины угла выхода лопатки рабочего колеса принято называть загнутыми назад (β2 < 90°), загнутыми вперед (β2 > 90°) и радиально-оканчивающимися (β2 = 90°). Лопатки могут быть тонкими (листо­выми) или профильными. Тонкие криволинейные лопатки в общем случае (рис. 1.4,а) определяются уравнением в полярных координатах r = r(φ). Ча­сто криволинейные лопатки бывают очерчены одной дугой или несколькими дугами окружности.

Рисунок 1.4 – Сечения листовых лопаток: а и б – изогнутые назад; в – загнутых вперед

В случае, когда лопатка очерчена одной дугой окружности (рис. 1.4, б, в), радиус этой окружности Л выражают через углы β1 и β2 и диаметры D1 и D,т.е.

 (1.1)

В этом случае радиус RЛ равен радиусу кривизны лопатки; его знак будет положительным для лопаток, загнутых назад (рис. 1.4 б), и отрицательным для лопаток, загнутых вперед (рис. 1.4, в) и радиально-оканчивающихся. Ра­диус окружности, на которой расположены центры дуг лопаток,

 (1.2)

Длина лопатки

 (1.3)

где α – угол (в градусах), под которым лопатка видна из центра ее дуги.

Плоские лопатки можно рассматривать как частный случай круговых лопаток, у которых Л = ∞ . Из формулы (1.1) получим соотношение устанавливающее зависимость между углами β1 и β2 и диаметрами D1 и D плоских лопаток:

 (1.4)

Длина лопатки

 (1.5)

Для лопаток, очерченных отрезком логарифмической спирали,

 (1.6)

где r1=0,5D1; β – угол спирали.

При таких лопатках угол β1 = β2 = β, а длина

 (1.7)

В случае профильных лопаток основные геометрические параметры следующие: углы β1 и β2; диаметр входа D1; хорда l; длина L. Эти параметры определяют по средней линии профиля, которая является геометрическим местом центров окружностей, вписанных в этот профиль. Профиль лопатки ха­рактеризуется также следующими геометрическими параметрами (рис. 1.5): максимальной толщиной профиля с, местоположением этой максимальной толщины хс по хорде, начиная от входной кромки; радиусами входной и выходной кромок. Средняя линия профильной лопатки обычно не очерчена по дуге окружности, поэтому ее характеризуют величина максимальной вогнутости f и местоположение этой точки максимальной вогнутости xf по хорде, начиная от входной кромки. Для построения профиля обычно используют связанную с ним систему координат (рис. 1.5). Верхнюю и нижнюю по­верхности профиля задают в виде таблицы в процентах от хорды l профиля.

Рисунок 1.5 – Профиль лопатки

Спиральный корпус. Для отвода в определенном направлении воздуха, выходящего из рабочего колеса, а также для частичного преобразования ди­намического давления потока в статическое служит спиральный корпус. У центробежного вентилятора он обычно имеет постоянную ширину В (рис. 1.6), превышающую ширину рабочего колеса. Обечайка спирального кор­пуса чаще всего бывает очерчена или по логарифмической спирали, или ду­гами окружностей по правилу так называемого конструкторского квадрата (рис.1.6). При этом сторона квадрата, а в 4 раза меньше раскрытия спираль­ного корпуса А.

Рисунок 1.6 – Спиральный корпус: 1 – обечайка, 2 – язык

Вблизи рабочего колеса обечайка переходит в так называемый язык. Часть спирального корпуса, ограниченную этим языком и являющейся продолже­нием обечайки плоскостью, называют выходной частью корпуса в отличие от основной, спиральной части. Длиной выходного отверстия корпуса С и его шириной В характери­зуют площадь выходного се­чения вентилятора.

В отдельных случаях в зависимости от требований компоновки вместо обычно­го спирального корпуса за рабочим колесом может быть установлен радиальный ло­паточный или безлопаточный диффузор, а также корпус другого вида: с двумя и более выходными отверстия­ми, прямоточный и т. д.

Вентиляторная установка. Для присоединения вентилятора к сети на входе в вентилятор часто устанавливают входную коробку, на выходе из него — диффузор. Последний обеспечивает также дополнительное преобразование динамического давления выходящего из спирального корпуса потока в статическое. Для регулирования режимов работы вентилятора применяют направляющие аппараты различных типов. Наиболее широкое распространение получили осевые направляющие аппараты, которые устанавливают обычно во входных патрубках вентиляторов.

Центробежный вентилятор в совокупности с входной коробкой, диффузором и направляющим аппаратом или с одним из этих элементов, которые принято называть присоединенными, составляет вентиляторную установку. Схема вентиляторной установки приведена на рис. 1.7.

Рисунок 1.7 – Вентиляторная установка: 1 – диффузор; 2 – центробежный вентилятор; 3 – осевой направляющий аппарат; 4 – входная коробка

2 Проектирование центробежного вентилятора 2.1 Проектирование рабочих колес вентиляторов

Для проектирования выбираем программный пакет Ansys, поскольку он позволяет создавать и модели и проектировать конструктивные особенности.

Моделирование колеса с трехмерными лопатками (часто применяются для осевых вентиляторов), результаты расчета напряженно-деформированного состояния представлены на рисунках 2.1 - 2.15.

Рисунок 2.1 - Контурная схема трехмерной лопатки

Рисунок 2.2 - Построение обода колеса

Рисунок 2.3 - Поверхностная модель

Приведем основной код для создания колеса на встроенном языке пакета, считая, что для получения распределения напряжений достаточно создание одной лопатки.

/NOPR ! переход к объёмной задаче

/PMETH,OFF,0

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,1

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,0

/GO

/PREP7

ET,1,SOLID92 !выбираем тип материала

/UNITS,SI

MPTEMP,,,,,,,, !задаем свойства материала

MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2e10

MPDATA,PRXY,1,,0.25

K,1,0,0,0,

K,2,0,0.6,0,

K,3,0.2,0.6,0.15,

K,4,0.40,0.60,0.08,

K,5,0.40,0,0.12,

K,6,0.20,0,0.19,

L, 1, 2

L, 4, 5

LARC, 1, 5, 6 !две точки дуги, точка

!центра, нижний радиус больше

LARC, 2, 4, 3

FLST,2,4,4

FITEM,2,1

FITEM,2,4

FITEM,2,2

FITEM,2,3

AL,P51X !создание площади

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

VEXT,P51X, , ,0,0,0.006,,,,!выдавливание лопасти на 0,004м

!создание обода колеса

K,20,0,0.1,0!

K,21,0,-0.8,0,

K,22,0,-0.8,0.9,

K,23,0,-0.8,-0.9,

K,24,0,-1.7,0,

LARC, 20, 23, 21, 0.9

LARC, 23, 24, 21,0.9

LARC, 24, 22, 21,0.9

LARC, 22, 20, 21,0.9

FLST,2,4,4

FITEM,2,16

FITEM,2,13

FITEM,2,14

FITEM,2,15

AL,P51X

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,7

VEXT,P51X, , ,0.4,0,0,,,, !выдавливание колеса

vsbv, 1,2,, !подготовка основания лопасти под паз

!с упрощением технологии изготовления

!вставить колесо

LARC, 30, 33, 31, 0.9

LARC, 33, 34, 31,0.9

LARC, 34, 32, 31,0.9

LARC, 32, 30, 31,0.9

K,40,0,0,0,

K,41,0,-0.8,0, ! центр

K,42,0,-0.8,0.8,

K,43,0,-0.8,-0.8,

K,44,0,-1.6,0

LARC, 40, 43, 41, 0.8

LARC, 43, 44, 41,0.8

LARC, 44, 42, 41,0.8

LARC, 42, 40, 41,0.8

FLST,2,8,4

FITEM,2,12

FITEM,2,6

FITEM,2,1

FITEM,2,7

FITEM,2,8

FITEM,2,2

FITEM,2,11

FITEM,2,3

AL,P51X

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,1

VEXT,P51X, , ,0.4,0,0,,,,

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,3

VGLUE,P51X !склеивание лопасти с основанием вентилятора

!создание ступицы колеса из двух дисков

K,50,0.0,0,0!

K,51,0.0,-0.8,0, ! центр

K,52, 0.0,-0.8,0.8,

K,53, 0.0,-0.8,-0. 8,

K,54, 0.0,-1.6,0,

LARC, 50, 53, 51, 0.8

LARC, 53, 54, 51,0.8

LARC, 54, 52, 51,0.8

LARC, 52, 50, 51,0.8

Al,27,6,13,25

VEXT,1,,,0.02

FLST,3,1,6,ORDE,1

FITEM,3,1

VGEN,2,P51X, , ,0.38, , , ,0

vglue,all

K,80,0,-0.6,0,0! Создать опору

K, 81,0,-0.8,0, ! центр

K, 82, 0,-0.8,0.2,

K, 83, 0,-0.8,-0. 2,

K, 84, 0,-1,0,

LARC, 80, 83, 81, 0.2

LARC, 83, 84, 81,0.2

LARC, 84, 82, 81,0.2

LARC, 82, 80, 81,0.2

Al,12,7,8,11

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,8

VEXT,P51X, , ,0.4,0,0,,,,

FLST,2,2,6,ORDE,2

FITEM,2,1

FITEM,2,3

VSBV,P51X, 4

vmesh,all

FINISH

/SOL

EQSLV,PCG,1E-8

FLST,2,4,5,ORDE,2

FITEM,2,42

FITEM,2,-45

!*

/GO

DA,P51X,ALL, ! защемление по опоре левой

FLST,2,4,5,ORDE,2

FITEM,2,36

FITEM,2,-39

!*

/GO

DA,P51X,ALL, ! защемление по опоре правой

FLST,2,1,5,ORDE,1

FITEM,2,12

/GO

!*

SFA,P51X,1,PRES,1000

! /REPLOT,RESIZE

! /STATUS,SOLU

SOLVE

FINISH

Рисунок 2.4 -Конечно-элементная -твердотельная модель колеса

Рисунок 2.5 -Процесс закрепления колеса на оси

Рисунок 2.6 - Нагружение лопатки давлением

Рисунок 2.7 - Картина деформации колеса и лопатки

Рисунок 2.8 - Полосы деформации по оси Х

Рисунок 2.9 - Напряжения вдоль оси Х

Рисунок 2.10 - Напряжения вдоль оси Y

В работе отображена лопасть вентилятора с улучшеной конструкцией и измененной технологией создания. Расчет лопасти вентилятора на прочность происходил при помощи нагружения давлением, численное значение которого составило 580Па, нагружение осуществлялось на верхнюю область пластины. В процессе расчета на прочность вентиляционного устройства было установлено следующее допускаемое напряжение. В зоне контакта предельное допускаемое напряжение составило 580 кг/м2, материал поддерживающего устройства Сталь 3, предельная прочность которого составляет 1600 кг/м2. Запас прочности детали составляет: 580/1600=0,4 кг/см2, что удовлетворяет условиям эксплуатации вентиляторной установки.

Для аналогичных условий проверим упрощенный тип двумерных лопаток радиальной конструкции, которые чаще всего используются для центробежных вентиляторов, которые используются на установке шахты.

Для системы классичесского центробежного вентилятора (рисунки 2.11-2.15) проведено моделирование конструктивной схемы с закрытыми с двух и одной стороны лопастями радиального профиля и полученна возможность изменения размеров и условий работы вентилятора, а также полученны напряжения в лопастях. Также как и в первом случае показанна достаточная прочность лопастей.

Рисунок 2.11 - Поверхностная модель

Рисунок 2.12 - Процесс закрепления по оси

Рисунок 2.13 - Расчетная схема решения

Рисунок 2.14 - Напряжения вдоль оси Х для колеса с односторонними щеками лопаток

Рисунок 2.15 - Напряжения вдоль оси Y для колеса с односторонними щеками лопаток

Анализ результатов расчета показал, что применение двумерных радиальных лопаток лопаток проще и технологичнее их изготовление, более проста методика расчета, проектирование и моделирование колеса с двумерными лопатками. Последнее важно тем, что упорощается обслуживание вентилятора, так как на шахте возможна проверка различных режимов работы в том числе и ремонт лопаток и других его узлов. На первом этапе эти расчеты можно использовать при производстве ремонта вентилятора и в случае его быстрого запуска.

2.2 Работа с циклом

Для предварительной оценки прочности и эффективности работы вентилятора достаточно смоделировать одну лопатку. Однако в зависимости от шага расстановки лопаток напряженно-деформированное состояние отдельных деталей может измениться. И, наконец, для определение эффективного профиля лопаток следует рассмотреть их взаимодействие. Для построения множества повторяющихся деталей рассмотрена программная конструкция цикла имеющего места в основных языках программирования и состояшего из начала цикла, здесь*do, где задаются имя повторяющейся переменной, начальное и конечное значение координат, шаг установки.

В теле цикла могут быть операторы выполняющие построение объекта (в данном случае точки, преобразующиеся в линии, затем площади, а затем объемы). Обычно для этого используются выражения выполняющие расчет координат, определение номеров точек или линий и т.п. При этом для перехода к следующему объекту используется увеличение номера переменной цикла, в данном случае i. Оператор конца цикла *enddo сравнивает текущее значение переменной с установленным в начале цикла последним номером и при его достижении прекращает работу цикла (перстает передавать управление на начало цикла) и программа выполняется далее. В результате цикла построено полное колесо с множеством лопаток, построения приведены на рисунках 2.16-2.17.

! цикл запускается много раз из-за того что надо правильно !!разместить точки соединения, смещая на 1 i+1 и.т.д

i=0

*do,ival,0,360,45 ! цикл по ival!перем, 1знач,посл,шаг

iv=ival*3.14/180 ! перевести в радианы

K,300+i*5000,r2*sin(iv),r2*cos(iv)-r21,

K,301+i*5000,r2*sin(iv),r2*cos(iv)-r21,-0.4

K,400+i*5000,r21*sin(iv),-(r21-r21*cos(iv)),

K,401+i*5000,r21*sin(iv),-(r21-r21*cos(iv)),-0.4

K,600+i*5000,0.5*r21*cos(iv),-0.5*r21*sin(iv)-r21,

K,601+i*5000,0.5*r21*cos(iv),-0.5*r21*sin(iv)-r21,-0.4

i=i+1 ! цикл по i

*enddo

i=0

*do,ival,0,360,45 ! цикл по ival

!перем, 1знач,посл,шаг

iv=ival*3.14/180 ! перевести в радианы

! построение дугообразных линий лопаток

larc,400+i*5000,300+(i+1)*5000,600+i*5000,r

larc,401+i*5000,301+(i+1)*5000,600+i*5000,r

! дальние точки

l, 300+i*5000,301+i*5000

l, 400+i*5000,401+i*5000

i=i+1 ! цикл по i

*enddo

Рисунок 2.16 – Построение лопастей с циклом

Рисунок 2.17 – Построение сетки лопастей

3 Проектирование и анализ движения воздуха в межлопастном пространстве центробежного вентилятора 3.1 Ansys и исследование движения газа в пространстве с границами

Для детального исследования особенностей распределения потоков в трубопроводах и особенно в сопряжениях труб с разными диаметрами можно использовать пакет Аnsys (блок Flotran)

Поток характеризуется давлением, скоростью по сечению трубопровода и трением о стенки. По линиям потока вязкая жидкость сопротивляется сдвигающим усилиям. Поэтому в ней возникают касательные напряжения. Если выделить из потока прямоугольный элемент то касательные напряжения изменяются как на рисунке. На нижней поверхности они равны τ на верхней они связаны со скоростью потока и вязкостью. Давление на поверхности элемента может рассматриваться как напряжения Ϭх и Ϭу

Связь между параметрами потока устанавливает диференциальное уравнение Навье - Стокса, Оно во многом близко к уравнению Навье для твердого тела. Поэтому методы расчета параметров потока близки к методам расчета напряжений и строятся на основе метода конечных элементов МКЭ.

Дифференциальное уравнение Навье – Стокса вязкого газа.

Вязкой или реальной называют жидкость, которая при движении сопротивляется сдвигающим усилиям. В ней ввиду трения возникают касательные напряжения. Потому напряжения на площадку могут быть направлены как угодно, а не обязательно по нормали.

Различают два вида напряжений

1. Нормальное Pnn проекция на нормаль в данной точке поверхности

2. Касательное напряжение t проекция на касательную плоскость к поверхности в данной точке (имеют место при движении вязкого газа).

Выделяя в движение газа элементарный параллелепипед с ребрами паралельными х y z рассмотрим поверхностные силы действующие на его гранях нормальное направление это реакция элемента на воздействие окружающей среды

Условие равновесия:

F1+F2+Fm+Fi+Ft=0 (3.1)

где F1+F2 сиды гидростатического давления Fm – равнодействующая массовых сил тяжести

Fi – равнодейст. сила инерции Ft – сила трения зависит от вязкости, скорости

Далее вводится новое понятие о гидромеханическом давлении исходя из того, что сумма рхх +руу+рzz в точке не зависит от ориентации площадки и являетс скалярной функцией только координат точки и времени

Расчётная схема

P = (рхх +руу+рzz )/3 = f(х,y,z,t) (3.2)

Ниже приведено трёхмерное уравнение Навье – Стокса для вязкого газа, для случая, когда подтверждается закон Ньютона о внутреннем трении в газе.

(3.3)

Можно считать, что уравнения Навье – Стокса поясняет возможности применения конечно-элементного анализа для вязкого газа на основе Ansys образных пакетов (приложение Flotran). Аналитических решений уравнение Навье – Стокса существует только для ограниченного круга частных случаев, поэтому она также как и задача 5 лет назад решенная русским математиком Пелерманом имеет призовой фонд в миллион долларов.

Общие сведения о программе FLOTRAN.

Программа FLOTRAN и модуль FLOTRAN CFD (расчетная гидродинамика) программы ANSYS предлагают всесторонние инструментальные средства для анализа двумерных и трехмерных полей потока жидкости или газа.

Ламинарное течение.

Ламинарный режим течения характерен упорядоченным плавным течением жидкости, как в высоковязких, медленно протекающих потоках. Также может быть ламинарным течение некоторых масел.

Турбулентное течение.

Турбулентный режим течения характерен так называемыми турбулентными флуктуациями, вызванными высокой скоростью потока и низкой вязкостью жидкости (газа).

Элементы ANSYS FLOTRAN, FLUID141 и FLUID142, решают распределение температуры и давления в двухмерных и трехмерных потоках для однофазной вязкой жидкости. Для этих элементов программа ANSYS вычисляет компоненты скорости, давление и температуру в соответствии с законом сохранения массы, импульса и энергии.

Элемент FLUID141 можно использовать для моделирования стационарных или нестационарных тепловых систем, которые включают в себя как жидкие, так и твердые области. В жидкой области решаются уравнения сохранения для потока вязкой жидкости и энергии, тогда как в твердой области решается только уравнение энергии. Используйте этот элемент FLOTRAN CFD для расчета гидравлических параметров и распределения температур потока в двумерных задачах (в случае одномерной задачи используйте элемент FLUID116). Также элемент FLUID141 можно использовать в анализе взаимодействия жидкость – твердое тело. Для элементов FLOTRAN CFD скорости определяются в соответствии с законом сохранения импульса, давление определяется в соответствии с законом сохранения массы, температура определяется в соответствии с законом сохранения энергии.

Обзор FLOTRANа

Решение типичной задачи посредством FLOTRANа состоит из семи основных этапов:

1. Определение расчетной области.

2. Задание режима течения.

3. Создание конечно – элементной модели.

4. Наложение граничных условий.

5. Установка параметров решения.

6. Решение задачи.

7. Просмотр результатов.

Задание расчетной области.

Необходимо правильно определить расчетную область задачи. Определите граничные условия. Если не известны точные граничные условия или не получается их вычислить, задайте приближенные значения граничных условий и не располагайте их в непосредственной близости от представляющей интерес зоны, где присутствуют значительные вариации вычисляемых параметров.

Иногда вы можете не знать о наличии значительных вариаций вблизи выхода или в другом месте, решаемой модели, пока не просмотрите результаты расчета. Если выяснилось, что приближенные гран. условия заданы вблизи зон, где присутствуют значительные вариации 217 вычисляемых параметров, то следует переопределить граничные условия и заново решить задачу. Дальнейшие рекомендации по заданию расчетной области смотрите в разделах, в которых обсуждаются различные явления потока.

Определение режима течения.

При решении гидравлических задач необходимо знать характер течения потока. Характер течения определяется свойствами жидкости, геометрией модели и приблизительным значением скорости потока.

Задачи течения жидкости, решаемые во FLOTRANе, включают газы и жидкости, свойства которых могут значительно зависеть от температуры. Поведение газов ограничено моделью идеального газа.

Необходимо определить зависит ли плотность, вязкость и теплопроводность от температуры. Во многих случаях можно получить адекватное решение, используя постоянные свойства. Определяют режим течения (ламинарный или турбулентный) по критерию Рейнольдса, который задает соотношение инерционных сил и сил внутреннего трения.

Для того, чтобы определить сжимаемый поток или несжимаемый вычислите число Маха. Число Маха в любой точке потока есть отношение скорости потока к скорости звука. Если число Маха больше 0.3, используйте сжимаемый алгоритм решения. В случае если число Маха превышает 0.7, результаты решения по сжимаемому и несжимаемому алгоритмам значительно отличаются друг от друга.

Проведение расчета.

Можно отслеживать сходимость решения и стабильность анализа, наблюдая ход изменения решения и соответствующих параметров. К этим параметрам относятся скорость, давление, температура, и (при необходимости) параметры турбулентности, такие как кинетическая энергия (степень свободы ENKE), коэффициент диссипации кинетической энергии (ENDS), и эффективная вязкость (EVIS). Обычно для получения адекватных результатов необходимо провести многократные повторные запуски решения.

Анализ результатов. Вы можете выполнить заключительную обработку рассчитанных параметров и просмотреть результаты решения модели в файле результатов.

3.2 Проектирование движения воздуха в пространстве между лопаток

Если линейная скорость отверстия для проникновения воздуха равна vп, то ориентировочно можно считать, что она пропорциональна скорости с которым начинает движение поток Vло в полости образованной лопатками и боковыми ободами колеса вентилятора или ободами - разделителями потока

Vло = К*vп (3.4)

Поэтому можно дать оценку параметров скорости потока в зависимости от профиля и расположения лопаток. Иначе говоря, моделируя в рамках одной программы различный профиль можно получить тот, который способствует максимальному увеличению скорости потоков. В самом же вентиляторе имеется аппаратура которая позволяет зафиксировать реальные параметры потока. Изготовив 2- 3 профиля и проведя испытания вентилятора можно добиться существенного улучшения его характеристик. При этом в рамках программ автопроектирования для каждого случая будут известны моменты инерции и другие динамические параметры движения колеса с перераспределениями его масс, которые необходимы для обеспечения устойчивой работы двигателя.

Проектирование состоит из геометрического и параметрического построения.

Геометрическое построение производится путем построения точек и соединением их дугами и линиями и созданием конечной зоны.

Процесс геометрического построения показан на рисунках 3.1-3.3

Рисунок 3.1 - Проектирование точек и линий

Рисунок 3.2 - Генерация площади

Рисунок 3.3 - Удаление лишних линий

После построения зоны переходим к созданию сетки. Процесс создания сетки показан на рисунках 3.4-3.6.

Рисунок 3.4 - Задание параметров сетки

Рисунок 3.5 - Разбиение линий

Рисунок 3.6 - Генерация сетки

Следующим пунктом задаем граничные условия путем задания скорости на левой границе, нулевой скорости на стенках и атмосферным давлением на выходе.

Рисунок 3.7 - Задание граничных условий

Необходимо задать параметры среды для воздуха из стандартной библиотеки.

Рисунок 3.8 - Задание свойств среды

Рисунок 3.9 - Выполнение решения

Рисунок 3.10 - Результат решения

Приведем основной код для создания этой задачи на встроенном языке пакета.

/NOPR !Перерход к объемной задаче

KEYW,PR_SET,1

KEYW,PR_STRUC,0

KEYW,PR_THERM,0

KEYW,PR_FLUID,0

KEYW,PR_ELMAG,0

KEYW,MAGNOD,0

KEYW,MAGEDG,0

KEYW,MAGHFE,0

KEYW,MAGELC,0

KEYW,PR_MULTI,0

KEYW,PR_CFD,1

/GO

/PREP7 !Вход в препроцессор

ET,1,FLUID141 !Выбор типа материала

K,1,0,0.8,, !Геометрическое проектирование точек

K,2,0.54,0,,

K,3,0,1.2,,

K,4,0,0,,

K,5,1.2,0,,

LARC,3,5,4,1.2, ! Проектирование линии внешней дуги

GPLOT

GPLOT

K,6,0.8485,0.8485,, !Геометрическое проектирование точек

LARC,1,6,2,0.9652, !Проектирование дуги верхней лопасти

l,4,6 !Создание линии под углом 45 градусов

K,7,0.8,0,,

!Геометрическое проектирование дуги внутреннего контура и дуги нижней лопасти

LARC,1,7,4,0.8,

K,8,0.5657,0.5657,,

LARC,8,5,2,0.96519,

GPLOT

GPLOT

GPLOT

GPLOT

LDELE, 1

LARC,6,5,4,1.2, !Проектирование части внешней дуги

!Генерация площади

FLST,2,4,3

FITEM,2,1

FITEM,2,6

FITEM,2,5

FITEM,2,8

A,P51X

GPLOT

!Удаление лишних линий

LDELE, 3

LDELE, 4

!Задание параметров сетки

MOPT,AMESH,DEFA

MOPT,QMESH,DEFA

MOPT,VMESH,DEFA

MOPT,TIMP,1

MOPT,PYRA,ON

MOPT,AORD,0

MOPT,SPLIT,1

MSHKEY,1

MSHMID,2

MSHPATTERN,0

KEYW,ACCEPT,0

MSHAPE,0,2D

MSHAPE,0,3D

LESIZE,ALL, , ,30,2,1, , ,1, !Разбивка линий для управления сеткой

!Генерация сетки

CM,_Y,AREA

ASEL, , , , 1

CM,_Y1,AREA

CHKMSH,'AREA'

CMSEL,S,_Y

AMESH,_Y1

CMDELE,_Y

CMDELE,_Y1

CMDELE,_Y2

!Добавление команды nsl

*ABBR,nsl,nsll,,1

!Задание граничных условий: вдоль лопастей скорость потока 0, на входе 80, приложенная нормально к линии входа, на выходе атмосфеное давление

LSEL,S, , , 6

FLST,5,31,1,ORDE,4

FITEM,5,1

FITEM,5,62

FITEM,5,92

FITEM,5,-120

CM,_Y,NODE

NSEL,R, , ,P51X

CM,_Y1,NODE

CMSEL,S,_Y

CMDELE,_Y

D,_Y1,VX,30.64

D,_Y1,VY,73.9

CMDELE,_Y1

ALLSEL,ALL

! LPLOT

FLST,5,3,4,ORDE,3

FITEM,5,1

FITEM,5,-2

FITEM,5,5

LSEL,S, , ,P51X

nsll,,1

! NPLOT

FLST,5,91,1,ORDE,2

FITEM,5,1

FITEM,5,-91

CM,_Y,NODE

NSEL,R, , ,P51X

CM,_Y1,NODE

CMSEL,S,_Y

CMDELE,_Y

D,_Y1,VX,0

D,_Y1,VY,0

CMDELE,_Y1

NSLL,S

ALLSEL,ALL

LSEL,S, , , 1

nsll,,1

FLST,5,31,1,ORDE,3

FITEM,5,2

FITEM,5,32

FITEM,5,-61

CM,_Y,NODE

NSEL,R, , ,P51X

CM,_Y1,NODE

CMSEL,S,_Y

CMDELE,_Y

/GO

D,_Y1,PRES,101325

CMDELE,_Y1

ALLSEL,ALL

FINISH

!Задание параметров решения, условие среды: воздух

/SOL

FLDATA12,PROP,DENS,3

FLDATA13,VARY,DENS,0

FLDATA12,PROP,VISC,3

FLDATA13,VARY,VISC,0

FLDATA12,PROP,COND,3

FLDATA13,VARY,COND,0

FLDATA12,PROP,SPHT,3

FLDATA13,VARY,SPHT,0

FLDATA7,PROT,DENS,AIR

FLDATA8,NOMI,DENS,-1

FLDATA9,COF1,DENS,0

FLDATA10,COF2,DENS,0

FLDATA11,COF3,DENS,0

FLDATA7,PROT,VISC,AIR

FLDATA8,NOMI,VISC,-1

FLDATA9,COF1,VISC,0

FLDATA10,COF2,VISC,0

FLDATA11,COF3,VISC,0

FLDATA12,PROP,IVIS

FLDATA7,PROT,COND,AIR

FLDATA8,NOMI,COND,-1

FLDATA9,COF1,COND,0

FLDATA10,COF2,COND,0

FLDATA11,COF3,COND,0

FLDATA7,PROT,SPHT,AIR

FLDATA8,NOMI,SPHT,-1

FLDATA9,COF1,SPHT,0

FLDATA10,COF2,SPHT,0

FLDATA11,COF3,SPHT,0

GPLOT

FLDATA2,ITER,EXEC,50,

FLDATA2,ITER,OVER,0,

FLDATA2,ITER,APPE,0,

FLDATA3,TERM,VX,0.01,

FLDATA3,TERM,VY,0.01,

FLDATA3,TERM,VZ,0.01,

FLDATA3,TERM,PRES,1e-008,

FLDATA3,TERM,TEMP,1e-008,

FLDATA3,TERM,ENKE,0.01,

FLDATA3,TERM,ENDS,0.01,

FLDATA5,OUTP,SUMF,10,

FINISH

Заключение

Рассмотрены особенности методики проектирования рабочего колеса вентилятора установки главного проветривания, с применением лопаток сложной и радиальной формой. Анализ показал что применение двумерных радиальных лопаток проще и технологичнее их изготовление, проще и методика их моделирования и проектирования. Последнее важно для упорощения обслуживания вентилятора, позволит проверку различных режимов работы, в том числе и ремонт лопаток и других его узлов и в частности при аварийных ситуациях.

На первом этапе эти расчеты можно использовать при производстве ремонта вентилятора при необходимости его быстрого запуска. При этом можно получить напряженное состояние и оценить прочностные параметры его основных деталей

Рассмотрена методика оптимизации потока выходящего из вентилятора, для чего разработана упрощенная модель движения воздуха в пространстве между лопатками. Это позволит с учетом возможности экспериментальных работ и замеров параметров реального потока улучшить функциональные и прочностные условия работы вентилятора, существенно уменьшив количество опытных образцов лопаток для испытаний.

Модель позволяет задавать любые размеры основных деталей колеса, включая и лопатки, изменять их форму, рассматривая разные варианты вентилятора.

21

Просмотров работы: 7065